現(xiàn)代化陶管、管件和接口是城市污水管道管材的最佳選擇
Karel Michielsen，左耀齡
關(guān)鍵詞：陶管；抗壓碎程度；聚氨胺柔性密封；橡膠柔性密封；概率壽命；生產(chǎn)單位重量管材的能源消耗量
1 用于城市污水管道的現(xiàn)代化陶管及接口的性能
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。
圖1 凱拉莫公司橡膠接口的松弛 圖2 軟聚氨酯的松弛
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。
表1 使用25年后該密封仍具有新歐洲標(biāo)準(zhǔn)所有要求的性質(zhì)。
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硬質(zhì)聚氨酯
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肖氏硬度
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抗蠕變強(qiáng)度
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形狀穩(wěn)定性
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低溫特性
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抗老化能力
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耐化學(xué)性
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軟質(zhì)聚氨酯
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抗拉強(qiáng)度
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肖氏硬度
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形狀穩(wěn)定性
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低溫特性
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抗老化能力
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耐化學(xué)性
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對(duì)軟質(zhì)聚氨酯的變形進(jìn)行了測(cè)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苊鈱?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。
圖3 回收一根已使用25年的陶管，重新對(duì)陶管和密封的各項(xiàng)性能進(jìn)行試驗(yàn)
圖4 陶管和聚合物管的綜合性能的比較
2 用于污水管道的陶管的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和其它管材的比較：
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。
表2 陶管材料的物理特性
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特性
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相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)
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不透水性試驗(yàn)
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抗壓碎強(qiáng)度值
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通用要求
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EN 4761
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須試驗(yàn)到50 kPa，所需要補(bǔ)充的水及試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間：見產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。
管子外表面的水份和潮氣不可以是內(nèi)部壓力造成的。
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指的是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。
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陶管
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EN 2952
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須試驗(yàn)到50 kPa內(nèi)壓和外壓（可以規(guī)定更高的試驗(yàn)壓力）。15分鐘內(nèi)最多允許補(bǔ)充水量為：0.07 L/m2濕潤面積。在管子外表面沒有肉眼可見潮濕的小塊面積。試驗(yàn)同時(shí)在接口角度偏斜和承受剪切負(fù)荷條件下進(jìn)行。
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在市場上可購到的標(biāo)準(zhǔn)陶管的抗壓碎強(qiáng)度值為95，120，160，200和240 kN/s。
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鑄件管
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EN 5983
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試驗(yàn)到0.5巴內(nèi)壓和1巴外壓，密封不得有可見缺陷。對(duì)允許吸水率沒有極限值。
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抗壓碎強(qiáng)度值與最大允許變形有關(guān)，以避免內(nèi)襯的破裂。對(duì)大多數(shù)直徑管子它們的抗壓碎強(qiáng)度值大大低于目前使用的各個(gè)強(qiáng)度等級(jí)陶管的抗壓碎強(qiáng)度
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混凝土管
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NBNB 21-5014
