试析新型建筑管材的应用*

陈晨果

(福建省建筑科学研究院有限责任公司福建省绿色建筑技术重点实验室 福建 厦门 361000)

我国建筑行业飞速发展,与之相关联的材料产业也历经多次更新迭代与发展创新,从而迎来当今新的高度。管材材料对于建筑而言是十分重要的,传统管材材料在某些角度上已经不能够满足当下建筑需求,故对于新型建筑管材的应用及其探索也由此展开。围绕着新型管材的应用一系列问题出发,对于管道材料的创新探索与发展指引而言,是有一定现实意义的。

1 建筑管材高品质需求的提出及其重要性

建筑中管材材料主要应用在给排水工程当中,而管道材料的自身质量与应用特性对于建筑使用品质和使用需求而言,也是十分重要的。建筑管材材料具体应用的重要性可从以下几个角度来进行剖析:

(1)对于工程项目自身而言,给排水工程中有相当一部分工程形式都为管道工程,自身质量将直接影响工程质量,给排水是关乎建筑使用需求使用体验和消防安全的重要工程形式,规范建筑管材管理,使其性能与质量达标,对于保障建筑使用体验与安全是较为重要的;

(2)从工程项目投资经济效益的角度出发,若应用的管材材料不合规,导致工程未达设计年限就已经呈现出质量通病问题,从而面临高昂的维护维修成本。规范管材管理、应用质量及性能达标的管材材料,能够一定程度上规避相关问题,从而达成工程项目投资经济效益目标;

(3)多元化建设需求的保障,随着行业的不断发展,与人们经济水平提高,当下对于建筑使用需求与使用体验的要求,也在逐渐提升当中,是保障建筑室内用水和消防安全的重要工程形式,同时在建筑园区内也有诸多景观需求也需管材材料提供保障,从这个角度来看,高品质的管材材料对于建筑工程而言也是十分重要的。

2 建筑管材现状与痛点问题

有相当一部分老旧建筑和个别新建建筑应用的管材并未经过科学选取,也仅以满足当下使用需求为出发点,未考虑在未来实际应用过程中可能出现的多种问题,从而随着时间的推移导致了管材材料显现出一系列的痛点问题。通过行业内案例分析,结合自身工作经验,将建筑管材材料的痛点问题总结为以下几个方面:

2.1 管道材料自身性能受损

作为给排水工程重要的材料保障形式,对于管道材料有着更高要求,而有部分金属管道和传统PVC管道在使用过程中受到环境侵蚀和氧化腐蚀的影响,导致自身性能折损呈现出碎裂、局部孔洞的问题,从而影响正常使用。

2.2 维修维护困难

若在应用过程中管道出现了问题需要进行维修或更换,有个别传统材料是难以达成相关需求的,对其进行施工可能需要大型机械设备的保障,而已经施工完成的管道工程所预留的检修口或施工井,无法应用机械设备;进行局部更换和修整难度较大,不能够妥善的进行维修维护。

2.3 未考虑材料的耐候性

我国地广物博,各个位置的气候温度不一,未来给排水使用场景中,内部水的温度也有可能存在差异,此外随着潮湿环境、外界温度影响、上部荷载影响的共同作用,也导致材料耐候性不达标,持给排水工程不能达成疾病的使用年限。

2.4 材料自身的节能环保特性

在早年间我国建筑行业飞速发展,但同时也造成了能源与环境的不良影响。在新形势下,对建筑有关的各个工程形式与材料均提出了节能环保的要求,而部分老旧材料痛点问题也随之产生。如材料报废后无法妥善处理,环境污染较为严重。

从应用现状与行业实际现存问题上来看,上述几个角度的痛点问题并非个例,尤其在近期老旧建筑集中改造的行业背景之下,对新型管材的需求也被提出。换言之,本文所探索的内容对行业内相关问题的解决是有积极促进作用的。

3 新型建筑管材特性分析

3.1 应用性能

对于新型建筑管材,其首要需求就是性能要满足实际应用要求。在建筑中有多个管材应用场景,而不同应用场景下对于管材的需求也有一定差异性。一般围绕着管材自身性能、强度、抗氧化能力、抗腐蚀能力、有害物质析出几个维度进行分析,需根据具体使用场景,同时满足上述多个层面的性能要求,且与工程项目的基本需求相符合。

3.2 耐候性

大部分建筑管道的实际应用均未给排水工程服务,也有相当一部分管道工程的施工位置在地下位置或直接暴露在外部环境当中。为保障实际应用需求与应用稳定性的实现,需要使新型管道材料具备一定的耐候能力。主要是指在地下应用场景下、雨水侵蚀下、正常生活用水与废水的运输条件下仍能保持稳定的性能,不会因环境复杂而使自身应用寿命大打折扣。

