不饱和树脂排水管道系统应用现状

胡浩然　尹青亚　李　静河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）



不饱和树脂排水管道系统应用现状

胡浩然尹青亚李静
河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

摘要:介绍了不饱和聚酯树脂的发展历程和应用领域，对比了树脂成品排水沟与传统排水系统的性能差异，综述了不同类别的不饱和树脂排水管道在城镇交通、市政设施方面的应用现状，以及不饱和树脂基材若干改性技术，提出了相关企业在发展过程中应注意的几点问题。

关键词:不饱和聚酯；排水管道；城镇交通；市政设施；改性技术；企业发展

不饱和聚酯树脂(unsaturated polyester resins)指由不饱和二元酸(或酸酐)与二元醇缩聚而成的含有酯键和非芳香族不饱和双键的线性低聚物，属于热固性树脂。在引发剂作用下，通常能与苯乙烯等有聚合能力的单体发生交联反应，生成三维网状结构的体型聚合物，从而具有黏结性和强度。不饱和聚酯树脂是现代复合材料中最早的聚合物基品种，1940年，美国成功制成不饱和聚酯、玻璃纤维军用飞机雷达罩，不饱和树脂及其复合材料开始受到工业界关注。二战后，不饱和树脂及其复合材料迅速扩展到民用领域，如汽车、船艇、风力发电机部件，节能、防腐、排水管道设备，冷却塔、波形瓦、食品生产设备，门窗、洁具、运动器材等，已成为国民经济建设不可缺少的重要材料[1]。

1不饱和树脂排水管道特性

不饱和树脂排水管道系统主要由管道沟体、上层盖板、备品附件组成。管道沟体以树脂聚合物替代水泥作为胶黏剂，以天然矿物、玻璃纤维等为增强材料，属于新型树脂混凝土。重量仅相当于传统水泥的25%(密度2.1~2.3 kg/dm3)，安装不需大型设备和专用工具。不饱和树脂排水管道具有无毛孔(表面光滑)、无渗透(吸水率＜0.05%)、耐化学腐蚀(pH值3~9范围适用)、抗压及抗折强度高(＞90 N/mm2和22 N/mm2)、韧性好(弹性模量25~35 kN/mm2)、耐久性好(抗老化免保养)、节能环保(与其他矿物兼容,可搭配雨水回收系统)、机械加工性能好(能耐受切割、钻孔、凿刻)等优点[2]。

表1不饱和树脂成品排水沟与传统排水系统的性能对比

不饱和树脂排水管道主要用于户外，可防止积水对铺装材料和构筑物造成损坏，减小公众雨天出行的安全隐患，属于典型的“线性排水”系统。与传统的“点式排水”相较，具有如下优点:外观简洁统一，易于清理维护；线性连续截水，排水效率高；管道不易堵塞，使用寿命长；不需四面找坡，易于施工；埋地深度浅，开挖量小，不与其他埋地管线冲突。

2不饱和树脂排水管道应用现状

专家指出，过去5年间(2011~2014)，不饱和树脂产品的市场需求已进入稳定的饱和状态，未来该产业新的增长点首先是城市排水管网和玻璃钢沼气池等系统化设施，其次是玻璃钢渔船、玻璃钢储油罐、集成卫浴等产品[3]。近年来，我国几乎每个大城市在夏季暴雨来袭时都曾遭受洪涝之灾，排水不畅已成为当前城市建设中一个非常棘手的问题。因此，城市建设的重点将从“地面”转向“地下”,以不饱和聚酯树脂混凝土为主体的排水设施将成为市政基础建设的重点。

2.1城镇交通方面

不饱和树脂排水管道系统在城镇交通方面的应用是非常重要的，也是取代水泥基混凝土管道、PVC、PB、PE、PP等脆性树脂管道的未来市场走向。人流、车流量高的地点，如高速公路、城市道路、隧道、机场、码头、物流园区、集装箱装配区、重工业厂房等，对路面排水要求很高:排水系统必须能够承受重载汽车等动态重量，必须确保大雨量降水情况下路面能迅速排水，设计、安装、维护过程必须经济可行[2]。目前，城镇交通较多采用的不饱和树脂排水管道系统有以下几种:

