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柔性铸铁排水管材国内、国际标准的比较、分析

摘要:柔性铸铁排水管材主要用于建筑物污水、废水排水。对比、分析国内外有关铸铁排水管材标准,管材结构型式、规格尺寸、?#38469;?#25351;标各不相同。通过总结归纳,提出了对铸铁排水管材产品标准的意见和标准制、修订的具体建议。

    机制柔性铸铁排水管及管件国家标准GB/T 12772—1999发?#38469;?#26045;至今已经8年了。在此期间,国际、国内铸铁排水管材执行标准、生产?#38469;酢?#24212;用?#38469;酢?#20135;?#32933;?#22330;等诸多方面发生了很大的变化。本文通过对目前国内、国际主要标准进行对比和分析,以期对国家标准的制、修订提供参考,对铸铁排水管材的设计、制造、选用提供参考。
    一、不同标准分析比较
    由于国情、生产?#38469;酢?#35774;计规范、使用习惯等方面的不同,不同标准之间存在着较大的差异,下面从结构型式、规格尺寸、形位公差、材料成分与材质强度、水压、重量、涂层、辅件、检查试验项目及方法等方面对国标GB/ T 12772、城建行标CJ/T 177、国际标准ISO6594、欧标EN 877、美标ASTM 888、韩标KSD 4307、日标JIS 5525等7个主要标准进行比较和分析,从而达到对国内、国际主要标准比较全面的了解和认识,对标准化、设计、制造、选用、验收起到参考作用。
    1、连接结构型式(表1)
    表1、各标准的连接结构型式

 

柔性平口(W型)

柔性机械(A型)

柔性承插

GB/ T 12772

CJ/T 177

ISO 6594-

EN 877

ASTM 888

KSD 4307

JIS 5525

    从表1连接结构型式中,?#20174;?#20986;的突出特点是:欧、美标准主流产品为柔性平口(W型);中国、韩国标准柔性平口(W型)、柔性承口产品并重;日本标准则全部为柔性承口产品。
    由于产品设计、使用的历史、传统不同,建筑结构、用途不同,地质条件不同,为了满足并向用户提供多样化的选择,适应不同设计的需求,建议标准中涵盖更多的连接结构型式。
    日本是一个地震多发国家,仅以接口连接强度更高的柔性承口产品为选择,?#24378;?#20197;理解的。
    2.规格尺寸
    (1)口径规格:欧标范围最大,DN40~600㎜;韩标、日标范围最小,DN50~200㎜。多数标准涵盖DN50~300㎜。口径规格以适合本国、本地区使用规范、应用范围为原则。
    (2)外径尺寸:没有一个国家的标准规定与其它国家相同;甚至中国的两个标准(国标GB/ T 12772与城建行标CJ/T 177)也不相同;韩国、日本标准中,W型、柔性机械、柔性承插各不相同,Ⅰ类、Ⅱ类各不相同。从设计、生产制造、安装使用、维修更新等方面看,一个国家的各类产品外径相同?#38469;?#26377;利的。
    (3)外径公差:不同标准规定的外径公差各不相同。
外径公差大小与连接、密封效果有一定关系。如果连接结构型式对公差不敏?#23567;?#23494;封效果不受影响,公差可?#28304;?#19968;些,相反则应该小一些;口径大,公差可?#28304;?#19968;些,相反则应该小一些。这一点日本标准值得借鉴:由于柔性承插型的连接结构需要,因此该种产品的插口公差最小,只有±1。相反,柔性机械型公差大一些不影响连结和密封,因此插口公差选择较大。韩国标准不论口径大小、产品结构,统一外径公差、而且公差值较大(W型Ⅰ类、Ⅱ类:+1mm、-3 mm;柔性承插Ⅰ类、Ⅱ类:+3mm、-1 mm),似为不妥。
    (4)内径及公差:多数标准没有内径公差规定,有规定的标?#38469;?#27431;标EN 877、美标ASTM 888、韩标KSD 4307。即便规定了内径公差,其公差值也比外径、壁厚公差值大,?#24471;?#22312;制造、验收和考虑使用功能的时候,外径、壁厚更加重要,外径影响连结和密封,壁厚影响强度和寿命,由于公差是毫?#20934;?#21035;的,因而内径公差大小对水利条件的影响更多存在于理论层面。
    (5)壁厚及公差:所有的标准都规定了壁厚及公差,结合对铸铁排水管材材质、机械性能规定进行综合分析,这里产生了实质性的分歧:
国标、美标、韩标W型Ⅰ类及柔性承插、日标材质要求低,为HT150,抗拉强度为≥150MPa,但是壁厚较大,最小口径管材的壁厚值均大于4㎜,从而保证了管材强度。
    欧标、韩标W型Ⅱ类:材质要求高,为HT200,抗拉强度为≥200MPa,同时壁厚较薄,最小口径管材的壁厚值为3㎜,从而不仅降低重量、节省了材料,管材强度同样得到有效保证(材质提高导致了制造成本提高,也相应的提高了使用成本)。
    城建行标、国际标准:材质要求低,为HT150,抗拉强度为≥150MPa,同时壁厚较薄,管材强度降低。虽然降低了重量、节省了材料,但是却降低了管材的强度,是否恰当需要探讨。
    3、形位公差
    表2、各标准的形位公差