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在200 kPa下進(jìn)行試驗(yàn)并檢查可見泄漏。對(duì)允許補(bǔ)充水量沒給出具體數(shù)值。
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該標(biāo)準(zhǔn)提供的最高抗壓碎強(qiáng)度系列是135系列。對(duì)直徑600 mm，陶管行業(yè)提供更高的抗壓碎強(qiáng)度。
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PrEN XXX5
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對(duì)DN300管子用50 kPa壓力試驗(yàn)，對(duì)DN大于300的管子用100 kPa壓力試驗(yàn)。允許外表面出現(xiàn)的潮濕的小塊面積。
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建議90和135等級(jí)
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DIN 4032
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對(duì)所有直徑用50 kPa壓力試驗(yàn)。取3個(gè)試驗(yàn)結(jié)果的平均值。單個(gè)試驗(yàn)的結(jié)果可以超出限度的30%。15分鐘內(nèi)允許補(bǔ)充水量取決于管子剖面和直徑（對(duì)圓形剖面取0.08 ~ 0.05 L/m2）。
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注：1 有關(guān)下水管道通用性質(zhì)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)
2 陶管標(biāo)準(zhǔn)的第7部分，
3鑄鐵下水管子，
4比利時(shí)鋼筋混凝土管標(biāo)準(zhǔn)，
5混凝土管（鋼筋和非鋼筋）的歐洲標(biāo)準(zhǔn)草案。
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。
表3 各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)密封的各項(xiàng)要求
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特性
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通用要求
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陶管
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鑄件管
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混凝土管
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相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)
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EN 4761
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EN 2952
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EN 5983
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NBNB 21-5014
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PrEN XXX5
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DIN 4032
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不透水性
試驗(yàn)
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須試驗(yàn)到50 kPa，所需要補(bǔ)充的水及試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間：見產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。
管子外表面的水份和潮氣不可以是內(nèi)部壓力造成的。
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須試驗(yàn)到50 kPa內(nèi)壓和外壓（可以規(guī)定更高的試驗(yàn)壓力）。15分鐘內(nèi)最多允許補(bǔ)充水量為：0.07 L/m2濕潤面積。在管子外表面沒有肉眼可見潮濕的小塊面積。試驗(yàn)同時(shí)在接口角度偏斜和承受剪切負(fù)荷條件下進(jìn)行。
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試驗(yàn)到0.5巴內(nèi)壓和1巴外壓，密封不得有可見缺陷。對(duì)允許吸水率沒有極限值。
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在200 kPa下進(jìn)行試驗(yàn)并檢查可見泄漏。對(duì)允許補(bǔ)充水量沒給出具體數(shù)值。
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對(duì)DN300管子用50 kPa壓力試驗(yàn)，對(duì)DN大于300的管子用100 kPa壓力試驗(yàn)。允許外表面出現(xiàn)的潮濕的小塊面積。
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對(duì)所有直徑用50 kPa壓力試驗(yàn)。取3個(gè)試驗(yàn)結(jié)果的平均值。單個(gè)試驗(yàn)的結(jié)果可以超出限度的30%。15分鐘內(nèi)允許補(bǔ)充水量取決于管子剖面和直徑（對(duì)圓形剖面取0.08到0.05 L/m2）。
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抗壓碎
強(qiáng)度值
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指的是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。
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在市場上可購到的標(biāo)準(zhǔn)陶管的抗壓碎強(qiáng)度值為95、120、160、200和240 kN/m。
（中國標(biāo)準(zhǔn)JC/T 795-1998的4.3.1條規(guī)定值僅為15.7 kN/m）
