給排水管材檢測參數意義探討

武允超

（安徽省水利科學研究院，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）為熱塑性樹脂，PVC 管是指以聚氯乙烯（PVC）樹脂為主要原料，經工藝成型的聚氯乙烯管狀材料，常用于建筑、市政給排水管道，主要分為PVC-U、PVC-M、PVC-O 三種管材。其技術起源于德國，是德國于1933 年研發的，我國從20世紀60 年代開始研制使用PVC 管材，由PVC 制成的管材具有耐寒、耐腐蝕、價格低廉等特征。

1.2 PP 及PP 管概念及特性

PP 管材指以聚丙烯（PP）為主要原料，經工藝成型的聚丙烯管狀材料，是歐洲于20 世紀90 年代研發的。PP 管在建筑工程中常用于冷熱水飲水管、采暖系統等，主要分為PP-R（無規共聚聚丙烯）、PP-H（均聚聚丙烯）、PP-B（嵌段共聚聚丙烯）三種管材。PP 材料為半結晶型非極性聚合材料，密度約為0.89～0.91g/cm3，在五大通用樹脂中最輕。與傳統的金屬管相比，具有很高的耐彎折性能且不存在環境因素導致的應力開裂的問題，耐熱性、化學穩定性、電絕緣性均較好，不會污染水源，可在120℃下長期使用。但是同時也存在收縮率較高、低溫抗沖擊性能差、不耐磨、耐老化差等缺點。工程上多使用PP-R，采用乙烯與PP 共聚，增強PP 的韌性與耐低溫性能。

2 管材的檢測指標

PVC 與PP 管材的諸多優點，常應用于建筑、市政工程的給排水方面，所以管材本身的強度、韌性、耐內水壓、耐腐蝕等性能極為重要，國家相關標準也針對管材的用途及特點設置了相關檢測參數與指標，本文就現行規范常見的檢測參數作出詳細說明，闡述了各個檢測參數對于管材物化性能的代表意義。

常見的PVC、PP 管檢測指標見表1。

2.1 密度

密度是管材最基本的物理性能指標之一。PVC 管材是以PVC 為主要原料，加入必要的添加劑作為輔料，通過主料與輔料經過混合—攪拌—過篩—擠出—定型等工藝步驟生產。檢測試驗中一般采用液體浸漬法，通過測量管材試件在空氣中和蒸餾水中的質量差進行密度計算。檢測此項指標是考察PVC 管材在擠出過程中是否密實，添加的輔料是否合格的一個間接證明。

2.2 拉伸性能

從管材上沿縱向平行于管軸線取條并加工成總長為115mm的啞鈴型試樣，利用萬能試驗機對試樣進行等速拉伸，通過試驗機及引伸計讀數測得試樣的拉伸性能。拉伸性能是管材的重要力學性能，包含拉伸屈服應力及斷裂伸長率兩個指標，是管材的力學強度及韌性的度量。拉伸性能差的管材，強度低、脆，在外力作用下易破裂。

2.3 縱向回縮率

通過測量管材在特定溫度的烘箱或液體中放置特定時間，冷卻至室溫后其長度的變化率，檢測在熱影響下，管材沿縱向收縮的百分比。是熱塑性管材在熱源影響下沿縱向塑性變形的穩定性指標，它考察的是管材對日光照射（光照強烈地區）、環境溫度變化（早晚溫差大的地區）及其他熱源影響的承受能力。縱向回縮率越小，管材的尺寸熱穩定性越強，適用性越廣，使用年限也越長。

表1 建筑工程用PVC、PP 管常見物理性能檢測參數

2.4 維卡軟化溫度

維卡軟化試驗是維卡爾于1894 年提出，1910 年最先由德國正式建立的試驗方法，試驗過程是把邊長為10mm 的加工試件放在液體或加熱箱中，勻速升高加熱裝置的溫度，測定標準壓針在50±1N 力的作用下，記錄壓針頭刺入試樣1mm 時的溫度，即為維卡軟化溫度（用VST 表示），單位為℃。我國于1970 年采用這一方法測定熱塑性塑料的熱性能，1979 年建立國家標準。

非晶態高分子材料的軟化實質上是玻璃化轉變，溫度高于玻璃化轉化點時，材料為柔性狀態；低于玻璃化轉化點時，材料為剛性狀態。維卡軟化溫度是表示材料耐熱性能的重要質量指標，表征材料在溫度升高時保持其物理機械性質的能力，是材料使用時期望的軟化溫度，適用于衡量熱塑性硬質或半硬質材料，不適用于衡量熱固性材料和軟質材料。維卡軟化點高，管材的耐熱性能好。

