排水管道管材的选用

一、混凝土管

混凝土管在排水管道中应用历史悠久，是最传统的的排水管道管材，因其优异的性能在排水管道中至今仍是使用最广泛的管材。

1、 混凝土耐腐蚀，使用年限百年以上

现代工程许多建在较为恶劣的自然环境中、要求建筑材料耐腐蚀、使用年限长。例如在海洋环境中建设的各项现代工程：东海大桥、杭州湾大桥、港珠澳大桥、洋山深水港，海水输送管道等，百年工程都是采用混凝土结构为抗御腐蚀的主材。

污水处理厂中污水池等筑构物无一不是混凝土结构。国家重点建设工程地下综合管廊使用的年限要求百年，也只有混凝土可满足此要求。

当前大都金属管材都需采用水泥作为基材的防护材。例如钢管、球墨铸铁管的内壁都以喷涂水泥砂浆为内防护层，钢管的外防护层还是以外包钢丝网砂浆效果好，只是输工要求高，但是在国防工程等最重要的场合，仍采用此传统的防护方法。

国内青岛（地下盐碱腐蚀极为严重）等地德国在1898建的下水道卵形混凝土管，至今仍在应用。2008年青岛市政工程改造，从道路下挖出百年余排水管完好无损。

图1 寿命110年的混凝土管

随着现代混凝土技术的进步，高性能混凝土、超高性能混凝土研究成功，各种腐蚀介质中应用的混凝土应有尽有，混凝土排水管中加掺抗蚀外加剂已是常态化生产的产品了，工厂可为工程定制各种要求的抗蚀混凝土管。

例如北京首钢当年向曹妃甸搬迁，公司专们生产适宜于唐山地区用防蚀混凝土管，掺加特殊防蚀剂，首钢有专项指标检测，在当地腐蚀介质条件下使用年限要达到80年以上。

如今，混凝土管的防腐技术又有飞速发展，除了有内掺防蚀剂的内掺防腐法外，另有，内衬PE片、内衬玻璃钢管（都有国家标准），内涂和外涂防蚀涂料，适应不同要求的方法均有。

因而，混凝土管是最简单实用的耐久性抗蚀排水管道。

2、混凝土制品是一种低能耗、少污染的产品

混凝土制品最主要的成份是砂石，占到80—90%，其胶凝材料水泥只占到10—20%，而水泥的烧制的燃料（煤）只占到水泥重量的10%，大量的是天然砂石料，所需能源极少，是低能耗的无机材料制品。

水泥及水泥制品的生产过程也是一个低污染无污染的生产过程。

从国家持续发展，为子孙后代的生存、为创造绿色环保生活环境出发，是十四五规划期间还应大量使用的制品。

3、排水管道中已广泛应用新型带座混凝土圆管

管道施工对管道使用年限均有很大影响，特别是塑料材质的管材，球墨铸铁管也受影响。

这些管材均属柔性管材，铺设于沟漕内管子的两侧（特别腋角部位）对回填土的密实度有很严谨的要求，回填土的支承反力是管道正常运行的必须措施。由于管道回填施工的疏忽造成工程事故时有发生。

混凝土管是刚性管，特别是采用柔性接口的混凝土管，它可直铺于平面素土平基上，施工方便简单，受施工质量影响小。施工也更加方便快捷。

近期来，新型带座混凝土圆管已在排水管道等工程中广泛应用，它是在圆管底下附加了一个平面底座（见图2），如图1所示，德国青岛用的混凝土管就是带底座的。

带座混凝土圆管的优点是增大了混凝土管在平面基础上的支承角，因而，可以减少管中钢筋用量或增加埋设深度，提高外压承载能力。

带座混凝土管是全新设计的管材，因而其管型完全按照管道工程的需要，作了全面的改进。

图2 带座混凝土管

4、价格特低是混凝土管的优点，是任何其他制品所不具备的

混凝土管的原材料的水泥、砂石价格便宜、建厂投资低、劳动力便宜，为工程建设提供价廉物美的产品，极大地有利工程建设的高速发展。

φ1200mm柔性接口混凝土管每米价格约为球墨铸铁管1/3，为HDPE管的1/2。

5、混凝土管强度高、抗渗性能好

    水泥作为胶凝材料的混凝土管，其特点是出厂前混凝土管强度和抗渗性能均达到国家标准要求。而管道在地下运行中，随着水泥的不间断水化、继续析出水泥凝胶，混凝土管强度、抗渗是随时而进，不断提高。按资料提供，埋于土中混凝土强度3年提高30% 、10年提高压50%，后期的发展曲线也一直是向上的。是其他各种管材不具备的特性，其他管材随时间性能是不断下降的。

