塑料管材的性能及在农田水利工程中的应用

2020-12-19王丽萍

农业科技与信息 2020年22期

王丽萍

（甘肃科瑞水电工程试验检测有限公司，甘肃兰州730046）

农田水利工程最早使用镀锌钢等金属管材，长期使用过程中，这种金属管材很容易发生锈蚀，而自身细菌对人体健康和农田都产生不良影响。随着新型管材研究力度的加大，农田水利工程开始引入新型管材，使得塑料管材逐渐进入到人们的视野，考虑到塑料管材的耐腐蚀性和易操作性，大量新型塑料管材应用到农田水利工程中，逐渐代替了传统金属管材，占据管材市场主要份额。在此环境背景下，探讨塑料管材的性能及在农田水利工程中的应用具有非常重要的现实意义。

1 塑料管材的性能

1.1 聚乙烯管材

聚乙烯管又为PE 管，广泛用在给水管与燃气管中，单体乙烯聚合形成PE 树脂，聚合过程中受到压力与温度的影响，会形成不同密度树脂，使得聚乙烯管分为高密度聚乙烯管材、中密度聚乙烯管材和低密度聚乙烯管材。由于给水管承受压力大，必须选择分子量大的PE 树脂，相比于传统管材而言，PE管具有以下优势：一是PE 管连接中以电热熔连接方式为主，管道接头位置强度较大，连接更加可靠；二是PE 管的低温脆化温度低，即使在冬季气候温度下，抗冲击性能较好，不会出现管道脆裂的情况；三是由于聚乙烯属于电绝缘体，不会与土壤中的化学物质发生反应，即为不可降解，不会出现锈蚀、腐烂、电化学腐蚀等情况，耐化学腐蚀性较强；四是在实际使用中，PE 管的耐老化性能高，相比于普通管材而言，使用寿命长，经济性更高。除此之外，PE 管的重量较轻，易于运输与安装，降低了安装难度和安装成本。但PE 管的材质容易老化，需放置在密封性好的环境中储存保管，不能长时间放置室外，否则会降低其使用寿命；强度低，与坚硬物碰撞挤压易凹坑、穿孔；没有阻燃性。

1.2 硬聚氯乙烯管材

硬聚氯乙烯（PVC-U）管以PVC-U 混配料为主要生产原料，混配料中大多为PVC 树脂，还有一些生产要求的添加剂，一般应用在饮用水输送管道中，管径范围在20～315 mm。在实际应用中硬聚氯乙烯管材除了具备塑料管材常见优点之外，还具有极强的硬度、刚度、使用应力等，整体抗老化性能较好，使用寿命较长，价格低廉，抗腐蚀性强，便于安装和粘接，可回收，具有良好的密封性，符合农田水利排水工程的应用标准。但硬聚氯乙烯管材的抗撞击性与耐久性较低，容易破损，对结构粘合要求高，安装中的固化时间长。

1.3 抗冲改性聚氯乙烯管材

抗冲改性聚氯乙烯管（PVC-M）是为了符合给排水应用要求而研制的高韧性塑料管材，对传统PVC 管材进行改良与优化。在实际应用中，抗冲改性聚氯乙烯管的重量较轻，提高了运输和管道安装的便利性。相比于一般管材而言，抗冲改性聚氯乙烯管具有较强的刚度与韧性，抗冲击性好，可以抵御外部环境中的冲击，进而缓解和控制抗点载荷，预防地基不均匀沉降问题。与此同时，抗冲改性聚氯乙烯管（PVC-M）卫生环保，可以保证输水水质不受污染，卫生性能达到国家安全评价标准。抗冲改性聚氯乙烯管（PVC-M）施工中，连接方式多为弹性密封圈连接，安装过程简单。

1.4 双壁波纹管材

PVC-U 双壁波纹管与HDPE 双壁波纹管在排水工程中可以互相代替，PVC 的环刚度要比HDPE好，HDPE 的韧性和抗冲击能力要比PVC 的好，一般PVC-U 双壁波纹管用于电力保护套管。HDPE 双壁波纹管是以高密度聚乙烯为主要原料，利用管材成型工艺、切断工艺以及扩口工艺形成内壁光滑、外壁为环形波纹结构的新型管材。聚乙烯双壁波纹管大多应用在农田水利灌溉输水、建筑物排水、垃圾场排水输送等排水管道中，应用广泛的原因是聚乙烯双壁波纹管结实耐用，管材化学稳定性高，可以抵御外界环境的影响，环境适应性和抗开裂性强，自身中空结构和环状波纹结构提高了聚乙烯双壁波纹管的刚度，且聚乙烯双壁波纹管造价成本低，价格便宜，安装便利，应用效益较高。在实际使用中，聚乙烯双壁波纹管内部光滑，降低了摩阻系数，增加了单位时间内的管道流通量，进而具有极强的防淤防堵性能。

2 塑料管材在农田水利工程中的应用

2.1 施工准备

管沟开挖前测量人员结合图纸设计要求放线，将管沟线位、开口的宽度放出，作为挖管沟依据。验收管材质量状况、规格型号和进场数量，应出具检测单位符合标准要求的检测报告单。

2.2 管沟开挖

在管沟开挖中，槽底不宜小于外径+0.5 m 的方式设置开挖宽度。土地开挖到设标高的0.2～0.5 m时，停止开挖，夯实土体，防止有沉陷问题的发生。沟底局部挖深部分或有尖硬物体清除部分必须用沙砾土回填密实，保证管道安全（波纹管的沟管超挖，需换填10～15 mm 天然料或5～40 mm 破碎料）。管道安装前，在土体上铺设一层砂土，并对土体表面进行夯实平整处理，为管道敷设施工做好准备工作。

2.3 塑料管道安装

安装前，技术人员对进场塑料管道质量进行检查。管材表面、内壁是否平滑，管材两端有没有破损和裂口等缺陷，保证塑料管材符合工程设计要求。施工人员清理好管沟，并选择符合设计要求的砂土进行回填，夯实平整后进行管道安装。

安装中，根据管材的性能不同，连接方式也不同，一般分热熔对接、电熔连接、橡胶圈类接应和其他连接等。一是PE 管应将管端清理，确保不影响管材连接。管件连接时，断面要对齐，错边要小于壁厚的10%，否则会影响对接的质量。对接温度控制在210～230℃，连接好后保持压力不变，等接口冷却后减压。连接中严格按照规定控制，否则会影响到管材连接质量。二是PVC 管接触区域清理干净，插口插入方向应与水流方向一致。承插式橡胶圈的管材可在沟内安装连接，设置橡胶止水垫圈，表面涂抹一层高浓度润滑剂，标注承插长度，保证承插长度符合设计要求（适用管径≥63 mm）；管沟不深的，用粘接接头的管材可在沟边连接到一定长度后，用弹性敷管法下管安装（适用管径20～200 mm）。铺设过程中，如需切割时，切割面要平直。完成后清理干净残屑，不得立即对结合部位强行加压，须静置固化。三是双壁波纹管材安装时需将插口顺水流的方向、承口逆水流的方向、从低点向高点依次安装。

安装后，进行土方夯实，每次回填厚度100～200 mm，从管两侧同时回填，不能损伤管材和连接处，不能出现位移现象，双壁波纹管的管侧及管顶以上0.5 m 的范围内可以用中粗砂、碎石屑、小于40 mm 粒径的沙砾或挖出的原土回填，做好塑料管道的防护。