|
一、 标准项目概况
近年来，我国大口径塑料管发展非常迅猛，各地出现了投资生产大口径塑料管的热潮。在埋地排水管领域，各种塑料结构壁管都在发展。PVC-U、PE、PP等材料的双壁波纹管、环状肋管（加筋管）、缠绕管等等已经得到广泛应用。
聚乙烯缠绕结构壁管材、聚乙烯双壁波纹管材具有重量轻、管内壁糙率低，同管径输水量大；耐酸碱腐蚀、无渗漏、耐老化，使用寿命长；材质卫生、无污染等特点。是以塑代钢、以塑代水泥的换代产品，在国外的应用早已十分普及。几年来，已广泛应用于市政排水排污、建筑室外排水、工业排水排污等领域。
我国从八十年代开始引进塑料双壁波纹管设备生产，近几年生产规模开始扩大和应用快速发展；同时随着国内大口径聚乙烯埋地排水结构壁管的发展，部分生产企业已形成大规模生产能力。如果无统一管材、管件的生产、检验和使用的国家标准，这无疑对工程设计、建设和使用部门造成了混乱。因此，各方面迫切需要制定聚乙烯缠绕结构壁管道系统国家标准。
全国塑料制品标准化技术委员会（SAC/TC48）塑料管材管件及阀门分技术委员会（TC48/SC3）于2000年开始，进行了埋地用聚乙烯结构壁管道系统国家标准的起草准备工作，先后调研了生产企业，设计和应用部门；同时收集和研究了国内外相关标准。根据国家质量技术监督局质技监标发[2001]59号文关于印发“2001年制修订国家标准项目（一）”通知，第14项项目计划为制定国家标准[埋地用聚乙烯（PE）结构壁管道系统]。SC3组织了企业及相关科研、检测单位等建立了标准的起草小组，经过认真细致的准备，选择了国内有代表性的企业，于2001年4月确定该产品标准分为两个部分和确定了产品的起草单位：
第1部分：聚乙烯双壁波纹管材，安徽国通高新管业股份有限公司 山西塑料总厂 江苏星河集团公司 兰州鼎泰大型塑料工贸有限公司 中石化股份公司武汉分公司科研所
第2部分：聚乙烯缠绕结构壁管材，石家庄宝石克拉大径塑管有限公司，江苏联兴塑胶管业有限公司，杭州韩益塑料管材有限公司，大连东高新型管材股份有限公司。
经过标准起草小组的工作，该标准于2004年3月15日正式由国家质量监督检验检疫总局国家标准化管理委员会批准发布，2004年10月1日正式实施。
二、 国内外相关标准
在起草标准初期，ISO还没有相关的产品标准，国际标准组织曾经有过标准文件ISO/DP 9970和ISO/DP 9971塑料轻型管（结构管），后来该项标准工作转交欧洲标准组织CEN/TC155［塑料管道系统技术委员会］进行。根据国家起草国家标准的方针，SC3和标准起草单位在经过研究后，决定参考采用欧洲标准草案prEN 13746-1：2001 Plastics piping systems for non-pressure underground drainage and sewrage –Structured -wall piping systems of unplasticized poly(vinyl chloride ) (PVC-U), polypropylene(PP), and polyethylene(PE) Part 1: Specification for pipes, fittings and the system
［埋地无压排水排污用塑料管系统-- 聚氯乙烯（PVC-U ），聚丙烯（PP ）和聚乙烯（PE ）结构壁管道系统 第1部分：管材，管件和系统的规范］。由于该欧洲标准把聚氯乙烯、聚乙烯和聚丙烯材料的各种结构壁管都包括在一个标准中，文本结构比较复杂，使用时也不方便，而我国的制定标准的一般分材料和结构制定产品标准。因此，我们在制定标准时，将PE结构壁管的部分摘录出，作为参考制定该产品的国家标准。
GB/T 19472-2004还涉及一些基础标准和方法标准，主要有以下：
GB/T 2918-1998 塑料试样状态调节和试验的标准环境
GB/T 3682-2000 热塑性塑料熔体质量流动速率和熔体体积流动速率的测定
GB/T 6111-2003 流体输送用热塑性塑料管材 耐内压试验方法
GB/T 6671-2001 热塑性塑料管材纵向回缩率的测定
GB/T 8804.3-2001 热塑性塑料管材 拉伸性能测定 第3部分：聚烯烃类管材
GB/T 8806-1988 塑料管材尺寸测量方法
GB/T 9647-2003 热塑性塑料管材一环刚度的测定
GB/T 14152-2001 热塑性塑料管材耐外冲击性能试验方法 时针旋转法
GB/T 17391-1998 聚乙烯管材与管件热稳定性试验方法
GB/T 18042-2000 热塑性管材一蠕变比率的试验方法
HG/T 3091-2000 橡胶密封件 给排水和污水管道接口密封圈 材料规
