基礎(chǔ)設(shè)施老化是水和廢水處理領(lǐng)域的首要問(wèn)題。

市政當(dāng)局確實(shí)面臨著一項(xiàng)艱巨的任務(wù)：許多管道的使用壽命即將結(jié)束，選擇替代管道的時(shí)間到了。在諸如管道更換的長(zhǎng)期項(xiàng)目中，使用壽命可能超過(guò)100年，正確的材料選擇至關(guān)重要。在這里，我們研究了最常見(jiàn)的市政管道材料類(lèi)型，以及每種類(lèi)型的優(yōu)缺點(diǎn)和用途的一般指南。

1、球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵的前身鑄鐵管是基礎(chǔ)設(shè)施骨干的一部分。

球墨鑄鐵主要用于水方面，是一種鑄造產(chǎn)品，幾乎完全由廢鐵制成。管道的材料被95％回收，這一功能幫助它獲得了SMaRT可持續(xù)產(chǎn)品認(rèn)證。球墨鑄鐵和粘土管是地下基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)中唯一擁有這種吹牛權(quán)利的產(chǎn)品。

盡管具有強(qiáng)度，但韌性管易受酸引起的侵蝕性環(huán)境的腐蝕，無(wú)論是在管內(nèi)部是酸性污水材料還是在酸性土壤條件下，外部腐蝕都是如此。為了解決供水問(wèn)題，管道內(nèi)部襯有水泥砂漿襯里，可以保護(hù)管道并形成屏障。下水道對(duì)于球墨鑄鐵可能更具挑戰(zhàn)性，因此有時(shí)需要特殊的內(nèi)部管道襯里。

“它還改善了液壓性能，并幫助水通過(guò)了管道，” Horn說(shuō)。“其良好的流動(dòng)特性得以保持。我們并不擔(dān)心水的內(nèi)部腐蝕。”

球墨鑄鐵管研究協(xié)會(huì)已經(jīng)研究了外部腐蝕數(shù)十年，其最新建議是使用增強(qiáng)型聚乙烯外殼?；舳饕昧俗罱囊粋€(gè)案例研究，其中工人挖出并檢查了1958年安裝在拉法什教區(qū)的球墨鑄鐵管。

“當(dāng)您剝離聚乙烯時(shí)，管道看起來(lái)很漂亮。它看起來(lái)是全新的。”他說(shuō)。“如果您可以防止外部腐蝕，那么實(shí)際上就不會(huì)出錯(cuò)。”

2、鋼管

鋼管于1800年代初首次引入，在美國(guó)已有悠久的使用歷史，并且以其對(duì)高內(nèi)部壓力和壓力波動(dòng)的出色抵抗力而聞名。大直徑鋼管最常用于水和廢水應(yīng)用的壓力管道?？梢允褂萌N方法來(lái)制作：無(wú)縫，焊接和鑄造模具。

像其他金屬管道一樣，鋼也容易腐蝕，因此在用于水管時(shí)要襯有瀝青涂料，以防止酸性水的侵蝕。這也保留了其良好的流動(dòng)特性。各種涂層和襯里的缺點(diǎn)是在安裝過(guò)程中可能會(huì)損壞它們。

鋼鐵的主要好處是蠻力。通常不會(huì)發(fā)生裂紋，并且在異常負(fù)載下，材料會(huì)彎曲而不是斷裂。

3、陶土管

粘土管已經(jīng)使用了數(shù)千年，最早的例子可追溯到公元前4000年。該材料用于美索不達(dá)米亞，米諾斯文明和羅馬帝國(guó)，在城市下水道系統(tǒng)的應(yīng)用方面具有悠久的血統(tǒng)。但是今天的粘土管與那些早期的例子完全不同。它也不像1950年代和60年代在美國(guó)顯著使用的東西。

國(guó)家粘土管研究所的杰夫·博施特說(shuō)：“大多數(shù)不熟悉現(xiàn)代粘土管的人都將它與系統(tǒng)中已有100多年的東西聯(lián)系在一起，而且它們是不同的。” “他們對(duì)產(chǎn)品的看法基于不再制造的產(chǎn)品。”

?；惩凉苤饕糜谥亓α餍l(wèi)生下水道系統(tǒng)，在這一技術(shù)時(shí)代已大大改進(jìn)。計(jì)算機(jī)控制的窯爐燒制意味著最終產(chǎn)品是均勻的并且符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。高密度擠出工藝使管體內(nèi)的疊片消失了。

“幾年前，可能有100家不同的工廠生產(chǎn)需要在內(nèi)部和外部進(jìn)行上光的多孔產(chǎn)品，” Boschert說(shuō)。“但是，現(xiàn)代的管道是緊實(shí)，密實(shí)且無(wú)孔的。材料本身完全不同且更堅(jiān)固。”

