给排水管材检测参数意义探讨

武允超

（安徽省水利科学研究院，安徽蚌埠 233000）

1 PVC、PP 管的概念及特性

1.1 PVC 及PVC 管概念及特性

PVC（聚氯乙烯）为热塑性树脂，PVC 管是指以聚氯乙烯（PVC）树脂为主要原料，经工艺成型的聚氯乙烯管状材料，常用于建筑、市政给排水管道，主要分为PVC-U、PVC-M、PVC-O 三种管材。其技术起源于德国，是德国于1933 年研发的，我国从20世纪60 年代开始研制使用PVC 管材，由PVC 制成的管材具有耐寒、耐腐蚀、价格低廉等特征。

1.2 PP 及PP 管概念及特性

PP 管材指以聚丙烯（PP）为主要原料，经工艺成型的聚丙烯管状材料，是欧洲于20 世纪90 年代研发的。PP 管在建筑工程中常用于冷热水饮水管、采暖系统等，主要分为PP-R（无规共聚聚丙烯）、PP-H（均聚聚丙烯）、PP-B（嵌段共聚聚丙烯）三种管材。PP 材料为半结晶型非极性聚合材料，密度约为0.89～0.91g/cm3，在五大通用树脂中最轻。与传统的金属管相比，具有很高的耐弯折性能且不存在环境因素导致的应力开裂的问题，耐热性、化学稳定性、电绝缘性均较好，不会污染水源，可在120℃下长期使用。但是同时也存在收缩率较高、低温抗冲击性能差、不耐磨、耐老化差等缺点。工程上多使用PP-R，采用乙烯与PP 共聚，增强PP 的韧性与耐低温性能。

2 管材的检测指标

PVC 与PP 管材的诸多优点，常应用于建筑、市政工程的给排水方面，所以管材本身的强度、韧性、耐内水压、耐腐蚀等性能极为重要，国家相关标准也针对管材的用途及特点设置了相关检测参数与指标，本文就现行规范常见的检测参数作出详细说明，阐述了各个检测参数对于管材物化性能的代表意义。

常见的PVC、PP 管检测指标见表1。

2.1 密度

密度是管材最基本的物理性能指标之一。PVC 管材是以PVC 为主要原料，加入必要的添加剂作为辅料，通过主料与辅料经过混合—搅拌—过筛—挤出—定型等工艺步骤生产。检测试验中一般采用液体浸渍法，通过测量管材试件在空气中和蒸馏水中的质量差进行密度计算。检测此项指标是考察PVC 管材在挤出过程中是否密实，添加的辅料是否合格的一个间接证明。

2.2 拉伸性能

从管材上沿纵向平行于管轴线取条并加工成总长为115mm的哑铃型试样，利用万能试验机对试样进行等速拉伸，通过试验机及引伸计读数测得试样的拉伸性能。拉伸性能是管材的重要力学性能，包含拉伸屈服应力及断裂伸长率两个指标，是管材的力学强度及韧性的度量。拉伸性能差的管材，强度低、脆，在外力作用下易破裂。

2.3 纵向回缩率

通过测量管材在特定温度的烘箱或液体中放置特定时间，冷却至室温后其长度的变化率，检测在热影响下，管材沿纵向收缩的百分比。是热塑性管材在热源影响下沿纵向塑性变形的稳定性指标，它考察的是管材对日光照射（光照强烈地区）、环境温度变化（早晚温差大的地区）及其他热源影响的承受能力。纵向回缩率越小，管材的尺寸热稳定性越强，适用性越广，使用年限也越长。

表1 建筑工程用PVC、PP 管常见物理性能检测参数

2.4 维卡软化温度

维卡软化试验是维卡尔于1894 年提出，1910 年最先由德国正式建立的试验方法，试验过程是把边长为10mm 的加工试件放在液体或加热箱中，匀速升高加热装置的温度，测定标准压针在50±1N 力的作用下，记录压针头刺入试样1mm 时的温度，即为维卡软化温度（用VST 表示），单位为℃。我国于1970 年采用这一方法测定热塑性塑料的热性能，1979 年建立国家标准。

非晶态高分子材料的软化实质上是玻璃化转变，温度高于玻璃化转化点时，材料为柔性状态；低于玻璃化转化点时，材料为刚性状态。维卡软化温度是表示材料耐热性能的重要质量指标，表征材料在温度升高时保持其物理机械性质的能力，是材料使用时期望的软化温度，适用于衡量热塑性硬质或半硬质材料，不适用于衡量热固性材料和软质材料。维卡软化点高，管材的耐热性能好。

