建筑同层排水系列：支管材料的选用＊

关文民 段先湖 胡亚男

（1宁波世诺卫浴有限公司 浙江 宁波 315514）（2咸阳陶瓷研究设计院 陕西 咸阳 712000）（3 中国建筑装饰协会厨卫工程委员会 北京 100028）

前言

住宅卫生间以及淋浴房都是需要地漏的，地漏需要与排水管相联接。因此，在同层排水系统中，排水横支管是必须存在的。卫生间内的排水横支管，在大多数情况下，是敷设在回填层内，使得管道的应用发生了较大的变化。因此，对于同层排水横支管的材料研究，便提上了日程。

下面笔者就从同层排水横支管与排水立管的材料配套性、回填层管道敷设对材料的要求、塑料材料寿命、土建回填材料及结构处理这几方面，对同层排水横支管材料的选择进行介绍。

1 同层排水横支管与排水立管的材料配套性

卫生间排水立管的材料，经过多年的实践，目前已经成熟使用，材料以铸铁、高密度聚乙烯（HDPE）、聚氯乙烯（PVC）和聚丙烯复合壁管（PP）为主。

在条件允许的情况下，考虑到施工和联接的一致性，排水横支管应尽可能与立管采用相同的材料。如果不一致，就需要处理不同管材间的联接方式。

在国家标准安装图集《12S306：住宅卫生间同层排水系统安装》上，规定了不同材料间的联接方式，如图1所示。

然而，这种联接方式是否可以任意应用呢？下面就以DN110的HDPE管道与铸铁管道的联接在夏天施工的情况为例进行分析。

橡胶材料，目前执行的国家标准是GB／T 21873－2008《橡胶密封件给、排水管及污水管道用接口密封圈材料规范》，其中对于橡胶材料在70℃且24h下的永久压缩变形的要求为20%，即恢复到原始厚度的95%为合格。目前市场上的不锈钢卡箍内的橡胶圈的壁厚约为4mm（如图1所示）。

图1 外径相等的塑料管与铸铁管不锈钢卡箍联接

对于HDPE来说，其线性热膨胀系数为200×10－6。由于金属的线膨胀系数12.2×10－6与橡胶有数量级上的差别，其影响在此忽略不计。长度的变化，与温度和尺寸成正比，即：式中：ΔL——线性尺寸变化值；

K——线性膨胀系数，HDPE材料为200×10－6／K；

L——线性尺寸；

C1——变化后的温度；

C0——初始温度，在本处标准温度为23℃。

如果在夏季温度为35℃时施工，施工预紧力对橡胶压缩以20%来计，其不锈钢箍的内径，可以按下述方法计算：塑料管外径在23℃时为110，在35℃时的外径为：

HDPE管道外径＝L＋KL（C1－C0）＝110＋110（3 5－23）×200×10－6＝110.264mm

壁厚为4mm的密封橡胶，被不锈钢箍压缩20%进行预紧后，其厚度为：

此时，不锈钢箍的内径为：

塑料管外径＋2倍橡胶密封圈壁厚＝110.264＋2×3.2＝116.664mm

在冬季温度为0℃施工时，橡胶密封件的密封压力变形可以按下述方法计算：

塑料管外径在23℃时为110mm，在0℃时外径尺寸为：

HDPE管道外径＝L＋KL（C1－C0）＝110＋110（0－23）×200×10－6＝109.494mm

此时，不锈钢箍的内径表面与塑料管外径表面的距离为：

（不锈钢箍的内径－塑料管外径）÷2＝（116.664－109.494）÷2＝3.585mm

橡胶老化后，其恢复后的总高度为：

此时，橡胶的压紧密封变形＝（密封件压缩后的厚度－密封件老化后的自由厚度）／密封件老化后的自由厚度＝（3 .8－3.585）÷3.8＝5.66%。

从上述计算可以得出如下结论：对于DN110的HDPE管道的塑料材料，与铸铁管道对接联接，如果仅采用国家标准中规定的办法施工，夏季施工后的密封压紧变形到冬季就会降低约15%。如果10%密封压缩变形是临界值，那么在夏季施工并验收的项目，到冬季就难以保证不漏水。

