供水管網(wǎng)具有使周期長(zhǎng)(30年或更長(zhǎng))、檢修和改造難度大、事故不易察覺(jué)(埋在地下)的三個(gè)特點(diǎn)。供水管網(wǎng)的安全可靠有兩方面的含義：一是管網(wǎng)不間斷供水，盡量避免管道破裂、漏損，甚至爆管;第二是管網(wǎng)輸送的自來(lái)水水質(zhì)，不因管道自身的原因(如管道生銹)，影響管網(wǎng)水質(zhì)。就是在管網(wǎng)輸配水過(guò)程中，管網(wǎng)水質(zhì)不能有太大的變化;從水廠到用戶，順利到達(dá)，同時(shí)滿足水量和供水服務(wù)壓力。在管道工程中，有各種材質(zhì)不同的管道，應(yīng)用范圍較廣。由于技術(shù)進(jìn)步，制造供水管道所用的材料不斷在發(fā)展，新型供水管材的性能有了較大的改進(jìn)。從供水管網(wǎng)安全可靠?jī)煞矫娴囊?，一是不間斷供水，二是管網(wǎng)水質(zhì)要安全可靠)，這個(gè)要求也是實(shí)際應(yīng)用的要求，以此討論新型供水管材的應(yīng)用和發(fā)展。
一、金屬管道
在早期建設(shè)的輸配水管網(wǎng)中，使用過(guò)鉛管，這是一種抗腐蝕較好的金屬管道。在鉛管表面形成的氧化膜一直被認(rèn)為是無(wú)毒的。隨著分析儀器的進(jìn)步，可以測(cè)定出微量元素，終于弄清了鉛會(huì)從鉛管中析離出來(lái)。當(dāng)存在氧的情況下，PH值低于7時(shí)，便會(huì)有微量的鉛析出。隨后，小口徑鍍鋅鋼管道替代了鉛管?，F(xiàn)在分析管網(wǎng)輸配水過(guò)程中的水質(zhì)變化，可以發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致管網(wǎng)水質(zhì)降低的主要原因是小口徑鍍鋅鋼管，特別是用戶內(nèi)部管道。一方面，在用的小口徑鍍鋅鋼管時(shí)，很少采用襯涂等保護(hù)性措施，用戶內(nèi)部管道的管材質(zhì)量較差;另一方面，小口徑管道多處于管網(wǎng)末梢，管道內(nèi)流速慢，滯留時(shí)間長(zhǎng)，二次供水設(shè)施管理和維護(hù)不善。因此，小口徑鍍鋅鋼管已由塑料管和復(fù)合管道來(lái)取代它。
1、鑄鐵管
是人們最熟悉，也是使用較廣的一種管道。鑄鐵是鐵(Fe)和碳的合金，碳在鑄鐵中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)要高于2.11%，含碳量低于這個(gè)比例，就是低碳鋼。采用低碳鋼制作的鋼管，加工和安裝比較方便。鋼管的各項(xiàng)力學(xué)性能優(yōu)于其他管道，但是它的耐腐蝕性卻很差。鋼管的使用壽命為20—30年，鑄鐵管的壽命可達(dá)80～100年。由于鋼管的表面防腐處理比較麻煩，防腐成本高，一般只在特殊地段采用鋼管(現(xiàn)已大量使用)。
2、球墨鑄鐵管
是通過(guò)加熱和冷卻的整體熱處理方法，來(lái)改變管材的性能。例如將球墨鑄鐵管放在加熱爐內(nèi)，加熱到830℃，然后讓管道和加熱爐同時(shí)冷卻到室溫。這種管道和加熱爐隨爐冷卻的整體熱處理方法，叫“退火”。這種方法提高了球墨鑄鐵管的沖擊韌性。比較球墨鑄鐵管和灰口鑄鐵管的金相分析照片，可以看到球化的石墨(碳)和絲狀石墨(未球化的碳)：灰口鑄鐵管由于原材料和生產(chǎn)工藝的原因，含有大量的滲碳體和球光體，管道斷口能看到白口組織(俗稱灰口)，管材性能不如球墨鑄鐵管。
3、普通鑄鐵管與球墨鑄鐵之比較
