3.4.2热固性塑料管
热固性塑料管(GRP)通常是指玻纤维增强树脂塑料管，又称玻璃钢管。
(1)制造工艺
这种管材有两类制造工艺：
·离心浇注成型法(Hobas法)
·纤维缠绕法(Veroc法)
纤维缠绕法又分连续缠绕法与往复缠绕法。
为了提高管材的刚度，以上三类制管工艺均可在制管过程中加砂。
我国八十年代开始研制，九十年代又从意大利、奥地利、美国、日本等国家引进设备和技术，形成了近五十条生产线，主要的近十家。
A. 离心浇注工艺——在制管过程中，切短的玻璃纤维增强材料和砂，喂入固定在轴承上的钢模中，钢模由电动机驱动，随着钢模的高速转动，在钢模一端注入含催化剂的树脂，使其浸渍增强材料，在离心力作用下，树脂置换出纤维及填料内的空气，从而制造出无孔隙的致密的复合材料。由于离心力作用，管内壁形成一个平滑、光洁的富有树脂的内表面层，管材在较高温度下固化。北京北辰现代管道有限公司及浙江东方集团管道公司均引进Hobas的设备与技术，形成了由计算机控制的半自动化生产线，制造离心法的加砂玻璃钢管。
管材外模在离心旋转的条件下，喂料机由计算机控制往复输送数十次不同的原材料。其管壁按功能可简化分为内衬、增强、结构、增强、外保护五层。各层的材料及作用如表4.
这种管材内外壁光滑、管壁致密性好、由于外形尺寸规范，一旦破管有利于用卡箍法进行维修。这种管材不带承口，需用双承柔性套管连接，这比承插管材多了一倍的接口数，而增大了故障概率。套管是采用二重水密封唇的三元乙丙橡胶与缠绕玻璃钢为一体的结构，通常套管与管材在厂内首先组合好，但放在堆场上日晒雨淋，套管的玻璃钢外壳与橡胶内衬线膨胀系数不一，容易脱层变形。
B.连续缠绕工艺——在芯模上，用长纤维玻璃丝，以一定的斜角径向连续缠浇，在管芯树脂中要掺和一定比例的短纤维和砂，这样的制管工艺原系丹麦的专利，可生产任意长的管段，它的承水压能力一般在1.6MPa以下，管径在300～3000mm间，国内也有这方面的制管厂家，如河南省安阳复合材料厂从意大利引进了设备，吉林省长春复合材料厂从美国引进了相关技术及设备。
C.往复缠绕工艺——在芯模上，用长纤维玻璃丝以一定的斜角，经径向交叉缠绕，对于有高刚度要求的管材可以加砂。但承受内压较高的管材一般不加砂。国内现引进这种制管工艺的厂家较多，如河北省中意玻璃钢有限公司、江苏省连云港市复合材料厂、四川省自贡市中嘉玻璃钢有限公司等。
其管壁结构如表5。
近几年国内有些厂家能自制设备，用往复缠绕工艺制造玻璃钢管。
(2)管材分析
A.三种工艺比较，往复缠绕工艺承受内水压能力较高，接口数较少，连续缠绕工艺建厂投资较少；离心浇注工艺抗渗性好，制管成本较低，管材有利维修。
B.玻璃钢管可以根据不同的使用条件进行结构设计与制造，选用不同的树脂与纤维等将影响它的质量与价格。一般结构层所用树脂为邻苯性不饱和聚酯树脂或改性邻苯性不饱和聚酯树脂；内表防渗层，一般使用间苯性不饱和聚酯树脂或卫生级邻苯性不饱和聚酯树脂，产品质量要求较高时，内防渗层也有用乙烯基酯树脂，而这些树脂的价差是很大的。
C.玻璃钢管与其它塑料管一样，均存在应变腐蚀问题，通常以蠕变系数来表示。蠕变的定义是管道的强度等性能，随使用时间的延长而下降，因而在保证管材一定使用寿命的条件下，确定管材制造的性能指标。塑料管材的蠕变与可用材料的本身性能有关，也和管壁结构有关，玻璃钢管刚度的蠕变系数，对无压管为0.4，承压管为0.5。
D.玻璃钢管无论采用何种工艺，制管及制做管件的过程中，质量控制手段和检测手段的完善都是至关重要的，否则难以保证质量。
E.玻璃钢管刚度小，管道基础要求较严，必要时需作砂垫层，但它重量轻，抗腐蚀，安装容易，是它的优点。
F.玻璃钢管破裂维修，通常采用玻璃钢粘补，它必须在干燥的环境下作业，这正是供水管道难以具备的条件。