1）一体式线性排水系统

专为沥青和混凝土路面设计，适用于城市道路、机场、物流装配区；沟体和盖板均为树脂混凝土材质，盖板厚达13.5 cm，内部有钢筋加强，可有效提高排水沟的抗侧向冲击力。一体化成型、防滑设计，车辆高速行驶中无盖板移位或跳板现象。排水沟侧壁附带出水孔、间隔配套跌水井，能有效收集沥青路面的层间水。

2）路缘石线性排水系统

特别适用于弧形交通路面的线性排水，如快速路、景观路、车站。树脂混凝土一体式结构,可有效结合路面排水和路缘石功能，取代传统道路雨水口,节约部分管道施工费用。配备沉砂箱、检修口、积水槽、垃圾井、保护盖等，便于清理维护。

3）重承载线性排水系统

适用于城市道路、机场、物流装配区、道路边缘、小型车辆行驶区。沟体为树脂混凝土材质、带球墨铸铁护边，盖板为球墨铸铁材质、花纹样式繁多，承载力最高可达900 kN。沟体间采用承插式连接方式，并留有5 mm打胶槽，可供特殊区域的二次防渗打胶。

4）有轨电车线路排水系统

专为城市轨道交通设计的大排量排水沟及构件[4]，具有钢筋加固的聚合树脂侧内壁、加强型球墨铸铁护边、延性铸铁格栅盖板，承重等级可达D400，适应极端侧向力，符合EN1433欧洲标准[5]；排水沟标准长度1.25 m，符合常规铁轨间隙，相应的格栅盖板标长0.5 m和0.75 m，由中央键控制其凸销及4位螺母锁定，还配备有防振松系统。格栅盖板表层涂有环保水溶性涂料，固定用螺母和螺帽也经过防腐处理。排水沟通过橡胶绝缘片的热浸镀锌钢与铁轨接合，横向贯穿φ60~80 mm的排水孔，确保各级电气绝缘与最佳的密封性。

2.2市政设施方面

市政设施是不饱和树脂排水管道系统应用的另一热点。房屋施工、花园道路和景观美化项目对排水系统的要求相对个性化:部件构造应简单明朗，便于杂工和技工快速安装，外观应具有持久吸引力，能够协调从弯曲到整体的设置，使用寿命较长，能够承受一定载荷，价格合理[6]。目前市政建设多采用的不饱和树脂排水管道系统有以下几种:

1）金属盖板线性排水系统

适用于人行道、自行车道、绿化带、道路边缘、小型车辆行驶区。沟体为树脂混凝土材质，高强、抗冻、耐腐蚀。金属盖板有热浸镀锌、不锈钢材质，花纹样式繁多。采用嵌入式扣合方式，不需螺母固定，便于随时使用简易工具清洁检修。配备端盖、淤泥箱、出口接头等附件，出水口设置灵活，与市政雨水管道连接方便。

2）缝隙式线性排水系统

适用于广场、幕墙、景观、学校、医院、小区，路面仅留若干缝隙，取代金属盖板设计。缝隙宽度仅15 mm，收水能力达到0.6 L/m，能与不同的硬质铺装材料搭配使用，外形简洁美观。缝隙式线性排水系统分为中缝式和侧缝式两种，缝隙间由片状铆钉和方管支撑,承重等级可达D400。专用沉沙箱设计，解决日常垃圾堆积问题，使沟体内无异味产生。

3）停车场线性排水系统

沟体高度仅50 mm，特别适用于层高有限制的多层建筑的地下地下停车场。树脂混凝土一次性成型，无移动配件，无碾压噪音，承重等级为C250，无需大型吊装设备，安装简易；排梳状设计，符合轮椅、自行车胎标准宽度，可用作盲道指示，符合残疾人无障碍要求。