如果排水立管与排水横支管采用不同的材料，除了参照国家标准的方法，还应该采取更可靠的技术措施。

2 塑料材料寿命与老化

所谓塑料材料的寿命，主要是考虑塑料材料的老化问题。我们所称的老化，不仅仅是塑料材料分子的断裂问题，还涉及到材料中添加剂挥发的问题。总之，只要随着时间的推移，影响材料的物理化学性能的因素，都应该考虑在内。

塑料材料分子的老化断裂，主要跟温度和紫外线的作用有关，当然在某种程度上也跟微生物的作用有关联。对于卫生间内的排水管道，紫外线的作用基本上可以忽略不计。

温度会影响分子链的长度和结构，但需要一个相对较长的时间。对于类似于U－PVC这种需要塑化剂作为主要辅助料的材料来说，温度的影响是相当大的。这种材料中添加的塑化剂相对容易挥发。以U－PVC材料为例，PVC本身是非常脆的材料，只有在加入塑化剂后才能够进行塑料产品的生产与加工。国外的研究成果表明，U－PVC材料如果在混凝土中完全固化，在5年左右时间内可能会出现由于塑化剂的挥发而出现接口联接问题。

图2是某城市火车站的雨水管，可以明显看到接口脱开的问题。对于类似于HDPE这样的不需要添加剂的材料，就不需要考虑添加剂挥发对于强度及结合强度的影响。

因此，对于埋地敷设的管道，由于可能产生因热膨胀系数不同而产生较大的拉伸和挤压的力。因此，就应该根据实际情况采取相应的技术措施。当技术措施不成熟时，应尽量避免使用依赖塑化剂的塑料材料，尤其是那些塑化剂容易挥发的材料。

3 土建回填材料及结构处理

在过去传统的隔层排水中，排水支管是从上到下穿过楼板的，一般在楼板之上留有一个相对较大的空间，即从楼板的底面到横支管的垂直距离，按照国家建筑标准图集10S406《建筑排水塑料管道安装的要求》，隔层排水支管空间如图3所示。

图3 隔层排水排水支管空间

当管道长度超过2.2m时，要求加膨胀伸缩节；长度小于2.2m时，默认从楼板下表面到横支管之间的长度变形可以抵消温度对于管道热变形的影响。

但是，对于同层排水来说，情况已经完全不同。以国家标准图集《12S306：住宅卫生间同层排水系统安装》中的大降板卫生间同层排水的作法为例，如图4所示。

从图4可以看出，埋地的管道，由于受到回埋材料的限制，竖向的支管是难以发生任何变形，以弥补管道的伸缩所产生的外力。由于埋地层不允许使用膨胀伸缩节，导致管道的联接接口会受到非常大的拉伸和压缩的力。如果仅按国家标准执行，不采取任何其它可靠的技术措施，那么采用了需要依赖塑化剂的塑料，尤其是添加容易挥发的塑化剂的材料，风险将会非常大。

对于地面敷设情况，如果能够在管道两侧采用刚性架空，或采用砖架空，使得管材能够有空间进行微量伸缩，也是可以应用PVC材料类这种依赖塑化剂的塑料材质。当回填结构过度复杂，难以进行架空提供变形时，就应该采用HDPE这种不添加塑化剂的材料。

不添加塑化剂的塑料进行安装联接时，例如HDPE材料，往往采用对焊的工艺进行联接。由于不添加塑化剂，焊口不涉及塑化剂挥发的问题，其材质性能与母材是相同的。

如图5所示，将两段HDPE材料焊接在一起进行拉伸试验，结果发现，由于焊接接口有更多的材料，其强度甚至高于非接口部分。即材料受到拉伸破坏后，接口还依然完好。

4 结论

因此，对于埋地敷设的管道，选用HDPE类材料，只要施工方法得当，其使用寿命就会更加可靠。