6、地下管道工程不开槽顶管施工

    顶进法施工是当前管道不可避免的施工工法，随着社会发展、进步，越来越多的管道工程采用顶进法施工，在排水管道工程中当前只有混凝土管最适宜于顶进法施工。钢管、玻璃钢管等也偶然会在顶进法施工中应用，但因其施工复杂、工程费用高等缺陷，非不得已还是尽量避免采用这些管材的。

7、混凝土管防止漂管能力强

管道埋设于地下水位以下时，受水力浮托作用会发生漂管现象。混凝土管有一定自重，在一定条件下不是缺点，可减少和防止漂管。

球墨铸铁管和塑料管等自重较轻容易发生漂管，特别在浅覆土中需要加设抗浮设施，增加工程费用。施工中在地下水位高及雨季施工中也增加工作难度和费用。

二、球墨铸铁管

球墨铸铁管的制作过程是在普通铸铁管的原材料中添加了镁、钙等碱土金属或稀有金属铸造而成。球墨铸铁管的铸造工艺有连续铸造法、热模铸造法和水冷离心铸造法，其中水冷法为当今世界最前言工艺。国际上的生产厂家有日本久保田、法国穆松桥、美国联合工业等公司。我国球墨铸铁管知名企业有新兴铸管、山东济钢铸管、安阳永通铸管、本溪北台铸管、联丰管业、鸿福管业、鑫晟铸管等。

图3 球墨铸铁管

1、球墨铸铁管的优点是明显的。

① 抗拉强度高，是一般灰铸铁管的3倍

② 韧性好，延伸率高，为5－15％，而一般灰铸铁管为0

③ 工作压力可达2.45MPa，而一般灰铸铁为0.74MPa;

④ 耐冲击、耐震动、耐腐蚀，比钢管好。

2、但其也有自身的缺陷；

① 其一是造价较高，只比钢管略低。

② 其耐腐蚀虽比钢管要好，但是其管壁薄，埋设在土壤中受蚀穿孔的速度比灰铸铁管快得多，若外防腐作得不够 ，几乎在5－8年内就发生腐蚀穿孔，而管材在腐蚀土壤中的受腐蚀速度达0.5-1.5mm/a， 因此球墨铸铁管的外防腐蚀一定要按要求做好，而这点在生产、施工、安装中不易保证，造成事故隐患。

③ 其内衬一般为水泥砂浆涂敷，由于水泥与铸铁性能差异较大，在外冲击、内压、温度变化等条件下，水泥砂浆衬里更易裂纹，导致水分渗入，甚至剥落，造成水阻增大和腐蚀加快。

④ 严格的内外防腐要求

球墨铸铁管会不会生锈，使用寿命多长，关键在于球墨铸铁管的防腐工艺是否做到位了。埋在地下的球墨铸铁管外壁与土壤接触，由于其潮湿、富含氧气，因而球墨铸铁管内外防腐要求极其严格。

⑤ 球墨铸铁管生产过程会有废气、废水排放，生产过程和钢铁生产过程类似，属于高耗能和污染行业。

3、 球墨铸铁管内防腐技术要求：

① 常用铝酸盐水泥涂层或硫酸盐水泥涂层。

② 用于输送污水的管道，内防腐措施需：水泥砂浆内衬+特殊涂层，提高内衬的抗腐蚀能力。

③ 在腐蚀性强的污水管道中，须用环氧陶瓷内衬，但是由于制造工艺难度大，成本高，所以在使用上有一定的局限性。

④ 聚氨酯涂层是一种为适应环保需求而研制开发的一种新型绿色特殊涂层，有良好的耐磨和耐腐蚀性。

4、球墨铸铁管外防腐技术要求：

① 涂层要与球墨铸铁管之间有良好的附着力；

② 耐化学介质腐蚀（包括酸碱性土壤及酸性大气腐蚀）；

③ 机械物理性能好（硬度、耐磨性、柔韧性）；

④ 露天部分耐侯性好（包括潮湿气候及强紫外线）；

⑤ 耐微生物及昆虫和鼠害。

⑥ 埋地部分应耐植物根系穿透。

球墨铸铁管做防腐施工前，须采用喷砂除锈至球墨铸铁管露出金属光泽，达到(GB/T8923-1988)中SA2 1/2级质量标准。一般要先将铸管表面的涂料清理干净，第二部喷锌然后喷沥青漆双层防腐，锌层厚度：130克/㎡，沥青厚度75Um。