幾十年前，粘土管沒(méi)有工廠應(yīng)用的接頭，這意味著滲透和滲透以及根部侵入和管道支撐的損失。現(xiàn)在，接頭已在工廠應(yīng)用，使用的是帶O形圈的聚酯或可形成無(wú)泄漏接頭的聚氨酯材料。盡管管子是剛性的，但如果地面運(yùn)動(dòng)，則柔性壓縮接頭可提供寬恕。

平均抗壓強(qiáng)度為18,000 psi的粘土也可以用作無(wú)挖溝應(yīng)用中的直接頂管。陶瓷粘土頂管于1992年推向非開(kāi)挖市場(chǎng)，從那時(shí)起，它已用于先導(dǎo)管微隧道，泥漿微隧道，靜態(tài)管道爆破和滑襯應(yīng)用。

陶瓷粘土管即使在下水道氣體和溶劑基化學(xué)物質(zhì)存在的情況下，也能在高腐蝕性環(huán)境中發(fā)光。已知會(huì)影響粘土管道的唯一化學(xué)物質(zhì)是氫氟酸，在下水道中不太可能發(fā)現(xiàn)氫氟酸。

“沒(méi)有任何一種管材能像粘土管那樣耐腐蝕，” Boschert說(shuō)。“由于其耐腐蝕性和溫度參數(shù)，許多啤酒廠都使用了它。”

粘土管因其使用壽命長(zhǎng)，耐腐蝕性能和可持續(xù)性而受到重視。但是，它確實(shí)有一些局限性：通常僅限于重力流應(yīng)用，并且由于窯燒制過(guò)程，最大管道長(zhǎng)度為10英尺。

4、混凝土管

重力流和壓力管都使用混凝土，這是世界上最常見(jiàn)的建筑材料之一。預(yù)制重力流管有多種形狀，包括圓形，橢圓形，拱形和箱形，并用于下水道，雨水渠和涵洞?；炷翂毫苁且粋€(gè)單獨(dú)的類(lèi)別，主要用于飲用水。

“混凝土管非常簡(jiǎn)單，”混凝土管協(xié)會(huì)主席Matt Childs說(shuō)。“您有一個(gè)大而結(jié)實(shí)，沉重的管道，只要您不弄亂它，它就會(huì)在其中待很長(zhǎng)時(shí)間。我們已經(jīng)有150年的歷史了。”

這種剛性的管道系統(tǒng)有85％取決于管道強(qiáng)度，而只有15％取決于土壤覆層作為基礎(chǔ)支撐，這使其成為低洼或沼澤環(huán)境的理想選擇。

“我們最大的優(yōu)勢(shì)是耐用性，強(qiáng)度和壽命，” Childs說(shuō)。“我們還具有非常好的流動(dòng)特性，因?yàn)槲覀兙哂泄饣谋砻妗?/span>”

盡管具有耐久性，但混凝土仍易受H2S侵蝕，并且在極酸性的土壤中會(huì)腐蝕。為了解決這些問(wèn)題，可以在混凝土管上涂上塑料襯里，并采取特殊措施來(lái)防止在酸性土壤中腐蝕。

“我們確實(shí)很誠(chéng)實(shí)，說(shuō)您必須為此做計(jì)劃，” Childs說(shuō)。

與其他任何管道材料一樣，混凝土管道也可能由于安裝不當(dāng)而失效。Childs強(qiáng)化了該行業(yè)的一個(gè)共同主題：安裝是關(guān)鍵。

他說(shuō)：“如果出現(xiàn)故障，通常就是安裝。” “我們可能會(huì)遇到承包商在安裝管道之前將其驅(qū)動(dòng)過(guò)管道的問(wèn)題……也許是在頂部驅(qū)動(dòng)重型設(shè)備以導(dǎo)致重型壓實(shí)。我們也有安裝問(wèn)題。如果不直截了當(dāng)，我們會(huì)碰到裂縫。”

5、HDPE管

高密度聚乙烯管(HDPE管)是天然氣和石油工業(yè)中首先使用的借用技術(shù)，由于其無(wú)腐蝕性，高柔韌性，也已成為水和廢水應(yīng)用中的流行選擇。同樣，其熱熔接縫意味著零失水，這是世界范圍內(nèi)水價(jià)上漲的一項(xiàng)重要素質(zhì)。

“在其他國(guó)家，水就是黃金。“不是在美國(guó)”，塑料管道研究所工程總監(jiān)Camille Rubeiz說(shuō)。“ [失水]是不可接受的。今天，我們有了新技術(shù)，應(yīng)該接受它們。”

這種融合過(guò)程產(chǎn)生了與管道其余部分一樣堅(jiān)不可摧的結(jié)合點(diǎn)。HDPE還具有很高的耐腐蝕性能，故障率低，從而進(jìn)一步降低了使用壽命成本。但是Rubeiz指出，使用HDPE時(shí)，正確的規(guī)劃，設(shè)計(jì)，安裝和檢查至關(guān)重要。