2.5 二氯甲烷浸漬試驗（PVC-U 管材）

聚氯乙烯在擠出生產的過程是PVC 粒子經粉碎、晶體熔融形成二維網絡，即塑化的過程。塑化度，是PVC 粒子熔融程度的標志，未經塑化的PVC 樹脂，可溶于如二氯甲烷等有機溶劑，使管材表面出現脫落、起皮、起絮等現象。PVC 塑化后形成貫穿整個制品的結晶網絡，加強制品的力學性能。因此塑化度在一定程度上會影響管材的力學性能，塑化度過低，管材力學性能也很低。塑化度不均，也會導致管材整體質量不均，易出現裂紋等現象。

二氯甲烷浸漬試驗是將PVC 管材切割為指定長度，根據它的壁厚將其一個端面切割為一定角度的斜面，將試樣在二氯甲烷恒溫水浴中浸漬（30±1）min 來測試試樣在相關標準規定溫度下的破壞程度，是管材生產過程中簡便的質量控制，也是衡量管材塑化程度和均一性的指標。即二氯甲烷浸漬試驗檢測兩個方面，管材塑化度和管材均一性。

2.6 液壓試驗

液壓試驗指標通常用于給水管，排水管不做此項檢測。是測量管材在一定溫度下的耐內水壓性能的指標，試驗過程是將試樣經狀態調節后，在規定的恒定靜液壓（內水壓）下，在規定的溫度下，保持一個規定的時間或直至試樣發生破壞、滲漏。適用于試樣內部為水，外部為水（水—水試驗）、空氣（水—空氣試驗）及其他液體（水—其他液體試驗）的耐內壓性能試驗。液壓試驗是給水管性能最直觀的體現，試驗結果的好壞直接表征著管材的使用壽命。

2.7 落錘沖擊試驗

落錘沖擊試驗是在沖擊負荷作用下測定材料的抗沖擊強度，用來衡量材料在受外力沖擊狀態下的韌性和對斷裂的抵抗力。在PVC 管材檢測中，采用時針旋轉法，以規定質量和尺寸的落錘從規定高度自由落體，依次沖擊試驗樣品沿管徑等分的不同部位，觀察管材有無破壞及裂紋來測定熱塑性塑料管材耐外沖擊性能，整批產品進行試驗時，其沖擊破壞總數除以沖擊總數即為真實沖擊率（TIR），以百分數表示。檢測標準采用區間估計法，即在進行一定數量的子樣沖擊試驗后，根據子樣的數據特性，按一定置信度（90%）和分布規律推定批量管材的真實沖擊率可能落在的區間。

2.8 環剛度、環柔性

排水管道為非承壓管道，無內壓負載，破壞形式一般為外壓荷載造成管材變形過大導致破裂。排水管本身承受外壓載荷的能力很大程度上決定了管材的使用壽命。管材環向彎曲剛度指標是指管道抵抗環向負載變形的能力，簡稱環剛度。外壓荷載主要為覆土重量，塑料排水管道的最大和最小覆土厚度通常受外壓荷載的控制，其最大變形往往控制在5%以內。因此將管材外加壓荷，使其勻速變形到一定的量所測得力值來確定環剛度，即用管試樣橫截面內徑變形量為3%的力值計算環剛度；用管材試樣截面外徑方向變形量為30%時，觀察管材有無破裂、外壁有無反向彎曲等來判定環柔度。環剛度越高及環柔性越好，管材在外壓荷載的情況下就越不容易破裂。

2.9 PP 管材氧化誘導時間

聚丙烯（PP）不均一的空間構型以及結構中的三級碳原子上的氫對氧化較為敏感，容易受到紫外線、熱氧、光作用發生氧化降解，造成性能下降。因此，使用氧化誘導時間來作為聚丙烯管的質量控制指標。氧化誘導時間是穩定化材料耐氧化分解的一種度量，就是將管材的使用環境（氧氣、氮氣、室溫）人為的加以改變，以提高氧氮濃度及10 倍的環境溫度（PP 管為210℃）為手段，在這種極端條件下，看材料發生自動催化氧化所需的時間（等同于加速氧化降解試驗）。氧化誘導時間通過量熱法測定，以min 表示。氧化誘導時間（OIT）越長，管道使用壽命就越長。

3 展望

高分子塑料經過多年的發展，在建筑行業，已與木材、鋼材、水泥合稱為四大基礎建材。PVC（聚氯乙烯）與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）并稱五大通用樹脂，由通用樹脂制成的塑料管材具有的重量輕、費用低、施工簡便、化學穩定性好等種種優點，越來越廣泛地應用于工業和建筑業中。國外發達國家塑料管材應用起步早，產量大，使用較普遍，而我國從20 世紀60 年代材開始研制使用各種塑料管材，市場遠未飽和，加之我國“十四五”規劃中要求統籌推進基礎設施建設。因此可見在將來，塑料管材的應用前景將會越來越廣闊。由于市場魚龍混雜，要求我們對管材的質量要嚴格把控，對各種管材的指標代表的性能稔熟于胸，努力建設質量合格的建筑材料市場。