2.5 二氯甲烷浸渍试验（PVC-U 管材）

聚氯乙烯在挤出生产的过程是PVC 粒子经粉碎、晶体熔融形成二维网络，即塑化的过程。塑化度，是PVC 粒子熔融程度的标志，未经塑化的PVC 树脂，可溶于如二氯甲烷等有机溶剂，使管材表面出现脱落、起皮、起絮等现象。PVC 塑化后形成贯穿整个制品的结晶网络，加强制品的力学性能。因此塑化度在一定程度上会影响管材的力学性能，塑化度过低，管材力学性能也很低。塑化度不均，也会导致管材整体质量不均，易出现裂纹等现象。

二氯甲烷浸渍试验是将PVC 管材切割为指定长度，根据它的壁厚将其一个端面切割为一定角度的斜面，将试样在二氯甲烷恒温水浴中浸渍（30±1）min 来测试试样在相关标准规定温度下的破坏程度，是管材生产过程中简便的质量控制，也是衡量管材塑化程度和均一性的指标。即二氯甲烷浸渍试验检测两个方面，管材塑化度和管材均一性。

2.6 液压试验

液压试验指标通常用于给水管，排水管不做此项检测。是测量管材在一定温度下的耐内水压性能的指标，试验过程是将试样经状态调节后，在规定的恒定静液压（内水压）下，在规定的温度下，保持一个规定的时间或直至试样发生破坏、渗漏。适用于试样内部为水，外部为水（水—水试验）、空气（水—空气试验）及其他液体（水—其他液体试验）的耐内压性能试验。液压试验是给水管性能最直观的体现，试验结果的好坏直接表征着管材的使用寿命。

2.7 落锤冲击试验

落锤冲击试验是在冲击负荷作用下测定材料的抗冲击强度，用来衡量材料在受外力冲击状态下的韧性和对断裂的抵抗力。在PVC 管材检测中，采用时针旋转法，以规定质量和尺寸的落锤从规定高度自由落体，依次冲击试验样品沿管径等分的不同部位，观察管材有无破坏及裂纹来测定热塑性塑料管材耐外冲击性能，整批产品进行试验时，其冲击破坏总数除以冲击总数即为真实冲击率（TIR），以百分数表示。检测标准采用区间估计法，即在进行一定数量的子样冲击试验后，根据子样的数据特性，按一定置信度（90%）和分布规律推定批量管材的真实冲击率可能落在的区间。

2.8 环刚度、环柔性

排水管道为非承压管道，无内压负载，破坏形式一般为外压荷载造成管材变形过大导致破裂。排水管本身承受外压载荷的能力很大程度上决定了管材的使用寿命。管材环向弯曲刚度指标是指管道抵抗环向负载变形的能力，简称环刚度。外压荷载主要为覆土重量，塑料排水管道的最大和最小覆土厚度通常受外压荷载的控制，其最大变形往往控制在5%以内。因此将管材外加压荷，使其匀速变形到一定的量所测得力值来确定环刚度，即用管试样横截面内径变形量为3%的力值计算环刚度；用管材试样截面外径方向变形量为30%时，观察管材有无破裂、外壁有无反向弯曲等来判定环柔度。环刚度越高及环柔性越好，管材在外压荷载的情况下就越不容易破裂。

2.9 PP 管材氧化诱导时间

聚丙烯（PP）不均一的空间构型以及结构中的三级碳原子上的氢对氧化较为敏感，容易受到紫外线、热氧、光作用发生氧化降解，造成性能下降。因此，使用氧化诱导时间来作为聚丙烯管的质量控制指标。氧化诱导时间是稳定化材料耐氧化分解的一种度量，就是将管材的使用环境（氧气、氮气、室温）人为的加以改变，以提高氧氮浓度及10 倍的环境温度（PP 管为210℃）为手段，在这种极端条件下，看材料发生自动催化氧化所需的时间（等同于加速氧化降解试验）。氧化诱导时间通过量热法测定，以min 表示。氧化诱导时间（OIT）越长，管道使用寿命就越长。

3 展望

高分子塑料经过多年的发展，在建筑行业，已与木材、钢材、水泥合称为四大基础建材。PVC（聚氯乙烯）与PP（聚丙烯）、PS（聚苯乙烯）、PE（聚乙烯）、ABS（丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物）并称五大通用树脂，由通用树脂制成的塑料管材具有的重量轻、费用低、施工简便、化学稳定性好等种种优点，越来越广泛地应用于工业和建筑业中。国外发达国家塑料管材应用起步早，产量大，使用较普遍，而我国从20 世纪60 年代材开始研制使用各种塑料管材，市场远未饱和，加之我国“十四五”规划中要求统筹推进基础设施建设。因此可见在将来，塑料管材的应用前景将会越来越广阔。由于市场鱼龙混杂，要求我们对管材的质量要严格把控，对各种管材的指标代表的性能稔熟于胸，努力建设质量合格的建筑材料市场。