3.3 易施工维护特性

新型管材要具备易施工和易维护的特性。对于材料进行研发主要是为工程领域服务,故除基本性能与使用需求达标之外,也需考虑在实际应用和后续使用阶段的特殊需要。易于施工指的是该管材在施工过程中无需复杂的施工措施与外部环境保障,质量控制相对容易;易于维护指的是在未来应用过程中对其进行维护保养等工作难度较小。

3.4 环保节能特性

在行业新趋势下,对建筑材料也提出了环保与节能的新需求。可从以下几个角度进行分析:一是该材料在施工及使用的过程中,不会产生大量的材料浪费问题,施工过程中环境污染就行;该管道材料报废阶段,应具有妥善处理的特性,不会对环境产生威胁。此外在新趋势下,也建议管道材料应具备可回收再加工的特质,真正提高材料价值,促进环保与节能目标的达成。

4 新型建筑管材的应用

4.1 硬质氯乙烯管道

硬质氯乙烯管道是一种在传统聚氯乙烯PVC 管道上进行改良创新的新型建筑管材,通过在聚氯乙烯管道生产过程中使用外加剂的形式,使其内部物理化学结构更加致密,以此来达到更高的硬度。相比于传统PVC管材,其自身承载力与使用性能更好,也可应用于更为广泛的适用场景;相对于金属管道而言,自重更小,同时具有抗腐蚀和氧化能力的特点。同时在综合应用成本方面,硬质氯乙烯管道技术较为成熟,综合生产成本并不高,能够适用于室外环境暴露场景下的给排水管道使用。

图1 硬质氯乙烯管道

4.2 夹心发泡管

夹心发泡管材料结构可分为三层,一般内外两层为聚氯乙烯管,中间层采用密度较低的发泡作为填充。从力学特性上来看,夹心发泡管自身抗形变能力更强,抗环境干扰能力更强,实际供水通过的位置为管道内侧,和发泡层可作为保护层使用。此外由于发泡层的存在,也赋予了管道工作性能,从保温方面,由于发泡材料的存在,使自身导热能力下降,性能远优于普通管道,可用于我国北方地区集中供暖使用;在噪声隔绝上,疏松多孔的发泡结构具有一定隔绝噪声传播的能力,可用于建筑室内位置的管道,避免给排水过程中造成的噪声问题。此外对于部分具有特殊运输需求的管道而言,也可使用夹心发泡管,可通过改良发货材料,使其具备一定的抗震能力和耐火能力,由此保障安全。

4.3 交联聚乙烯管材

同样是以聚乙烯为基础所生产的新型管材,但不同的是其采用了Monsoil技术,经过多个流程的处理使其物理化学特性更为稳定。从实际应用特性的角度来看,作为有机非金属材料,在抗腐蚀性和抗氧化能力上有着良好表现,同时因其质地均匀坚实,在正常使用场景下,一般不会存在质量薄弱点;从管道内壁上来分析。由于内壁自身较为光滑,因管道产生的水运输阻力较小,不利于管道内水垢的形成,未来使用场景更为广泛,维护成本更低。此外交联聚乙烯管材是一种绿色材料,经行业内的试验,其在正常生活场景温度下,该管道不会吸出任何有害物质,在建筑内可直接作为饮用水管道使用,即使在高强度的使用下,也不会使内部产生水垢聚集或材料崩解。

图2 交联聚乙烯管材

4.4 铝塑复合管

在建筑工程材料领域,铝是一种优势较多的金属材料,其兼顾金属材料的多种特性同时自重较小、成本适宜,但直接用铝金属作为管材可能对人体具有危害,同时腐蚀与氧化的问题也一定程度上限制了金属管道在建筑中的使用。在此背景下提出了铝塑复合管,其同样是多层结构,内侧与外侧均为聚乙烯管材,中间层为金属铝。从该管材的整体性能及强度上来看,有金属铝在内部作为支撑,能够赋予其更为丰富的使用场景;同时铝材料不直接与外界环境和管道内的水进行直接接触,能够维护管道自身的稳定性,同时避免因金属管道应用对使用者产生健康危害。在铝塑复合管中,“塑”的部分也可根据实际需求进行灵活选取,如在上文中所提及的交联聚乙烯管材、硬质氯乙烯管道都能够与铝材料进行复合形成新的管材,兼顾多种优势。

5 结语

笔者围绕着建筑工程中新型管材的一系列应用出发,对管材的应用创新与需求特性问题进行明确。事实上行业内相关领域的探索从未停止,技术进步速度较快,本文所述的几种新型管材材料仅为行业内的冰山一角,已经有多种新型材料被应用到建筑工程领域,因其更高的性能与使用体验被建筑工程领域逐渐认可。笔者所述的发展角度与创新探索对管道材料领域而言是具有一定现实意义的,通过新型管材的完善保障也将有助于工程质量提高,促使建筑工程领域健康发展。