吳浩

　　供水管網具有使用周期長(30年或更長)、檢修和改造難度大、事故不易察覺(埋在地下)的三個特點。
　　供水管網的安全可靠有兩方面的含義：一是管網不間斷供水，盡量避免管道破裂、漏損，甚至爆管。
　　第二是管網輸送的自來水水質，不因管自身的原因(如管道生銹)，影響管網水質。就是在管網輸配水過程中，管網水質不能有太大的變化：從水廠到用戶，順利到達，同時滿足水量和供水服務壓力。
　　在管道工程中，有各種材質不同的管道，應用范圍較廣。由于技術進步，制造供水管道所用的材料不斷在發展，新型供水管材的性能有了較大的改進。

金屬管道

　　在早期建設的輸配水管網中，使用過鉛管，這是一種抗腐蝕較好的金屬管道。在鉛管表面形成的氧化膜一直被認為是無毒的。隨著分氧的情況下、PH值稍低于7時，便會有微量的鉛析出。
　　隨后，小口徑鍍鋅鋼管道替代了鉛管。現在分析管網輸配水過程中的水質變化，可以發現，導致管網水質降低的主要原因最小口徑鍍鋅鋼管。特別是用戶內部管道。一方面，在用的小口徑鍍鋅鋼管；很少采用襯涂等保護性措施，用戶內部管道的管材質量較差；另一方面，小口徑管復合管道來取代它。
　　鑄鐵管是人仍最熟悉，也是使用較廣的一種管道。鑄鐵是鐵（Fe)和碳的合金，碳在鑄鐵中的質量分數要高于2，11％，含碳量低于這個比例，就是低碳鋼。采用低碳鋼制作的鋼管，加工和安裝比較方便。鋼管的各項力學性能優于其他管道，但是它于鋼管的表面防腐處理，比較麻煩，防腐成本高，一般只在特殊地段采用鋼管。
　　隨著鑄鐵管生產工藝的發展和技術進步。時至今日，離心球墨鑄鐵管已成為世界上最主要的鑄鐵管生產工藝。國內使用的灰口鑄鐵管已逐漸向離心球墨鑄鐵管轉移。球墨鑄鐵管不僅應具有較高的抗拉強度，同時應具有較高的延伸率，按照國際標準ISO2531的要求，球墨鑄鐵管的抗拉強度≥420Mpa，DN40—DN1000的管道，延伸率≥10%，DN1200-26OO的管道，延伸率≥7%。灰口鑄鐵管由于木要求管道的延伸率，對鐵水原料的有害成分的控制范圍較寬。
　　球墨鑄鐵管還通過加熱和冷卻的整體熱處理方法，來改變管材的性能。例如將球墨鑄鐵管放在加熱，然后讓管道和加熱爐崗時冷卻到室溫。這種管道和加熱爐隨爐冷卻的整體熱處理方法，叫“退火“。這種方法提高了球墨鑄鐵管的沖擊韌性。比較球墨鑄鐵管和灰口鑄鐵管的金相分析照片，可以看到球化的石墨(碳)和絲狀石墨(未球化的碳)。灰口鑄鐵管由于原材料和生產工藝的原因，含有大量的滲碳體和球光體，管道斷口能看到白口組織（谷稱灰口），管材性能不如球墨鑄鐵管。

