供水管网的管材综述

吨/年，口径从DN100～DN2200mm，使我国球墨铸铁管铸造技术，已赶上及达到国际较好水平，管材、管件除满足国内需求外，还有一定量的出口。

　　（2.1）管材行情分析�ィ�2.1.1）球墨铸铁管是供水管网的主要管材A.城市供水管网的功能需要球墨铸铁管。城市供水管道是输送饮用水的，必须内衬材料符合卫生要求。

　　球墨铸铁管内衬了水泥砂浆，管内输水符合卫生要求；若输送水的水质不稳定，则砂浆内表面应刷涂卫生级树脂保护，从而并不比非金属管材差……城市供水管道是输送有压力的水，必须管道有承内压的功能。

　　球墨铸铁管可承受内水压力超过2.0Mpa以上，它比非金属管材强……城市供水管道是敷设在道路下面，必须管道有承受土壤静荷载及地面动荷载的功能。

　　球墨铸铁管系延伸率、刚度、抗拉强度均较大的金属管道，承受土壤静荷载及地面动荷载的能力通常比其它管材强。当然若覆土过浅、过深时，也应通过结构计算确定相关措施……城市供水管道的分支管件规格多、数量大。

　　球墨铸铁管的管件规格齐全，能适应新安装需要，也能适应运行管道上不停水引接分支的需要，它比非金属管材解决起来方便……城市道路下面管线种类多、布置紧凑、立面交错、更改频繁，这些都要求管材的适应性强、折装方便。

　　球墨铸铁管系柔性接口，折装方便、承受局部沉陷的能力好，特别在有地下水或管内有少量余水的状况下维修容易，它比非金属管材维修难度小……城市道路下面的雨、污水管道容易渗漏，土壤腐蚀性强，要求管道耐腐蚀性好。

　　球墨铸铁管通常外表面首先喷涂锌层，再喷涂沥青保护，这方面比非金属管材弱，但比钢管强……在城市道路已按规划定型的条件下，要求道路下面的管道能长期不维修。

　　球墨铸铁管通常有50～100年的使用寿命，比化学管材及钢管使用寿命长。

　　B.当前城市供水管网组成状况，预示着球墨铸铁管的发展前景。我国城市供水管网中，铸铁管占80％以上，近几年逐渐淘汰了灰铸铁管，大量使用球墨铸铁管……我国台北市在1996年敷设3412km管道中，球墨铸铁管占84.82％……日本东京市城市供水管网中，球墨铸铁管约占90％……美国近几年内，年安装供水管道23万km，球墨铸铁管占47.7％。

　　（2.1.2）城市供水管网不可能使用单一管材以上所述，球墨铸铁管是城市供水管网的主要管材，在国外DN50～2900mm之间均有球墨铸铁管的产品，在国内DN100～2200mm之间也有球墨铸铁管的产品，但并不说明城市供水管网要使用单一管材，其理由如下：A. DN≥1400mm及DN≤200mm的球墨铸铁管，铸造难度大、相对价格高。

　　B. 大口径球墨铸铁管的管件，铸造难度大、相对价格高。

　　C.大口径球墨铸铁管管壁簿，承、插口端容易变形，影响管道敷设。

　　综上所述，在国内各城市供水管网中，球墨铸铁管目前宜适用于DN300～1200mm之内。

　　（2.2）推广球墨铸铁管时应注意的几个问题A.管材质量控制是关键。球墨铸铁管不同于灰铸铁管的铸造，它是铸管行业的高科技产品，它从原料选择及每道工序的质量控制都有严格的要求……球墨铸铁的原材料要求含磷≤0.1％、含硫≤0.015％，否则应有脱磷、 脱硫措施……熔炼的铸铁铁水，再以电炉提高铁水温度达1550℃左右……随之添加镁、钙、铈等碱土金属或稀土金属的球化剂，使含在铸铁中的石墨组织从片状变成球状；。添加球化剂后的铁水应以光谱仪快速检验铁水中主要化学元素的含量及金相分析。

