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柔性鑄鐵排水管材國內、國際標準的比較、分析

摘要:柔性鑄鐵排水管材主要用于建筑物污水、廢水排水。對比、分析國內外有關鑄鐵排水管材標準,管材結構型式、規格尺寸、技術指標各不相同。通過總結歸納,提出了對鑄鐵排水管材產品標準的意見和標準制、修訂的具體建議。

    機制柔性鑄鐵排水管及管件國家標準GB/T 12772—1999發布實施至今已經8年了。在此期間,國際、國內鑄鐵排水管材執行標準、生產技術、應用技術、產品市場等諸多方面發生了很大的變化。本文通過對目前國內、國際主要標準進行對比和分析,以期對國家標準的制、修訂提供參考,對鑄鐵排水管材的設計、制造、選用提供參考。
    一、不同標準分析比較
    由于國情、生產技術、設計規范、使用習慣等方面的不同,不同標準之間存在著較大的差異,下面從結構型式、規格尺寸、形位公差、材料成分與材質強度、水壓、重量、涂層、輔件、檢查試驗項目及方法等方面對國標GB/ T 12772、城建行標CJ/T 177、國際標準ISO6594、歐標EN 877、美標ASTM 888、韓標KSD 4307、日標JIS 5525等7個主要標準進行比較和分析,從而達到對國內、國際主要標準比較全面的了解和認識,對標準化、設計、制造、選用、驗收起到參考作用。
    1、連接結構型式(表1)
    表1、各標準的連接結構型式

 

柔性平口(W型)

柔性機械(A型)

柔性承插

GB/ T 12772

CJ/T 177

ISO 6594-

EN 877

ASTM 888

KSD 4307

JIS 5525

    從表1連接結構型式中,反映出的突出特點是:歐、美標準主流產品為柔性平口(W型);中國、韓國標準柔性平口(W型)、柔性承口產品并重;日本標準則全部為柔性承口產品。
    由于產品設計、使用的歷史、傳統不同,建筑結構、用途不同,地質條件不同,為了滿足并向用戶提供多樣化的選擇,適應不同設計的需求,建議標準中涵蓋更多的連接結構型式。
    日本是一個地震多發國家,僅以接口連接強度更高的柔性承口產品為選擇,是可以理解的。
    2.規格尺寸
    (1)口徑規格:歐標范圍最大,DN40~600㎜;韓標、日標范圍最小,DN50~200㎜。多數標準涵蓋DN50~300㎜。口徑規格以適合本國、本地區使用規范、應用范圍為原則。
    (2)外徑尺寸:沒有一個國家的標準規定與其它國家相同;甚至中國的兩個標準(國標GB/ T 12772與城建行標CJ/T 177)也不相同;韓國、日本標準中,W型、柔性機械、柔性承插各不相同,Ⅰ類、Ⅱ類各不相同。從設計、生產制造、安裝使用、維修更新等方面看,一個國家的各類產品外徑相同都是有利的。
    (3)外徑公差:不同標準規定的外徑公差各不相同。
外徑公差大小與連接、密封效果有一定關系。如果連接結構型式對公差不敏感、密封效果不受影響,公差可以大一些,相反則應該小一些;口徑大,公差可以大一些,相反則應該小一些。這一點日本標準值得借鑒:由于柔性承插型的連接結構需要,因此該種產品的插口公差最小,只有±1。相反,柔性機械型公差大一些不影響連結和密封,因此插口公差選擇較大。韓國標準不論口徑大小、產品結構,統一外徑公差、而且公差值較大(W型Ⅰ類、Ⅱ類:+1mm、-3 mm;柔性承插Ⅰ類、Ⅱ類:+3mm、-1 mm),似為不妥。
    (4)內徑及公差:多數標準沒有內徑公差規定,有規定的標準是歐標EN 877、美標ASTM 888、韓標KSD 4307。即便規定了內徑公差,其公差值也比外徑、壁厚公差值大,說明在制造、驗收和考慮使用功能的時候,外徑、壁厚更加重要,外徑影響連結和密封,壁厚影響強度和壽命,由于公差是毫米級別的,因而內徑公差大小對水利條件的影響更多存在于理論層面。
    (5)壁厚及公差:所有的標準都規定了壁厚及公差,結合對鑄鐵排水管材材質、機械性能規定進行綜合分析,這里產生了實質性的分歧:
國標、美標、韓標W型Ⅰ類及柔性承插、日標材質要求低,為HT150,抗拉強度為≥150MPa,但是壁厚較大,最小口徑管材的壁厚值均大于4㎜,從而保證了管材強度。
    歐標、韓標W型Ⅱ類:材質要求高,為HT200,抗拉強度為≥200MPa,同時壁厚較薄,最小口徑管材的壁厚值為3㎜,從而不僅降低重量、節省了材料,管材強度同樣得到有效保證(材質提高導致了制造成本提高,也相應的提高了使用成本)。
    城建行標、國際標準:材質要求低,為HT150,抗拉強度為≥150MPa,同時壁厚較薄,管材強度降低。雖然降低了重量、節省了材料,但是卻降低了管材的強度,是否恰當需要探討。
    3、形位公差
    表2、各標準的形位公差