他指的是安裝快捷方式，他說(shuō)：“這是非常寬容的，但這確實(shí)是一個(gè)缺點(diǎn)，因?yàn)樗赡軙?huì)被濫用。這是一個(gè)100年的項(xiàng)目。公用事業(yè)，顧問(wèn)和承包商必須有足夠的時(shí)間和資源來(lái)做好項(xiàng)目。”

地震多發(fā)地區(qū)的市政當(dāng)局應(yīng)考慮使用HDPE，因?yàn)樗哂徐`活性和延展性。根據(jù)水研究基金會(huì)的一份報(bào)告，該報(bào)告研究了最近的地震及其對(duì)美國(guó)自來(lái)水公司的影響，HDPE能夠承受巨大的地震活動(dòng)。該研究指出，例如，在2010年智利地震中，“雖然水系統(tǒng)的其余部分遭受了數(shù)千根管道的損壞，但沒(méi)有HDPE管道被損壞。” 該報(bào)告建議將HDPE用于高地震區(qū)的普通配電管和支管。

HDPE的尺寸從1/2到65英寸不等，涵蓋了從服務(wù)線到配電和傳輸主電源的所有內(nèi)容。它的使用已在整個(gè)歐洲范圍內(nèi)擴(kuò)展，據(jù)Rubeiz稱(chēng)，歐洲近90％的新管道安裝是HDPE。

他說(shuō)：“當(dāng)安裝人員和設(shè)計(jì)師遵循本書(shū)時(shí)，應(yīng)該沒(méi)有問(wèn)題。” “在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮所有條件。您想要持續(xù)使用100年以上的東西不應(yīng)存在捷徑。”

6、PVC管

聚氯乙烯是最古老的合成材料之一，是19世紀(jì)科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)的。直到第二次世界大戰(zhàn)，當(dāng)這種材料被用來(lái)隔離軍艦上的電線時(shí)，對(duì)材料的需求才加速增長(zhǎng)。在隨后的幾十年中，PVC的用途飛速增長(zhǎng)，現(xiàn)在它通常用于下水道和飲用水分配管線。PVC是一種熱塑性塑料，意味著可以軟化和重整，現(xiàn)在可以使用一種易熔的版本，與HDPE在非開(kāi)挖結(jié)構(gòu)中競(jìng)爭(zhēng)。

該管非常耐腐蝕，通常用于涂覆受酸性條件影響的其他材料。在水研究基金會(huì)（Water Research Foundation）于2008年進(jìn)行的一項(xiàng)題為“碳?xì)浠衔飳?duì)PE / PVC管道和管道墊片的影響”的研究中，研究人員得出結(jié)論，聚氯乙烯也不受汽油（最常見(jiàn)的碳?xì)浠衔镂廴疚铮┑挠绊憽?/span>

這種耐腐蝕性轉(zhuǎn)化為低故障率。猶他州立大學(xué)（Utah State University）2012年的一項(xiàng)調(diào)查表明，與鑄鐵，球墨鑄鐵，混凝土，鋼和石棉水泥相比，PVC的故障率最低，每年每100英里管道只有2.6次故障。

“這是太空時(shí)代的東西，”北美PVC管協(xié)會(huì)常務(wù)理事Bruce Hollands說(shuō)。“這是一種高科技材料，可以完全消除腐蝕。”

成本是市政當(dāng)局吸引PVC的主要原因。即使包括回填和人工費(fèi)用，PVC通常也比其他材料便宜。Hollands指出，在某些情況下，使用這種材料可以節(jié)省70％的費(fèi)用。

也就是說(shuō)，PVC并非沒(méi)有任何限制。

Hollands說(shuō)：“有兩個(gè)原因您不使用PVC。” “您不會(huì)在工作壓力高于305 psi的情況下指定它，也不會(huì)在要求溫度高于140度的應(yīng)用中使用它。但是，在水和下水道系統(tǒng)中，這種情況極為罕見(jiàn)。”

美國(guó)水廠協(xié)會(huì)研究基金會(huì)的一項(xiàng)研究估計(jì)，PVC的預(yù)期壽命超過(guò)110年。適用于下水道和水應(yīng)用的管道尺寸范圍為4到60英寸。直徑為54英寸和60英寸的水管是PVC的相對(duì)較新的部件，目前尚不普及。

做出決定

管道材料的選擇可能是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，充滿(mǎn)了政治，先入為主的思想和預(yù)算參數(shù)。使事情復(fù)雜化的是，當(dāng)制造商爭(zhēng)奪基礎(chǔ)設(shè)施市場(chǎng)份額時(shí)，市政領(lǐng)導(dǎo)人現(xiàn)在必須通過(guò)市場(chǎng)宣傳來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航。

歸結(jié)為考慮用途，土壤條件和先前失敗的原因，然后做出明智的材料決定。畢竟，如果一切順利的話(huà)，更換管道的決定只應(yīng)該每一百年一次。