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1中国航空规划建设发展有限公司 北京 100120；2身份证号码：420300197505020311
摘要：高密度聚乙烯（HDPE）与硬聚氯乙烯（P V C）塑料管相比，具有管壁厚、噪音小，抗冲击，阻流小，生产节能，焊接牢固等特点。在国外高密度聚乙烯塑料管已普遍在建筑上用作排水管。欧盟是世界上高密度聚乙烯管材管件产销量最高的地区，2012年消费量达1844万吨。美国2012年HDPE管材产量167万吨，。我国在1996年，北京凯宾斯基饭店首次采用HDPE管作为排水管材，到了2010年，已将这种管材作为建筑排水管在全国4万个项目进行了应用。本文主要针对降板同层排水进行两种管材的探讨。
关键词：高密度聚乙烯；硬聚氯乙烯
一、PVC管材的生产制造工艺
PVC管材的配方是要是根据管材的不同用途而变得不同，其配方之中的各种原辅料之间的配比也是不同的。总的来说，PVC排水管材的配方就是以PVC粉末（主要是PVC SG-5）为主，在配以热稳定剂、润滑剂、加工改性剂，填料等等通过一定的配比配合而成。再根据管材的使用环境和所需要的各种不同的性能，再加入于各种不同的助剂，但是大致的助剂就是这些。以下以UPVC排水管为例，进行PVC管材的配方的分析：
表1、UPVC排水管材配方
名称 原料型号
PVC-C树脂粉 PVC-C
稳定剂 SMS305
润滑剂 PE蜡
加工助剂 ACR-401
抗冲改性剂 MBS
填料 CaCO3
着色剂 钼铬红
二、PVC、PE管材的对比
在我国给水管网中应用的塑料管主要是PVC管。近十年来，随着PE管道在欧洲供水行业的发展应用，PE管道才开始受到人们的关注。特别是近来PVC管受到环保方面的压力，有关PVC管中重金属铅、镉的含量是否超标，这些都让PE管越来越受到人们的关注。而这次，北京在PE管的应用方面走在了全国的前列。
1.PVC、PE管材的现状和发展
从上个世纪80年代初，国家大力推广应用PVC管，并制定了一系列的政策、制度、标准，也积累了不少经验。发展到今天，已经具备了完善的产品标准、检测方法标准及检测手段、施工工程技术规范等，从而统一了产品的规格尺寸和质量指标，实现了产品的互换性。这说明了PVC排水管道的發展已经进入了成熟期，产品质量和施工质量均有了保障，从而保证了PVC排水管道的使用效果。
而排水用PE管材的国际标准（ISO4427）直到2009年才正式发布。我国于1999年参照ISO4427编写了国家标准GB/T13663，并在2000年发布实施，但至今PE管件的标准、工程技术规范等仍在继续完善之中。这说明国内PE管材正处在市场上升期的阶段。
2.两种管材力学性能对比
⑴材料常温下的强度对比
PVC材料短期、长期强度均低于于PE材料。（如性能表比较）
⑵最小要求强度（MRS）和安全系数（C）的对比
理论和实际经验都说明，PVC的MRS和安全系数均略高于PE，即长期使用的强度和安全性略高于PE。从而同为75mm的管材，采用PVC原料比采用PE原料生产的管材壁厚薄得多，这是由于由于PE材料常温下强度和长期强度都不如PVC高，只能通过加大壁厚来增加强度。若取相同壁厚，则PE管达不到使用要求的强度。若取相同的管径，则PVC管材可输水通径较PE管大。而国内的厂家为了降低成本，在PVC管材内加了添加剂，这样使管材的各种性能远远低于HDPE管材。
3.寿命比较
高密度聚乙烯（HDPE）是极性大分子，比PVC较为稳定，因此比较不容易受环境的影响。
4.施工技术难度和造价
多年的使用数据表明，UPVC的整个施工费用为主要的材料的8%～10%，与PE管材相比，施工费用大体相当。由于PE管的安装有工具，避免了PVC这种胶粘的形式，在管道以后使用中大大避免了漏水的隐患。