G.管材始终存在废旧料的再生回收、焚烧处置的问题，热塑性塑料管及热固性塑料管的最终焚烧处置大多数对环境造成不同程度的危害。
H.输水用的玻璃钢管，它的内衬层应耐磨、有韧性、表面光洁、厚度适当、树脂固化效果好，不允许存在裂纹。否则影响其抗渗性，结构层的纤维有可能游离至水中，影响输水的卫生条件。一般而言，大口径玻璃钢管在源水引用管道上，国内外使用较多。而在供水管网中使用较少。
4.管材的接口
(1)焊接、粘接的管道，应考虑热涨冷缩的对策措施，适当距离安装柔性接口，伸缩器或U形弯管。
(2)目前各类管材中采用胶圈柔性接口时，基本上均采取推入式滑动逗管方式，故逗管的插口工作面应涂润滑剂，润滑剂的选择应对胶圈及水质无害。逗管后的内间隙不宜过大，胶圈滑不到工作面，出现局部沉降时容易渗漏水；内间隙没有也是不好的，接口的柔性受到削弱。
(3)柔性接口的胶圈务必按标准定点供货。对于铸铁管而言，楔型胶圈符合国际标准(ISO2531)，但对承口铸造尺寸要求较严；国内推行的梯唇型胶圈，用胶量较大，承口内侧铸造成形容易。
(4)柔性接口逗管要求管子放平，中线对齐，一次逗进。若逗管施力过大则应退出，查找原因后返工。强行逗管、胶圈卷曲，难以退出。
(5)管材、管件的接口不推荐刚性接口，就是抢爆修复中，力求安装柔性快速抢修接头，这样减少停水时间，又可提高管道的安全性。
(6)刚度较差的管材，在逗管前插口端应有支撑设施，保持圆度。
(7)大口径管件的柔性接口，力求有防滑脱装置等具体措施，减少支墩尺寸。
(8)阀门在管道上连接，应有可拆装的活动部件。对于DN≤300mm的可使用活法兰(单盘连接器)，否则用可固位的伸缩器。
(9)热塑性塑料管材有多种类别，但连接方式归纳起来有四种，即胶合剂粘接、胶圈夹紧式连接、热熔式插接、电熔合连接。
针对UPVC管而言，采用粘接时应注意以下几点：
·管材与管件的配合间隙不大于0.2mm；
·胶合剂质量稳定；
·粘接操作过程规范、认真；
·管路粘接后应在24小时内不被振动；
·施工环境干燥，湿度较低；
·管路安装应考虑管材热胀冷缩的对应措施。
由于在施工中，上述各点落实上有一定难度，不少供水企业在安装UPVC管时，乐于使用胶圈柔性连接，且使用一次注塑成型的柔性接口管件。但也应注意以下几点：
·胶圈材质符合要求；
·逗管操作时，注意轴线一致，用力匀称；
·管材接口工作面清洁，并涂润滑剂，选择润滑剂时，一则对人无害，二则对胶圈无损；
·柔性连接的三通、弯管的受力面应作挡墩；
·逗接过程应保持内留一定间隙。
对于HDPE管材而言，通常采用电熔合连接。它是将电阻丝预先埋在管件中，在施工现场，只需将专用焊接仪的插头与管件的插口连接，便可将管件与管材熔合在一起，它要求管材与管件配合间隙适当，接触部位干净；HDPE管可以注塑热熔管件现场用热熔承插焊机对接方式连接；也可用热熔对接焊机将两管端面热熔后对接，其中较大口径管件是用多角焊机加工成型。由于后两种连接方法容易，管件便宜，有利于管材的推广。
但是HDPE管采用热熔对接时，管内出现缩径凸缘，特别是多角焊机加工的管件内更多，这增大了水流阻力；另外在小区敷设中，工程分散、量小、管件多、沟内作业面窄、与其它管线穿插频繁，热熔对接难度大，需要电源，焊机维护保养烦，影响了HDPE管在这方面的推广使用；相反，承插式柔性接口的HDPE管及管件则安装方便，且接口处不存在阻水的凸缘。江苏江阴大伟塑料制品有限公司根据供水企业的具体情况，开发了de315、200、160、110、90、63mm的承插式柔性接口的HDPE管及管件，已在佛山、成都等城市供水管网中试用成功，因此承插式柔性接口的聚乙烯管及管件将是供水行业乐于使用的管材之一。
复合管材的连接，多数采用金属管件或聚甲醛管件，以胶圈夹紧式连接，这种方式操作方便，拆改容易，唯锥形胶圈及压圈的方向不可倒置，夹紧用力适当。
5.管材的选择
