基礎設施老化是水和廢水處理領域的首要問題。

市政當局確實面臨著一項艱巨的任務：許多管道的使用壽命即將結束，選擇替代管道的時間到了。在諸如管道更換的長期項目中，使用壽命可能超過100年，正確的材料選擇至關重要。在這里，我們研究了最常見的市政管道材料類型，以及每種類型的優(yōu)缺點和用途的一般指南。

1、球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵的前身鑄鐵管是基礎設施骨干的一部分。

球墨鑄鐵主要用于水方面，是一種鑄造產品，幾乎完全由廢鐵制成。管道的材料被95％回收，這一功能幫助它獲得了SMaRT可持續(xù)產品認證。球墨鑄鐵和粘土管是地下基礎設施行業(yè)中唯一擁有這種吹牛權利的產品。

盡管具有強度，但韌性管易受酸引起的侵蝕性環(huán)境的腐蝕，無論是在管內部是酸性污水材料還是在酸性土壤條件下，外部腐蝕都是如此。為了解決供水問題，管道內部襯有水泥砂漿襯里，可以保護管道并形成屏障。下水道對于球墨鑄鐵可能更具挑戰(zhàn)性，因此有時需要特殊的內部管道襯里。

“它還改善了液壓性能，并幫助水通過了管道，” Horn說。“其良好的流動特性得以保持。我們并不擔心水的內部腐蝕。”

球墨鑄鐵管研究協(xié)會已經(jīng)研究了外部腐蝕數(shù)十年，其最新建議是使用增強型聚乙烯外殼。霍恩引用了最近的一個案例研究，其中工人挖出并檢查了1958年安裝在拉法什教區(qū)的球墨鑄鐵管。

“當您剝離聚乙烯時，管道看起來很漂亮。它看起來是全新的。”他說。“如果您可以防止外部腐蝕，那么實際上就不會出錯。”

2、鋼管

鋼管于1800年代初首次引入，在美國已有悠久的使用歷史，并且以其對高內部壓力和壓力波動的出色抵抗力而聞名。大直徑鋼管最常用于水和廢水應用的壓力管道。可以使用三種方法來制作：無縫，焊接和鑄造模具。

像其他金屬管道一樣，鋼也容易腐蝕，因此在用于水管時要襯有瀝青涂料，以防止酸性水的侵蝕。這也保留了其良好的流動特性。各種涂層和襯里的缺點是在安裝過程中可能會損壞它們。

鋼鐵的主要好處是蠻力。通常不會發(fā)生裂紋，并且在異常負載下，材料會彎曲而不是斷裂。

3、陶土管

粘土管已經(jīng)使用了數(shù)千年，最早的例子可追溯到公元前4000年。該材料用于美索不達米亞，米諾斯文明和羅馬帝國，在城市下水道系統(tǒng)的應用方面具有悠久的血統(tǒng)。但是今天的粘土管與那些早期的例子完全不同。它也不像1950年代和60年代在美國顯著使用的東西。

國家粘土管研究所的杰夫·博施特說：“大多數(shù)不熟悉現(xiàn)代粘土管的人都將它與系統(tǒng)中已有100多年的東西聯(lián)系在一起，而且它們是不同的。” “他們對產品的看法基于不再制造的產品。”

玻化粘土管主要用于重力流衛(wèi)生下水道系統(tǒng)，在這一技術時代已大大改進。計算機控制的窯爐燒制意味著最終產品是均勻的并且符合質量標準。高密度擠出工藝使管體內的疊片消失了。

“幾年前，可能有100家不同的工廠生產需要在內部和外部進行上光的多孔產品，” Boschert說。“但是，現(xiàn)代的管道是緊實，密實且無孔的。材料本身完全不同且更堅固。”

幾十年前，粘土管沒有工廠應用的接頭，這意味著滲透和滲透以及根部侵入和管道支撐的損失。現(xiàn)在，接頭已在工廠應用，使用的是帶O形圈的聚酯或可形成無泄漏接頭的聚氨酯材料。盡管管子是剛性的，但如果地面運動，則柔性壓縮接頭可提供寬恕。

平均抗壓強度為18,000 psi的粘土也可以用作無挖溝應用中的直接頂管。陶瓷粘土頂管于1992年推向非開挖市場，從那時起，它已用于先導管微隧道，泥漿微隧道，靜態(tài)管道爆破和滑襯應用。

陶瓷粘土管即使在下水道氣體和溶劑基化學物質存在的情況下，也能在高腐蝕性環(huán)境中發(fā)光。已知會影響粘土管道的唯一化學物質是氫氟酸，在下水道中不太可能發(fā)現(xiàn)氫氟酸。

“沒有任何一種管材能像粘土管那樣耐腐蝕，” Boschert說。“由于其耐腐蝕性和溫度參數(shù)，許多啤酒廠都使用了它。”

粘土管因其使用壽命長，耐腐蝕性能和可持續(xù)性而受到重視。但是，它確實有一些局限性：通常僅限于重力流應用，并且由于窯燒制過程，最大管道長度為10英尺。

4、混凝土管

重力流和壓力管都使用混凝土，這是世界上最常見的建筑材料之一。預制重力流管有多種形狀，包括圓形，橢圓形，拱形和箱形，并用于下水道，雨水渠和涵洞。混凝土壓力管是一個單獨的類別，主要用于飲用水。

“混凝土管非常簡單，”混凝土管協(xié)會主席Matt Childs說。“您有一個大而結實，沉重的管道，只要您不弄亂它，它就會在其中待很長時間。我們已經(jīng)有150年的歷史了。”

