试论无规共聚三型聚丙烯管材在建筑给水中的应用

分类：水利论文发表 时间：2013-01-08 10:09 关注：(1)

　　摘要：无规共聚三型聚丙烯(PP-R)管是一种环保型管材，具有优良的耐热性及较高的强度，制作成本较低，且这种管材采用热熔连接，施工工艺简单，施工质量容易得到保证，在建筑给排水中越来越受到重视。本文介绍了这种管材的历史变革、工程应用特点。特别的，本文针对这种管材在工程应用中出现的一些问题，提出了分析，并给出了解决办法。

　　关键词：无规共聚三型聚丙烯，热熔连接，公称外径，建筑给水

　　正文：

　　随着我国建筑行业的发展，尤其是高档建筑的发展，传统的镀锌钢管、焊接钢管等由于存在“质重易蚀”、使用寿命短、卫生条件低等方面的天然缺陷，越来越难以满足用户的要求。而无规共聚三型聚丙烯(PP-R)管、铝塑复合管(PAP)及交联铝塑复合管(XPAP)却具有“质轻耐蚀”，使用寿命长，无规共聚三型聚丙烯(PP—R)作为推荐管材，虽然国内市场只有近两年的应用，市场占有率却遥遥领先于其他塑料给水管，表现出其强劲的生命力.如何在建筑给水技术应用中更加科学化，标准化，已成为一个不容忽视的问题。

　　一、无规共聚聚丙烯管材的变革历程

　　聚丙稀(Polypropylene )，简称PP，是一种常用的聚烯烃塑料，具有良好的耐热性和耐压强度，且价格低廉，产量较大.但由于普通聚丙烯存在低温脆性，长期蠕变性能差等缺陷，限制了在管道工程上的应用.为此原料制造商与管道工程界进行了广泛合作，投入了大量人力、物力和财力进行全面的研究，致力于对PP的改性，使之成为适合于管道工程的可用塑料.先后开发了均聚的PP-H(Ⅰ型)，嵌段共聚的PP-B(Ⅱ型)和无规共聚的PP-R(Ⅲ型)。

　　PP-R(Polypropylene -Ethylene Random Copolymer)是采用先进的气相共聚法，使PE(5%左右)在PP的分子链中随机地均匀聚合产生。PP-R较PP-H、PP-B具有更好的低温抗冲击性能和长期蠕变性能。PP-R管材除具有一般塑料管材质轻、强度好、耐腐蚀、使用寿命长的特点外，还由于自身的特性具有无毒(分子中仅含有碳氢两种元素，不会造成对人体的任何毒副使用，是当之无愧的环保健康材料)，不生锈、不结垢(内外壁光滑，具有较强的耐腐蚀性，且对流动液体具有很少的流动阻力)耐热、防冻、保温、废料可以回收利用等优点，因此，可用作冷热水管，纯净水管及饮用水管等。

　　前一时期国内市场上曾出现了一种称做PP-C的管材，它是共聚聚丙烯的统称，PP-B、PP-R都属于PP-C类，即共聚类，市场上被称为PP-C管的实际上是PP-B管，原材料为嵌段共聚聚丙烯，价格较为便宜，而PP-R为无规共聚，PP-B的耐压性能与PP-R相比差距较大，故不能混淆。

　　二、PP-R管材工程应用特点

　　1、良好的卫生性能和保温性能。管材原料属聚烯烃，其分子仅由C、H元素组成，原、辅料完全达到卫生标准，耐腐蚀性好，对水中所有离子不起化学作用，不会锈蚀，不仅可用于冷热水系统，而且可用于直饮水系统.PP-R管材导热系数为0.21W/m·k，仅为钢管的1/200，一般情况下不需保温，用于热水管道时保温节能效果明显。在温度变化时产生的膨胀力也较小，适合嵌墙和地坪面层内的直埋暗敷。

