高層建筑中塑料排水管的運(yùn)用分析,給排水工程論文

高層建筑中塑料排水管的運(yùn)用分析,給排水工程論文塑料管材由于其具有環(huán)保、質(zhì)輕、耐腐蝕性強(qiáng)、方便耐用等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于建筑排水管道、電線外皮和農(nóng)業(yè)灌溉等方面，成為繼鋼材、木材、水泥之后的第四大新型建材[1-2]。這些年，由于建筑業(yè)的持續(xù)發(fā)展，塑料管材的生產(chǎn)量也在大幅提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，至2021年底，我們國(guó)家新建或改建工程中有85%以上排水管道采用塑料建材，塑料管道的市場(chǎng)占有率已高達(dá)60%以上[3-4]。由于建筑排水管道一般都位于建筑體內(nèi)，若發(fā)生爆裂或老化等現(xiàn)象則需要將建筑部分毀壞取出排水管進(jìn)行更換，所以施工方和消費(fèi)者對(duì)于管道質(zhì)量和使用壽命都特別關(guān)注。另外，塑料管材的原材料和工藝會(huì)不斷地更新和提高，其質(zhì)量和性?xún)r(jià)比得到持續(xù)改善，這也是塑料管材備受青睞的主要原因[5]。但塑料管材在高層建筑排水構(gòu)造方面仍處于研究階段，原因是塑料管道的承壓能力較鋼材略弱，水體從高層建筑落下直接對(duì)立管底部造成沖擊，傳統(tǒng)觀念以為塑料材料難以承受如此強(qiáng)大的沖擊力，易造成水管底部破裂，所以對(duì)于高層建筑，設(shè)計(jì)人員愈加傾向于保守的鋼材管道[6-7]。1、不同材質(zhì)塑料管在排水工程中的應(yīng)用1.1、硬質(zhì)聚氯乙烯管材硬質(zhì)聚氯乙烯〔UPVC〕管采用聚氯乙烯(PVC)樹(shù)脂為原材料，是當(dāng)前應(yīng)用最廣的塑料管道。UPVC管一般分為排水管道和給水管道，華而不實(shí)在排水管道的基礎(chǔ)功能上，又涌現(xiàn)出很多新功能管道產(chǎn)品，可大致概括為下面幾種[8-11]：芯層發(fā)泡管芯層發(fā)泡管內(nèi)外為UPVC材料，中間為發(fā)泡層，這樣的構(gòu)造使芯層發(fā)泡管既具備UPVC良好的物理和化學(xué)性能，又具有芯層隔熱保溫的優(yōu)點(diǎn)，尤其合適需要保溫的液體運(yùn)輸應(yīng)用；PVC消聲管PVC消聲管包括螺旋消聲管和雙壁螺旋消聲管，其內(nèi)部有6條螺旋肋作為導(dǎo)流筋，在排水系統(tǒng)中可起到良好的導(dǎo)流作用，使水流在管內(nèi)以一樣的方向角度呈螺旋狀流下，降低了水流對(duì)管內(nèi)壁的沖撞力，進(jìn)而到達(dá)消音效果，同時(shí)水體呈螺旋狀下流，使得管內(nèi)構(gòu)成自然通路，氣體能夠順利進(jìn)入管內(nèi)，維持了內(nèi)外氣壓的穩(wěn)定性，提高了排水系統(tǒng)的安全性能；徑向加筋管徑向加筋管的管外壁上具有徑向加強(qiáng)筋，能夠提高管材的環(huán)堅(jiān)強(qiáng)度及抗壓性，增加使用壽命；雙壁波紋管雙壁波紋管由波紋狀外層和光滑內(nèi)側(cè)共同組成，抗壓性強(qiáng)、流量大，同時(shí)雙壁波紋管具有良好的撓曲性能，能抵消土地不均勻沉降帶來(lái)的副作用。UPVC給水管道的應(yīng)用范圍略小于排水管道，其主要優(yōu)點(diǎn)包括不易結(jié)水垢堵塞水管、性質(zhì)穩(wěn)定耐腐蝕和不易滋生細(xì)菌等。1.2、鋁塑復(fù)合管鋁塑復(fù)合管是最早出現(xiàn)包含塑料成分的管材，鋁塑復(fù)合管的構(gòu)造較為復(fù)雜，共包含五層，華而不實(shí)最外層和最內(nèi)層均為塑料材質(zhì)，內(nèi)兩層為熱熔膠材質(zhì)，最中間一層為鋁合金材質(zhì)。