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抗壓碎強(qiáng)度值與最大允許變形有關(guān)，以避免內(nèi)襯的破裂。對(duì)大多數(shù)直徑管子它們的抗壓碎強(qiáng)度值大大低于目前使用的各個(gè)強(qiáng)度等級(jí)陶管的抗壓碎強(qiáng)度
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該標(biāo)準(zhǔn)提供的最高抗壓碎強(qiáng)度系列是135系列。對(duì)直徑600 mm，陶管行業(yè)提供更高的抗壓碎強(qiáng)度。
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建議90和135等級(jí)
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注：1 有關(guān)下水管道通用性質(zhì)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)
2 陶管標(biāo)準(zhǔn)的第7部分
3 鑄鐵下水管子
4比利時(shí)鋼筋混凝土管標(biāo)準(zhǔn)
5 混凝土管（鋼筋和非鋼筋）的歐洲標(biāo)準(zhǔn)草案。
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蠓秶墓芗ǚ植婀埽瑥濐^，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。
表4
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不透水性
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prEN 476
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EN 295
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其它
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從管內(nèi)
從管外
+角度偏斜
+徑向負(fù)荷
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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
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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
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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）
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土埌不均勻性容許偏差
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DN＜300 6毫米/米
DN＞300 2%的DN值
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DN＜300 5毫米/米
DN＜600 6毫米/米
DN＞600 1%的DN值
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DN＜400 - 4毫米/米
DN＞400 - 1%的DN值（WN 295）
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耐化學(xué)性
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沒有專門的條文
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裝入式結(jié)合。pH值2-12，硫酸、硝酸、氫氧化鈉、次氯酸鈉
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pH值1-13（WN 295）
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互換性
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沒有專門的條文
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在相同接合系統(tǒng)和抗壓碎強(qiáng)度內(nèi)具有互換性
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耐溫度變化性
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沒有專門的條文
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80小時(shí)：在-10℃和+70℃之間循環(huán)變化
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長期耐溫度性
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DN＜200 45℃
DN＞200 35℃
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7天在45℃溫度
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對(duì)短期和長期
蠕變的徑向負(fù)荷試驗(yàn)
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沒有專門的條文
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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)
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圖5 污水管道系統(tǒng)的安裝成本 圖6 DN400 160等級(jí)的陶管抗壓碎強(qiáng)度值的提高
圖7 陶管抗壓碎強(qiáng)度試驗(yàn) 用撬杠把一根管子的插口滑入另一根管子的承口中
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。
3 質(zhì)量水平
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。
表5 德國Steinzeug-Keramo陶管產(chǎn)品的認(rèn)證機(jī)構(gòu)
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質(zhì)量標(biāo)記RAL-STEINZEUG
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德國陶管行業(yè)質(zhì)量聯(lián)合會(huì)，科隆弗雷興
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BSI
