Karel Michielsen，左耀齡
 

陶管是最古老的用于下水管道工程的材料之一。歐洲、美國和世界上很多發(fā)達(dá)國家仍然大量使用陶管在城市污水排放管道上。而且只要是由專業(yè)隊(duì)伍鋪設(shè)，它將很容易地有一百年的工作壽命。

近幾十年來發(fā)達(dá)國家的陶管生產(chǎn)技術(shù)取得不斷的發(fā)展，通過采用現(xiàn)代化的技術(shù)，幾千年來沿襲下來的消極因素已被克服，這里主要指密封系統(tǒng)和材料的強(qiáng)度。以前，下水管道不得不專門用來排除污染的水，而陶管原本就非常普遍地用于此目的上。為了改善排水和因?yàn)榈乇砻娌粩嘣黾拥挠不�，越來越多的雨水最后進(jìn)入下水管道。使這些管子直徑不斷增加。這就意味其它下水管材料也能滿足這些新的要求（排放被稀釋的廢水）。在此期間人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到要符合歐共體有關(guān)廢水凈化的指令要求，必須盡可能地在各地源頭通過回用，緩沖和滲水手段分流雨水。在發(fā)達(dá)國家，在各個(gè)城市排水系統(tǒng)的邊緣建造了大型雨水水庫，但是通常耗費(fèi)更多錢并且常常不足以滿足各項(xiàng)排放標(biāo)準(zhǔn)。所以在發(fā)達(dá)國家與雨污分離的措施主要并列的關(guān)注問題是限制流入污水管道的水流和尋求得到封閉的污水管道系統(tǒng)。這些關(guān)注問題都導(dǎo)致回到在污水系統(tǒng)中建立較大的排放設(shè)施并且自然地導(dǎo)致對(duì)陶管材料的重新關(guān)注。陶管具有非常長期的概率壽命是眾所公認(rèn)的。對(duì)陶管的密封材料，歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 295-3規(guī)定了各項(xiàng)密封性能100年的外推法試驗(yàn)。這些試驗(yàn)可用來與對(duì)合成材料管子進(jìn)行的試驗(yàn)進(jìn)行比較（松弛，蠕變）。與一些合成材料管子試驗(yàn)時(shí)確定的曲線不同—對(duì)各種帶承口的陶管類型的密封材料的性能曲線表現(xiàn)的是一種漸進(jìn)曲線而不是在某一時(shí)間突然跌落的曲線，例如在50年時(shí)段以后。圖1和圖2表明一家很重要的陶管生產(chǎn)廠商，德國Steinzeug-Keramo（施泰恩兆宇哥-凱拉莫公司）使用的橡膠和聚氨酯密封材料的性能隨時(shí)間逐漸變化的情形。

這些密封到1993年時(shí)已經(jīng)使用了25年。這樣，在陶管標(biāo)準(zhǔn)中給出的對(duì)寬闊范圍的產(chǎn)品系列的各項(xiàng)試驗(yàn)可以很容易的在拆卸下來的管子的密封上重新進(jìn)行。下一段文章就是對(duì)有關(guān)聚氨酯密封的描述：在1993年的建設(shè)工程中一節(jié)已用25年約DN 400的陶管被拆卸下來。這一段管道構(gòu)成了一個(gè)部分封閉系統(tǒng)的一個(gè)污水管道系統(tǒng)的一部分。對(duì)此部分封閉系統(tǒng)使用攝像機(jī)定期檢查，從無發(fā)現(xiàn)密封故障。這節(jié)管子鋪設(shè)在地下水中，承受著4 m水壓。當(dāng)時(shí)所做的混凝土基礎(chǔ)已受化學(xué)侵蝕。而陶管內(nèi)外仍完整無損。把混凝土基礎(chǔ)拆除并在試驗(yàn)室對(duì)陶管的接口進(jìn)行水壓試驗(yàn)，水壓5 m水柱，徑向剪切負(fù)荷25 N/mm直徑。

從聚氨酯密封上取材料試樣，進(jìn)行試驗(yàn)并按目前要求進(jìn)行比較。試驗(yàn)結(jié)果滿足試驗(yàn)時(shí)使用的1991年制訂的歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 295的所有的要求。其性質(zhì)總結(jié)在表1中。