5.1管材水力条件的比较
为了便于比较，第一类管材为水泥压力管、衬水泥砂浆防腐的金属管；第二类管材为热固性塑料管及热塑性塑料管，第一类管材的管壁粗糙系数n1=0.013；第二类管材的n2=0.009。
通过水力学中的达西公式(1)与曼宁公式(2)的关系，可求得以下的比较；
Q=AC(Ri)0.5(1)
C=1/n R1/6(2)
式中：Q—流量；
A—管道的过水断面积，对于园管，A=π/4 D2；
C—谢才阻力系数；
i—水力坡度；
n—管道的粗糙系数；
R—水力半径，对于园管R=D/4。
将(2)式代入(1)式得：
Q=k/n D8/3i0.5 (3)
式中：D—管径；
K=(π/4)×(1/42/3)。
(1)当管道输水流量、水头损失一致时，则：
D2/D1=(n2/n1)3/8=(0.009/0.013)3/8=87%；
(2)当管内径、水头损失一致时，则：
Q2/Q1=n1/n2=0.013/0.009=1.44；
(3)当管内径、输水流量一致时，则：
i2/i1=(n2/n1)2=(0.009/0.0013)2=0.48；
因此，对各类管材评述时，应考虑以上因素。
5.2管材综合性能比较
现将可作大、中口径管材中，钢管、球墨铸铁管、玻璃钢管的性能比较，如表6。
5.3管材的重量比较
(1)大口径管道
(2)中大口径管道
(3)中小口径管道
5.4 管材的价格比较
(1)大口径管道
(2)中大口径管道
（3）中小口径管道
（4）部分热塑性塑料管价目表
注：1.以上四个表的价格系成都市场价；
2.以上管材、管件均承受1.0MPa公称压力；
3.钢管价格包括内衬、外防腐及阴极保护费用；
4.由于是三年前的管材价格，玻璃钢管的树脂、玻璃纤维均按国外材料价计，故以上四表数据待核，必要时以下三表数据亦有待修正。
5.5管材的工程造价比较
(1)大口径管道
（2）中大口径管道
（3）中小口径管道
注：(1)管材单价按(5.4)节所述计；
(2)管件及阀门费用按管材费用的20%计；
(3)未考虑障碍处理费、路面赔偿费、农田赔偿费等；
(4)其它费率以直接费的30%计。
5.6管材卫生状况的评价
作为输送饮用水的管材应该是无毒的，这是选用管材最基本的要求。在目前市场上，管材的品种繁多，怎么去鉴别管材的卫生状况值得商讨。
在1998年10月1日国家技术监督局与卫生部联合发布了“生活饮用水输配水设备及防护材料的安全性评价标准”（GB/T17219-1998），这是目前评价输送生活饮用水管材卫生安全性的重要依据。
该标准提出管材及内衬材料浸泡水后的卫生要求如下：
因此大批量选用一类管材时，就应委托水质监测中心作管材浸泡水后的水质分析，倘若多次检测有某些元素含量超标，此管材不宜选用。
成都水质监测站按国家标准对不同厂家的PVC-U管材和管件进行安全性抽验，有四次浸泡液中铅含量严重超标，有一次出现氯仿、四氯化炭超标。监测站技术人员指出，铅是一严重的蓄积性毒剂，是一种致癌变物质，无论是由于短期还是长期摄入人体的铅，都会严重损害健康或造成死亡；氯仿、四氯化炭也均为高致癌风险的有机毒物，由于生产成本等因素，有不少厂家采用低价的三盐基性硫酸铅或二盐基性亚磷酸铅作为产品的热稳定剂，因此产品中含有铅，产品经高氯水的浸泡后，水中自然会出现大量的铅。而氯仿、四氯化炭超标则是由于管件与管材粘接时所使用的粘合剂的溶剂引起的。
但需要指出，1997年5月1日由国家技术监督局发布的“给水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材国家标准（GB/T10002.1-1996）中，对卫生指标有些项目的要求偏松，如下：
这也是有些厂家没有执行GB/T 17219-1998 的主要原因。在此应建议国家技术监督局出面澄清与纠正。