 

長度mm

圓度mm

彎曲mm

端面垂直度

GB/T12772

±10

50~100≤2

2/m

無規定

125~200≤3

250~300≤3.6

CJ/T177

±20

50~75≤2

2/m

50~200≤3°
250~300≤2°

100~150≤3

200~300≤4

ISO 6594

±20

無規定

EN877

±20

40~100≤3

40~70≤6
75~600≤4.5

40~200≤3°
250~600≤2°

125~150≤4

200~300≤5

400≤4

500≤5

600≤6

ASTM 888

±13

無規定

16/3m

無規定

KSD4307

±8(W型)

-5%

5/m,全長12;6(承插型)

無規定

3~5(承插型)

JIS5525

±5(﹥1m);±4(≤1m)

無規定

3/m,全長

無規定

    (1)長度公差:城建行標、國際標準、歐標的長度公差范圍最大,為±20㎜;日標范圍最小,±5㎜。長度公差以滿足安裝使用精度要求為基礎,考慮到制造方法對長度精度的保證能力,長度對重量的影響等因素,綜合衡量,認為國標規定的±10㎜比較合適,小了沒有必要,大了不僅多余,而且影響批量產品的整齊美觀。
    (2)圓度公差:不同標準采取了不同的圓度公差控制方法:一種是規定圓度公差,公差值≤外徑公差,如國標、城建行業、歐標、韓標;另一種是不作具體規定,其結果是圓度公差值=外徑公差。兩種方法沒有明顯的差異,若無特殊使用要求,在外徑公差合理的條件下,不作具體規定是一種既方便、又實用的選擇。
    (3)彎曲:美標、韓標規定的彎曲度允差過于寬松,十分不利于安裝使用,且容易造成接口滲漏或排水不暢,不宜借鑒。
同時規定了單位長度允差及全長允差的方式更加科學合理。
    (4)端面垂直度:雖然多數標準中要求端面與管體垂直,但是給出指標的只有城建行標和歐標,其角度公差的方法和指標大小均值得參考。
    4、材料成分、材質強度與水壓
    (1)材料成分
    表3、各標準的材料成分%

 

P

S

Cr

Ti

Al

Pb

碳當量

GB/T12772

≤0.3

≤0.1

 

 

 

 

 

CJ/T177

≤0.2

≤0.1

 

 

 

 

 

ISO 6594

≤0.9

 

 

 

 

 

 

EN877

≤0.6

≤0.1

 

 

 

 

 

ASTM 888

≤0.38

≤0.15

≤0.5

≤0.1

≤0.5

≤0.015

≥4.1

KSD4307

≤0.6;

≤0.1

 

 

 

 

 

JIS5525

≤0.6

≤0.1

 

 

 

 

 

    由于鑄鐵排水管材使用的是普通灰口鑄鐵,所以大多數標準只對有害元素S(硫)、控制元素P(磷)含量作了限制性規定。各標準對S含量要求相同(美標除外),但是對P元素的含量指標,各標準的差異很大,從城建行標的0.2%到國際標準的0.9%不等。
    美標是一個例外,除了規定S、P含量,還規定了Cr(鎘)、Ti(鈦)、 Al (鋁)、Pb(鉛)含量限制標準和碳當量指標,同時在標準中規定材料和產品中不得有放射性元素檢出。
    從普通灰口鑄鐵的特性考慮,應該規定S、P含量限制指標,否則產品脆性增加,于使用不利,其它成分可以通過產品的強度、硬度指標間接予以控制。因此美標對成分的規定過于繁復。雖然其對放射性的要求十分合理,但檢測方法與手段的配套又成為一個新問題。
    (2)材質與強度
    表4、各標準的材質與強度