這種剛性的管道系統(tǒng)有85％取決于管道強度，而只有15％取決于土壤覆層作為基礎支撐，這使其成為低洼或沼澤環(huán)境的理想選擇。

“我們最大的優(yōu)勢是耐用性，強度和壽命，” Childs說。“我們還具有非常好的流動特性，因為我們具有光滑的表面。”

盡管具有耐久性，但混凝土仍易受H2S侵蝕，并且在極酸性的土壤中會腐蝕。為了解決這些問題，可以在混凝土管上涂上塑料襯里，并采取特殊措施來防止在酸性土壤中腐蝕。

“我們確實很誠實，說您必須為此做計劃，” Childs說。

與其他任何管道材料一樣，混凝土管道也可能由于安裝不當而失效。Childs強化了該行業(yè)的一個共同主題：安裝是關鍵。

他說：“如果出現(xiàn)故障，通常就是安裝。” “我們可能會遇到承包商在安裝管道之前將其驅動過管道的問題……也許是在頂部驅動重型設備以導致重型壓實。我們也有安裝問題。如果不直截了當，我們會碰到裂縫。”

5、HDPE管

高密度聚乙烯管(HDPE管)是天然氣和石油工業(yè)中首先使用的借用技術，由于其無腐蝕性，高柔韌性，也已成為水和廢水應用中的流行選擇。同樣，其熱熔接縫意味著零失水，這是世界范圍內水價上漲的一項重要素質。

“在其他國家，水就是黃金。“不是在美國”，塑料管道研究所工程總監(jiān)Camille Rubeiz說。“ [失水]是不可接受的。今天，我們有了新技術，應該接受它們。”

這種融合過程產生了與管道其余部分一樣堅不可摧的結合點。HDPE還具有很高的耐腐蝕性能，故障率低，從而進一步降低了使用壽命成本。但是Rubeiz指出，使用HDPE時，正確的規(guī)劃，設計，安裝和檢查至關重要。

他指的是安裝快捷方式，他說：“這是非常寬容的，但這確實是一個缺點，因為它可能會被濫用。這是一個100年的項目。公用事業(yè)，顧問和承包商必須有足夠的時間和資源來做好項目。”

地震多發(fā)地區(qū)的市政當局應考慮使用HDPE，因為它具有靈活性和延展性。根據(jù)水研究基金會的一份報告，該報告研究了最近的地震及其對美國自來水公司的影響，HDPE能夠承受巨大的地震活動。該研究指出，例如，在2010年智利地震中，“雖然水系統(tǒng)的其余部分遭受了數(shù)千根管道的損壞，但沒有HDPE管道被損壞。” 該報告建議將HDPE用于高地震區(qū)的普通配電管和支管。

HDPE的尺寸從1/2到65英寸不等，涵蓋了從服務線到配電和傳輸主電源的所有內容。它的使用已在整個歐洲范圍內擴展，據(jù)Rubeiz稱，歐洲近90％的新管道安裝是HDPE。

他說：“當安裝人員和設計師遵循本書時，應該沒有問題。” “在設計時需要考慮所有條件。您想要持續(xù)使用100年以上的東西不應存在捷徑。”

6、PVC管

聚氯乙烯是最古老的合成材料之一，是19世紀科學家首次發(fā)現(xiàn)的。直到第二次世界大戰(zhàn)，當這種材料被用來隔離軍艦上的電線時，對材料的需求才加速增長。在隨后的幾十年中，PVC的用途飛速增長，現(xiàn)在它通常用于下水道和飲用水分配管線。PVC是一種熱塑性塑料，意味著可以軟化和重整，現(xiàn)在可以使用一種易熔的版本，與HDPE在非開挖結構中競爭。

該管非常耐腐蝕，通常用于涂覆受酸性條件影響的其他材料。在水研究基金會（Water Research Foundation）于2008年進行的一項題為“碳氫化合物對PE / PVC管道和管道墊片的影響”的研究中，研究人員得出結論，聚氯乙烯也不受汽油（最常見的碳氫化合物污染物）的影響。

這種耐腐蝕性轉化為低故障率。猶他州立大學（Utah State University）2012年的一項調查表明，與鑄鐵，球墨鑄鐵，混凝土，鋼和石棉水泥相比，PVC的故障率最低，每年每100英里管道只有2.6次故障。

“這是太空時代的東西，”北美PVC管協(xié)會常務理事Bruce Hollands說。“這是一種高科技材料，可以完全消除腐蝕。”

成本是市政當局吸引PVC的主要原因。即使包括回填和人工費用，PVC通常也比其他材料便宜。Hollands指出，在某些情況下，使用這種材料可以節(jié)省70％的費用。

也就是說，PVC并非沒有任何限制。

Hollands說：“有兩個原因您不使用PVC。” “您不會在工作壓力高于305 psi的情況下指定它，也不會在要求溫度高于140度的應用中使用它。但是，在水和下水道系統(tǒng)中，這種情況極為罕見。”

美國水廠協(xié)會研究基金會的一項研究估計，PVC的預期壽命超過110年。適用于下水道和水應用的管道尺寸范圍為4到60英寸。直徑為54英寸和60英寸的水管是PVC的相對較新的部件，目前尚不普及。

做出決定

管道材料的選擇可能是一個復雜的過程，充滿了政治，先入為主的思想和預算參數(shù)。使事情復雜化的是，當制造商爭奪基礎設施市場份額時，市政領導人現(xiàn)在必須通過市場宣傳來進行導航。

歸結為考慮用途，土壤條件和先前失敗的原因，然后做出明智的材料決定。畢竟，如果一切順利的話，更換管道的決定只應該每一百年一次。