5.趋势
综上所述，目前在国内应用的塑料管道仍然是以UPVC管为主，是有其历史原因和科学道理的。但是纵观国际上塑料管的应用经验及发展情况，PE管的发展速度明显快于UPVC。而人们对于建筑质量要求的日趋提高，以及国家的宏观政策和市场环境将刺激PE管材、管件的发展，前景十分广阔，预计在未来几年内的用量将逐步超过UPVC管。
6.PE管的优越性
（1）PE管材材质无毒，不腐蚀，不结垢，可有效的提高管网水质；PE管道具有良好的耐水锤压力的能力，与管材一体的熔接接头及PE管对地下运动和端荷载的有效抵抗能力，大大提高供水的安全可靠性。
（2）PE排水管专用材料近几年来得到很大发展，PE材料早期得不到发展的一个重要原因就是由于其的不经济性。然而高性能的聚乙烯管材专用料开发出来之后，增强了PE管的使用优势，扩大了PE管的应用领域。
（3）PE管具有很好的柔韧性和可熔接性使其铺设时更加方便经济和更加安全可靠。PE管的铺设速度快，损坏费用和维护费用低，只要接头良好就可承受轴向负荷而不发生泄漏和脱开。因此在铺设时在接合处和弯曲处不需要进行费用不小的锚点，支墩，费用可降低。PE管道具备独特的柔韧性，其断裂伸长率均超过500%，弯曲半径可以达到管道直径的20～25倍，还有优良的耐刮伤痕的能力。PE管对于管道基础的适应能力强，一方面对于管道笔直度的要求降低，另一方面铺设后管基发生变化，也不容易损坏。
三、PVC管材埋在垫层内
左图为PVC管材施工时照片，右图为施工完成以后管道漏水漏至下层屋面的照片。
PVC由于材料性能及连接方式上的缺陷，导致PVC并不是降板同层排水中理想的管材，并且后期会给业主造成损失。 四、HDPE管材埋在垫层内
HDPE管材埋在卫生间垫层内 HDPE管材在垫层中的大样图
HDPE管材由于在欧洲应用70年以上，并且全部采用同层排水形式。欧洲企业把管材和技术引进中国以后，因为HDPE管道的特性特别适合同层排水的排水形式，所以高档住宅大面积的开始采用HDPE同层排水系统。
五、兩种管材的材料性能对比表
项 目 HDPE实壁管 PVC-U管
承压能力 在现有技术水平和国家标准中，采用标准尺寸比SDR为14的PE管最大公称压力可达40kg/cm2。 国际标准中，当公称外径大于90mm时，标准尺寸比为11的PVC-U管最大公称压力为25 kg/cm2。
原料成分
及产品外观 PE管是由100%单一纯原料粒料（即使在加入碳黑及抗氧化剂时，也是由原料中聚合而成）经挤压加工制成，不加入任何填充剂、增塑剂，管体表面光滑洁净、切口光洁均匀，且保证长期不发生龟裂现象。 PVC-U管由PVC粉渗入填充剂（如石粉）、稳定剂等经挤压加工制成。石粉的可塑性及稳定剂的加入量对管材的性能会发生影响。
密 度 hdPE管为0.92—0.96 g/cm2，较轻，仅为PVC密度的3/4。 PVC-U管为1.4g/cm2，较重。但由于PVC管材的壁厚较低，导致管道不及HDPE管材。
耐冲击强度 PE管的耐冲击强度特别优异，为PVC管的6倍，重物直接压过管体时，管材也不会破裂。 PVC-U管耐冲击性不好，如遭受重物直接冲击会破裂。
抗拉强度，MPa 48～50 32
屈服强度，MPa ≥40 22
拉伸弹性模量，MPa ≥3000 850～1000
弯曲弹性模量，GPa 3.2 0.8
管壁粗糙度，μm 90 0.22～0.47
常用温度极限 PE管的软化点在121°C，脆化点在-80°C，其常用温度限制在-40°C～100°C之间，又因其优秀的低温脆性，尤其适合在较寒冷的地区使用。 PVC-U管的维卡软化点为80°C，脆化点为-18°C其常用温度限制在0°C～30°C之间，冬天温度在5°C以下时，有脆裂的危险。