 

抗拉強度MPa

灰口鑄鐵牌號

壓環強度
MPa

水壓試驗MPa

硬度

GB/T12772

≥150

HT150

 

≥0.2

可切削

CJ/T177

≥150

HT150

≥300

≥0.35

可切削

ISO 6594

 

HT150

≥300

 

可切削

EN877

直管:≥200
管件:≥150

直管:HT 200
管件:HT 150

直管≥350

0~0.5

≤260

ASTM 888

≥145

HT150

 

≥0.138

可切削

KSD4307

Ⅰ類直管、管件≥147
Ⅱ類直管≥196

Ⅰ類直管、管件:HT 150
Ⅱ類直管:
HT 200

Ⅰ類直管、管件:≥196
Ⅱ類直管:≥245

≥0.35

可切削

JIS5525

≥150

HT150

≥200

≥0.35

可切削

    a、材質與抗拉強度:在管材壁厚的討論中提到了產品材質問題,這里還須再次強調,為了保證管材整體強度要求,在降低壁厚指標的同時,應該相應提高材質和機械性能指標。
    國標、美標、韓標W型Ⅰ類及柔性承插、日標,材質要求低,為HT150,抗拉強度為≥150MPa,但壁厚較大,從而保證了管材強度。
    歐標、韓標W型Ⅱ類材質要求高,為HT200,抗拉強度為≥200MPa,因此可以在降低壁厚、降低重量、節省材料的同時,保證管材強度,但同時相應提高了制造成本提高和使用成本。
    b、壓環強度:壓環強度也是一個強度指標,這里需要說明的是,雖然韓標、日標的指標比城建行標、國際標準、歐標要低,但其差別是由于各自的壓環強度計算方法不一致所造成,按照同樣方法和參數計算,結果則相反,韓標、日標的要求更高,這是選用、驗收時應該注意的。
國標、美標沒有壓環強度要求,是不符合當前標準發展趨勢的,應予增加為佳。
    c、水壓:雖然建筑排水屬于無壓設計,但在實際使用環境中,受各種因素的影響,管道系統往往會存在一定的壓力,所以除國際標準之外,其它標準不僅規定了水壓指標,而且規定了檢測方法。
歐標給出了一個比較寬的水壓范圍,以適應不同應用場合。
根據多數標準的指標要求和實踐應用經驗,建議提高國標水壓標準。
    d、硬度:現場使用、安裝過程中,往往需要對管材進行切割,因此提出對硬度的限制性要求是必要的,但像歐標這樣規定一個具體值似無必要,可以采用鋸條試驗方法,簡單的檢測出可切削性。
    5、重量
    表5、各標準的重量指標

 

直管

管件

GB/T12772

-8%

-10%

CJ/T177

±8%

±10%

ISO 6594

-15%

-15%

EN877

-15%

-15%

ASTM 888

無規定

無規定

KSD4307

-5%

-5%

JIS5525

無規定

無規定

    可以看出,各標準對重量的規定完全不同。作為一種鑄鐵產品,在沒有特殊要求的條件下,如果其直徑、壁厚、長度以及材質符合要求,重量指標疑似多余和沒有必要。美標和日標作了一個好的榜樣。
    一定要規定重量標準的話,國標管件的重量標準范圍應該加大至-15%為佳,這是其制作方法(砂型鑄造,并且每件必須有砂芯)所決定的。

