文| 刘　晟　哈尔滨金阳光管业有限责任公司

 

    镀锌螺旋肋波纹钢管1784 年诞生于英国。1896 年美国率先应用于雨水排水、污水排水、公路涵洞、通道、市政管涵等，是目前大量使用最广泛的国家。加拿大、英国、奥地利、韩国、日本、墨西哥、阿根廷及欧洲等国家也广泛用于市政及路政工程，并制定了相应的产品设计规范及施工安装手册。目前在镀锌螺旋肋波纹钢管的应用上已经非常成熟。实践证明，镀锌螺旋肋波纹钢管提供了比较长的服务寿命，并且它的应用范围覆盖了各种土壤和水环境，是一种环保、节能、经久耐用、社会效益高的新型管材， 具有极大地推广价值。

 

    随着我国国民经济持续快速的发展，市政建设的规模也在不断扩大。作为城市重要的基础设施--市政排水管网，得到了政府部门的大力支持和高度重视。传统的排水管材由于其本身固有的一些缺点，已经难以适应城市快速发展的需要。因此，近年来出现了许多新型管材，这些管材无论是性能还是施工难易程度都优于传统管材，本文就其中比较典型的几种管材进行综合对比， 如钢筋混凝管、HDPE 双壁缠绕塑料管、镀锌螺旋肋波纹钢管以及玻璃钢夹砂管。

 

    市政排水管材综合对比

 

    市政排水管网较一般排水管网来说管径相对较大（一般都在DN1000mm 以上），市场上出现的大口径管材根据材质的不同， 大致可分为新旧两种。 即传统管材和新型管材。传统管材如钢筋混凝土管材、玻璃钢管材。

 

    新型管材是以HDPE（塑料聚乙烯）为原料的塑料管，和以高镀锌量金属钢板为原料的镀锌螺旋肋波纹钢管。

 

    下面就各种管材的用料和制作工艺及使用性能逐一进行分析：

 

    钢筋混凝土管

 

    传统的市政排水用管，以水泥、混凝土加钢筋骨架为原料制造的排水管，加工工艺简单，但制造困难，每种规格尺寸均需相应的工装模具，直径尺寸受模具限制不能随意变化，加工直径只能达到2.5 米，2.5 米以上口径的几乎不能生产。管材本身重量大， 运输困难，施工费用高。制造和施工受季节影响。随着埋地土质的沉降接口易开裂，产生漏水，造成地下水源二次污染。达不到节能环保要求。属于落后淘汰产品。

 

    玻璃钢管

 

    玻璃钢纤维缠绕增强热固性树脂管，简称玻璃钢管，是一种传统的复合管材，它以玻璃纤维作为增强材料，以树脂为基体制成。主要应用于化工企业腐蚀性介质输送。随着玻璃钢管的应用， 又出现了玻璃纤维绕增强热固性树脂夹砂管，简称玻璃钢夹砂管（RPMP 管），这种管道从性能上提高了管材刚度。接头一般采用承插连接方式，两道“O”型密封圈。安装方便、密封性、耐腐蚀性好。但大口径管材制造困难，综合造价非常高，除化工腐蚀液输送外，在市政排水管线中几乎没有应用。

 

    HDPE双壁缠绕塑料管

 

    HDPE 塑料管是一种具有环状波纹结构外壁和平滑内壁的新型塑料管材。根据管道规格不同，可分为波纹管和缠绕管两种类型。该种管材主要以HDPE（塑料聚乙烯）为原料，通过熔融挤出工艺加工的一种新型管材。由于这种管材主要以电加热挤出工艺，所以生产过程中耗能很大。规格品种受模具限制不能随意变化，尤其是口径1 米以上的品种几乎无法加工。个别厂家能加工大口径管材，但价格特别高（但用回收废旧塑料制造的除外）。这种管材属于柔性管，环刚度较水泥管低，管道连接主要采用热熔带连接方式，因而施工困难且受季节影响较大，综合造价高于钢筋水泥管等其他管材。

 

    镀锌螺旋肋波纹钢管

 

    它是以高镀锌量金属钢板为原材料（镀锌量600 克/m2）经翻边、压制波纹、卷制咬口工艺加工而成的钢结构壁管，产品由厚度1.2-4mm 镀锌钢板为材料，可生产直径200mm-3600mm， 长度1 米-12 米各种类型的管材。此种管材耐腐蚀，环刚度达到16 千牛/m2 以上。由于采用波纹咬口成形技术使管体具有一定的柔性，在5% 的变形下仍具有16.8T/m2 的耐压强度。采用管箍加密封衬垫连接方式，解决了污水渗漏、环境保护问题。该管的最大优势在于可以达到其他水泥、塑料管材不能达到的环刚度（可达16 千牛/m2-23 千牛/m2）同时综合造价相对低廉。根据国家金属防腐蚀控制工程技术研究中心测试、在三种土壤及两种污水中实验，其埋地使用寿命可达50 年以上，美国钢铁协会（AISI） 及美国螺纹管钢管协会（NCSPA） 测试数据为镀锌螺纹排水管的寿命可达59-290 年。