隨著鑄鐵管生產(chǎn)工藝的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，時(shí)至今日，離心球墨鑄鐵管已成為世界上最主要的鑄鐵管生產(chǎn)工藝。國(guó)內(nèi)使用的灰口鑄鐵管已逐漸向離心球墨鑄鐵管轉(zhuǎn)移。球墨鑄鐵管不僅應(yīng)具有較高的抗拉強(qiáng)度，同時(shí)應(yīng)具有較高的延伸率。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS02531的要求，球墨鑄鐵管的抗拉強(qiáng)度≥420MPa，DN40—DNl00mm的管道，延伸率≥10%，DNl200—2600mm的管道，延伸率≥7%?；铱阼T鐵管由于不要求管道的延伸率，對(duì)鐵水原料的有害成分的控制范圍較寬。如下表：
球墨鑄鐵管和灰口鑄鐵管的化學(xué)成分比較(%)
碳(C)硅(Si)錳(Mn)磷(P)硫(S)
球墨鑄鐵管3.5～3.61.6～1.80.2～0.4≤0.04≤0.02
灰口鑄鐵管3.3～3.81.4～2.60.6～～0.9≤0.3≤0.10
二、塑料管道
常用于供水管網(wǎng)中的塑料管道可分為兩類：一類是聚烯烴材料：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯(PB)，這類塑料管道適用于熔合(加熱)連接。
另一類是氯乙烯材料：聚氯乙烯(PVC)，硬質(zhì)聚氯乙烯(U—PVC)、過(guò)氯化聚氯乙烯(C—PVC)，適用于粘接(膠水)連接?，F(xiàn)分述如：
1、PVC類塑料管
PVC和PE管道在20世紀(jì)60年代，同時(shí)應(yīng)用于供水管道工程。在應(yīng)用初期，PVC管道的連接方式比較簡(jiǎn)單，小口徑PVC管道采用膠水，粘接連接，中等口徑的PVC管道采用承插接口，使用橡膠圈密封，是一種較理想的柔性接口。因此在20世紀(jì)90年代以前PVC管道的應(yīng)用范圍較廣。對(duì)于推廣初期的PE管道，采用加熱連接的方法，施工不方便。早期的PE管，由于材料性能的限制，抗壓強(qiáng)度和抗開(kāi)裂性能都不好。為了承受外壓和內(nèi)壓，PE管道的口徑越大，管壁就越厚。因?yàn)檩^厚的管壁才能保證管道有足夠的剛度。大口徑的PE管道，管壁相對(duì)厚，材料用量增加，加大了成本。因此，推廣初期的PE管，一般不超過(guò)DN300mm，主要用于戶內(nèi)管道和配水管網(wǎng)。
聚氯乙烯(PVC)通常是多組分的塑料，PVC在熱、氧、光作用下，結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化。因此，PVC加工中一定要加入穩(wěn)定劑。為了改善PVC管道的表面性能，減少管道的收縮性能和著色等目的，還需加人其他加工助劑、填料和顏料等。管道中常用的U—PVC，就是為了改善PVC脆而硬的性能，在生產(chǎn)中加入增塑劑。增塑劑含量在0—12%范圍內(nèi)的PVC管道，稱為U—PVC管道。
C—PVC是由PVC進(jìn)一步氯化而得的產(chǎn)物，C—PVC和PVC的材料區(qū)別是氯含量的不同，C—PVC的氯化程度較高。一般PVC的氯含量為56.7%;C—PVC氯含量為63—74%。這是各生產(chǎn)廠家的氯化方式和生產(chǎn)技術(shù)水平不同而造成的。由于C—PVC氯含量的增加，C—PVC管道的抗老化性能和耐壓性能均有較大提高。可以這樣看，C—PVC管道是傳統(tǒng)U—PVC管道的改進(jìn)和提高。
PVC管道由于施工簡(jiǎn)易、水力條件好，在供水管網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。隨著環(huán)保的要求日趨嚴(yán)格，水質(zhì)指標(biāo)增加，考慮到健康、安全方面的因素，PVC管道在以下兩方面受到質(zhì)疑：1.PVC管道使用的添加劑中含有重金屬，有一種穩(wěn)定劑如酞酯酸，其中含有金屬鉛，鉛有可能析入水中;2.PVC管道的含氯量過(guò)高，可能有負(fù)面影響。上述兩方面的問(wèn)題，使其他塑料管材，如PE(聚乙烯)和PP(聚丙烯)擴(kuò)大了市場(chǎng)。
2、PE類塑料管