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英國標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)，倫敦
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INISMA*
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比利時(shí)硅酸鹽，土埌及材料國家學(xué)會(huì)，蒙斯
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CSTB
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法國科學(xué)技術(shù)中心，馬恩-拉-瓦萊
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MA39
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維也納市地方行政部門第39研究機(jī)構(gòu)，維也納
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*當(dāng)符合為陶管，附件及陶制管道井制定的各項(xiàng)要求后，Inisma（比利時(shí)硅酸鹽，土埌及材料國家學(xué)會(huì)）允許使用“Benor”的質(zhì)量標(biāo)志。
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)）。
4 生態(tài)學(xué)上的優(yōu)點(diǎn)
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，NOX …）。
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。
圖8 陶管生產(chǎn)過程的質(zhì)量流量 圖9 聚氯乙烯生產(chǎn)過程的質(zhì)量流量
表6 生產(chǎn)陶管和聚氯乙烯管的能源消耗量
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陶管（兆焦/公斤管材）
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聚氯乙烯管（兆焦/公斤管材）
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原料
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黏土
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0.20
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原料
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石油
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1.55
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天然氣
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0.45
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礦鹽
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3.05
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生產(chǎn)
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加工
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0.10
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生產(chǎn)
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石油
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20.06
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干燥
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1.33
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煉油
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0.8
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燒制
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3.33
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蒸氣裂解
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7.0
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電耗
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1.20
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電解
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10.67
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16.0
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聚合
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5.67
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擠出
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3.5
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總計(jì)
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6.61
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總計(jì)
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68.3
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圖10 生產(chǎn)不同材料每米管子（包括接口）的能源消耗量（兆焦/米）
