塑料管材由于其具有環保、質輕、耐腐蝕性強、方便耐用等優點，已被廣泛應用于建筑排水管道、電線外皮和農業灌溉等方面，成為繼鋼材、木材、水泥之后的第四大新型建材[1-2]。這些年，由于建筑業的持續發展，塑料管材的生產量也在大幅提高。據統計，至2015年底，我國新建或改建工程中有85%以上排水管道采用塑料建材，塑料管道的市場占有率已高達60%以上[3-4]。由于建筑排水管道一般都位于建筑體內，若發生爆裂或老化等現象則需要將建筑部分毀壞取出排水管進行更換，所以施工方和消費者對于管道質量和使用壽命都十分關注。另外，塑料管材的原材料和工藝會不斷地更新和提高，其質量和性價比得到持續改善，這也是塑料管材備受青睞的主要原因[5]。但塑料管材在高層建筑排水結構方面仍處于研究階段，原因是塑料管道的承壓能力較鋼材略弱，水體從高層建筑落下直接對立管底部造成沖擊，傳統觀念認為塑料材料難以承受如此強大的沖擊力，易造成水管底部破裂，所以對于高層建筑，設計人員更加傾向于保守的鋼材管道[6-7]。
1、不同材質塑料管在排水工程中的應用
1.1、硬質聚氯乙烯管材
硬質聚氯乙烯（UPVC）管采用聚氯乙烯\\(PVC\\)樹脂為原材料，是目前應用最廣的塑料管道。UPVC管一般分為排水管道和給水管道，其中在排水管道的基礎功能上，又涌現出許多新功能管道產品，可大致概括為以下幾種[8-11]：芯層發泡管 芯層發泡管內外為UPVC材料，中間為發泡層，這樣的結構使芯層發泡管既具備UPVC良好的物理和化學性能，又具有芯層隔熱保溫的優點，尤其適合需要保溫的液體運輸應用；PVC消聲管 PVC消聲管包括螺旋消聲管和雙壁螺旋消聲管，其內部有6條螺旋肋作為導流筋，在排水系統中可起到良好的導流作用，使水流在管內以相同的方向角度呈螺旋狀流下，降低了水流對管內壁的沖撞力，進而達到消音效果，同時水體呈螺旋狀下流，使得管內形成自然中央通路，氣體可以順利進入管內，維持了內外氣壓的穩定性，提高了排水系統的安全性能；徑向加筋管 徑向加筋管的管外壁上具有徑向加強筋，能夠提高管材的環剛強度及抗壓性，增加使用壽命；雙壁波紋管 雙壁波紋管由波紋狀外層和光滑內側共同組成，抗壓性強、流量大，同時雙壁波紋管具有良好的撓曲性能，能抵消土地不均勻沉降帶來的副作用。
UPVC給水管道的應用范圍略小于排水管道，其主要優點包括不易結水垢堵塞水管、性質穩定耐腐蝕和不易滋生細菌等。
1.2、鋁塑復合管
鋁塑復合管是最早出現包含塑料成分的管材，鋁塑復合管的結構較為復雜，共包含五層，其中最外層和最內層均為塑料材質，內兩層為熱熔膠材質，最中間一層為鋁合金材質。由于具有多層結構和鋁層，鋁塑復合管保溫性能、壓縮性能、阻隔性能和導熱性能都較好，而塑料內外壁又能使其同時具有塑料管道的優點，其中鋁塑復合管最大的優點是阻隔性能強，可以阻隔氣體分子滲透。鋁塑復合管一般分為聚乙烯鋁塑復合管（PE/Al/PE）、聚乙烯/交聯聚乙烯鋁塑復合管（PE/Al/CrosslinkedPE）和交聯聚乙烯鋁塑復合管（Crosslinked PE/Al/Crosslinked PE）三種。交聯聚乙烯是指將線型聚乙烯聚合形成三維網狀結構，使其結構更穩定，性能更佳。
1.3、玻璃纖維增強塑料夾砂管
玻璃纖維增強塑料夾砂管是一種以合成樹脂為基體，玻璃纖維為增強材料，加上石英砂共同組成的管道材料。合成樹脂耐腐蝕能力強，玻璃纖維防滲透能力好、摩擦系數小、運輸能力高，石英砂設計靈活、耐磨性好。表1為不同材質管道的摩擦系數。
表1 不同材質管道的摩擦系數
1.4、聚乙烯管