阻燃性 HDPE管属缓燃性物料，但在缺氧状况下，不会引起燃烧，故埋在地下的管线无论是输送燃气、水，还是做电缆套管，均可安全使用。 PVC管属自熄性物料，其在着火点燃一段时间后会自行熄灭，故可作为室内外给排水管线。
卫生性能 HDPE塑料为隋性无极性物料，在加工时不添加任何含铅类重金属盐稳定剂，故不含任何毒性，且对一般酸碱均不发生作用，是输送饮水的最佳材料。 PVC—U管在加工过程中需要加入必要的稳定剂、填充剂、润滑剂、着色剂等添加剂，其中的含铅、砷、镉、锡的化合物长期累积会对健康不利。PVC组织中含有氯元素，且在焚烧过程中产生致癌物二恶因，会对人体健康和环境有不利影响。
连接性能 HDPE管的连接通常采用热熔连接、电热熔连接，熔接安全可靠，熔接强度可达100%。其中以电热熔连接法最为快捷且安全可靠，不受人为因素影响，故此在燃气管道中其它连接方法是无法代替的。 PVC管常使用粘接剂连接、胶圈连接、法兰连接，这几种连接方法都受一定的人为因素影响。
耐候性 HDPE管由单纯原料制成，且加入可过滤阳光紫外线的碳黑，故其耐候性极佳。 PVC管内含有石粉及具有挥发性的增塑剂，长时间曝晒会发生裂解、硬脆、老化。
从上表中可以看出，HDPE管材的绝大部分性能指标均优于PVC管材，只有密度PVC管材是大于HDPE管材。
六、管道埋在垫层内与管材特性的关系。
1.拉伸弹性模量、弯曲弹性模量、抗拉强度，屈服强度这四个参数值说明管道的柔韧性，这四个数值HDPE管道远远超过了PVC管材。在垫层内管道需要承压，需要承受轴向与环向的应力，管材的柔韧性约好，越能适应在垫层内的环境。
2.连接方式：HDPE管材为热熔连接，PVC管材为胶粘，这两种连接方式很明显，热熔要优于胶粘。热熔连接是把管材两端加热到一定温度，然后熔合在一起的分子级连接。胶粘实际上是把PVC管道的外壁涂上胶水，用胶水把管道连接。所以热熔连接更牢固。
生产管材的原料：PVC-U管道的成本中，原料价格占70%左右，企业通过减小壁厚、大量添加碳酸钙等方式来降低产品成本，造成产品质量低劣。
七、结论
以国外为例，在欧美国家，大部分在使用HDPE管材，特别在排水领域，欧洲市场每年HDPE管用量为85%左右，而在美国则超过70%，而且有继续增长的趋势。在欧洲，HDPE管道是可以安装在混凝土楼板内的。所以对比各种材料性能来说，HDPE的综合性能高于PVC管材，以后将做国内建筑中大量应用。
上接第393页
（5）回填红土每层虚铺厚度不得大于30㎝；
（6）要严格控制回填土的质量、含水量及分层厚度，确保压实度达到设计要求。
表1沟槽回填土作为路基的最小压实度
由路槽底算起的深底范围（cm） 道路类别 最低压实度（%）
重型击实标准 轻型击实标准
≤80 快速路及主干路 95 98
次 干 路 93 95
支 路 90 92
>80～150 快速路及主干路 93 95
次 干 路 90 92
支 路 87 90
>150 快速路及主干路 87 90
次 干 路 87 90
支 路 87 90
（7）路基土方压实度标准按城市支路标准执行。
（8）检查井周边采用打夯机夯实，回填土碾压时振动碾不要太靠近检查井，大型机械不能碾过检查井，地下管线以上70cm土方要人工夯实以保护地下管线
（9）填至路面时进行路面整平碾压。
三、结束语
小区排水管道施工，施工现场地质情况复杂，施工难度大，在施工前，只有通过制定周密的施工方案，找出施工中的关键点和难点，才能使得施工起来井然有序，保证施工质量和安全，通过项目施工人员的努力，严格按照规程规范施工，同时根据现场的不同情况，灵活调整技术方案，保证了施工的顺利进行，得到监理和业主的好评，通过该工程，大大改善的小区居民的生活环境，提高了公司的声誉，为以后公司在安哥拉承揽更多的工程创造了有利条件。
参考文献：
[1]GB50268-97，给水排水管道工程施工及验收规范[s]