由于具有多層構(gòu)造和鋁層，鋁塑復(fù)合管保溫性能、壓縮性能、阻隔性能和導(dǎo)熱性能都較好，而塑料內(nèi)外壁又能使其同時(shí)具有塑料管道的優(yōu)點(diǎn)，華而不實(shí)鋁塑復(fù)合管最大的優(yōu)點(diǎn)是阻隔性能強(qiáng)，能夠阻隔氣體分子浸透。鋁塑復(fù)合管一般分為聚乙烯鋁塑復(fù)合管〔PE/Al/PE〕、聚乙烯/交聯(lián)聚乙烯鋁塑復(fù)合管〔PE/Al/CrosslinkedPE〕和交聯(lián)聚乙烯鋁塑復(fù)合管〔CrosslinkedPE/Al/CrosslinkedPE〕三種。交聯(lián)聚乙烯是指將線型聚乙烯聚合構(gòu)成三維網(wǎng)狀構(gòu)造，使其構(gòu)造更穩(wěn)定，性能更佳。1.3、玻璃纖維加強(qiáng)塑料夾砂管玻璃纖維加強(qiáng)塑料夾砂管是一種以合成樹(shù)脂為基體，玻璃纖維為加強(qiáng)材料，加上石英砂共同組成的管道材料。合成樹(shù)脂耐腐蝕能力強(qiáng)，玻璃纖維防浸透能力好、摩擦系數(shù)小、運(yùn)輸能力高，石英砂設(shè)計(jì)靈敏、耐磨性好。表1為不同材質(zhì)管道的摩擦系數(shù)。表1不同材質(zhì)管道的摩擦系數(shù)1.4、聚乙烯管聚乙烯〔PE〕管是將單體乙烯在不同反響條件下合成密度不同的樹(shù)脂，并以之為材料制作而成，國(guó)際上將PE管根據(jù)強(qiáng)度分為五個(gè)等級(jí)：PE32級(jí)、PE40級(jí)、PE63級(jí)、PE80級(jí)和PE100級(jí)。1.5、三型聚丙烯管三型聚丙烯〔PP-R〕管是由無(wú)規(guī)共聚聚丙烯(PP)和少量橡膠彈性體擠出成型制作而成。PP-R管中參加橡膠后克制了PP單體在低溫條件下易發(fā)脆的缺點(diǎn)，進(jìn)而成為排水管道選材之一。PP-R管具有安全衛(wèi)生、保溫節(jié)能、耐高溫、易于安裝、可回收利用等眾多優(yōu)點(diǎn)。2、直立狀水管中的受力情況針對(duì)在高層建筑中由于水體沖擊力過(guò)大導(dǎo)致塑料排水管立管底部易爆裂的問(wèn)題，對(duì)水流在直立狀水管中的受力情況進(jìn)行模擬分析。水管在高層建筑中的分布包括每一樓層的橫支管和樓層間及頂樓到底樓的直立支管，水流首先從出水口進(jìn)入排水系統(tǒng)橫支管，運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后進(jìn)入直立支管，由于運(yùn)動(dòng)方向忽然改變，加上此時(shí)水流已經(jīng)具有一定的速度，其流態(tài)會(huì)發(fā)生復(fù)雜的變化，一方面水體具有橫向加速度，另一方面水體遭到重力、管內(nèi)壁摩擦力和空氣阻力作用。水體在橫豎拐彎處受力如此圖1所示。圖1水體在拐彎時(shí)的受力分析水體在進(jìn)入直立支管運(yùn)動(dòng)一段距離后，重力與空氣阻力互相抵消，此時(shí)水體開(kāi)場(chǎng)呈勻速下落，一般將此段運(yùn)動(dòng)距離稱(chēng)為極限長(zhǎng)度，此時(shí)的速度稱(chēng)為極限流速。在管材確定情況下，水管底部所受沖擊力只與水流量和排水管直徑之間的比值相關(guān)，與直立支管高度無(wú)關(guān)。但由于塑料管材相對(duì)鐵質(zhì)管材的力學(xué)性能較差，可采取在直立支管每隔一段極限長(zhǎng)度范圍內(nèi)就設(shè)置一個(gè)消能設(shè)備的方式，即減小其極限長(zhǎng)度和極限速度，最終到達(dá)減小水體對(duì)直立支管底部沖擊力的目的。由此能夠得出結(jié)論，只要合理設(shè)計(jì)排水管直徑和設(shè)置消能設(shè)備，塑料管材能夠作為高層建筑排水管。3、存在的問(wèn)題及解決方案3.1、存在的問(wèn)題只要了解流體運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，對(duì)管材做出相應(yīng)處理，塑料管材是能夠用于高層建筑排水管工程的。