聚乙烯（PE）管是將單體乙烯在不同反應條件下合成密度不同的樹脂，并以之為材料制作而成，國際上將PE管根據強度分為五個等級：PE32級、PE40級、PE63級、PE80級和PE100級。
1.5、三型聚丙烯管
三型聚丙烯（PP-R）管是由無規共聚聚丙烯\\(PP\\)和少量橡膠彈性體擠出成型制作而成。PP-R管中加入橡膠后克服了PP單體在低溫條件下易發脆的缺點，進而成為排水管道選材之一。PP-R管具有安全衛生、保溫節能、耐高溫、易于安裝、可回收利用等諸多優點。
2、直立狀水管中的受力情況
針對在高層建筑中由于水體沖擊力過大導致塑料排水管立管底部易爆裂的問題，對水流在直立狀水管中的受力情況進行模擬分析。水管在高層建筑中的分布包括每一樓層的橫支管和樓層間及頂樓到底樓的直立支管，水流首先從出水口進入排水系統橫支管，運動一段時間后進入直立支管，由于運動方向突然改變，加上此時水流已經具有一定的速度，其流態會發生復雜的變化，一方面水體具有橫向加速度，另一方面水體受到重力、管內壁摩擦力和空氣阻力作用。水體在橫豎拐彎處受力如圖1所示。
圖1 水體在拐彎時的受力分析
水體在進入直立支管運動一段距離后，重力與空氣阻力相互抵消，此時水體開始呈勻速下落，一般將此段運動距離稱為“極限長度”，此時的速度稱為“極限流速”。在管材確定情況下，水管底部所受沖擊力只與水流量和排水管直徑之間的比值相關，與直立支管高度無關。但由于塑料管材相對鐵質管材的力學性能較差，可采取在直立支管每隔一段極限長度范圍內就設置一個消能設備的方式，即減小其極限長度和極限速度，最終達到減小水體對直立支管底部沖擊力的目的。由此可以得出結論，只要合理設計排水管直徑和設置消能設備，塑料管材可以作為高層建筑排水管。
3、存在的問題及解決方案
3.1、存在的問題
只要了解流體運動特點，對管材做出相應處理，塑料管材是可以用于高層建筑排水管工程的。針對塑料材質特點，提出塑料排水管在高層建筑中可能出現的問題，可在施工時防患于未然，提高塑料排水管質量和使用壽命?？赡艽嬖诘膯栴}包括：結合處有滲漏現象、管道噪聲大、通氣問題、虹吸問題等。
3.2、解決方案
針對塑料管材在高層建筑中可能出現的問題，提出以下建議供相關人員參考：\\(1\\)塑料管摩擦系數小，不易堵塞，但結合處會因石沙而發生出現裂縫的現象，尤其是頂層?？刹捎蒙安荚诮Y合處打毛，使結合處摩擦系數增加的方法解決這個問題。\\(2\\)關于管道噪聲大的問題，可選用螺旋消聲管。一般建筑并不需要達到專業級消聲水平，只需采取一定措施減少噪音。此時可以采用在直立支管底部使用柔性材料包裹的方法達到消音目的。\\(3\\)排水管道在排水同時應保證其通氣順暢，否則容易造成水壓不穩，對排水過程及管道均會產生不利影響，所以一般排水管道內包含通氣管。在某些管井尺寸小的地方難以安裝普通通氣管時可采用H型塑料管件，縮短水管與通氣管距離，減小占用面積。\\(4\\)塑料材質摩擦系數小，極限流速較大，直立支管較其他材質管道負壓更大，導致橫向支管易發生虹吸現象?？刹捎迷黾右易中凸芗鸲螌λ鬟M行緩沖，從而預防橫向支管發生虹吸現象。
4、結論
塑料建材代替鋼材成為建筑排水管道是未來發展趨勢，從具體品種分析，UPVC管和PE管屬于主流產品，市場需求較大。目前市場上已出現大量新型復合塑料建材和改性塑料建材，未來可能會在其中出現性能更好的塑料建材代替傳統塑料建材。
從管徑分析，PE管和鋁塑復合管一般為小口徑管材，PVC管口徑分布比較廣泛，一般高層建筑排水管會選用大口徑管材，目的是減小直立支管底部沖擊力。
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