　　2、较好的耐热性能、使用寿命长。管材最高工作温度可达95℃，在1.0MPa压力下长期使用温度为70℃，满足热水供应的上限温度。常温下使用寿命可达100年以。

　　3、安装方便、连接可靠。管材不仅生产过程简单、设备投资少而且质量轻，重量仅为钢管的1/9，紫铜管的1/10，减轻了工人的施工强度。由于管料采用同种原料加工制作，具有良好的热熔功能，安装方便可靠，连接部位的强度大于管材本体，管件结构不影响流量。并且管道阻力小，直管内壁平滑，不会结垢，沿程摩擦阻力比铜管道小，管配件连接时断面积不变。

　　4、管材、管件的废料可回收利用。废料经清洁、破碎后可直接用于生产管材、管件。在生产、施工过程中对环境无污染，民用市场占有率较高。PP-R管材主要应用于冷热水系统、直饮水系统、采暖系统(包括地板辐射采暖)，在欧洲应用较为普遍.例如1996年意大利民用PP-R管材达30Mm，其它各类塑料管道的应用分别是：交联聚乙烯管(PEX)17Mm，聚丁烯(PB)3Mm，铝塑复合管为2Mm，仅为PP-R管材的1/15。

　　PP-R管材不足之处主要是其刚性和抗冲击性能比金属管道差，在阳光的长期直接照射下会老化;材料许用应力低，管壁厚较大，直接影响材料成本;在相同外径下，有效流通截面比其他管材小;原材料价格居高不下。

　　三、工程应用中的若干问题探讨

　　1、 PP-R管的选用原则

　　1.1 正确区分管材用途，合理选择冷、热水管.冷、热水管壁厚不同，耐压不同，价格也不同。设计时要特别注明采用冷水管还是热水管，并按规定标注管道规格。

　　根据输送水温、工作压力、使用寿命等因素，PP-R管材的壁厚按压力等级分为PN1.0、PN1.25、PN1.6、PN2.0、PN2.5、PN3.2 等六个系列。冷水管材及管件压力等级最小为PN1.0 MPa，热水管材及管件最小压力等级为PN2.0 MPa。

　　PP-R管材承压具有二个显著特点，一是随着管内水的温度上升，其允许压力会急剧下降;二是承压时间增长，其允许压力也明显下降。考虑管道长期使用寿命以及施工和实际使用中非正常因素，为安全需要，70℃ 水温时最大允许压力仅为0.66 MPa。选用管材压力等级必须满足工作水温时的承压能力。

　　1.2 现行建筑给水排水设计与施工验收规范以及所有塑料管材生产企业，对塑料管径规格的表示均为公称外径，符号为De，单位为mm。PP-R管材用De× t表示，t代表壁厚。塑料管材管径规格表示方法已不同于《给水排水制图标准》中所述公称直径DN(mm)，在设计计算、材料供应、组织施工中都要特别注意压力级别和管径规格。普通塑料管公称外径和公称直径对应关系如表1。PP-R冷、热水管公称外径虽然相同，但由于壁厚不同，计算内径不同，见表2。

　　1.3 禁止作为消防管材使用。PP-R管氧指数较低，属于可燃材料，不得用于消防给水系统，也不得与消防给水管道连接。

　　2、 PP-R管的布置与敷设

　　PP-R管的布置原则应遵照现行《建筑给水排水设计规范》，敷设方式采用暗敷的较多。暗敷的理由主要是解决热膨胀。直接嵌墙或在建筑面层内敷设，可利用其摩擦力，克服管道因温差引起的膨胀力。此外有利于隔热，避免老化。

　　暗敷方式有直埋暗敷方式(包括嵌墙敷设，地坪面层敷设)和非直埋暗敷方式(包括管道井、吊顶内、装饰板后、地坪架空层敷设)。

　　管道嵌墙暗敷时，要求土建配合预留凹槽，尺寸的深度为De+20 mm，宽度为De+(40～60)mm.管道试压合格后，墙槽用M7.5级水泥砂浆填塞补实。

　　管道暗敷在地面层内应按图施工，如有变更，应在施工图上注明，且通知到用户，以避免地面装修时导致破坏。

　　若PP-R管采用明敷或非直埋暗敷布管时，必须按规定安装支、吊架，PP-R管在明装时，为保证美观，宜将管道自身印有生产厂家、规格型号等字迹的一侧安装在靠墙或不易被人看到的一侧。

