PVC-U、PE80、PE100三種給水管材在工程應(yīng)用中的比較

        PVC-U、PE80、PE100 三種管材在目前熱塑性塑料給水管材工程應(yīng)用中所占比例相當(dāng)大。尤其是PVC-U 給水管材經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，生產(chǎn)技術(shù)比較成熟，原料基本國(guó)內(nèi)自給，產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)較低，并且經(jīng)過(guò)市場(chǎng)檢驗(yàn)，性能達(dá)到國(guó)家或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，故此在熱塑性塑料管材中極具競(jìng)爭(zhēng)力。PE80、PE100 給水管材在國(guó)內(nèi)為新興產(chǎn)品，主要因?yàn)槠湓暇揽窟M(jìn)口，且其價(jià)格相對(duì)較高，所以盡管其比PVC-U管材具有生產(chǎn)和施工中多方面的優(yōu)勢(shì)，仍然發(fā)展很慢。但是，相信在不久的將來(lái)，隨著我國(guó)原材料廠家的共同努力，必將開(kāi)發(fā)出我國(guó)自有的原料，PE 給水管材也必將取得長(zhǎng)足的發(fā)展，其多方面的優(yōu)勢(shì)也會(huì)得到市場(chǎng)的認(rèn)同。

　　首先做工程材料費(fèi)用比較。假定三種管材的工程外徑為Ф160，公稱壓力為1.0Mpa,查閱我公司PVC-U管材企標(biāo)數(shù)據(jù)和PE生產(chǎn)采用的國(guó)標(biāo)數(shù)據(jù)，三種規(guī)格分別為PVC-UФ160×6.2、PE80Ф160×11.8、PE100Ф160×9.5；再據(jù)三者近似比重1.44g/mm3、0.95 g/mm3、0.95 g/mm3，則三者參考米重分別為4.647Kg/m、5.583Kg/m、4.581Kg/m 。根據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)保守價(jià)格，PVC-U、PE80、PE100三種給水管材噸價(jià)比約為1:1.22:1.55，對(duì)應(yīng)米價(jià)比約為1:1.4:1.5。因此在施工較簡(jiǎn)單、所需管件較少的地區(qū)，單就工程材料費(fèi)用方面比較PVC-U 管材占優(yōu)勢(shì) 。

　　其次做一水力計(jì)算比較。熱塑性塑料管管壁絕對(duì)當(dāng)量粗糙度Δ值很低，一般為0.0015～0.015mm 之間，PVC - U 、PE 管多采用0.003mm。作為給水管，在通常的流速條件下，一般處于水力光滑區(qū)，因此管壁絕對(duì)當(dāng)量粗糙度取值的變化在這種情況下，對(duì)結(jié)果影響非常小(柯列勃洛克-魏特公式：1∕√λ=-21g(Δ∕3.7 di+2.51∕Re√λ))或沒(méi)有影響(布拉修斯公式：λ=0.3164∕Re0.25,Re 因很小，故Δ∕di 值可略)。基于以上理論，對(duì)于PVC-U、PE80、PE100 給水管在應(yīng)用中，其水利坡降可按下式計(jì)算(假設(shè)水溫為10℃，則υ=1.3×10-6m2/s)I=0.000915Q1.774/di4.774,根據(jù)我廠企標(biāo)數(shù)據(jù)(其他同種標(biāo)準(zhǔn)雷同)，三者在相同公稱外徑、公稱壓力下的公稱壁厚PE80>PE100>PVC-U，因此在相同給定流量下，水力坡降值PE80>PE100>PVC-U，亦即管道沿程水頭損失hf(hf=L×I)為PE80>PE100>PVC-U。因此要保證流量一致，三者所需源動(dòng)力是不同的；若源動(dòng)力相同，要保證流量相同，必須使PE 管內(nèi)徑和PVC-U 管內(nèi)徑相同，故PE 管材外徑和壁厚必須同時(shí)增加，材料費(fèi)用也相應(yīng)增加。此方面PVC-U 也占優(yōu)勢(shì)。