作者简介：
蔡齐海（1978年10月），男，汉族，籍贯：重庆市江北区，学位：大学专科，研究方向：给排水。
摘要：高密度聚乙烯（HDPE）与硬聚氯乙烯（P V C）塑料管相比，具有管壁厚、噪音小，抗冲击，阻流小，生产节能，焊接牢固等特点。在国外高密度聚乙烯塑料管已普遍在建筑上用作排水管。欧盟是世界上高密度聚乙烯管材管件产销量最高的地区，2012年消费量达1844万吨。美国2012年HDPE管材产量167万吨，。我国在1996年，北京凯宾斯基饭店首次采用HDPE管作为排水管材，到了2010年，已将这种管材作为建筑排水管在全国4万个项目进行了应用。本文主要针对降板同层排水进行两种管材的探讨。
关键词：高密度聚乙烯；硬聚氯乙烯
一、PVC管材的生产制造工艺
PVC管材的配方是要是根据管材的不同用途而变得不同，其配方之中的各种原辅料之间的配比也是不同的。总的来说，PVC排水管材的配方就是以PVC粉末（主要是PVC SG-5）为主，在配以热稳定剂、润滑剂、加工改性剂，填料等等通过一定的配比配合而成。再根据管材的使用环境和所需要的各种不同的性能，再加入于各种不同的助剂，但是大致的助剂就是这些。以下以UPVC排水管为例，进行PVC管材的配方的分析：
表1、UPVC排水管材配方
名称 原料型号
PVC-C树脂粉 PVC-C
稳定剂 SMS305
润滑剂 PE蜡
加工助剂 ACR-401
抗冲改性剂 MBS
填料 CaCO3
着色剂 钼铬红
二、PVC、PE管材的对比
在我国给水管网中应用的塑料管主要是PVC管。近十年来，随着PE管道在欧洲供水行业的发展应用，PE管道才开始受到人们的关注。特别是近来PVC管受到环保方面的压力，有关PVC管中重金属铅、镉的含量是否超标，这些都让PE管越来越受到人们的关注。而这次，北京在PE管的应用方面走在了全国的前列。
1.PVC、PE管材的现状和发展
从上个世纪80年代初，国家大力推广应用PVC管，并制定了一系列的政策、制度、标准，也积累了不少经验。发展到今天，已经具备了完善的产品标准、检测方法标准及检测手段、施工工程技术规范等，从而统一了产品的规格尺寸和质量指标，实现了产品的互换性。这说明了PVC排水管道的發展已经进入了成熟期，产品质量和施工质量均有了保障，从而保证了PVC排水管道的使用效果。
而排水用PE管材的国际标准（ISO4427）直到2009年才正式发布。我国于1999年参照ISO4427编写了国家标准GB/T13663，并在2000年发布实施，但至今PE管件的标准、工程技术规范等仍在继续完善之中。这说明国内PE管材正处在市场上升期的阶段。
2.两种管材力学性能对比
⑴材料常温下的强度对比
PVC材料短期、长期强度均低于于PE材料。（如性能表比较）
⑵最小要求强度（MRS）和安全系数（C）的对比
理论和实际经验都说明，PVC的MRS和安全系数均略高于PE，即长期使用的强度和安全性略高于PE。从而同为75mm的管材，采用PVC原料比采用PE原料生产的管材壁厚薄得多，这是由于由于PE材料常温下强度和长期强度都不如PVC高，只能通过加大壁厚来增加强度。若取相同壁厚，则PE管达不到使用要求的强度。若取相同的管径，则PVC管材可输水通径较PE管大。而国内的厂家为了降低成本，在PVC管材内加了添加剂，这样使管材的各种性能远远低于HDPE管材。
3.寿命比较
高密度聚乙烯（HDPE）是极性大分子，比PVC较为稳定，因此比较不容易受环境的影响。
4.施工技术难度和造价
多年的使用数据表明，UPVC的整个施工费用为主要的材料的8%～10%，与PE管材相比，施工费用大体相当。由于PE管的安装有工具，避免了PVC这种胶粘的形式，在管道以后使用中大大避免了漏水的隐患。
5.趋势