3不饱和聚酯树脂改性技术

不饱和聚酯树脂作为反应固化性材料的基体，近20年来在世界范围发展迅速。目前，在排水管道设备领域,不饱和聚酯树脂研发的热点是通过共聚、掺混、特殊工艺等技术，降低材料的收缩率，优化其浸润性、加工性能、力学性能，增强其与添加剂的相容性，提高成型制品表面质量[7]。

不饱和聚酯树脂固化过程中常伴随7%~10%的体积收缩，影响制品尺寸的稳定性。针对该问题，武汉理工大学等通过加入聚苯乙烯和聚醋酸乙烯酯类助剂，采用“两步法”合成工艺，适当降低分子中双键的含量，使材料收缩率降至0.36%以下。南京工业大学在淤泥、玻纤填充不饱和聚酯体系中加入低收缩添加剂，制成抗折强度达100 MPa的型材。清华大学利用废旧线路板回收粉料、短切玻璃纤维作填料，采用模压成型工艺，制成抗压、抗折强度达102 MPa、64 MPa的复合材料。西北工业大学分析了温度、边缘效应、SiC纳米粉填料对树脂流动性和力学性能的影响，通过对预制体进行真空浸渍,使树脂在其中充分流动，制成抗折强度达325 MPa的复合材料[8]。其他增强增韧填料还有活性硅微粉、纳米碳酸钙、玻纤织物、炭黑、碳纳米管等。

排水管道用不饱和树脂还应具有优异的抗渗、防腐性能。法国科学家用渗透法和显微镜研究不饱和树脂中水分的吸收、扩散作用，明确了潮湿环境下不饱和树脂材料的渗透、破裂行为[9]。湖南工业大学用氢氧化钠、硫酸、甲苯浸泡以Ca(OH)2、Al(OH)3为填料的不饱和树脂聚合物，发现聚合物与填料之间黏结力降低，导致材料强度严重受损[10]。保利科技将顺酐、二醇制得的不饱和树脂与含有气干性基团的预聚物接枝共聚，得到的产物可耐强酸、强碱、氧化介质的长期腐蚀[11]。

技术研发应始终与工业生产、下游市场高度衔接，才会有准确方向和持久生命力。无论面临何种市场环境，不断提升产品质量是企业立足之本。对于树脂基材生产企业来讲，以DCS为核心的工艺技术优化是提高与稳定产品质量的关键。对于玻纤增强树脂(玻璃钢)制品企业来讲，模具与自动化水平将决定制品的成型质量与生产效能。不断改善作业环境和劳动保护手段，例如使用苯乙烯挥发量低的树脂来降低原材料的毒性、通过防护措施减少玻纤毛刺对皮肤的伤害，增强产业的安全性与吸引力，缓解一线人员流失状况。此外，企业应强化供应链管理,充分利用市场信息来降低生产成本，不仅要研究产品销售市场,更要研究原材料供应市场。

参考文献:

[1]李玲.不饱和聚酯树脂及其应用(第1版)[M].北京:化学工业出版社,2012.05:23- 24.

[2] MEA Traffic.米亚预制式树脂混凝土成品排水沟.米亚建筑材料有限公司.

[3]《不饱和树脂行业出路何在》.中国不饱和树脂网http: //www.upr- e.cn/.

[4] MEA Drain.有轨电车轨道排水方案.米亚建筑材料有限公司.

[5] EN 1433- 2002《车辆和行人区的排水通道分类、设计、试验要求、标记和合格评定》.

[6] MEA Drain.米亚预制式树脂混凝土成品排水沟.米亚建筑材料有限公司.

[7]吴良义.不饱和聚酯树脂国内研究进展及其国外背景[J].热固性树脂,2007,22(2):1- 3.

[8]赵建宇.中国不饱和树脂工业进展[J].热固性树脂, 2013, 28(3):53- 57.

[9]合成树脂及塑料工业信息.2000~2001年国外塑料工业进展[J].塑料工业,2002, 30(3):13- 14.

[10]彭瑛.不饱和树脂聚合物的耐腐蚀研究[J].玻璃钢/复合材料, 2009, (4): 39- 52.

[11]郭君岐.气干性耐腐蚀不饱和树脂的研究[J].热固性树脂, 2012, 27(3):42- 45.