　　再次做材料性能比較。

(一)、PE 管道韌性很好，在實(shí)驗(yàn)溫度30-3℃條件下，測(cè)得三種管材動(dòng)態(tài)斷裂韌性KD值與管子尺寸無(wú)關(guān)，其中PVC-U為1.8MNm－3/2、PE80為2.6 MNm－3/2、PE100為3.5 MNm－3/2，KD值高表明材料耐快速裂紋擴(kuò)展(RCP)能力高，因此PE 比PVC-U 管材耐突發(fā)性開(kāi)裂能力強(qiáng)。

(二)、PE 耐沖擊強(qiáng)度比PVC-U管道高8 倍左右，低溫時(shí)PVC-U 耐沖擊性較PE 更弱，故PVC-U 管道在寒冷地帶和冬季搬運(yùn)及施工時(shí)應(yīng)特別注意，嚴(yán)禁受到?jīng)_擊或強(qiáng)行彎曲。

(三)、PE 管道具有優(yōu)異的抗刮痕能力，使其在施工、搬運(yùn)過(guò)程中不易破壞管材外表面，在通水使用過(guò)程中，其優(yōu)良的耐摩性使沙子等不易破壞其內(nèi)表面。PVC-U材質(zhì)卻存在“刻痕效應(yīng)”(在試片上劃一刻痕，經(jīng)沖擊實(shí)驗(yàn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)試片必定在刻痕處斷裂)，要求在運(yùn)輸和施工中避免受到硬物刻劃，尤其是承口突出部位。在埋地時(shí)管道四周不得直接與石頭、磚頭等堅(jiān)硬物體接觸，否則經(jīng)輪壓施壓后，壓力會(huì)集中于石頭之接觸點(diǎn)，易導(dǎo)致管破裂。另外PVC-U 管道在使用中，其70度傾角磨損質(zhì)量和體積約為PE 的8～9倍。

(四)、冬季施工時(shí)，PE 較低的脆化溫度(-70℃)，使管子不會(huì)發(fā)生脆裂。PE 工作溫度是-40℃～40℃，而PVC-U管材工作溫度是0℃～45℃。

(五)、PVC-U 和PE 管道作為熱塑性塑料，其承載能力與工作溫度有關(guān)，隨溫度升高，其耐內(nèi)壓能力下降。

　　最后做工程施工比較。

(一)、PVC-U 管材撓性不如PE 好，故在施工中PVC-U 管材彎曲敷設(shè)半徑要比PE 大，這在地形復(fù)雜的地區(qū)，顯然不如PE 便于施工，其所需管件數(shù)量也多，整體費(fèi)用也會(huì)大幅提高。

(二)、在冬季和高寒地區(qū)施工，PE 焊接只需保證焊接環(huán)境穩(wěn)定和操作參數(shù)適宜，即可達(dá)到要求的強(qiáng)度；而PVC-U 粘接連接不宜在以下5℃施工，膠圈連接不宜在-10℃以下施工。

(三)、PE 管道最主要的連接方式是熔接連接，包括電熔連接和熱熔連接，其因材質(zhì)相同，接頭強(qiáng)度高于本體強(qiáng)度。但PE管道的焊接必須由經(jīng)過(guò)專門培訓(xùn)的焊工進(jìn)行操作，才能確保合適工作參數(shù)下其強(qiáng)度要求。另外在大風(fēng)的工作環(huán)境下，可能因冷卻加熱板，并導(dǎo)致不均勻溫度分布，故可能會(huì)對(duì)熔接質(zhì)量有致命的影響，當(dāng)塵土污染加熱板和管端也將會(huì)導(dǎo)致接頭壽命大為減少。同時(shí)不同管材料的熔接要考慮MFR值差異，其值越接近，管道熔接質(zhì)量越好。盡管如此，PE 焊接仍比PVC-U 焊接操作既簡(jiǎn)單又保險(xiǎn)(不足之處是熔接需要電力)。因?yàn)榫蚉VC-U 管的焊接而言，PVC-U管的熱熔對(duì)接焊的焊接質(zhì)量穩(wěn)定，但焊接過(guò)程比電熔焊復(fù)雜，其材質(zhì)因原料變化使配方變化較大，故需要控制的參數(shù)不易掌握，設(shè)備投資也較高；而電熔焊接時(shí)，必須使用專門的電熔接頭，焊接成本高，且大直徑管電熔焊接質(zhì)量不穩(wěn)定。所以PVC-U 給水管幾乎不使用焊接。不過(guò)PVC-U管在使用壓力不高，發(fā)生泄露情況時(shí)，可用PVC-U 焊條進(jìn)行緊急停水焊接修補(bǔ)。

