目前,国内排水领域广泛使用的管材主要有球墨铸铁管、混凝土管、钢管、玻璃钢管、双壁波纹管等几种管材,下面主要针对这几种管材进行对比分析。 a.球墨铸铁管属柔性管材,抗拉强度为420MPa,延伸率通常可以达到10%以上,力学指标与钢管相当。球墨铸铁管属于柔性管道,属“管土共同作用”模型,埋设土壤和回填压实度对管道承受外载能力影响较大,可以通过提高回填压实度、换土回填和提高管道壁厚级别等三种方法来增加管道承受外荷载能力。例如,采用ISO 10803-2011 《球墨铸铁管管道设计方法》中的计算公式,在D类土壤回填且回填压实度不低于90%的情况下,K9级 DN1000球铁管的最大允许埋深为7.05m;在增加很少成本的情况下,通过增加壁厚或提高回填质量,可大幅提高允许埋设深度。球墨铸铁管完全可以满足污水管网的高埋深的要求。 b.混凝土管属刚性管材,依靠管材强度来抵抗外部土荷载,可承受一定深度的埋深;外部土荷载超过管材强度后,管壁会开裂损坏失效。 c.钢管属柔性管材,管材强度和延伸率等机械性能指标与球管相当,可以满足污水管网的高埋深要求。 d.玻璃钢管属薄壁脆性管,强度和刚度等机械性能较差,对管道基础及回填质量要求较高,无法承受较大的外荷载,无法满足污水管网的高埋深要求。 e. 双壁波纹管的强度和刚度等机械性能较低,不但给运输、安装带来了很大的困难,造成管道弯曲变形无法使用,而且无法满足污水管网高埋深的要求;重力流污水管网不可避免会出现局部真空段,双壁波纹管壁韧性大、强度低,在负压的作用下管壁会向内凹陷,极易造成管壁损坏失效。 a.球墨铸铁管的电阻率为50~70Ω/cm3,是钢管的3倍,且由于接口橡胶圈的隔离作用,整条管线不会形成长线电流,因此球铁管耐电化学腐蚀性能优异;球铁管外表面电喷锌加涂高氯化终饰层,能适应绝大多数的土壤环境;针对具有较强腐蚀性的土壤,球铁管可增设聚乙烯套或选用聚氨酯等高分子涂层;所有的管子及管件附件防腐在工厂已全部做好,现场不需要做任何防腐工作,避免现场条件制约造成防腐缺陷;污水用球墨铸铁管内防腐采用铝酸盐水泥砂浆内衬,能够抵抗强酸(碱)污水中高浓度腐蚀性离子的腐蚀。因此,球墨铸铁管耐腐蚀性能优于其它管材,使用寿命长达80~100年。 b.混凝土管通常采用硅酸盐水泥,污水中有机物质在硫化细菌的作用下会挥发硫化氢气体,腐蚀混凝土管芯,造成管芯开裂脱落等,因此混凝土管应用于污水领域具有较大的风险性。 c.钢管管身通常采用3PE、环氧树脂等被动防腐涂层,防腐层完好无损可以保证较好的防腐效果,一旦局部破损,极易形成点蚀造成管道失效;钢管的电阻率只有10~20Ω/cm3,容易与土壤形成电化学腐蚀,大大加快钢管的腐蚀速率;钢管采用焊接的连接方法,整条管线容易形成长距离腐蚀电流,加速钢管腐蚀,须增设阴极防护;阴极防护容易降低管道外防腐涂层和管道外壁之间的附着力,造成防腐涂层剥离、空鼓,成为管线腐蚀防护薄弱点;施工现场焊接完成后须对焊缝位置进行现场二次防腐,二次防腐质量难以保证,且DN≤600规格焊缝内部无法进行二次防腐;钢管本身成分含量复杂、管线埋设区域氧浓差较大、杂散电流等因素都会加快钢管的腐蚀速率。因此,钢管的耐腐蚀性能较差,使用寿命通常只有20年左右。 d.玻璃钢管道能抵抗酸、碱、盐、海水、未经处理的污水、腐蚀性土壤或地下水及众多化学流体的侵蚀,耐腐蚀性能良好,单纯就耐腐蚀性能而言,玻璃钢管的使用寿命大概为50年左右。(玻璃钢管失效通常由于管壁脆裂破坏引起管壁失效) e. 双壁波纹管耐腐蚀性能较好,能抵抗污水、腐蚀性土壤等内外环境的腐蚀。(双壁波纹管失效通常由于双壁波纹管壁裂纹增长造成管材失效) a.球墨铸铁管的水泥砂浆内衬经过内磨之后非常光滑,粗糙系数n一般取0.011,由于不易结垢,因此在后续使用过程中,粗糙系数n不会变大,可以有效避免污水输送中污泥、杂物的堆积、堵塞等现象。 b.混凝土管内壁的粗糙系数n为0.013~0.014,内壁较粗糙,输送阻力较大,容易造成较大的水头损失;混凝土管芯多采用离心法成型,离心力的作用下,粗骨料偏向管外壁,细骨料和水泥浮浆偏向管内壁,在水流冲刷作用下,细骨料和水泥浮浆会逐渐析出,管内壁粗糙度会急剧增大,造成较大的水头损失;管道内壁粗糙造成管道内水流速度较低,泥沙及其它杂质容易淤积,不利于后期的管理和维护;使用一段时间后,管道内壁会滋生繁殖一些微生物、水藻、贝类,增大糙率系数的同时还会造成一定的过水断面损失,同时也造成污水中淤泥堆积、堵塞现场的发生。 c.钢管的内防腐通常选用水泥砂浆内衬,粗糙度系数n通常取0.011,但钢管的耐腐蚀性能较差,管线运行后期,容易形成“铁瘤”等锈蚀产物,不但增加了内壁的粗糙程度,还减小了输水面积,容易造成污水管网堵塞。 ,d. 玻璃钢管的内壁光滑,不易产生和附着水垢及微生物等,可保持较小的水阻能力。粗糙度系数n通常选取0.084,水力性能优异。可有效降低工程投入、降低水头损失和避免污泥堵塞。 e. 双壁波纹管内壁光滑,水力性能优异,粗糙度系数通常取0.009~0.010,可有效减小水头损失,避免污水管网中淤泥、杂物堆积堵塞。 a.球墨铸铁管的连接方法为承插式柔性连接,每个接口在保证密封性的情况下,都能承受一定的轴向伸缩和1.5°~3.5°的径向偏转。抗地形不均匀沉降能力强,尤其适用于地质条件差的地区和地震高发区;不需要像钢管加伸缩器,接口能自动补偿;10度以下拐弯可以通过管道自身偏转来解决。 b.混凝土采用承插式连接,管道接口安装完成后需抹带密封、养生,接口容易快速开裂且无法有效适应地基沉降;由于混凝土具有一定的透水性,因此输送污水会缓慢外渗,污染土壤和地下水;混凝土管节长度较短,接口数量较多,一定程度上增加了管线泄露、损坏风险; c.钢管采用焊接的连接方法,属刚性接口。当地基发生不均匀沉降时,容易发生挤压变形,超过焊接强度就会导致焊缝开裂,超过管材强度就会导致挤压破损,造成污水泄露污染土壤和地下水源; d.玻璃钢管采用承插式连接方法,在保证密封性的情况下,具有一定的防地基沉降能力。 e. 双壁波纹管采用承插式连接方法,在保证密封性的情况下,具有一定的防地基沉降能力。 a.球墨铸铁管采用承插式连接方法,简单快捷,无需专门技术熟练工人,简单培训即可上岗;球铁管刚度较高,对回填要求不严,无需再做专门的砂基础,可使用掘出的良好土直接回填。因此球铁管的施工速度较快,为钢管的3倍,例如DN1000 球铁管的安装速度约为180m/d,而同种规格钢管的安装速度通常只有60m/d左右; 当球铁管线发生损坏时,抢修人员可采用专门的抢修工具—哈弗节,不需防空管内存水,可带水带压作业,4~6h即可迅速恢复通水,使各方面的损失、影响降到最低。 b.混凝土管安装需要在沟槽内设置混凝土基础,混凝土基础经养生具备足够强度后才能安装管材;凝土管采用承插式的连接方法,但在安装完成之后需要对接口进行抹带密封、养生等操作;混凝土管重量较大,约为同种规格球铁管的2~2.5倍。因此与球铁管相比较,安装速度较慢,安装成本较高。 混凝土管损坏,只能全部放空管内存水,更换损坏的管段。因此,混凝土管损坏失效后,不但维修成本过高,而且还会大大延长恢复通水时间,造成较大的社会影响。 c.钢管采用焊接的连接方法,安装灵活性较大,能适应复杂恶劣的施工环境。但安装速度仅有球铁管的1/3,且焊接后还需要进行X射线探伤、现场防腐、阴极防护等一系列工作,安装速度极慢。 如果钢管管线发生开裂渗水,需将管内水全部放空,然后在损坏处焊接修补,完成后加做防腐措施;如果发生大面积损坏甚至爆管事故,那么只能先将管内水放空,然后整体更换损坏管段,完成后加做防腐措施。由此可见,与球铁管比较,钢管的维修成本较高,维修速度却较低,会造成重大损失和恶劣影响。 d.玻璃钢管采用承插式双“O”型密封圈连接,其安装方法与球铁管类似。虽然玻璃钢管重量较轻,运输、安装较为方便,但玻璃钢管属于薄壁脆性管,在安装、回填过程中需要格外小心,以防损坏玻璃钢管,因此安装速度比球管略慢。 在这几种管材中,玻璃钢管的维修成本是最高的,维修速度也是最慢的。如果是在一个点上出现裂缝漏水,需先将管内水放空,然后以该点为中心,用小型切割机切下损坏部分,然后再在维修备用管上切下同等尺寸方块,切口周围打磨后涂196树脂胶,按三毡(玻璃毡)一布(玻璃布)循环粘贴,第一遍进行固化打磨后,再开始第二遍,共计三遍。毡、布必须用胶浸透,且每遍缠布抹胶后,需等布晾干后再进行下一遍缠布。如果管身纵向出现较长裂缝或严重损坏,则应先将管内水放空,然后切除损坏漏水管段,再切下同口径同长度备用玻璃钢管,然后打磨切口,并按上述维修方式用玻璃毡和玻璃布对接口进行缠绕修复。 e. 双壁波纹管可以采用热熔连接和承插连接两种方法。采用承插连接方法时,安装方法与球管类似。虽然双壁波纹管质量较轻,运输、安装较为方便,但由于其强度和刚度等机械性能较差,在安装、回填过程中需要格外小心,因此安装速度比求管略慢;采用热熔连接方法时,对管材断面、施工环境和工人技术水平要求较高,施工速度慢,施工成本高。 如果双壁波纹管发生损坏失效,则首先需将管内水放空,然后把损坏的管段切下并清理对切口位置进行清理,最后通过热熔的方法,把同样长度的备用双壁波纹管和切口部位连接在一起。因此,与球管相比,双壁波纹管的维修速度较慢,维修成本较高。一、机械性能方面
二、耐腐蚀性方面
三、水力性能方面
三、接口密封性及地基沉降适应性方面
四、安装维修便捷性方面