　　主要化学元素含量应符合要求（碳3.6～3.75%；硅1.8～2.1%；锰≤0.4%；磷≤0.05%；硫≤0.02%；镁0.03～0.05%；稀土元素0.01～0.03%）。

　　按GB9441-88标准进行金相检验，要求球化等级以二级为主；球化率大于80%；石墨大小为6～7级（在400倍视场下，球径为1.5～4mm），石墨球数达600～800个/mm2；渗碳体≤1%；小口径管铁素体≥90%，大口径管为85%左右（球光体控制在8～12%内）……上述快速检验合格后，则铁水在10-15分钟内倒入钢模中离心铸造成管坯……这种管坯必须经热处理后成可延性的球墨铸铁管（中、小口径的管材延伸率应≥10％；大口径的管材延伸率应≥7％）…… 根据ISO2531-91国际标准的要求，这种球墨铸铁管的力学性能指标为：抗拉强度≥420MPa；抗弯强度≥590MPa；屈服点强度≥300MPa；布氏硬度≤230.。根据ISO8179-1995标准，外涂层应为锌+沥青，喷涂应在管材表面洁净、预热的条件下进行，规定喷锌量≥130g/m2，焦油沥青喷涂层厚度约0.08mm.现不少用户忽略了喷锌这一要求，国外明确提出只有锌层与管表面结合为一体时，再喷涂沥青后才能对管材提供有效的保护……根据ISO4179-1985标准，管内表面均应水泥砂浆衬里，日本还在砂浆表面喷涂卫生级不饱和树脂……管材、管件的补焊问题，有些厂明确补焊的措施，有些厂口头表示不补焊，而实际上又存在补焊的情况。作为用户，原则上不同意管材、管件进行补焊；国外相关标准提及，若管材、管件进行了补焊，并通过了相应复核性检验，建议向用户说明原因，向原意接受的用户出售……管材出厂前逐根试压检验、承口内清除铁瘤、抛光处理、承插口胶圈工作面刷涂卫生级的环氧树脂，口径≥400mm时建议管材运输与堆放期间，承口端应加内支撑。

　　B.管件问题管件的问题包括管件质量及规格品种配套的问题……管件质量长期影响着球墨铸铁管的发展，近五年内蒙赤峰管道铸造有限公司、湖南桃江铸管厂、四川川建管道有限公司等单位运用消失模法（EPS）负压实型铸造球墨铸铁管件在国内得到可喜的成功，川建管道有限公司铸造的管件完全不必机械二次加工，使管件质量赶上了管材的质量。

　　消失模法负压实型铸造的主要设备有：制模设备（预发机、成型机）；模型粘结组合设备（简易或自动粘结机）；涂料及涂层制备设备（涂料研磨机、涂料箱）；造型设备（振动台、加砂装置）；落砂设备（翻箱机、底泄砂装置）；砂处理设备（筛分设备、冷却装置、水平及垂直输送设备）；负压浇注设备（真空系统）；抛丸除锈设备；环保设备（除尘系统、浇注尾气净化装置）。

　　消失模法负压实型铸造的主要原辅材料有：泡塑模型原材料（可发性聚苯乙烯珠粒EPS）；模型粘结胶；模型粘结胶带纸；模型表面修补剂、修补膏；型砂等。

　　利用消失模法负压实型铸造球墨铸铁管件，表面平整，可使管件厚度减少1/4，法兰盘端面及法兰盘孔不另行加工，承、插口工作面可不加工或少加工。

　　消失模法负压实型铸造属精密铸造工艺，目前主要在中、小口径管件上应用，各个工序上质量控制较严，泡塑模型原材料的质量、模型粘结胶的质量、模型成型的质量、涂层的质量、造型工艺、浇注工艺等对铸件的质量影响是不可忽视的，只有严把质量关才能使铸件质量稳定。铸件外观质量好了，还不能说明铸件质量的全面情况，法兰盘的平整度及尺寸、柔性接口工作面尺寸，都应核查，特别是产品逐件的水压检验不可免除。