硬質(zhì)聚氨酯	肖氏硬度	抗蠕變強(qiáng)度	形狀穩(wěn)定性	低溫特性	抗老化能力	耐化學(xué)性
軟質(zhì)聚氨酯	抗拉強(qiáng)度	肖氏硬度	形狀穩(wěn)定性	低溫特性	抗老化能力	耐化學(xué)性

對(duì)軟質(zhì)聚氨酯的變形進(jìn)行了測量。其值為13.5%。由此產(chǎn)生的計(jì)算密封壓力值為1.0 N/mm²，所以它四倍于標(biāo)準(zhǔn)要求的最低值0.25 N/mm²。

根據(jù)當(dāng)時(shí)的作用現(xiàn)場施加的條件，管子須抵抗一個(gè)45 kN/m的破碎負(fù)荷，經(jīng)試驗(yàn)，此管子在82 kN/m負(fù)荷時(shí)才破碎。

攝影機(jī)檢查舊陶管表明它們?nèi)匀贿�像新的一樣完整無損。因?yàn)樘展芤呀?jīng)證明具有在含有工業(yè)部門的很多區(qū)域中輸送極端侵蝕性廢水的價(jià)值�，F(xiàn)在陶管常常特別用在擴(kuò)展區(qū)域，那里對(duì)土壤保護(hù)有更嚴(yán)格的要求，并且因?yàn)橄Ｍ�避免�?duì)下層土的任何污染。

根據(jù)可以從材料結(jié)構(gòu)獲得的化學(xué)物理性質(zhì)，G. Petzow等人的文章^[1]分析了不同污水管道管材的功能特性。為進(jìn)行該項(xiàng)工作，他回溯了原子和分子之間的化學(xué)結(jié)合，以及分子微觀宏觀結(jié)構(gòu)組成。對(duì)8種本征材料值進(jìn)行分析。從分析中得出了對(duì)用戶非常重要的七種特性的數(shù)值。這些數(shù)值用一個(gè)八角雷達(dá)圖形來表示。正八邊形代表最理想的污水水管道材料。Perzow教授得出結(jié)論，這種理想材料并不存在。但是陶管材料離此最近。這些性質(zhì)與最佳值越接近，管道的概率壽命就越長。把這一概率壽命也包括在這八角雷達(dá)圖形中。對(duì)混凝土管，陶管，不同金屬和不同聚合物（聚氯乙烯，高密度聚乙烯）材料管進(jìn)行了分析。圖3和圖4是從這篇發(fā)表文章中摘錄的兩個(gè)例子。

在歐洲18個(gè)國家陶管生產(chǎn)是根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 295:1991進(jìn)行的。生產(chǎn)廠家，用戶和質(zhì)量控制機(jī)構(gòu)共同參與了討論，最終形成了該標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)是在一個(gè)高技術(shù)水平上形成的。以前陶管標(biāo)準(zhǔn)德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN 1230和英國標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品主要特性的要求仍包括在該歐洲標(biāo)準(zhǔn)中。對(duì)某些要點(diǎn)甚至要求更嚴(yán)格。在該標(biāo)準(zhǔn)中準(zhǔn)備提供給污水管道系統(tǒng)的很多技術(shù)特性都通過標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)給予描述和支持。這不僅說的是陶管材料，也指各種密封。它可以說是對(duì)現(xiàn)在存在的管子（歐洲和德國）的最綜合最需要的試驗(yàn)綱領(lǐng)。在有關(guān)下水管道通用性質(zhì)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN 476）中，這些特性和要求只能找到一部分而且僅是淡淡一提。下表給出多種管材的二種重要特性的比較。

表2給出陶管材料的多項(xiàng)物理特性的描述，數(shù)值及在實(shí)際使用中給用戶帶來的效益。

面3表格給出在對(duì)下水管道通用標(biāo)準(zhǔn)，以及在陶管標(biāo)準(zhǔn)EN 295特別規(guī)定的，進(jìn)而在比EN 295要求還要高的WN 295標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)密封的各項(xiàng)要求。WN 295列出的在一個(gè)企業(yè)制造標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容中的一些要求，對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行情況Steinzeug-Keramo公司也請(qǐng)外部機(jī)構(gòu)檢查。