4、工程中如何验收、区分球墨铸铁排水管的优劣：

① 排水管易出现折叠。折叠是排水管表面形成的各种折线，这种缺陷往往贯串整个产品的纵向；

② 劣质排水管表面易产生结疤；

③ 劣质排水管无金属光泽，呈淡红色或类似生铁的颜色；

④ 劣质排水管轻易刮伤，原因是劣质材厂家设备简陋，易产生毛刺，刮伤排水管表面。深度刮伤降低球墨铸铁排水管的强度；

⑤ 劣质材表面易产生裂纹，原因是它的坯料是土坯，土坯气孔多，土坯在冷却的过程中由于受到热应力的作用，产生裂缝，经过轧制后就有裂纹；

⑥ 劣质排水管外表经常有麻面现象。麻面是由于轧槽磨损严重引起排水管表面不规则的凹凸不平的缺陷。由于劣质排水管厂家要追求利润，经常出现轧槽轧制最超标。

5、球墨铸铁管的渗水标准

6、注意铸态球墨铸铁管混入工程

铸态球墨铸铁管也是将铸铁球化处理后离心浇铸而成，只是在工艺制造上未经过退火处理。铸态球墨铸铁管的性能比一般灰铸管高一些，但质量与球墨铸铁管还是相差不少，随着球墨铸铁管产量的增长，人们的质量意识不断提高，其已被逐渐淘汰。但其价格便宜一些，外观与球墨铸铁管相似，因而，工程中鱼目混珠造成成事故也不少见。

三、化学建材管（PE管、HDPE管、玻璃钢夹砂管等）

化学建材管作为一种新兴材料，在发明初期就考虑到了传统管材的主要缺陷，在日后不断完善中避免传统管材的缺点。

图4 化学建材管

1、 化学建材管的优点

① 耐腐蚀，使用寿命较长

由于化学建材管为高性能的复合材料，其可耐大部分酸、碱、盐的腐蚀，故对于水或者土壤的腐蚀，不会对其产生大的影响。

② 管体秔渗性能优良。

③ 对水质的影响小

在给水管线中，化学建材管通过国家卫生部及地方防疫部门的检测，证明其对水质无不良影响。

④ 水力特性好

化学建材管内表面光滑，经测定管道的糙率系数小于其他管材。

⑤ 玻璃钢管强度高，也适宜用于有压管道。

2、 化学建材管的缺点

① 化学建材管为柔性管，管道回填材料及回填工艺要求高。经常会需要替换回填材料，如软粘土、膨胀粘土、不规则岩石、大颗粒碎石、饱和地壤等都不适宜作回填材料。

回填施工时必须注意回填质量，否则会发生管道挠度增加、发生扁塌变形、管道偏移等，管道三角区、胸腔密实度的施工特别重要，二侧还应同步回填夯实。施工中既不能用重夯、又需要达到一定密实度，很多只能采用砂子作回填材料，增大了成本。

② 化学建材管为柔性管材，作排水管埋入地下，由于刚度小，在车辆往复受压过程中产生较大弹塑性变形， 造成路面开裂破坏。

③ 化学建材管部分管材接口使用胶接工艺，是刚性接口，管道埋设于地层中在各种力的作用下，地基常会发生不均匀沉降，在管中产生纵向拉力，一旦纵向拉力超过接口胶接力，接口松动而产生接口渗漏。

④ 价格与混凝土相比还是较贵。

由于以上几个原因，一些城市中市政道路下已经限止使用化学建材管了。

图5  2010年贵阳污水管事故新闻报导

工程中根据条件，综合对比，保证工程质量、保证安全，确保使用期限，不无原故提高技术指标，控制好工程费用，合理选择适用管材！