　　3、 PP-R管的安装连接

　　同种材质的PP-R管件之间采用热熔连接，暗敷部分不得出现丝扣、法兰连接。热熔连接是一个物理过程，适用于同种材质的聚烯烃热塑性塑料。将材料原来紧密连接的分子链熔化分叉，加热一定时间，两个部件连接并固定，在熔合区建立接缝压力。由于接缝压力的作用，熔化的分子链随材料冷却，温度下降重新连接，使二个部件闭合成为一个整体。

　　这里应该注意的是，如果没有正确的热熔连接操作方法，即使选择了好的管材，还是难以保证管道的安装质量。为保证连接质量，首先必须选择与厂家配套的热熔工具，热焊机的加热时间和加热温度应严格按操作规程执行。管道熔接前要认真清洁管道和接头表面，清除管材表面的油污、杂质及毛刺。要注意管材插入管件的长度要适宜，连接后的管道接头处应形成均匀的凸缘，如果不均匀，甚至一边有空隙，就表示熔接不理想，难以保证其接头不漏水，此时应及时重新连接。

　　4、 PP-R管的试压

　　管道安装后在封管(直埋)及覆盖装饰层(非直埋暗敷)前必须试压。为了保证管道热熔连接的质量，在管道热熔连接24h后或隐蔽之前，须对管道进行水压试验。压力试验时，首先在管道内注水，压力降是否超过0.05MPa，若发现压力降超过允许值，必须查找原因，再次进行补压试压，以确保管道接口质量。

　　5、PP-R管穿墙、板、基础时的做法

　　热水管道穿墙时，应配合土建设置钢套管，冷水管穿墙可预留洞，洞口尺寸较外径大50 mm;管道穿楼板或屋面时，应设置钢套管，以防立管累积伸缩在最上层支管接出处产生位移应力，对支管造成破坏，套管高出地面50 mm，并采取严格的防水措施;管道穿基础墙时，应设置金属套管，基础墙预留孔洞上方距套管净距不得小于100 mm。同时，按照规范要求设置管道支架，对PP-R管的安装来说也是很重要的。

　　6、PP-R管道安装完成后的成品保护

　　6.1 安装过程中管道开口处应及时封堵，防止污、杂物进入而造成工程隐患。

　　6.2 由于PP-R管道质地较软，自身的机械强度没有钢管高，因此要严防物理破坏。安装完成后管道严禁磕、碰、砸、压，在隐蔽前应做好覆盖保护措施。位于管道井内的管道在没有封闭前要采取一定措施防止砖头、杂物等掉下来将管道砸断;由于PP-R管组成元素，要甚防化学破坏，这一点在施工中极易忽视。安装在户外或有阳光直射的管道，要包扎深颜色的保护层，防止阳光照射对管道造成化学破坏。

　　6.3 隐蔽管道应带压隐蔽，一般应以工作压力为保压压力，待隐蔽层达到许可的强度后方可撤压。

　　6.4 隐蔽完成后一定要作好标识，以防其它工种施工破坏管道。

　　结束语：

　　总之，无规共聚聚丙烯管材以其较高的质量品位，方便快捷、永无渗漏的热熔连接方式，赢得了民用大部分市场。工程技术人员要把握住新材料的性能特点，注意其压力等级、管径规格、管壁厚度等选用原则，在技术应用中要突出卫生环保、安装快捷等特点，力求做到技术先进、经济合理、安全卫生、确保质量，吸收外面的先进技术，总结内部的安装经验，创造出良好的经济效益和社会效益。以上仅是本人在多年施工中的一点浅见，希望能与有识之士共同探讨。