基礎設施老化是水和廢水處理領域的首要問題。

市政當局確實面臨著一項艱巨的任務：許多管道的使用壽命即將結束，選擇替代管道的時間到了。在諸如管道更換的長期項目中，使用壽命可能超過100年，正確的材料選擇至關重要。在這里，我們研究了最常見的市政管道材料類型，以及每種類型的優缺點和用途的一般指南。

1、球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵的前身鑄鐵管是基礎設施骨干的一部分。

球墨鑄鐵主要用于水方面，是一種鑄造產品，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可持續產品認證。球墨鑄鐵和粘土管是地下基礎設施行業中唯一擁有這種吹牛權利的產品。

盡管具有強度，但韌性管易受酸引起的侵蝕性環境的腐蝕，無論是在管內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。為了解決供水問題，管道內部襯有水泥砂漿襯里，可以保護管道并形成屏障。下水道對于球墨鑄鐵可能更具挑戰性，因此有時需要特殊的內部管道襯里。

“它還改善了液壓性能，并幫助水通過了管道，” Horn說。“其良好的流動特性得以保持。我們并不擔心水的內部腐蝕。”

球墨鑄鐵管研究協會已經研究了外部腐蝕數十年，其最新建議是使用增強型聚乙烯外殼。霍恩引用了最近的一個案例研究，其中工人挖出并檢查了1958年安裝在拉法什教區的球墨鑄鐵管。

“當您剝離聚乙烯時，管道看起來很漂亮。它看起來是全新的。”他說。“如果您可以防止外部腐蝕，那么實際上就不會出錯。”

2、鋼管

鋼管于1800年代初首次引入，在美國已有悠久的使用歷史，并且以其對高內部壓力和壓力波動的出色抵抗力而聞名。大直徑鋼管最常用于水和廢水應用的壓力管道。可以使用三種方法來制作：無縫，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特性。各種涂層和襯里的缺點是在安裝過程中可能會損壞它們。

鋼鐵的主要好處是蠻力。通常不會發生裂紋，并且在異常負載下，材料會彎曲而不是斷裂。

3、陶土管

粘土管已經使用了數千年，最早的例子可追溯到公元前4000年。該材料用于美索不達米亞，米諾斯文明和羅馬帝國，在城市下水道系統的應用方面具有悠久的血統。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年代在美國顯著使用的東西。

國家粘土管研究所的杰夫·博施特說：“大多數不熟悉現代粘土管的人都將它與系統中已有100多年的東西聯系在一起，而且它們是不同的。” “他們對產品的看法基于不再制造的產品。”

玻化粘土管主要用于重力流衛生下水道系統，在這一技術時代已大大改進。計算機控制的窯爐燒制意味著最終產品是均勻的并且符合質量標準。高密度擠出工藝使管體內的疊片消失了。

“幾年前，可能有100家不同的工廠生產需要在內部和外部進行上光的多孔產品，” Boschert說。“但是，現代的管道是緊實，密實且無孔的。材料本身完全不同且更堅固。”

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

平均抗壓強度為18,000 psi的粘土也可以用作無挖溝應用中的直接頂管。陶瓷粘土頂管于1992年推向非開挖市場，從那時起，它已用于先導管微隧道，泥漿微隧道，靜態管道爆破和滑襯應用。

陶瓷粘土管即使在下水道氣體和溶劑基化學物質存在的情況下，也能在高腐蝕性環境中發光。已知會影響粘土管道的唯一化學物質是氫氟酸，在下水道中不太可能發現氫氟酸。

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

粘土管因其使用壽命長，耐腐蝕性能和可持續性而受到重視。但是，它確實有一些局限性：通常僅限于重力流應用，并且由于窯燒制過程，最大管道長度為10英尺。

4、混凝土管

重力流和壓力管都使用混凝土，這是世界上最常見的建筑材料之一。預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。混凝土壓力管是一個單獨的類別，主要用于飲用水。