5 面向?qū)砀量痰囊?/font>
陶管不僅出色地滿足對(duì)下水管道的傳統(tǒng)的各項(xiàng)要求，還預(yù)先想到了在不久的將來會(huì)更加關(guān)注的新的趨勢(shì)和各種要求。例如，在陶管標(biāo)準(zhǔn)中正在把耐高壓清洗能力作為一個(gè)試驗(yàn)參數(shù)編入。由瑞士蘇黎士市技術(shù)部門進(jìn)行的一項(xiàng)比較性研究顯示陶管得分非常高。試驗(yàn)開始時(shí)用不同的噴嘴把凈水噴射各種不帶管件的下水管道管子。壓力不斷增加直到出現(xiàn)管壁的損壞。
僅用水作高壓清洗的試驗(yàn)結(jié)果 用水和碎屑作高壓清洗試驗(yàn)（噴嘴130X）
圖11 高壓清洗試驗(yàn)結(jié)果
只有陶管能分別用350巴和500巴高壓噴水沖洗，經(jīng)常需要疏通下水管道的私人公司從這里可以得出他們自己的結(jié)論。
在第二系列對(duì)管材的試驗(yàn)中，考慮在污水下水管道的實(shí)際情況，以一種更復(fù)雜的方式進(jìn)行。試驗(yàn)在一根直管子里重復(fù)30次。使用砂子和粉狀材料的沉積物進(jìn)行。而沉積物的組成由漢堡市決定。在該試驗(yàn)中惟一令人滿意的管材是陶管。
其它陶管證明它具有理想的適應(yīng)將來更苛刻要求的，重要特性是：在高水溫，在用水量低造成的高濃度和硬化表面脫離時(shí)的耐化學(xué)性。形成生物產(chǎn)生的硫酸在將來會(huì)很普遍，這是因?yàn)閷硪B接各個(gè)分管網(wǎng)，要實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)中存儲(chǔ)的最佳化，以及使壓力管道的整體化。這意味著當(dāng)下水管道輸送時(shí)，廢水將會(huì)更具厭氧性和形成生物產(chǎn)生硫酸的理想條件。陶管材料對(duì)這種形式的侵蝕具有特殊的忍耐能力。
高溫高濃度生活污水在微生物作用下產(chǎn)生硫酸 生活污水管網(wǎng)
在一定條件下導(dǎo)致形成硫酸的微生物 被微生物產(chǎn)生的硫酸氣腐蝕的混凝土下水管壁
6 對(duì)顧客的預(yù)算有利，對(duì)下水管道接收方的預(yù)算有利
在鋪設(shè)分流系統(tǒng)污水管道中，使用陶管就具有許多經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)楣鼙诒砻婀饣湍颓治g，陶管具有它本身的絕對(duì)的水力學(xué)效益。陶管不會(huì)老化，它能承受負(fù)荷，而這些負(fù)荷可能會(huì)在多次挖掘作業(yè)的過程中發(fā)生變化。陶管能永遠(yuǎn)保持它的剖面尺寸。這就意味著在廢水管道開始的一個(gè)區(qū)域能以直徑200 mm的管道很容易的開始，管內(nèi)污水輕度污染能有足夠的流量存在以保持管壁剪切應(yīng)力高于一個(gè)最低值。根據(jù)Macke[3]的研究。無沉積物運(yùn)動(dòng)的管壁剪切應(yīng)力必須最少1.0 N/m2。在不利的充水程度例如hT/d≥0.10（或者DN 200管道充水高度2 cm），這就意味著對(duì)粗糙系數(shù)0.5的陶管，最低坡度必須是8‰。對(duì)直徑DN 250的管道這個(gè)值是6‰。這些坡度在排水系統(tǒng)的開始處是很容易獲得的。不能把準(zhǔn)則通用化，最小直徑的確定仍然必須根據(jù)水力學(xué)參數(shù)。因?yàn)榭梢栽O(shè)想分流系統(tǒng)是發(fā)展趨勢(shì)所以大量的雨污分離工作將會(huì)繼續(xù)，在可以預(yù)見的將來存在著一種危險(xiǎn)，即在系統(tǒng)上游支流位置存在非常大的管路。只有較小直徑，不太昂貴，具有稍微更陡的坡變，從而有更大自清洗能力的管子才能被鋪設(shè)在已經(jīng)鋪滿電纜和其它管道的道路表面里并保留較多的空間。
如果考慮長折舊期，投資給陶管通常是最經(jīng)濟(jì)的方案。按LAWA準(zhǔn)則推薦的折舊期80到100年將使天平朝陶管傾斜。這樣每年僅1%的折舊率變?yōu)榭赡堋?br />
圖13 概率壽命
陶管以一種不平行的方式集合了對(duì)污水管道重要的性質(zhì)。承包商有時(shí)看到耐沖擊性能不如混凝土管是一個(gè)負(fù)面方面。然而，顧主看這個(gè)問題常常從另一方面—如果承包商對(duì)管材不是特別小心而造成損壞，在驗(yàn)收工程時(shí)這些問題會(huì)查清楚并做修理。可是對(duì)其它材質(zhì)管道來說，常常在擔(dān)保期之后才出現(xiàn)鋪設(shè)時(shí)造成的損壞，這時(shí)對(duì)顧主造成的經(jīng)濟(jì)損失反而更大。
承包商定期參加技術(shù)培養(yǎng)保持了解最新的鋪設(shè)條件和措施以更容易地使用管材完成工作。從而通過鉆孔，減少插入力和增加抗壓碎強(qiáng)度值等巨大的努力而獲得穩(wěn)定的和可靠的連接。一體裝入陶管的密封使用25年其尺寸仍然極為穩(wěn)定。在現(xiàn)場使用陶管的切割專用工具就比鋸斷合成材料的管子快得多。這大大保證了鋪設(shè)進(jìn)度。
奧地利排水協(xié)會(huì)（Abwasserzweckverbände in Austria）的諸多工作中的一項(xiàng)是負(fù)責(zé)維護(hù)和保養(yǎng)他們的下水管道系統(tǒng)。他們的一項(xiàng)研究表明陶管下水管道的維護(hù)成本與其它管材比較是最低的。
陶管出色地經(jīng)得起用高壓清洗進(jìn)行的維護(hù)（見上文介紹），如果確實(shí)需要修理，有很大范圍的附件可以選用。隨后向陶管下水管道的連接不會(huì)有任何問題，因?yàn)樗鼈兊膱A剖面形狀永久地保持。
圖14-1 奧地利水務(wù)局的研究結(jié)果 圖14-2 奧地利水務(wù)局的研究結(jié)果
在荷蘭易遭沉降的地下陶管也已挖出并移送到其它工程項(xiàng)目中使用。從它們隨后的使用中證明陶管和它們的密封再次利用是可能的。
從以上六點(diǎn)論證確實(shí)說明在絕大多數(shù)場合下，陶管是用在將來的功能優(yōu)越的污水輸送系統(tǒng)的材料。
陶管以一種理想的方式集合了一個(gè)下水管道系統(tǒng)需要的所有特性，這也給陶管一個(gè)較長的壽命。這些特性對(duì)顧主和投資者都是適宜的。畢竟，并不是每一代人能建造他們自己的污水管道系統(tǒng)，陶管的壽命是這么持久，使人們也不必這樣做。
7 國內(nèi)陶管生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展方向
上世紀(jì)50年代陶管生產(chǎn)和粘土磚一樣普及，城鄉(xiāng)大量使用當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的質(zhì)量粗糙的陶管用于排水、污水管道。1981年、1984年由國家建材工業(yè)局山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)起草了有關(guān)陶管產(chǎn)品的8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，1996年、1998年在這八個(gè)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)行了修訂。修訂時(shí)主要參考了或等效采用了美國、英國、德國、澳大利亞、日本等國上世紀(jì)90年代的國家標(biāo)準(zhǔn)，形成了中國現(xiàn)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：