综上所述，目前在国内应用的塑料管道仍然是以UPVC管为主，是有其历史原因和科学道理的。但是纵观国际上塑料管的应用经验及发展情况，PE管的发展速度明显快于UPVC。而人们对于建筑质量要求的日趋提高，以及国家的宏观政策和市场环境将刺激PE管材、管件的发展，前景十分广阔，预计在未来几年内的用量将逐步超过UPVC管。
6.PE管的优越性
（1）PE管材材质无毒，不腐蚀，不结垢，可有效的提高管网水质；PE管道具有良好的耐水锤压力的能力，与管材一体的熔接接头及PE管对地下运动和端荷载的有效抵抗能力，大大提高供水的安全可靠性。
（2）PE排水管专用材料近几年来得到很大发展，PE材料早期得不到发展的一个重要原因就是由于其的不经济性。然而高性能的聚乙烯管材专用料开发出来之后，增强了PE管的使用优势，扩大了PE管的应用领域。
（3）PE管具有很好的柔韧性和可熔接性使其铺设时更加方便经济和更加安全可靠。PE管的铺设速度快，损坏费用和维护费用低，只要接头良好就可承受轴向负荷而不发生泄漏和脱开。因此在铺设时在接合处和弯曲处不需要进行费用不小的锚点，支墩，费用可降低。PE管道具备独特的柔韧性，其断裂伸长率均超过500%，弯曲半径可以达到管道直径的20～25倍，还有优良的耐刮伤痕的能力。PE管对于管道基础的适应能力强，一方面对于管道笔直度的要求降低，另一方面铺设后管基发生变化，也不容易损坏。
三、PVC管材埋在垫层内
左图为PVC管材施工时照片，右图为施工完成以后管道漏水漏至下层屋面的照片。
PVC由于材料性能及连接方式上的缺陷，导致PVC并不是降板同层排水中理想的管材，并且后期会给业主造成损失。 四、HDPE管材埋在垫层内
HDPE管材埋在卫生间垫层内 HDPE管材在垫层中的大样图
HDPE管材由于在欧洲应用70年以上，并且全部采用同层排水形式。欧洲企业把管材和技术引进中国以后，因为HDPE管道的特性特别适合同层排水的排水形式，所以高档住宅大面积的开始采用HDPE同层排水系统。
五、兩种管材的材料性能对比表
项 目 HDPE实壁管 PVC-U管
承压能力 在现有技术水平和国家标准中，采用标准尺寸比SDR为14的PE管最大公称压力可达40kg/cm2。 国际标准中，当公称外径大于90mm时，标准尺寸比为11的PVC-U管最大公称压力为25 kg/cm2。
原料成分
及产品外观 PE管是由100%单一纯原料粒料（即使在加入碳黑及抗氧化剂时，也是由原料中聚合而成）经挤压加工制成，不加入任何填充剂、增塑剂，管体表面光滑洁净、切口光洁均匀，且保证长期不发生龟裂现象。 PVC-U管由PVC粉渗入填充剂（如石粉）、稳定剂等经挤压加工制成。石粉的可塑性及稳定剂的加入量对管材的性能会发生影响。
密 度 hdPE管为0.92—0.96 g/cm2，较轻，仅为PVC密度的3/4。 PVC-U管为1.4g/cm2，较重。但由于PVC管材的壁厚较低，导致管道不及HDPE管材。
耐冲击强度 PE管的耐冲击强度特别优异，为PVC管的6倍，重物直接压过管体时，管材也不会破裂。 PVC-U管耐冲击性不好，如遭受重物直接冲击会破裂。
抗拉强度，MPa 48～50 32
屈服强度，MPa ≥40 22
拉伸弹性模量，MPa ≥3000 850～1000
弯曲弹性模量，GPa 3.2 0.8
管壁粗糙度，μm 90 0.22～0.47
常用温度极限 PE管的软化点在121°C，脆化点在-80°C，其常用温度限制在-40°C～100°C之间，又因其优秀的低温脆性，尤其适合在较寒冷的地区使用。 PVC-U管的维卡软化点为80°C，脆化点为-18°C其常用温度限制在0°C～30°C之间，冬天温度在5°C以下时，有脆裂的危险。
阻燃性 HDPE管属缓燃性物料，但在缺氧状况下，不会引起燃烧，故埋在地下的管线无论是输送燃气、水，还是做电缆套管，均可安全使用。 PVC管属自熄性物料，其在着火点燃一段时间后会自行熄灭，故可作为室内外给排水管线。