 

长度mm

圆度mm

弯曲mm

端面垂直度

GB/T12772

±10

50~100≤2

2/m

无规定

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

无规定

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

无规定

16/3m

无规定

KSD4307

±8(W型)

-5%

5/m,全长12;6(承插型)

无规定

3~5(承插型)

JIS5525

±5(﹥1m);±4(≤1m)

无规定

3/m,全长

无规定

    (1)长度公差:城建行标、国际标准、欧标的长度公差范围最大,为±20㎜;日标范围最小,±5㎜。长度公差以满足安装使用精度要求为基础,考虑到制造方法对长度精度的保证能力,长度对重量的影响等因素,综合衡量,认为国标规定的±10㎜比较合适,小了没有必要,大了不仅多余,而且影响批量产品的整齐美观。
    (2)圆度公差:不同标准采取了不同的圆度公差控?#21697;?#27861;:一?#36136;?#35268;定圆度公差,公差值≤外径公差,如国标、城建行业、欧标、韩标;另一?#36136;?#19981;作具体规定,其结果是圆度公差值=外径公差。两?#22336;?#27861;没有明显的差异,若无特殊使用要求,在外径公差合理的条件下,不作具体规定是一种既方便、又实用的选择。
    (3)弯曲:美标、韩标规定的弯曲度允差过于宽松,十分不利于安装使用,且容易造?#23665;?#21475;渗漏或排水不畅,不宜借鉴。
同时规定了单位长度允差及全长允差的方式更加科学合理。
    (4)端面垂直度:虽然多数标准中要求端面与管体垂?#20445;?#20294;是给出指标的只有城建行标和欧标,其角度公差的方法和指标大小均值得参考。
    4、材料成分、材质强度与水压
    (1)材料成分
    表3、各标准的材料成分%

 

P

S

Cr

Ti

Al

Pb

碳当量

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

 

 

 

 

 

    由于铸铁排水管材使用的是普通灰口铸铁,所?#28304;?#22810;数标准只对有害元素S(硫)、控制元素P(磷)含量作了限制性规定。各标准对S含量要求相同(美标除外),但是对P元素的含量指标,各标准的差异很大,从城建行标的0.2%到国际标准的0.9%不等。
    美标是一个例外,除了规定S、P含量,?#26500;?#23450;了Cr(镉)、Ti(钛)、 Al (铝)、Pb(铅)含量限制标准和碳当量指标,同时在标准中规定材料和产品中不得有放射性元素检出。
    从普通灰口铸铁的特性考虑,应该规定S、P含量限制指标,否则产品脆性增加,于使用不利,其它成分可以通过产品的强度、硬度指标间接予以控制。因此美标对成分的规定过于繁?#30784;?#34429;然其对放射性的要求十分合理,但检测方法与手段的配套又成为一个新问题。
    (2)材质与强度
    表4、各标准的材质与强度

 