① JC 705-1998 化工陶管及配件；
② JC/T 759-1998 排水陶管及配件；
③ GB/T 2832-1996 陶管抗外壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法；
④ GB/T 2833-1996 陶管彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)方法；
⑤ GB/T 2834-1998 陶管吸水率試驗(yàn)方法；
⑥ GB/T 2835-1998 陶管耐酸性能試驗(yàn)方法；
⑦ GB/T 2836-1998 陶管水壓試驗(yàn)方法；
⑧ GB/T 2837-1998 陶管尺寸及偏差測(cè)量方法。
有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范和施工驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)分別為：GB 0332-2002 給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，GB 50268-97給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范。
從50年代國內(nèi)有幾百家陶管廠，到80、90年代近百家陶管廠，到今天散布在黑龍江、山東、河北、江蘇、浙江、上海、廣東十幾家生產(chǎn)廠家。甚至只剩下幾家成規(guī)模的廠家。大多數(shù)廠家因污水為是鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，生產(chǎn)手段落后，產(chǎn)品強(qiáng)度低，沒有配套可靠的密封和完善的連接配件。在安裝使用中發(fā)生嚴(yán)重的污水泄露已無法滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，又因廠家常常隨意無計(jì)劃在農(nóng)田及工礦、生活居住區(qū)就近取土，破壞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和破壞生活條件、生態(tài)條件。很多陶管廠生產(chǎn)被勒令停止，個(gè)別城市當(dāng)局沒有采取認(rèn)真調(diào)查，引進(jìn)國外生產(chǎn)高技術(shù)改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，使其提高完善使用性能的方法，而簡單武斷地禁止使用。很多廠家生產(chǎn)陶管質(zhì)量低劣，價(jià)格低廉，利潤很低，隨著陶管市場日益萎縮，紛紛轉(zhuǎn)產(chǎn)生產(chǎn)市場看好的衛(wèi)生潔具、裝修用陶瓷墻面磚、地面磚或工藝品。國內(nèi)上述陶管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)早應(yīng)修訂，但幾十年來生產(chǎn)技術(shù)沒有改進(jìn)，產(chǎn)品質(zhì)量沒有改進(jìn)，發(fā)展方向不明確，沒有修訂的內(nèi)容。這樣下去目前國內(nèi)生產(chǎn)的下水管道，污水管道用陶管面臨徹底被淘汰的下場。
世界上發(fā)達(dá)國家開發(fā)現(xiàn)代化高強(qiáng)度帶優(yōu)質(zhì)柔性密封的陶管生產(chǎn)技術(shù)，歐洲十八個(gè)國家共同采用EN 295標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格要求，進(jìn)行陶管生產(chǎn)。分別采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN1610：1998和EN12889：2000用于下水管道污水管道開挖施工，非開挖施工和相應(yīng)的驗(yàn)收試驗(yàn)。歐洲德國Steinzeug-Keramo公司年生產(chǎn)陶管能力達(dá)35萬噸，全部生產(chǎn)由計(jì)算機(jī)、機(jī)器人操作。德國公用和私人下水管道總長度的46%為陶管，德國的慕尼黑（1811）、漢堡（1842）、法蘭克福（1867）、史泰琴（1868）、但澤（1871）、柏林（1873）、布雷斯勞（1877）、科�。�1881）和杜賽爾多夫（1884）等城市使用陶管作下水管道達(dá)百年以上。杜賽爾多夫城市污水管理部門在管道使用一百年完全折舊后，又延長了其使用期30年，從而大大減輕了用戶對(duì)污水處理的負(fù)擔(dān)。美國使用陶管污水管道百年以上的城市達(dá)47個(gè)。最古老的屬華盛頓特區(qū)（1815年鋪設(shè)）。英國使用陶管作污水管道百年以上的城市有7個(gè)。中國的天津、上海、青島、武漢等城市使用陶管也有百年以上。這里還指的是傳統(tǒng)的陶管，現(xiàn)代化陶管的壽命會(huì)更高。
發(fā)展中國家埃及、也門、巴基斯坦、印度、馬來西亞、文萊、印尼目前也大量使用歐洲生產(chǎn)的現(xiàn)代化陶管作城市污水管道、香港和臺(tái)灣已分別有500多個(gè)工程（各包括幾十個(gè)頂管施工工程）使用德國Steinzeug-Keramo公司的陶管，Steinzeug-Keramo公司還按歐洲產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)在埃、沙特阿拉伯和馬來西亞建造了自動(dòng)化陶管生產(chǎn)線。
現(xiàn)代化生產(chǎn)的高強(qiáng)度，帶優(yōu)異不透水柔性密封的陶管和管件最適宜用于城市污水排放管網(wǎng)，在世界各國污水管網(wǎng)中占極高比例，在中國的使用和生產(chǎn)也應(yīng)得到普遍的重視和積極的發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1] G.Petzow,H.Schubert：Materialeigenschaften in Spiegel des Kanalrohreinsatzes,Korrespondenz Abwasser NO 5/92
[2] Jeschar.R;Specht.E;Steinbrück.A: “Energieverbrauch und CO2 Emissionen bei der Herstellung und Entsorgung von Abwasserrohren aus verschiedenen Werkstoffen”,Korrespondenz Abwasser 42, 1995. Heft 4,S.537
[3] Macke.E:Über den Feststofftransport bei niedrigen Konzentrationen in teilgefüllten Rohrleitungen, Dissertation,TU Braunschweig, 1982
電話：022-23923918 13752430018 電子信箱：zuoyaoying@163.com 可正式批量詢價(jià)
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