　　消失模法铸造的管件售价较高，但管件重量轻、免机械加工，工程造价基本持平，它应是当前球墨铸铁管件的较理想的铸造工艺。

　　大口径管件目前较好的铸造是采用树脂砂成型，质量较好。

　　近年国内有厂家试用金属模上高压喷射树脂砂，一方面使金属模重复使用，再方面使管件表面质量提高，也是很有前途的铸造工艺……管件的规格品种一定要与管材的口径配套，一定要与异形管件柔性接口防滑脱的措施衔接好。

　　C.柔性接口防滑脱问题柔性接口的优点己经得到公认，但在异形管处支礅尺寸较大，有时在道路下面无法实施，因此研究柔性接口防滑脱问题十分迫切，归纳起来有以下几种方式：。承插接口处加拉箍——利用拉箍与管表面的摩擦力来减少柔性接口滑脱力，从而减小支礅尺寸。如若管道口径不大，多个承插接口处又加拉箍，甚至免砌筑支礅……带止退槽的螺旋式接口——管承口端有内螺扣，螺纹压兰压紧挡环，使密封胶圈限位，若插口端加工有止退槽，则具有防滑脱功能……自锚式接口——它是一种特殊的机械式接口，它由焊接于管插口端的挡环、外形带曲率的锁紧环、特殊的压兰及螺栓组成，它通过压兰、锁紧环实行自锚，较好地结合了柔性接口的密封性与防滑脱性……座圈卡固接口——它也是一种特殊的机械式接口，承口较长，承插口间用座圈卡固，其抗剪强度大，抗滑脱性能好，适用于较大口径管道上……复合接口——它是承口端用传统的T型接口外增加了防滑脱接口，因此承口较长，防滑脱接口系防滑脱胶圈与锥形钢环组成……防滑脱胶圈——它是不改变管承插口T型接口的形式，仅是传统的T型胶圈的内斜面均匀分布了数个防滑脱钢钉，从而具有8-9倍传统的T型胶圈的防滑脱力。

　　除以上列举的方式外，尚还有一些方式，这些方式均有待在研制、实践中去鉴别与完善。

　　D.胶圈问题球墨铸铁管可使用50～100年的问题可以理解，橡胶圈能否达到这样的寿命？没有把握，这也是所有柔性接口存在的同一疑问。因此厂方提供配套胶圈时应向用户说明以下内容：。胶圈由那个橡胶厂供货，该厂的相关证件；。胶圈是选用什么材料制作，执行的什么标准，该批胶圈化学、物理检验数据，用于供水管网的胶圈通常选用三元乙丙及丁晴橡胶，切勿掺和再生胶；总的而言，当前胶圈重视的程度是不够的，产品标准中对此规定得亦不细，建议相关部门应指定专业科研单位作进一步工作，用管单位在订货时应有明确要求，在大批量订货时，应委托省、市质检部门作化学、物理抽验。

　　另外大口径球铁管在较大覆土条件下，必须通过结构计算，采取相应措施，才能确保球铁管管道的安全运行。

　　3.3 水泥压力管

　　3.3.1石棉水泥管我国在六十年代，部分城市使用过，目前几乎没有使用。

　　3.3.2自应力管自应力管是用自应力砼并配置一定数量的钢筋制成的。制管用的自应力水泥是用425号或525号普通硅酸盐水泥、325或425号矾土水泥和二水石膏，按适当比例加工制成，所有钢筋为低碳冷拨钢丝或钢丝网。�ス�内生产的自应力管规格主要在100～600mm之间，由于工艺简单，制管成本较低，有100多个生产厂家，年产量近1000km，但由于容易出现二次膨胀及横向断裂，目前主要用于小城镇及农村供水系统中。