卫生性能 HDPE塑料为隋性无极性物料，在加工时不添加任何含铅类重金属盐稳定剂，故不含任何毒性，且对一般酸碱均不发生作用，是输送饮水的最佳材料。 PVC—U管在加工过程中需要加入必要的稳定剂、填充剂、润滑剂、着色剂等添加剂，其中的含铅、砷、镉、锡的化合物长期累积会对健康不利。PVC组织中含有氯元素，且在焚烧过程中产生致癌物二恶因，会对人体健康和环境有不利影响。
连接性能 HDPE管的连接通常采用热熔连接、电热熔连接，熔接安全可靠，熔接强度可达100%。其中以电热熔连接法最为快捷且安全可靠，不受人为因素影响，故此在燃气管道中其它连接方法是无法代替的。 PVC管常使用粘接剂连接、胶圈连接、法兰连接，这几种连接方法都受一定的人为因素影响。
耐候性 HDPE管由单纯原料制成，且加入可过滤阳光紫外线的碳黑，故其耐候性极佳。 PVC管内含有石粉及具有挥发性的增塑剂，长时间曝晒会发生裂解、硬脆、老化。
从上表中可以看出，HDPE管材的绝大部分性能指标均优于PVC管材，只有密度PVC管材是大于HDPE管材。
六、管道埋在垫层内与管材特性的关系。
1.拉伸弹性模量、弯曲弹性模量、抗拉强度，屈服强度这四个参数值说明管道的柔韧性，这四个数值HDPE管道远远超过了PVC管材。在垫层内管道需要承压，需要承受轴向与环向的应力，管材的柔韧性约好，越能适应在垫层内的环境。
2.连接方式：HDPE管材为热熔连接，PVC管材为胶粘，这两种连接方式很明显，热熔要优于胶粘。热熔连接是把管材两端加热到一定温度，然后熔合在一起的分子级连接。胶粘实际上是把PVC管道的外壁涂上胶水，用胶水把管道连接。所以热熔连接更牢固。
生产管材的原料：PVC-U管道的成本中，原料价格占70%左右，企业通过减小壁厚、大量添加碳酸钙等方式来降低产品成本，造成产品质量低劣。
七、结论
以国外为例，在欧美国家，大部分在使用HDPE管材，特别在排水领域，欧洲市场每年HDPE管用量为85%左右，而在美国则超过70%，而且有继续增长的趋势。在欧洲，HDPE管道是可以安装在混凝土楼板内的。所以对比各种材料性能来说，HDPE的综合性能高于PVC管材，以后将做国内建筑中大量应用。
上接第393页
（5）回填红土每层虚铺厚度不得大于30㎝；
（6）要严格控制回填土的质量、含水量及分层厚度，确保压实度达到设计要求。
表1沟槽回填土作为路基的最小压实度
由路槽底算起的深底范围（cm） 道路类别 最低压实度（%）
重型击实标准 轻型击实标准
≤80 快速路及主干路 95 98
次 干 路 93 95
支 路 90 92
>80～150 快速路及主干路 93 95
次 干 路 90 92
支 路 87 90
>150 快速路及主干路 87 90
次 干 路 87 90
支 路 87 90
（7）路基土方压实度标准按城市支路标准执行。
（8）检查井周边采用打夯机夯实，回填土碾压时振动碾不要太靠近检查井，大型机械不能碾过检查井，地下管线以上70cm土方要人工夯实以保护地下管线
（9）填至路面时进行路面整平碾压。
三、结束语
小区排水管道施工，施工现场地质情况复杂，施工难度大，在施工前，只有通过制定周密的施工方案，找出施工中的关键点和难点，才能使得施工起来井然有序，保证施工质量和安全，通过项目施工人员的努力，严格按照规程规范施工，同时根据现场的不同情况，灵活调整技术方案，保证了施工的顺利进行，得到监理和业主的好评，通过该工程，大大改善的小区居民的生活环境，提高了公司的声誉，为以后公司在安哥拉承揽更多的工程创造了有利条件。
参考文献：
[1]GB50268-97，给水排水管道工程施工及验收规范[s]
作者简介：
蔡齐海（1978年10月），男，汉族，籍贯：重庆市江北区，学位：大学专科，研究方向：给排水。