(四)、PVC-U管在有水情況下可進(jìn)行膠圈連接，這在雨季或多 雨地區(qū)以及管溝有水情況時(shí)施工是最理想的，但PE 管卻不宜帶電焊接施工。

(五)、就施工方法而言，PE 管道特別適用于非開(kāi)挖工程，因其具有一些獨(dú)特的關(guān)鍵性質(zhì)：一體化的管道連接方式，優(yōu)良的撓性和良好的抗刮痕能力(尤其PE100 具有更加出色的抗刮痕能力)。優(yōu)良撓性使得PE 管道走向容易依照施工方法的要求進(jìn)行改變。如PE采用定向鉆進(jìn)技術(shù)，施工速度快，且鋪管方向控制準(zhǔn)確，管徑300～1500mm，管線最大長(zhǎng)度可達(dá)到1500m，能適應(yīng)各種地層主要用于穿越河流、湖泊、建筑物等障礙物；采用導(dǎo)向鉆進(jìn)技術(shù)，管徑可達(dá)50～350mm，管線長(zhǎng)度一般可達(dá)300～400m，深度通常在10m 以內(nèi)。在舊管線更換施工中，由于PE 管道的抗刮痕能力，接頭強(qiáng)度高，不易損壞而漏水，或?qū)⑵鋼p壞，所以其比PVC-U 管道更適合于爆管法施工，尤其是較長(zhǎng)管道，而PVC-U 僅適于短管施工。在管線修復(fù)施工中，采用傳統(tǒng)內(nèi)襯法PE 給水管道很適宜，而PVC-U給水管道則不可用。PVC-U 管材現(xiàn)施工已有頂管施工的事例，這在一定程度上擴(kuò)大了其用途，而PE 管材目前沒(méi)有此方面應(yīng)用的統(tǒng)計(jì)資料。另外在地形平坦的地區(qū)施工，材料和施工費(fèi)用要比PE少。

(六)對(duì)于大口徑管材，因PE 熔接時(shí)間較長(zhǎng)，且熔接技術(shù)要求較高，較難保證管道焊接質(zhì)量；而PVC-U 管道可采用柔性承插連接，只需手動(dòng)葫蘆即可，人工素質(zhì)要求不高，施工速度快，且安裝質(zhì)量穩(wěn)定。但PVC-U大口徑管件除風(fēng)焊外，還需用玻璃鋼復(fù)合，工序復(fù)雜；而PE 大口徑管件只需切割后熔接即可工序簡(jiǎn)單。Φ50 以下的PE管材的可彎曲性能使其可以連續(xù)生產(chǎn)收盤、發(fā)運(yùn)；而PVC-U 管材無(wú)論何種口徑，其三倍于PE的彈性模量，使之在一般生產(chǎn)和運(yùn)輸條件下，是不可能實(shí)現(xiàn)收盤、發(fā)運(yùn)的。作為小口徑給水管，如果是暗敷，中間最好不要有接頭，PVC-U 管材是不能做到，而PE管材是可以做到中間沒(méi)接頭，按定尺(Φ50以下的PE 管材每卷長(zhǎng)度可達(dá)40～120米)要求來(lái)生產(chǎn)，施工方便。從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)講，少接頭應(yīng)體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。

(七)、就試壓和使用方面說(shuō)，PE 管材因施工經(jīng)驗(yàn)還不足，緊急搶修方法遠(yuǎn)不如PVC-U 那樣多。

注：公式中參數(shù)含義如下
λ-- 水力摩阻系數(shù)；
Δ-- 管壁絕對(duì)當(dāng)量粗糙度；
g-- 重力加速度，m/s2；
di-- 管內(nèi)徑，m；
Re-- 雷諾準(zhǔn)數(shù)；
υ-- 平均流速；m/s
I-- 水利坡降，m/m；
Q-- 計(jì)算流量，m3/s
L-- 管材長(zhǎng)度，m