陶管經(jīng)發(fā)展已能提供更大的強(qiáng)度。這可以根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)中和生產(chǎn)中的抗壓碎強(qiáng)度值用圖說明。圖6所示為DN 400普通壁厚的管子。與1986年前情況相比較，現(xiàn)在陶管的抗壓碎強(qiáng)度實(shí)際上增加了一倍。這是因?yàn)檫M(jìn)行了深入細(xì)致的研究工作，選取更好類型的粘土，采取更好的生產(chǎn)控制，ISO質(zhì)量系統(tǒng)，以及在改進(jìn)窯爐控制上的不斷投資。

陶管用于重力排放污水管道中。符合EN 295的管子和管件將可以承受定期的水力學(xué)超負(fù)荷。在該領(lǐng)域用戶能在很寬廣的范圍上使用陶管，因?yàn)橛蟹浅４蠓秶�的管件（分叉管，彎頭，漸縮管）和附件（與其它材料管件進(jìn)行連接所用的特殊連接件）。

陶管具有高性/價(jià)比：從對(duì)技術(shù)規(guī)格和安裝污水管道實(shí)際成本的分析可以看出管材本身只占整個(gè)工程的一小部分。根據(jù)安裝下水管道是在敏感區(qū)（購物街具有昂貴的街面裝修）還是在次敏感區(qū)（例如開闊地）的不同，污水管管材所占的比例將在5%到15%之間變化（這是在德國的情況）。

考慮陶管的很長的概率壽命，適度超出的費(fèi)用會(huì)很容易地被視為合理。即使在對(duì)污水管道付出很大關(guān)注和資源的城鎮(zhèn)來說，歷史告訴我們一條污水管道很少會(huì)在兩代人的時(shí)段進(jìn)行更新，除非它的狀況會(huì)造成一個(gè)真正的危險(xiǎn)。所以更現(xiàn)實(shí)的選擇是讓一條下水管道有80年到100年的時(shí)間內(nèi)有良好的狀況。按這一正確的觀點(diǎn)也可以很容易地論證出陶管是最好的選擇。用根據(jù)LAWA（德國公共財(cái)產(chǎn)確定價(jià)值準(zhǔn)則）的計(jì)算方法，取始終如一的折舊，利息，考慮重新投資和資金折現(xiàn)化，結(jié)果顯示如果選取與長期概率壽命有關(guān)的陶管的數(shù)值，就會(huì)取得很高的性/價(jià)比值。

不透水性	prEN 476	EN 295	其它
從管內(nèi) 從管外 +角度偏斜 +徑向負(fù)荷	0.4巴 0.4巴 ＜300     30毫米/米 300-600   20毫米/米 600-1000 10毫米/米 ＞1000    10×1000/DN 10牛/毫米直徑	0.5巴 0.5巴 DN＜200 80毫米/米 250-500   30毫米/米 600-800   20毫米/米 DN＞800 10毫米/米 25牛/毫米直徑	2.4巴（ATV A142） （德國污水協(xié)會(huì)規(guī)定） 100毫米/米（WN 295） 50毫米/米（WN 295） 30毫米/米（WN 295） 25牛/毫米直徑對(duì)一般管壁 50牛/毫米直徑對(duì)增強(qiáng)管壁（WN 295）
土埌不均勻性容許偏差	DN＜300    6毫米/米 DN＞300    2%的DN值	DN＜300    5毫米/米 DN＜600    6毫米/米 DN＞600    1%的DN值	DN＜400 - 4毫米/米 DN＞400 - 1%的DN值（WN 295）
耐化學(xué)性	沒有專門的條文	裝入式結(jié)合。pH值2-12，硫酸、硝酸、氫氧化鈉、次氯酸鈉	pH值1-13（WN 295）
互換性	沒有專門的條文	在相同接合系統(tǒng)和抗壓碎強(qiáng)度內(nèi)具有互換性
耐溫度變化性	沒有專門的條文	80小時(shí)：在-10℃和+70℃之間循環(huán)變化
長期耐溫度性	DN＜200     45℃ DN＞200     35℃	7天在45℃溫度
對(duì)短期和長期 蠕變的徑向負(fù)荷試驗(yàn)	沒有專門的條文	垂直移動(dòng)＜6毫米做3個(gè)月，當(dāng)＞6毫米，用承口支持再試驗(yàn)

