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。為了改善排水和因為地表面不斷增加的硬化，越來越多的雨水最后進入下水管道。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）。在此期間人們越來越認識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)達國家，在各個城市排水系統(tǒng)的邊緣建造了大型雨水水庫，但是通常耗費更多錢并且常常不足以滿足各項排放標準。所以在發(fā)達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的。對陶管的密封材料，歐洲標準EN 295-3規(guī)定了各項密封性能100年的外推法試驗。這些試驗可用來與對合成材料管子進行的試驗進行比較（松弛，蠕變）。與一些合成材料管子試驗時確定的曲線不同—對各種帶承口的陶管類型的密封材料的性能曲線表現(xiàn)的是一種漸進曲線而不是在某一時間突然跌落的曲線，例如在50年時段以后。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間逐漸變化的情形。

這些密封到1993年時已經(jīng)使用了25年。這樣，在陶管標準中給出的對寬闊范圍的產(chǎn)品系列的各項試驗可以很容易的在拆卸下來的管子的密封上重新進行。下一段文章就是對有關(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)成了一個部分封閉系統(tǒng)的一個污水管道系統(tǒng)的一部分。對此部分封閉系統(tǒng)使用攝像機定期檢查，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。當時所做的混凝土基礎(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)拆除并在試驗室對陶管的接口進行水壓試驗，水壓5 m水柱，徑向剪切負荷25 N/mm直徑。

從聚氨酯密封上取材料試樣，進行試驗并按目前要求進行比較。試驗結(jié)果滿足試驗時使用的1991年制訂的歐洲標準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

對軟質(zhì)聚氨酯的變形進行了測量。其值為13.5%。由此產(chǎn)生的計算密封壓力值為1.0 N/mm²，所以它四倍于標準要求的最低值0.25 N/mm²。

根據(jù)當時的作用現(xiàn)場施加的條件，管子須抵抗一個45 kN/m的破碎負荷，經(jīng)試驗，此管子在82 kN/m負荷時才破碎。

攝影機檢查舊陶管表明它們?nèi)匀贿�像新的一樣完整無損。因為陶管已經(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值�，F(xiàn)在陶管常常特別用在擴展區(qū)域，那里對土壤保護有更嚴格的要求，并且因為希望避免對下層土的任何污染。

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。為進行該項工作，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8種本征材料值進行分析。從分析中得出了對用戶非常重要的七種特性的數(shù)值。這些數(shù)值用一個八角雷達圖形來表示。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圖形中。對混凝土管，陶管，不同金屬和不同聚合物（聚氯乙烯，高密度聚乙烯）材料管進行了分析。圖3和圖4是從這篇發(fā)表文章中摘錄的兩個例子。

在歐洲18個國家陶管生產(chǎn)是根據(jù)歐洲標準EN 295:1991進行的。生產(chǎn)廠家，用戶和質(zhì)量控制機構(gòu)共同參與了討論，最終形成了該標準。該標準是在一個高技術(shù)水平上形成的。以前陶管標準德國工業(yè)標準DIN 1230和英國標準對產(chǎn)品主要特性的要求仍包括在該歐洲標準中。對某些要點甚至要求更嚴格。在該標準中準備提供給污水管道系統(tǒng)的很多技術(shù)特性都通過標準試驗給予描述和支持。這不僅說的是陶管材料，也指各種密封。它可以說是對現(xiàn)在存在的管子（歐洲和德國）的最綜合最需要的試驗綱領(lǐng)。在有關(guān)下水管道通用性質(zhì)的歐洲標準（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物理特性的描述，數(shù)值及在實際使用中給用戶帶來的效益。

面3表格給出在對下水管道通用標準，以及在陶管標準EN 295特別規(guī)定的，進而在比EN 295要求還要高的WN 295標準中對密封的各項要求。WN 295列出的在一個企業(yè)制造標準內(nèi)容中的一些要求，對這些標準的執(zhí)行情況Steinzeug-Keramo公司也請外部機構(gòu)檢查。

陶管經(jīng)發(fā)展已能提供更大的強度。這可以根據(jù)不同標準中和生產(chǎn)中的抗壓碎強度值用圖說明。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)在陶管的抗壓碎強度實際上增加了一倍。這是因為進行了深入細致的研究工作，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)超負荷。在該領(lǐng)域用戶能在很寬廣的范圍上使用陶管，因為有非常大范圍的管件（分叉管，彎頭，漸縮管）和附件（與其它材料管件進行連接所用的特殊連接件）。

陶管具有高性/價比：從對技術(shù)規(guī)格和安裝污水管道實際成本的分析可以看出管材本身只占整個工程的一小部分。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，適度超出的費用會很容易地被視為合理。即使在對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在兩代人的時段進行更新，除非它的狀況會造成一個真正的危險。所以更現(xiàn)實的選擇是讓一條下水管道有80年到100年的時間內(nèi)有良好的狀況。按這一正確的觀點也可以很容易地論證出陶管是最好的選擇。用根據(jù)LAWA（德國公共財產(chǎn)確定價值準則）的計算方法，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，就會取得很高的性/價比值。

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/毫米直徑對一般管壁 50牛/毫米直徑對增強管壁（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)和抗壓碎強度內(nèi)具有互換性
耐溫度變化性	沒有專門的條文	80小時：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
對短期和長期 蠕變的徑向負荷試驗	沒有專門的條文	垂直移動＜6毫米做3個月，當＞6毫米，用承口支持再試驗

此外，在近年來進行了大量的工作使用戶鋪設(shè)管道更加方便。對直徑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DN 200到DN 300的管子，插入力只是80到200千克力。而對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準，也允許使用壓縮空氣在施工現(xiàn)場進行試驗，作為管道密封的試驗。在這方面也做了大量工作，對陶管管道的這些試驗已多次成功地進行。

產(chǎn)品認證：舉德國Steinzeug-Keramo公司為例，它的各種陶管產(chǎn)品由多個質(zhì)量控制機構(gòu)根據(jù)歐洲標準EN 295進行定期試驗，標準中規(guī)定了進行各項定期試驗的最低時間間隔。

質(zhì)量認證：為了進一步提高和加強質(zhì)量水平，Steinzeug-Keramo公司已連續(xù)努力很多年開發(fā)一個質(zhì)量體系。早在1989年已經(jīng)授予Steinzeug-Keramo公司質(zhì)量認證證書ISO 9002和EN 9002，這是經(jīng)英國標準學(xué)會（BSI）深入細致的驗證后授予的。當時Steinzeug-Keramo公司由兩個機構(gòu)認證ISO 9002，即BQA（比利時質(zhì)量組織）和BSI（英國標準學(xué)會）。

陶管生產(chǎn)有計劃地使用不破壞環(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。在很多國家實際上大量存在，也都能滿足對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功能可以有效防止對地下水的污染。和很多其它各種管材不同，陶管的原料準備在單獨的生產(chǎn)企業(yè)中進行，從粘土到制成產(chǎn)品的過程被安排在一個連貫的生產(chǎn)工藝中，從而從運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備，而常常是一個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)考慮進去。對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。當把這個比較用在一個實際項目中也考慮管件，考慮各種管材的概率壽命時，這種差別會更大。

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。