    像城建行標這樣約束重量上限似無必要。

    6、涂層
    國標GB/T 12772 對涂料、涂層厚度無具體的規定要求;
    城建行標CJ/T 177規定直管內壁、管件內外壁使用聚酯漆,直管外壁使用聚酯漆或其他防銹漆;涂料不含有毒重金屬,不易燃燒;直管外壁、管件內外壁涂層厚度60μm±10μm,直管內壁120μm±20μm;
    國際標準ISO 6594對涂料、涂層厚度無具體的規定要求,要求外表面涂層應適合再涂裝;
    歐標EN 877除規定涂料不含有毒重金屬、涂裝后100℃環境下不變粘、外表面涂層應適合再涂裝的要求之外,還規定了明確、嚴格的防腐試驗標準和耐火標準:
    表6、歐標EN877防腐試驗及耐火標準:

 

內表面

外表面

耐鹽霧試驗

350小時

 

耐污水試驗

30天

 

耐化學實驗(PH2~ PH 12)

30天(23℃)

 

漆膜厚度

下限由生產方確定,上限不大于400μ

下限由生產方確定

附著力

1級(ISO2409)

2級(ISO2409)

耐熱水試驗

24小時(95℃)

 

冷熱水循環試驗

1500次(15~93℃)

 

阻燃性

 

2分鐘

    美標ASTM 888除規定不含石棉(達到MSDS檢測標準)外,對涂料、涂層厚度無其它具體的規定要求
韓標KSD4307要求涂料不含石棉,同時對W型Ⅱ類產品提出了明確、嚴格的防腐試驗標準:
表7、韓標KSD4307Ⅱ類產品防腐試驗標準:

 

內表面

外表面

耐鹽霧試驗

350小時

 

耐污水試驗

30天

 

耐化學實驗(PH2~ PH 12)

30天(23℃)

 

漆膜厚度

≥120,≤400μ

≥40

附著力

1級(ISO2409)

2級(ISO2409)

耐熱水試驗

24小時(95℃)

 

冷熱水循環試驗

1500次(15~93℃)

 

    日標JIS5525規定涂料不得含有石棉、有毒重金屬。
    (1)從以上標準對涂料、涂層的不同要求中可以看出,歐標、韓標W型Ⅱ類產品管材壁厚降低,管道的耐腐蝕能力相應降低,所以提出了更為嚴格的防腐標準和要求。設計、選用時應該關注管材壁厚和涂裝標準之間的關系,并予以重視。
    (2)歐標對外表面涂層的耐火性能要求明確且嚴格,標準中給出了具體的測試檢驗方法。消防安全人命關天,在標準中得以體現值得尊重。
    (3)國外標準均對石棉、有毒重金屬提出嚴格限定,充分體現對環境、對生產制造人員、對使用、居住人員的關愛,國內標準應該增加這些要求。
    7輔件
    表8、各標準使用輔件種類及規定項目

 

輔件種類

不銹鋼卡箍

橡膠套

橡膠圈

法蘭壓蓋

螺栓

GB/T12772

W型不銹鋼卡箍、橡膠套,A型橡膠圈、法蘭壓蓋、螺栓

CJ/T177

W型不銹鋼卡箍、橡膠套

ISO 6594

W型不銹鋼卡箍、橡膠套

EN877

W型不銹鋼卡箍、橡膠套

ASTM 888

W型不銹鋼卡箍、橡膠套

KSD4307

W型不銹鋼卡箍、橡膠套,承插型橡膠圈

JIS5525

法蘭壓蓋、螺栓、橡膠圈

    作為管道系統的一部分,輔件的質量同樣十分重要,國標缺少不銹鋼卡箍、螺栓標準,應予增加;國際標準和韓標缺少輔件內容。
    8、檢查試驗項目及試驗方法
    表9、各標準規定的檢查試驗項目及方法

 