此外，在近年來進(jìn)行了大量的工作使用戶鋪設(shè)管道更加方便。對(duì)直徑200 ~ 400的管子插入力量大大減少，只需一根撬杠就能很容易地把它們互相滑入。對(duì)DN 200到DN 300的管子，插入力只是80到200千克力。而對(duì)DN 300到DN 400的管子，插入力是以前數(shù)值的大約一半。結(jié)果，保證了組裝的簡單，但所有關(guān)于密封的要求均得到滿足。

根據(jù)鋪設(shè)管道施工的新的歐洲標(biāo)準(zhǔn)，也允許使用壓縮空氣在施工現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)，作為管道密封的試驗(yàn)。在這方面也做了大量工作，對(duì)陶管管道的這些試驗(yàn)已多次成功地進(jìn)行。

產(chǎn)品認(rèn)證：舉德國Steinzeug-Keramo公司為例，它的各種陶管產(chǎn)品由多個(gè)質(zhì)量控制機(jī)構(gòu)根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 295進(jìn)行定期試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了進(jìn)行各項(xiàng)定期試驗(yàn)的最低時(shí)間間隔。

質(zhì)量認(rèn)證：為了進(jìn)一步提高和加強(qiáng)質(zhì)量水平，Steinzeug-Keramo公司已連續(xù)努力很多年開發(fā)一個(gè)質(zhì)量體系。早在1989年已經(jīng)授予Steinzeug-Keramo公司質(zhì)量認(rèn)證證書ISO 9002和EN 9002，這是經(jīng)英國標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)（BSI）深入細(xì)致的驗(yàn)證后授予的。當(dāng)時(shí)Steinzeug-Keramo公司由兩個(gè)機(jī)構(gòu)認(rèn)證ISO 9002，即BQA（比利時(shí)質(zhì)量組織）和BSI（英國標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)）。

陶管生產(chǎn)有計(jì)劃地使用不破壞環(huán)境、不破壞農(nóng)田的天然原料，即各種類型的粘土，粘土熟料（回用的陶管材料）和水。這些原料是充裕的。在很多國家實(shí)際上大量存在，也都能滿足對(duì)所需用不同類型粘土的性質(zhì)的很高的要求�；謴�(fù)后取土坑可做成景觀或用于垃圾填埋，只要密封粘土層的各項(xiàng)功能可以有效防止對(duì)地下水的污染。和很多其它各種管材不同，陶管的原料準(zhǔn)備在單獨(dú)的生產(chǎn)企業(yè)中進(jìn)行，從粘土到制成產(chǎn)品的過程被安排在一個(gè)連貫的生產(chǎn)工藝中，從而從運(yùn)輸和能源回用上大大節(jié)約了能源。而其它管材的確得有原料的準(zhǔn)備，而常常是一個(gè)耗能巨大的工藝過程——陶管生產(chǎn)中最大能源輸入只是在燒制材料的工藝過程。

描述各種下水管道管材的生態(tài)平衡的很多研究文章也可利用，在這些文章中介紹了產(chǎn)品從搖籃到墳?zāi)沟臍v史，它不僅限于能量消耗也包括所有與環(huán)境有關(guān)的物質(zhì)（SO₂，NO_X …）。

表6給出從Jeschar教授等人發(fā)表在“Korrespondenz Abwasser”（德國《廢水通訊》雜志）^[2]上的研究文章摘錄下來的聚氯乙烯管和陶管的能源消耗。從中可以看到生產(chǎn)一公斤聚氯乙烯管材比生產(chǎn)一公斤陶管管材需要的能源要多十倍多。

為了正確比較每米污水管道的能源消耗量，很明顯密封也應(yīng)考慮進(jìn)去。對(duì)目前使用的各種污水管管材的能耗可見圖9。從圖中可以看出在需要耐腐蝕管材的地方（混凝土管耐磨蝕性能低，不宜用于城市生活污水管道），陶管在低能源消耗方面得分最高。當(dāng)把這個(gè)比較用在一個(gè)實(shí)際項(xiàng)目中也考慮管件，考慮各種管材的概率壽命時(shí)，這種差別會(huì)更大。

從該比較中可以看出陶管明顯地是最不損壞環(huán)境的材料中的一種。