針對(duì)塑料材質(zhì)特點(diǎn)，提出塑料排水管在高層建筑中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，可在施工時(shí)防患于未然，提高塑料排水管質(zhì)量和使用壽命?？赡艽嬖诘膯?wèn)題包括：結(jié)合處有滲漏現(xiàn)象、管道噪聲大、通氣問(wèn)題、虹吸問(wèn)題等。3.2、解決方案針對(duì)塑料管材在高層建筑中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，提出下面建議供相關(guān)人員參考：(1)塑料管摩擦系數(shù)小，不易堵塞，但結(jié)合處會(huì)因石沙而發(fā)生出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象，尤其是頂層?？刹捎蒙安荚诮Y(jié)合處打毛，使結(jié)合處摩擦系數(shù)增加的方式方法解決這個(gè)問(wèn)題。(2)關(guān)于管道噪聲大的問(wèn)題，可選用螺旋消聲管。一般建筑并不需要到達(dá)專(zhuān)業(yè)級(jí)消聲水平，只需采取一定措施減少噪音。此時(shí)能夠采用在直立支管底部使用柔性材料包裹的方式方法到達(dá)消音目的。(3)排水管道在排水同時(shí)應(yīng)保證其通氣順暢，否則容易造成水壓不穩(wěn)，對(duì)排水經(jīng)過(guò)及管道均會(huì)產(chǎn)生不利影響，所以一般排水管道內(nèi)包含通氣管。在某些管井尺寸小的地方難以安裝普統(tǒng)統(tǒng)氣管時(shí)可采用H型塑料管件，縮短水管與通氣管距離，減小占用面積。(4)塑料材質(zhì)摩擦系數(shù)小，極限流速較大，直立支管較其他材質(zhì)管道負(fù)壓更大，導(dǎo)致橫向支管易發(fā)生虹吸現(xiàn)象?？刹捎迷黾右易中凸芗鸲螌?duì)水流進(jìn)行緩沖，進(jìn)而預(yù)防橫向支管發(fā)生虹吸現(xiàn)象。4、結(jié)論塑料建材代替鋼材成為建筑排水管道是將來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，從詳細(xì)品種分析，UPVC管和PE管屬于主流產(chǎn)品，市場(chǎng)需求較大。當(dāng)前市場(chǎng)上已出現(xiàn)大量新型復(fù)合塑料建材和改性塑料建材，將來(lái)可能會(huì)在華而不實(shí)出現(xiàn)性能更好的塑料建材代替?zhèn)鹘y(tǒng)塑料建材。從管徑分析，PE管和鋁塑復(fù)合管一般為小口徑管材，PVC管口徑分布比擬廣泛，一般高層建筑排水管會(huì)選用大口徑管材，目的是減小直立支管底部沖擊力。以下為參考文獻(xiàn)：[1]劉朝松.市政排水塑料管設(shè)計(jì)與施工的幾點(diǎn)體會(huì)[J].山西建筑,2018,36(7):155-156.[2]周全營(yíng),張同江.排水塑料管(PVC-U)應(yīng)用技術(shù)討論[J].漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào):綜合版,2002,32(3):8-9.[3]張麗芬.新型建材UPVC排水塑料管的應(yīng)用[J].遼寧建材,2001,15(2):19-20.[4]周澤均,陳春玲.UPVC塑料管與鑄鐵管在建筑排水工程中的比照應(yīng)用[J].給水排水,2005,43(6):29-30.[5]達(dá)明珠.淺談建筑給排水塑料管應(yīng)用中存在的問(wèn)題[J].林業(yè)建設(shè),2004,12(3):33-35.[6]袁中鋒.淺析給排水塑料管在建筑工程中應(yīng)用[J].商品與質(zhì)量建筑與發(fā)展,2020,31(12):34-37.[7]郭建航.建筑給排水塑料管應(yīng)用中的質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