 

    镀锌螺旋肋波纹钢管与水泥管、HDPE 的性能对比分析

 

    在排水管网工程中管材的优劣主要考核以下四项指标：

 

    物理性能

 

    镀锌螺旋肋波纹钢管是一种高强度的柔性管材。由于其表面是波纹形状，所以能将竖向压力均匀的向左右分散到管体两侧， 使管体表面能承受相当大的压力，它的最大荷载能力是水泥管的1.5 倍， 是HDPE 的3 倍以上。通常我们用KN/m2（千牛/m2） 来衡量管材的环刚度，普通的HDPE 环刚度一般是4KN/m2，最高8KN/m2 但价格很高。水泥管环刚度一般10KN/m2。镀锌波纹钢管环刚度一般最低达到16KN/m2 以上，可见其环刚度的优越性是其他管材无法相比的。同时管材在轴线上具有一定柔性，从而避免了由于管道基础下沉导致水泥管和HDPE 接口处错节、渗漏而造成二次污染及地表塌陷的问题。

 

    化学性能

 

    埋地金属管材在使用过程中对其腐蚀最为严重的是电腐蚀， 以往的方法是采用“牺牲阳极保护法”。镀锌波纹钢管表面锌的电位比铁的电位低，而且表面镀锌层厚度是600g/m2，管体表面有了这层保护无疑是为钢管提供了一层阳极保护层，即使镀锌层面出现轻微的划痕，它有自我修复能力；即使表面出现氧化反应也不会影响管材的使用性能。

 

    韩国在使用镀锌波纹钢管20 年后，组成专家组对已用镀锌波纹钢管进行了耐久性能评价。经过对38 种不同环境中使用的波纹钢管进行了检测，检测方法采用美国钢铁协会技法和美国波纹钢管协会技法及美国加利福尼亚技法。其结论是镀锌螺旋肋波纹钢管的耐久性能达到59 年-290 年。（详见技术报告）我国中科院金属研究所金属腐蚀控制工程技术研究中心腐蚀测试评定，在三种土壤、二种污水腐蚀率实验结论为使用年限50 年以上。

 

    经济性能

 

    镀锌波纹钢管最优越的特点是：重量轻、环刚度强、施工简便、安装快捷减少占道时间、综合造价低于水泥管和HDPE，尤其是在管径1000mm 以上的管体综合造价要比其他管材低30%，再加上50 年以上的使用年限，更是其他管材无法与之相比的，所以镀锌波纹钢管有着很好的经济性。

 

    使用过程中的优越性

 

    镀锌波纹钢管在施工过程中对地理条件要求极低。管道基础开沟后，只要夯实后铺垫25 公分厚的细沙就可以安装铺设，而且不受季节气候限制，一年四季都可以施工。其他管材在铺设前对管道基础要求高，如：夯实、铺混凝土固化地面、养生、做包角等等，而且受气候限制较多，冬季无法施工。在管道连接上镀锌波纹钢管采用管箍加密封垫连接，即牢固又密封。可以一边连接一边回填。镀锌波纹钢管的重量只是水泥管重的10%，所以搬运、吊装十分方便；施工时间只是传统水泥管的1/10，以安装500 米长的管道为例，从铺基础到回填完毕只需10 个小时即可完成。即节约了人力又提高了施工进度，大大减少了施工费用。使之综合造价成本达到最低。

 

    镀锌螺旋肋波纹钢管国内应用

 

    根据相关地质资料，我国的土壤情况符合使用该产品的环境要求，因此可以在全国大面积推广使用。国家相关部委于20 世纪90 年代引进了镀锌螺旋肋波纹钢管的整条生产线和配套技术，并开始了相关技术的研究和推广。目前，有关镀锌螺旋肋波纹钢管的相关标准规范（见住建部城镇建设行业标准GJ/T 431-2013 排水用螺纹钢管，交通运输部行业标准JTT791-2010 公路涵洞通道用波纹钢管（板）），使用说明也已经正式出台。目前镀锌螺旋肋波纹钢管在国内已经广泛应用于市政排水工程、公路桥梁管涵工程、农业灌溉沟渠工程、市政公用管廊，打井管、仓储通风管等， 并在实际应用中得到客户的一致好评。

 

    镀锌螺旋肋波纹钢管耐久性分析

 

