供水管网的管材综述

一、供水管网的功能要求
供水企业的根本任务是向用户提供清洁的饮用水，连续供应有压力的水，同时降低供水费用。为此，供水管网作为供水系统的重要环节，对于它的硬件有以下五点要求：
　　(1)　封闭性能高
　　供水管网是承压的管网，管道只有良好的封闭性，才是连续供水的基本保证。
　　(2)　输送水质佳
　　自来水从水厂到用户，要经过较长的管道，往往需要几个小时乃至几天。管网实际上是一个大的反应器，出厂水未完成的化学反应将在管网中继续进行，并且含氯水与管壁发生新的接触，有可能产生新的反应，这些反应有生物性的、感官性的以及物理化学性的。因此要求管道内壁既要耐腐蚀性，又不会向水中析出有害物质。
　　(3)　水力条件好
　　供水管道的内壁不结垢、光滑、管路畅通，才能降低水头损失，确保服务水头。
　　(4)　设备控制灵
　　一个大城市的供水管网，管道总长度少的有数百公里，多的达数千公里，在这样的大型供水管网中有成千上万个专用设备，维持着管网的良好运行。
　　在管网上的专用设备包括：阀门、消火栓、通气阀、放空阀、冲洗排水阀、减压阀、调流阀、水锤消除器、检修人孔、伸缩器、存渣斗、测流测压装置等。这些设备的完好是保证管网运行畅通、避免污染的前提。
　　(5)　建设投资省
　　供水管网的建设费用通常占供水系统建设费用的50％～70％，因此如何通过技术经济分析确定供水管网的建设规模，恰当选用管材及设备是管网合理运行的保证。

二、管材类别
1、金属管材
　　(1) 钢管(SP)
　　钢管包括：钢板直缝焊管与钢板螺旋焊管(适用于大口径管道)、无缝钢管(适用于中小口径管道)、不锈钢管(适用于中小口径管道)，镀锌钢管与钢塑复合管(适用于小口径管道)，近年多数城市已不用镀锌钢管。
　　(2)铸铁管(CIP)
　　(2.1) 灰口铸铁管(GCIP)
　　包括离心灰口铸铁管、半连续灰口铸铁管(适用于中小口径管道)。近年多数城市供水企业已不用灰口铸铁管。
　　(2.2) 延性铸铁管(DCIP)
　　包括退火球墨铸铁管、铸态球墨铸铁管(适用于各种口径管道，主要是中小口径管道)，铸态球墨铸铁管亦逐渐退出市场。
　　(3)有色金属管
　　包括铜管、铝管(适用于小口径管道)。

2、 非金属管材
　　(1)水泥压力管
　　(1.1) 石棉水泥管(ACP)现已不推广使用；
　　(1.2) 自应力管(SSCP)在小城镇及农村用于中小口径管道；
　　(1.3) 预应力管(PCP)
　　包括管芯缠丝预应力管(又称三阶段管)(CTPCP)、振动挤压预应力管(又称一阶段管)(PVCP)、预应力钢筒砼管(PCCP)，适用于大中口径管道。其中预应力钢筒砼管是前者的新一代产品。
　　(2)塑料管
　　(2.1) 热塑性塑料管
　　包括硬聚氯乙烯管(UPVC)、高密度聚乙烯管(HDPE)(适用于中小口径管道)；聚乙烯夹铝复合管(PAP)、孔网钢带塑料复合管(PSSCP)、交联聚乙烯管(PEX)、改性聚丙烯管(PP-R)、聚丁烯管(PB)、尼龙管(PA)(适用于小口径管道)；丙烯腈一丁二烯一苯乙烯三元共聚物为基材的工程塑料管(ABS)(主要适用于水厂投加氯及净水剂的管道，目前也有中口径管道产品)。
   (2.2)热固性塑料管(GRP)
　　GRP管又称玻璃纤维增强树脂塑料管或玻璃钢管。玻璃钢管或加砂的玻璃钢管又分两种成型方法，即离心浇铸成型法(Hobas法)及玻璃纤维缠绕法(Veroc法)，GRP管在大口径工业用水管道上、排污管道及源水管道上有较大的适用前景。

三、 管材适用性概述
1、钢管
　　(1)大口径钢管
　　钢管通常选用Q235B(A3)镇静钢钢板制作，它的强度高，管材及管件易加工，管厂建设周期短，特别是地形复杂的地段，一般采用钢管。但钢管的刚度小，易变形，衬里及外防腐要求严，必要时需作阴极保护，施工过程中组合焊接工作量大，在地下水位较高时，可采用胶圈柔性接口措施克服这一困难，与水泥压力管相比，造价较高。
　 (2)镀锌钢管
　　在国内过去小口径管道上，主要使用的是镀锌钢管(白铁管)，但因锈蚀问题，影响水质及使用年限，近年多数城市已不再使用。另外，市场上出售的冷镀锌钢管，镀锌层薄，管内壁更差，甚至未镀上，极影响水质，使用3～5年就腐蚀穿孔，不符合供水管道使用，作为伪劣产品，已禁用。
　　(3)薄壁不锈钢管（LGSSP）?
　　近几年国内已有一些企业可制造薄壁不锈钢管，并制造出胶圈快速连接的管件，它在冷热水管应用上前景广阔，各种规格的管材、管件及阀门、水咀等已形成“白钢系列”产品，它不存在锈蚀与材质老化的问题，使用寿命长，外形美观，它在小口径管材中将是竞争力很强的品种。

2、铸铁管 
　　铸铁管是供水管网中使用量最多的一种管材。
(1)城市供水管网的功能需要球墨铸铁管
　　1）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。
　　2）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。
　　3）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。
　　4）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。
　　5）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。
　　6）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。
　　7）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。
　　(2)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
　　1）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。
　　2）我国台北市在1996年敷设3412km管道中，球墨铸铁管占84.82％。
　　3）日本东京市城市供水管网中，球墨铸铁管约占90％。
　　4）美国近几年内，年安装供水管道23万km，球墨铸铁管占47.7％。
　　(3)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。

3、水泥压力管
　　(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。
　　(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。
　　国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，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)预应力管
　　预应力管包括一阶段管、三阶段管、预应力钢筒砼管。
　　1)一阶段管
　　一阶段管的制管过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。
　　此种工艺的特点是强度及抗渗性较好，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
　　三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。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。
　　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