成份分析

抗拉試驗

壓環試驗

水壓檢驗

氣密試驗

耐火試驗

硬度

抗震試驗

涂裝檢驗

地埋敷設

GB/T12772

CJ/T177

ISO 6594

EN877

ASTM 888

KSD4307

JIS5525

    注:√—標準中有規定;×—標準中缺少規定;
    各標準對檢查試驗項目和方法的規定不盡一致,除了前面比較、分析中提到的內容之外,還有以下特點:
    (1)歐標規定了氣密試驗要求和方法,其目的是控制管道中廢氣、異味逸出,值得借鑒。
    (2)美標對地埋敷設管道提出了詳盡的規范及施工方法。
    (3)日本標準十分注重管道抗震性能,是唯一規定了抗震檢查指標與方法的標準。
    二、總結:對標準制、修訂的意見
    一個具有先進性、適用性的鑄鐵排水管材產品標準應該綜合研究產品適用和應用范圍、排水設計規范、用戶利益、環境保護和安全健康、生產制造技術發展等方面的問題,應該符合安全環保、技術先進、經濟合理、協調配套、促進發展的原則。
根據以上對各標準的比較和分析,結合生產、市場、設計、使用經驗,對現行國標、行標提出如下意見和建議。
    1、協調整合:
    (1)目前國內兩個標準并存(國標GB/T12772—99,城建行標CJ/T177—2002),外徑尺寸、規格不統一,使得工程設計、安裝選用、生產制造面臨選型困惑,客戶利益難以保證。將兩個標準協調整合,形成一個內容相互補充,規格、規范統一,指標、方法一體的標準,將會有利于促進鑄鐵排水管材行業的發展。
    (2)參考國外標準對應用范圍的規范,結合國內實際成熟的應用范圍,適當增加、擴大并規范鑄鐵排水管材的應用范圍。
    (3)增加連接結構型式和產品等級類別。多樣化的連接結構型式和產品等級類別,可以滿足不同設計、不同應用場合的需求,增加客戶選擇。
    在GB/T12772標準現有W型、A型產品的基礎上,可以參考日、韓、歐標,增加柔性承插型、W型Ⅱ類產品(壁厚、機械性能、防腐要求采納EN877標準),另外增加從國外傳入、沒有統一標準,但市場上已經逐漸采納、工程中實際應用的雙法蘭型管件。
    (4)在國內兩個標準協調整合、統一的基礎上,將各種結構型式、等級類別產品外徑統一,保證市場上產品規格尺寸的統一性,從而使設計、生產、施工、維修等各方面的規程、習慣和方便性得以保證和延續。
    2、充實完善:
    參考各國標準的特點,總結其優劣,對標準范圍、內容、指標、方法進行充實,使標準更加完善。
    (1)外徑公差,標準原則應該是:口徑大則公差大一些,相反則小一些,同時借鑒日本標準,對不影響連接、密封效果的結構型式,公差大一些,相反則小一些。
    (2)壁厚:作為管材機械性能、防腐性能、壽命指標的重要影響因素,不僅應該對壁厚及其公差進行明確規定,而且應保證管材機械性能,對于降低壁厚指標的產品類別,必須相應提高對材質和防腐性能的要求。
    (3)內徑公差:保證了外徑、壁厚,則內徑即間接得到保證,因此內徑公差或可不作規定。
    (4)增加壓環強度指標,至于是采納歐標還是日標的指標及試驗計算方法,尚需專家進行研究:站在有利于生產方的角度,采納歐標指標及試驗計算方法;站在有利于客戶的角度,則應采納日標的指標及試驗計算方法。
    (5)提高水壓指標,規范水壓試驗、檢測方法。參照多數標準的水壓指標,應該將直管水壓指標提高到≥0.3MPa。由于100%檢測管件水壓的現實難度,需要根據這一具體情況做出相應的簡化、特殊規定。
關于水壓檢測,除了規定單條、單件的水壓標準、檢測方法之外,應該增加綜合檢測——管道系統水壓標準、檢測方法,使檢測方法與實際使用條件相一致。
    (6)重量:只要產品尺寸達到要求,則重量指標沒有實質性意義,完全可以參照美標、日標,取消重量標準。
    (7)防腐與涂裝:應該參照歐、美、日、韓標準,增加、強化兩方面要求:首先,限制防腐材料中污染環境、影響人類健康物質的存在,如規定石棉、有毒重金屬含量、檢出指標。第二,處理好管材壁厚、應用場合與防腐、涂裝指標的關系,管材壁薄,管道的耐腐蝕能力相應降低,需要更高的防腐標準;應用場合環境惡劣(如地埋),同樣需要更高的防腐標準。
    (8)全面規范管道系統所必需的壓蓋、不銹鋼卡箍、膠圈、螺栓等輔件標準。
    (9)參考日本標準,根據工程設計的抗震性要求,規定抗震檢查指標與方法標準。

皖公網安備 34010202600610號

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