ISO 12091 结构壁热塑性塑料管材 烘箱试验
ISO 13968：1997 塑料管道及输送系统 热塑性塑料管材环柔性的测定
EN 1277 无压埋地用热塑性塑料管道系统 弹性密封圈连接密封性试验方法
三、 产品的应用范围和特点
埋地排水管道系统一般为重力流系统，对耐内压能力要求不高，但对承受外荷载能力（环刚度）要求较高。同时，该产品标准包含的两种结构壁管材适用于长期温度在45℃以下的埋地排水、埋地农田排水等工程；在考虑到了材料的耐化学性后，也可用于工业的排水、排污管道。双壁波纹管也可作为通讯的套管使用。
四、 产品类型
GB/T19472.1中规定了双壁波纹管一种结构形式；根据当时我国的生产实际情况，GB/T19472.2中规定了两大类结构形式，A型：具有平整的内外表面，在内外壁之间由内部的螺旋形肋连接的管材，或内表面光滑，外表面平整，管壁中埋螺旋型中空管的管材；B型：内表面光滑，外表面为中空螺旋形肋的管材两种结构的缠绕管材。
随着生产和技术的发展，国内外相继开发出了一些新的结构壁管道，如钢带增强的缠绕管等，SC3将根据生产和使用的需要，逐步制定相关的产品标准。目前已经有计划的为轻工行业标准计划Q 2004-088T［钢带加强型塑料缠绕结构壁管］，由福建亚通新材料科技股份有限公司牵头起草。
在GB/T19472-2004中，除了在缠绕管的附录B（资料性附录）中给出了典型管件的示意图外，其他的管件没有规定。用外径的管道系列可以用实壁管的管件进行连接，生产厂家的管材、管件可以互相配用。因此，从标准化、社会化大生产和连接的角度出发，希望不要排斥外径系列生产的双壁波纹管。
由于成型等的原因，GB/T19472.2双壁波纹管标准中规定的管材的尺寸系列以外径和内径并存，但内径系列在管材和管材进行连接时，容易存在连接的密封性问题，希望生产厂家在实际应用中给予注意。GB/T18477-2001中，仅仅规定了以外径为系列的PVC-U双壁波纹管材，因此，SC3组织了浙江永高塑业发展有限公司等单位及时修订了QB/T1919［PVC-U双壁波纹管材］，将外径和内径系列并存，以解决GB/T18477的尺寸问题，等该国标修订后，SC3准备将QB/T1919废止。
五、 原料的要求
GB/T19472中的埋地排水排污用PE结构壁管道，主要以承受外负荷为主，虽然不承受内压，但对原材料也有一定的要求，标准中规定的原材料的性能主要如下：
双壁波纹管部分：生产管材所用的原料应以聚乙烯（PE）树脂为主，其中可加入为提高管材加工性能或其它材料，聚乙烯（PE）树脂含量应在80%（W/W）以上。根据prEN13476的规定，可以加入部分碳酸钙填料，但对于碳酸钙的颗粒尺寸及粒径分布，是否活化等都提出了要求；适量的符合标准要求的填料的加入对提高产品的模量和刚性有促进作用，但一味的追求降低成本等加入填料，反而会适得其反，如环柔性等就会大大下降。另外，原材料的弹性模量对于结构壁管道制品较为重要，因此，在两部分产品标准中，给出了原材料弹性模量的要求和测试方法的资料性附录。
原料应满足表1的要求。
表1 PE管材的材料性能
序号 项 目 要 求 检验方法
1 耐内压 （80℃,环应力3.9Mpa,165h）注）
耐内压 （80℃,环应力2.8Mpa,1000h）注) GB/T 6111-2003
无破坏，无渗漏 采用a型密封头
2 熔体质量流动速率 （5kg,190℃） MFR≤1.6g/10min GB/T 3682-2000
3 热稳定性 （200℃） OIT≥20min GB/T 17391-1998
4 密度 ≥930kg/m3 （基础树脂） GB/T 1033-1986
注： 用相应的挤出料加工的实壁管进行试验。
表中仅仅给出了作为本标准要求的管材的原材料的基本要求，作为原材料生产厂家，满足以上要求还不够，还应有对生产PE树脂的其他如水份含量等要求。
1） 原材料的耐内压试验，应将原材料挤出实壁管按照GB/T6111-2003的要求进行液压试验。液压试验的条件反映出，原材料的要求基本在PE63级树脂以上（GB/T13663-2000［给水用PE管材］中，管材的耐内压试验的条件为：耐内压（80℃,环应力3.5Mpa,165h）；耐内压（80℃,环应力3.2Mpa,1000h）。由韩国牵头的ISO的PE结构壁管道国际标准，韩国初步提出了要求PE80以上的树脂生产，目前该国际标准还在起草初期，SC3将关注该标准的发展。
2） 熔体流动速率反映了树脂中分子量的大小和流动性。
3） 热稳定性（氧化诱导时间OIT）是评价材料在加工、贮存、焊接和使用中耐热降解能力的指标