　　3.3.3预应力管�ピびα�管包括一阶段管、三阶段管、预应力钢筒砼管。

　　（1）一阶段管�ヒ唤锥喂艿闹乒芄�程是先把作为环向预应力钢丝的钢筋骨架放到装配好的管模中，布置上纵向钢筋，用电热法或机械法使纵向钢筋获得预应力，然后浇注砼，此后向特制的橡胶内膜中注水升压，使胶模膨胀，砼、外模和钢筋一道膨胀变形，把砼中水份排挤掉。环向钢筋获得了预应力，并立即进行蒸汽养护，待砼凝固后将内模中的水压泄放，脱外模即成产品。

　　此种工艺由瑞典“逊他布”公司于1952年试制成功，所以在国外称“逊他布管”，我国于1968年研制成功，以西安红旗水泥制品厂，北京水泥制品厂及株州水泥制品厂等单位生产，最大口径达2m，其中株州水泥制品厂还从瑞典引进了制管技术及设备。�ゴ酥止ひ盏奶氐闶乔慷燃翱股�性较好，管壁较薄，但外模合缝处容易漏浆，修补率高，承口要磨削加工。

　　（2）三阶段管�ト�阶段管是指一根管材分三个阶段制成，先做成一个带纵向预应力的砼管芯，管芯外缠环向预应力钢丝，然后作水泥沙浆保护层。

　　管芯成形工艺又分离心法与悬辊法。国内以辽阳水泥制品厂、四川双流水泥制品厂等单位制造，辽阳厂还从澳大利亚引进了悬辊法制管技术及设备。

　　此种工艺建厂费用低，宜于流动性生产，唯抗渗性能差，修补率高，管体笨重。

　　（3）预应力钢筒砼管预应力钢筒砼管是在带钢筒（薄钢筒的厚度约1.5mm左右）的砼管芯上，缠绕一层或二层环向预应力钢丝，并作水泥砂桨保护层而制成的管子。它的开发应用已有半个多世纪的历史，这一技术是法国Bonna公司最先研制的，到上世纪四十年代欧、美竞相开发，目前美、法各国的年产量达数十万公里，其中美国、加拿大是世界上推广使用预应力钢筒砼管最多的国家，广泛应用于城市输配水干管、火电站供水管、水利工程、雨污水干管、工业供水及废水管线等方面，目前世界上规模最大的利比亚“人工河”第一期工程，全长1900km，就是使用直径4m、工压2.8Mpa的预应力钢筒砼管敷设，工程全部完工后运行情况良好。

　　世界上主要制造预应力钢筒砼管的厂家有美国“Ameron”公司（DN1200～4000mm），美国的“Price Brather”公司（DN1200～4000mm），法国的“Bonna”公司（DN600～2500mm），德国的“Dyckerhoff-Widmann”公司（DN600～2500mm）。

　　二十世纪八十年代末，随着我国城市供水、工业用水、农田水利建设的迅猛发展，对于输水管材提出更高的要求，山东电力管道有限公司、无锡华毅管道有限公司先后从美国“Ameron”公司引进技术及关键设备，深圳太阳管道公司从美国的“Price Brather”公司全套引进该公司的制管技术及设备。经过近十年对引进技术及设备的消化，完全己能国产化了，且于1996年此类管材在我国建材行业颁布了《预应力钢筒砼管》行业标准（JC625-1996）。近年四川兴建的（PCCP）企业-成都金炜制管有限责任公司，就是使用国内的技术与设备装备PCCP生产线的一个范例，该公司从投产至今没有出现一根废管，实现了从管材设计、制造、检测到运输、安装、使用等方面的规范化、系列化服务。

　　近几年来不完全统计，全国巳安装此类管材达200多km，在广东、江苏、江西、山东、四川等省使用情况良好，通常试压检验一次成功，通水后没有发现大的故障。

　　（3.1）预应力钢筒砼管的制造此种管材分两个类型：内衬式管及埋置式管。内衬式（Lined Cylinder Type）和埋置式（Embedded Cylinder Type）的区别，前者系指在钢筒内壁成型砼层后，在钢筒外表面上缠

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