我们认为 GB/T 17219-1998 标准发布在后，故应以此为依据。再则，国内聚氯乙烯原料中氯乙烯单体含量约在5～8mg/l左右，通常制成的管材中单体含量可≤1.0mg/l，但据了解各制管厂并不经常作这方面的检测，因此应引起我们的关注。
当然，管材的卫生问题不仅在硬聚氯乙烯管材上，玻璃钢管对内防渗层树脂有明确的要求，要无毒、防渗、耐磨，厚度宜2mm。这样防渗层应采用价格较贵的间苯性不饱和聚酯树脂，但有的厂家采用价格较低的邻苯性不饱和聚酯树脂，厚度也相当薄，倘若此层出现裂纹，纤维容易浸入水中。离心工艺制管来源于奥地利，缠绕工艺制管来源于意大利，可是维也纳、罗马以及经济发达国家的大都市的自来水管网中，没有或很少采用此类管材。这些国家的一些厂商却不断向发展中国家倾销此类制管设备，大量用于城市供水管网中，应该三思。
对于薄壁不锈钢管的浸泡试验仍是不可忽视的，若厂家选用牌号不当，管材也会生锈，管材浸泡后重金属游离的问题亦是容易出现的。
对于水泥压力管、内衬水泥砂浆的球墨铸铁管及钢管，在卫生状况上乃有两点应请注意：
·水泥成品往往渗入矿渣，这种水泥有无放射性指标超标的问题值得留心，有些管厂的样本上标注他们选用的水泥，放射性指标检验是合格的证明文件，应示欢迎。
·上述管材内表面不应存在浮浆，就是管道清洗后灰粉层也往往会使输水过程中悬浮物增多。
另外，钢管内涂环氧树脂的问题更应小心，采用环氧树脂内喷工艺，在选择涂料的厂家时，要求有卫生部颁发的卫生许可证；要多次抽样检验是否符合GB/T17219-1998的要求；要考察工程实例；在施工过程中有严格的工艺规程及质量保证体系。
5.7管材选择的推荐性意见
管材选择的综合评价应进行技术经济分析，并从下五个方面评定：
(1)管材性能可靠，能承受要求的内压和外荷载；
(2)管材来源有保证，管件配套方便，运输费用低或管厂建厂周期短；
(3)施工机具及安装容易；
(4)使用年限长，维修工作量少；
(5)输水能力能长期保持相同条件下，工程造价低。
具体推荐性意见如表17。
注：1各地区具体情况不一，推荐意见仅供参考；
2括号内管材主要推荐用于源水管道。
附 录
附 录
钢管SP ——Steel pipe
薄壁不锈钢管LGSSP——Light gauge stainless steel pipe
铸铁管CIP——Cast iron pipe
灰口铸铁管GCIP ——Grey cast iron pipe
延性铸铁管DCIP ——Ductile cast iron pipe
石棉水泥管ACP——Astestes cement pipe
自应力管SSCP ——Self stressing concrete pipe
预应力管PCP——Prestressed concrete pipe
三阶段管CTPCP——Core type prestressed concrete pipe
一阶段管PVCP ——Prestressed vibrohydropressed concrete pipe
预应力钢筒砼管PCCP ——Prestressed concrete cylinder pipe
硬聚氯乙烯管UPVC ——Unplasticized poly vinyl chloride pipe
聚乙烯管PE ——Polyethylene pipe
孔网钢带塑料复合管PSSCP——Perforated steel strip composite piastic
聚乙烯夹铝复合管PAP——PE-Al-PE pipe
聚丙烯管PP ——Polypropylene pipe
聚丁烯管PB ——polybutylene pipe
工程塑料管ABS——Acrylonitrile-ButadieneStyrene pipe
玻璃钢管GRP——Glass reinfoced plastics |