    从最初的应用到20 世纪末，欧美等国家调查及研究大约50,000 个项目，最终建立耐久性准则。土壤方面和流水方面则是耐久性准则的研究重点。从研究中了解到土壤中金属管道耐久性是几个相互作用参数的函数，包含土壤电阻率，酸碱性（pH 值）， 水分含量，可溶的盐和含氧量。然而，所有腐蚀的过程都包含电流从一个地方流动到另外一个地方（腐蚀电池）。因此，拥有比较高的电阻率，耐久性越高。镀锌螺旋肋波纹钢管服务寿命的长短主要取决于镀锌螺旋肋波纹钢管在不同土壤和水中的腐蚀率， 钢管的腐蚀主要有：土壤腐蚀、水溶液腐蚀、空气腐蚀三种。而地下金属结构的腐蚀主要是电化学腐蚀。

 

    锌层的耐腐蚀性作用

 

    氧化膜保护作用

 

    由于钢板表面的镀锌层能快速地形成较致密的氧化层，因而能很好地使下面的钢板得到保护。

 

    如图1 所示，在镀锌表面上很快生成一层致密的氧化膜{ZnO+Zn（OH）2}，该氧化膜对内部结构起到超强的保护作用，从而抑制发生腐蚀。而无镀锌层的铁生锈后，生成{Fe2O3NH2O}, 易脱落会造成进一步腐蚀，根本无法起到保护作用。

 

    牺牲防腐蚀作用

 

    当镀锌层表面出现划痕或裂痕时，由于电化学原理锌随着离子化倾向的不同差异得到不同程度的少量溶解，镀锌层中的锌被转移到划痕或裂痕处进行自我修补，从而起到牺牲防腐作用，避免了钢板的进一步腐蚀。

 

    图2 是镀锌层牺牲防腐作用与仅有涂层防腐进行比较时的结果。

 

    镀锌螺旋肋波纹钢管采用热浸锌，双面镀锌600 克/ 平方米技术。此技术属于国内进口先进技术，这一技术的应用在国内实属首例。这一技术使得镀锌成品镀锌层与钢板紧密并且均匀的结合在一起，从而增强镀锌螺旋肋波纹钢管的抗腐蚀能力。

 

 

    镀锌螺旋肋波纹钢管使用寿命估算工程案例

 

    此文中我们以辽宁省营口产业基地为例，说明镀锌螺旋肋波纹钢管的耐用性及较长的使用服务寿命的特点。

 

    营口产业基地位于辽宁省营口市，土质为软土位于百年盐场地区，土质和水质的基本情况主要是：

 

    1、根据相关资料营口产业基地土质种类基本可定性为细粒式中氯盐渍土（平均含盐量：0.88%-2.3%）

 

    2、pH 值：6.8-7.2；氯离子含量：10000mg/kg-13000mg/kg。呈弱碱性。

 

    3、最小电阻率32.9Ω··m。（3290Ω··cm）

 

    镀锌螺旋肋波纹钢管pH 值适用范围为5.6-12.5，在磨蚀条件下和水中能很快形成锌氧化膜。极适合于在弱碱性细粒软土中使用。其服务寿命在考虑了镀锌螺旋肋波纹钢管在土壤腐蚀和水腐蚀（未做特殊处理）的联合效应情况下，采用美国钢铁协会（AISI） 规定600g/m2 镀锌量时，以pH 值和电阻率预估寿命的图表方法设计预估使用寿命（如下图示）。

 

    根据营口产业基地地质条件有表中可查出预估寿命大约为： 当镀锌钢板厚度为1.3mm 时，使用寿命为53-65 年。

 

    注：

 

    1、图中横轴为“电阻率R”，单位：Ω··cm。

 

    纵轴为“平均寿命”，单位：年。

 

    2、计算公式

 

    a、pH 值＞ 7.3 时

 

    寿命（年）=2.94R0.41

 

    b、pH 值＜ 7.3 时

 

    寿命（年）=27.58[log10R-log10（2160-2490log10PH）]

 

    国外关于镀锌波纹管的腐蚀及防腐蚀研究

 

    1、在1978 年，美国钢铁学会AISI 针对81 个位于佛罗里达州、明尼苏达州、达科塔南部、犹他州、加利福尼亚州、俄亥俄州、印第安纳州、北卡罗来纳州、维吉尼亚马里兰和堪萨斯州的镀锌螺纹雨污水管进行了调查。研究表明81 道污水管中77 道保持良好的状况。这81 道雨污水管的使用时间分布为16-65 年。4 道需要维修的平均使用年限为34 年，1 道处于极端腐蚀的环境中，电阻率只有260Ω·cm，大幅度低于极小值。

 

    2、1993 年，英国哥伦比亚运输部检查了21 个结构板和有镀锌保护层的内壁，安装时间全部超过20 年，最早的是在1933 年安装的。试验将37mm 直径的管取样片，在实验室检测覆盖层厚度。检测土壤和水PH 值和电阻率。实验估计除两个结构外，服务寿命超过100 年。

 

    3、在1988 年，亚伯达省开展了一个综合研究，检测201 个安装管的锌损失，测量土壤和PH 值、电阻率以及管和土之间的电位。研究得到其基本的技术数据。报告书得出结论：平均寿命的估值为81 年，最小寿命可达50 年以上。