PE(聚乙烯)的原料來(lái)源豐富，從分子式結(jié)構(gòu)(C2H4)看，PE的分子結(jié)構(gòu)是聚合物最簡(jiǎn)單的一種。PE管道在發(fā)展中，不斷克服自身的不足。PE管的加熱熔接，要求一定的操作空間和熟練的操作技術(shù)。后來(lái)發(fā)明了電熱接套管：就是兩個(gè)管段或管件，通過(guò)一個(gè)電熱焊接套筒相連接。這種連接方式用于管溝內(nèi)PE管的連接，或者施工空間狹小的地方。PE管道的材料性能也在改善，從PE63、PE80、到PEl00，將來(lái)會(huì)發(fā)展到PEll5。PEl00是指在20℃下，這種等級(jí)的PE材料使用50年后，能保持10MPa的最低強(qiáng)度(MRS);PE80為8.0MPa。
隨著PE材料等級(jí)的提高，同樣的管道，采用PEll5的管壁厚度，要低于采用PEl00的管道壁厚。在滿足要求的前提下，PE管的壁厚變薄，減少了PE材料的用量，降低了成本，有利于PE管在大口徑管道中的應(yīng)用。PE管的連接都需要加熱，還要求一定的冷卻時(shí)間，每一次焊接都需要20分鐘左右?？趶皆酱蟮墓艿?，加熱和冷熱時(shí)間越長(zhǎng)。因此，PE管的安裝工期相對(duì)長(zhǎng)。
PE管在管道免開(kāi)挖和舊管翻新中，有很高的市場(chǎng)占有率，因此，PE管經(jīng)常應(yīng)用于管道免開(kāi)挖工程;由于PE(聚乙烯)的綜合性能良好，是生產(chǎn)復(fù)合管道(鋁塑復(fù)合管和鋼塑復(fù)合管)的主要原料。復(fù)合管道將金屬材料和塑料合理組合在一起，就可以充分利用金屬良好的機(jī)械性能和塑料的防腐性能，從而保證供水管網(wǎng)的安全可靠性。
三、不同類型管材的發(fā)展
為滿足供水管網(wǎng)安全可告運(yùn)行的要求，管材的發(fā)展有兩個(gè)方面：一是選用新型管材，限制和逐步淘汰不符合發(fā)展要求的舊管材。發(fā)展性能優(yōu)良、耐腐蝕性能好的新型管材，根據(jù)實(shí)際要求，選擇合適的金屬或非金屬管材;二是對(duì)管道表面采取保護(hù)措施，外部防腐和內(nèi)部襯涂，以確保管網(wǎng)水質(zhì)的安全。現(xiàn)分述如下：
l、鑄鐵管
在管道工程中，仍占有重要位置，特別是鋼鐵產(chǎn)量在今后幾十年內(nèi)不會(huì)下降(目前全世界產(chǎn)量7—8億噸)。鑄鐵管的性能已有了大幅度的提高。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS02531中，離心球墨鑄鐵管的抗拉強(qiáng)度≥420MPa，已和低合金鋼的強(qiáng)度差不多，但離心球墨鑄鐵管的耐腐蝕性能優(yōu)于鋼管。為了抗腐蝕和保證管網(wǎng)水質(zhì)，鑄鐵管內(nèi)部和外部的襯涂和防腐材料，都在改進(jìn)和完善。
2、塑料管
會(huì)有更大的發(fā)展，PVC管道的材料性能還將改善，避免使用含有重金屬的穩(wěn)定劑。各種關(guān)于新型塑料的新技術(shù)，都在不斷地推廣使用。但塑料管的穩(wěn)定性和老化問(wèn)題仍是人們擔(dān)心的。
3、先進(jìn)的復(fù)合材料管
在20世紀(jì)曾得到很大發(fā)展，如預(yù)應(yīng)力鋼和筋混凝土管、PCCP管(鋼筒混凝土管)和樹(shù)脂基復(fù)合材料(玻璃管夾砂管GRP)在大口徑輸水管道工程中有應(yīng)用。鋼塑復(fù)合管和鋁塑復(fù)合管，在小口徑用戶管道市場(chǎng)中有很大的需求。新型供水管材的發(fā)展，不是單純的技術(shù)進(jìn)步，還要考慮到市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)條件和市場(chǎng)取向問(wèn)題。符合發(fā)展和環(huán)保要求的新型管材，還在不斷被研發(fā)出來(lái)。