“混凝土管非常簡單，”混凝土管協會主席Matt Childs說。“您有一個大而結實，沉重的管道，只要您不弄亂它，它就會在其中待很長時間。我們已經有150年的歷史了。”

這種剛性的管道系統有85％取決于管道強度，而只有15％取決于土壤覆層作為基礎支撐，這使其成為低洼或沼澤環境的理想選擇。

“我們最大的優勢是耐用性，強度和壽命，” Childs說。“我們還具有非常好的流動特性，因為我們具有光滑的表面。”

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腐蝕。為了解決這些問題，可以在混凝土管上涂上塑料襯里，并采取特殊措施來防止在酸性土壤中腐蝕。

“我們確實很誠實，說您必須為此做計劃，” Childs說。

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而失效。Childs強化了該行業的一個共同主題：安裝是關鍵。

他說：“如果出現故障，通常就是安裝。” “我們可能會遇到承包商在安裝管道之前將其驅動過管道的問題……也許是在頂部驅動重型設備以導致重型壓實。我們也有安裝問題。如果不直截了當，我們會碰到裂縫。”

5、HDPE管

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

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

這種融合過程產生了與管道其余部分一樣堅不可摧的結合點。HDPE還具有很高的耐腐蝕性能，故障率低，從而進一步降低了使用壽命成本。但是Rubeiz指出，使用HDPE時，正確的規劃，設計，安裝和檢查至關重要。

他指的是安裝快捷方式，他說：“這是非常寬容的，但這確實是一個缺點，因為它可能會被濫用。這是一個100年的項目。公用事業，顧問和承包商必須有足夠的時間和資源來做好項目。”

地震多發地區的市政當局應考慮使用HDPE，因為它具有靈活性和延展性。根據水研究基金會的一份報告，該報告研究了最近的地震及其對美國自來水公司的影響，HDPE能夠承受巨大的地震活動。該研究指出，例如，在2010年智利地震中，“雖然水系統的其余部分遭受了數千根管道的損壞，但沒有HDPE管道被損壞。” 該報告建議將HDPE用于高地震區的普通配電管和支管。

HDPE的尺寸從1/2到65英寸不等，涵蓋了從服務線到配電和傳輸主電源的所有內容。它的使用已在整個歐洲范圍內擴展，據Rubeiz稱，歐洲近90％的新管道安裝是HDPE。

他說：“當安裝人員和設計師遵循本書時，應該沒有問題。” “在設計時需要考慮所有條件。您想要持續使用100年以上的東西不應存在捷徑。”

6、PVC管

聚氯乙烯是最古老的合成材料之一，是19世紀科學家首次發現的。直到第二次世界大戰，當這種材料被用來隔離軍艦上的電線時，對材料的需求才加速增長。在隨后的幾十年中，PVC的用途飛速增長，現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，現在可以使用一種易熔的版本，與HDPE在非開挖結構中競爭。

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（Water Research Foundation）于2008年進行的一項題為“碳氫化合物對PE / PVC管道和管道墊片的影響”的研究中，研究人員得出結論，聚氯乙烯也不受汽油（最常見的碳氫化合物污染物）的影響。

這種耐腐蝕性轉化為低故障率。猶他州立大學（Utah State University）2012年的一項調查表明，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。

“這是太空時代的東西，”北美PVC管協會常務理事Bruce Hollands說。“這是一種高科技材料，可以完全消除腐蝕。”

成本是市政當局吸引PVC的主要原因。即使包括回填和人工費用，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省70％的費用。

也就是說，PVC并非沒有任何限制。

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

美國水廠協會研究基金會的一項研究估計，PVC的預期壽命超過110年。適用于下水道和水應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復雜的過程，充滿了政治，先入為主的思想和預算參數。使事情復雜化的是，當制造商爭奪基礎設施市場份額時，市政領導人現在必須通過市場宣傳來進行導航。

歸結為考慮用途，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，更換管道的決定只應該每一百年一次。

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