塑料管道

　　常用于供水管網中的塑料管道可分為兩類。一類是聚烯烴材料：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯(PB)，這類塑料管道適用于熔合(加熱)連接。另一類是氯乙烯材料：聚氯乙烯(PVC)，硬質聚氯乙烯(U—PVC)、過氯化聚氯乙烯(C—PVC)。適用于粘接（膠水）連接。
　　PVC和PE管道在60年代，同時應用于供水管道工程。在應用初期，PVC管道的連接方式比較簡單，小口徑PVC管道采用膠水，粘接連接，中等口徑的PVC管道采用承插接口，使用橡膠圈密封，是一種較理想的柔性接口。因此如年代以前PVC管道的應用范圍較廣。對于推廣初期的PE管道，采用加熱連接的方法，施工不方便。早期的PE管，由于材料性能’的限制，抗壓強度和抗開裂性能都不好。為了承受外壓和內壓，PE管道的口徑越大，管壁就越厚。因為較厚的管壁才能保證管道有足夠的剛度。大口徑的PE管道，管壁相對厚。材料用量增加，加大了成本。因此，推廣初期的PE管，一般不超過DN300，主要用于戶內管道和配水管網。
　　聚氯乙烯(PVC)通常是多組分的塑料，PVC在熱、氧、光作用下，結構會發生變化。因此，PVC加工中一定要加入穩定劑。為了改善PVC管道的表面性能，減少管道的收縮性能和著色等目的，還需加入其他加工助劑、填料和顏料等。管道中常用的U-PVC，就是為了改善PVC脆而硬的性能，在生產中加入增塑劑。我們將增塑劑含量在0-12%范圍內的PVC管道，稱為U-PVC管道。
　　C-PVC是由PVC進一步氯化而得的產物。C—PVC和PVC的材料區別是氯含量的不同，C—PVC的氯化程度較高。一般PVC的氯含量為56.7％，C-PVC氯含量為63—74％。這是各生產廠家的氯化方式和生產的技術水平不同而造成的。由于C—PVC氯含量的增加，C—PVC管道的抗老化性能和耐壓性能均有較大提高。可以這樣看，C—PVC管道是傳統U—PVC管道的改進和提高。
　　PVC管道由于施工簡易、水力條件好，在供水管網中得到了廣泛應用。隨著環保的要求日趨嚴格，水質指標增加，考慮到健康、安全方面的因素，PVC管道在添加劑的使用等生產工藝上還必須不斷加以改進。
　　PE(聚乙烯)的原料來源豐富，從分子式結構(C2H4)看。PE的分子結構是聚合物最簡單的一種。PE管道在發展中，不斷克服自身的不足。PE管的加熱熔接，要求一定的操作空間和熟練的操作技術。后來發明了電熱焊接套管，就是兩個管段或管件，通過一個電熱焊接套筒相連接。這種連接、方式用于管溝內PE管的連接，或者施工空間狹小的地方。PE管道的材料性能也在改善，從PE63、PE80、到PE100，將來會發展到PE115。PE100是指在200C下，這種等級的PE材料在50年后，能保持10Mpa的最低強度(MRS)。PE80為8．0MPa。隨著PE材料等級的提高，同樣的管道，采用PE115的管壁厚度，要低于采用PE100的管道壁厚。在滿足要求的前提下，PE管的壁厚變簿，減少了PE材料的用量，降低了成本，有利于PE管道在大口徑管道中的應用。PE管的連接都需要加熱。還要求一定的冷卻時間，每一次焊接都需要20分鐘左右。口徑越大的管道，加熱和冷熱時間越長。因此，PE管的安裝工期相對長。
　　PE管在管道免開挖和舊管翻新中，有很高的市場占有率。PE管經常應用于管道免開挖工程。由于PE(聚乙烯)的綜合性能良好，是生產復合管道(鋁塑復合管和鋼塑復合管)的主要原料。復合管道將金屬材料和顏料合理組合在一起，就可充分利用金屬良好的機械性能和塑料的防腐性能，從而保證供水管網的安全可靠性。

不同類型管材的發展

　　為滿足供水管網安全可靠運行的要求，管材的發展有兩個方向：
　　一是選用新型管材，限制和逐步淘汰不符合發展要求的舊管材。發展性能優良、耐腐蝕性能好的新型管材，根據實際要求，選擇合適的金屬或非金屬管材；
　　二是對管道表面采取保護措施，外部防腐和內部襯涂，以確保管網水質的安全。
　　鑄鐵管在管道工程中，仍占有重要位置，特別是鋼鐵產量在今后幾十年內不會下降(目前全世界產量7-8億噸)。鑄鐵管的性能已有了大幅度的提高。國際標準ISO2531中，離心球墨鑄鐵管的抗拉強度≥420MPa，已和低合金鋼強度差不多，但離心球墨鑄鐵管的耐腐蝕性能優于鋼管。為了抗腐蝕和保證管網水質，鑄鐵管內部和外部的襯涂和防腐材料，都在改進和完善。
　　塑料管道會有更大的發展，PVC管道的材料性能還將改善，避免使用含有重金屬的穩定劑。各種關于新型塑料的新技術，都在不斷地推廣使用。但塑料管的穩定性和老化問題仍是人們擔心的。
　　先進的復合材料管道在20世紀曾得到很大發展。如預應力鋼筋混凝土管、PCCP管(銅筒混凝土管)和樹脂基復合材料(玻璃管夾砂管GRP)在大口徑輸水管道工程中有應用；鋼塑復合管和鋁一塑復合管，在小口徑用戶管道市場中用很大的需求。
　　新型供水管襯的發展，不是單純的技術進步，還要考慮型管材，還在不斷被研發出來。