4） 常规密度是对大分子堆砌密度的一种度量。它是由加工后的冷却或在中等温度下退火结晶形成的。由于添加助剂和颜料，原料树脂的测试密度可能会与管材测试密度不同。但标准要求，基础树脂应≥930kg/m3，即中密度PE以上树脂。
5） 回用料允许使用来自本厂生产的同种管材的、清洁的符合本部分要求的回用料，但生产的管道产品仍应符合本标准的要求。
以上说明，生产结构壁PE管道系统，对原材料仍然由必要的性能要求，不是随便的树脂就可以进行生产，更不是如国内某些生产企业，将回收的PE管道或其他产品用于生产结构壁管道，这样必将会损坏整个行业的长期发展。
六、 尺寸范围
随着生产和技术的发展，PE结构壁管以其重量轻，尺寸范围大、施工方便等一系列优点。GB/T19472.1双壁波纹管标准中管材的内径和外径系列都到了1200mm，基本与prEN 13476中一致；GB/T19472.2中管材的内径到了3000mm，超出了prEN 13476（1200mm）的尺寸，对于大口径的缠绕管，连接时的最小接合长度和最小熔接长度应引起注意，目前标准中规定的还不够细致，同时，大口径管材由于自重，环刚度等级有可能较低，生产厂家、设计应用及施工方应根据具体的工程，综合确定。
标准中还规定了如最小平均内径、最大平均外径、最小层压壁厚、最小内层壁厚等要求，均是对管道质量及连接的基本保证。
七、 颜色
PE树脂本色为白色蜡状，在紫外线等作用下，容易引起分子链的断裂，材料老化从而引起制品性能的下降，炭黑是作为颜料和紫外线稳定剂加入的，炭黑含量在2-2.5%就足以保证管材耐紫外线辐射，同时炭黑的加入应保证均匀分散。因此，标准中要求管材管材（外层）一般为黑色。
八、 物理力学性能
管材的物理力学性能是管材长期使用的有力保证，管材的烘箱试验要求、纵向回缩率是对加工塑化的考核；环刚度、环柔性是对管材短期刚度及柔性的重要考核，国家标准中都明确规定了不同产品的具体要求和测试方法，本次会议也有其他的专家进行讲解，因此本文不再赘述。
蠕变比率是管道在埋地后的重要指标，因为排水、排污等无压埋地塑料管材在使用中要承受管道上方及周围填埋覆土层的外压载荷,作用结果将使其不同程度的产生形变,随时间的延续,这种形变会逐渐累积加大,即发生蠕变现象。外压载荷在管道几十年的服务期中的相当一段时间内存在,与其相伴的蠕变形变如果过大,将导致管道连接处渗漏、管壁向内曲折、破损,甚至结构垮塌而失去使用价值,因此蠕变性能是无压埋地塑料管材的基本技术要求。
塑料管材周围的压力分布受多种因素的影响,实际情况是比较复杂的,目前尚未有充分论据的规律,相关的讨论一般是以管材上方水平投影平均分布的垂直压力和两侧垂直投影平均分布的水平压力简化进行,但由于两侧的水平压力为管材形变后的被动响应且研究对象是针对蠕变性能的,所以被进一步忽略。即便如此,因均匀环压是逐渐形成的,压力载荷也是随之不断变化的,垂直载荷并非持续恒定,当然这种关系仍然复杂,一般视垂直载荷为恒定静态。此外,该载荷对同一管材由于埋深要求与土质等环境条件的不同而各不相同,因而蠕变的绝对量值亦无从得到,但由其变化规律可获取相对值。管材埋地后均匀环压的形成最终使蠕变停止,此段时间在管道的整个使用期内并不太长,国际标准ISO 9967的引言中指出：经实践表明一般不超过2 a。因此,无压埋地塑料管材的蠕变性能是以恒定静态垂直载荷连续作用时间为2 a的形变与初始形变的比值,即蠕变比率进行表征的。GB/T18042标准中也规定了明确的测试方法，利用短期有限的试验数据, 然后建立管材形变对时间的关系曲线与方程,并分析数据的线性关系, 采用统计学的方法外推，最后通过计算外推2 a 的形变求取管材的蠕变比率。
九、 系统的适用性
塑料管道的优点之一就是在输送流体系统的密封性，近年来SC3在制定管道系统的标准时，也将系统的适用性作为一项性能要求，GB/T19472中，对于弹性密封圈式连接的管道，需要按照标准的要求进行系统适用性试验；对于缠绕结构壁管，还应进行焊接或熔接连接的拉伸强度测试。
十、 结束语
塑料管是近十几年来发展起来的新型管材，在国家产业政策支持下，我国塑料管发展很快，品种和规格不断丰富，产量不断增加，质量不断提高，同时我国城市化进程加快，对市政管道需求增大，目前除了聚乙烯双壁波纹管、缠绕管、钢带增强缠绕管等外，国内还相继开发了其他的新品种、新结构管材，从管材品种上看,我国管材产品已达到了多样化，总之，针对目前国内市场上提供的众多不同材质的管材，对每一种管材而言，无论是传统的金属和混凝土制造的管材,或是新开发研制的各种化学管材,从工程应用来看各有其独特的优点,但亦有相应的不足,至今还不可能有一种只有优点而没有缺点的管材。各种材料的管道，均应按照国家标准和进行生产、设计和施工，才能发挥安全的经济效益，促进行业的长期发展。
|