抗拉强度MPa

灰口铸铁牌号

压环强度
MPa

水压试验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类直管、管件≥147
Ⅱ类直管≥196

Ⅰ类直管、管件:HT 150
Ⅱ类直管:
HT 200

Ⅰ类直管、管件:≥196
Ⅱ类直管:≥245

≥0.35

可切削

JIS5525

≥150

HT150

≥200

≥0.35

可切削

    a、材质与抗拉强度:在管材壁厚的讨论中提到了产品材质问题,这里还须再次强调,为了保证管材整体强度要求,在降低壁厚指标的同时,应该相应提高材质和机械性能指标。
    国标、美标、韩标W型Ⅰ类及柔性承插、日标,材质要求低,为HT150,抗拉强度为≥150MPa,但壁厚较大,从而保证了管材强度。
    欧标、韩标W型Ⅱ类材质要求高,为HT200,抗拉强度为≥200MPa,因此可以在降低壁厚、降低重量、节省材料的同时,保证管材强度,但同时相应提高了制造成本提高和使用成本。
    b、压环强度:压环强度也是一个强度指标,这里需要?#24471;?#30340;是,虽然韩标、日标的指标比城建行标、国际标准、欧标要低,但其差别是由于各自的压环强度计算方法不一致所造成,按照同样方法和参数计算,结果则相反,韩标、日标的要求更高,这是选用、验收时应该注意的。
国标、美标没有压环强度要求,是不符合当前标准发展趋势的,应予增加为?#36873;?
    c、水压:虽然建筑排水属于无压设计,但在实际使用环境中,受各种因素的影响,管道系统往往会存在一定的压力,所以除国际标准之外,其它标准不仅规定了水压指标,而且规定了检测方法。
欧标给出了一个比较宽的水压范围,以适应不同应用场合。
根据多数标准的指标要求和实践应用经验,建议提高国标水压标准。
    d、硬度?#21512;?#22330;使用、安装过程中,往往需要对管材进行切割,因此提出对硬度的限制性要求是必要的,但像欧标这样规定一个具体值似无必要,可以采用锯条试验方法,简单的检测出可切削性。
    5、重量
    表5、各标准的重量指标

 

直管

管件

GB/T12772

-8%

-10%

CJ/T177

±8%

±10%

ISO 6594

-15%

-15%

EN877

-15%

-15%

ASTM 888

无规定

无规定

KSD4307

-5%

-5%

JIS5525

无规定

无规定

    可以看出,各标准对重量的规定完全不同。作为一种铸铁产品,在没有特殊要求的条件下,如果其?#26412;丁?#22721;厚、长度以及材质符合要求,重量指标疑似多余和没有必要。美标和日标作了一个好的榜样。
    一定要规定重量标准的话,国标管件的重量标准范围应该加大至-15%为佳,这是其制作方法(砂型铸造,并且每件必须有砂芯)所决定的。

    像城建行标这样?#38469;?#37325;量上限似无必要。

    6、涂层
    国标GB/T 12772 对涂料、涂层厚度无具体的规定要求;
    城建行标CJ/T 177规定直管内壁、管件内外壁使用聚酯漆,直管外壁使用聚酯漆或其他防锈漆;涂料不含有毒重金属,不易燃烧;直管外壁、管件内外壁涂层厚度60μm±10μm,直管内壁120μm±20μm;
    国际标准ISO 6594对涂料、涂层厚度无具体的规定要求,要求外表面涂层应适合再涂装;
    欧标EN 877除规定涂料不含有毒重金属、涂装后100℃环境下不变?#22330;?#22806;表面涂层应适合再涂装的要求之外,?#26500;?#23450;了明确、严格的防腐试验标准和?#31361;?#26631;准:
    表6、欧标EN877防腐试验及?#31361;?#26631;准:

 

内表面

外表面

耐盐雾试验

350小时

 

耐污水试验

30天

 

耐化学实验(PH2~ PH 12)

30天(23℃)

 

漆膜厚度

下限由生产方?#33539;ǎ?#19978;限不大于400μ

下限由生产方?#33539;?

附着力

1级(ISO2409)

2级(ISO2409)

耐热水试验

24小时(95℃)

 

冷热水循?#32933;?#39564;

1500次(15~93℃)

 

阻燃性

 

2分钟

    美标ASTM 888除规定不含石棉(达到MSDS检测标准)外,对涂料、涂层厚度无其它具体的规定要求
韩标KSD4307要求涂料不含石棉,同时对W型Ⅱ类产品提出了明确、严格的防腐试验标准:
表7、韩标KSD4307Ⅱ类产品防腐试验标准:

 

内表面

外表面

耐盐雾试验

350小时

 

耐污水试验

30天

 

耐化学实验(PH2~ PH 12)

30天(23℃)

 

漆膜厚度

≥120,≤400μ

≥40

附着力

1级(ISO2409)

2级(ISO2409)

耐热水试验

24小时(95℃)

 

冷热水循?#32933;?#39564;

1500次(15~93℃)

 

    日标JIS5525规定涂料不得含有石棉、有毒重金属。
    (1)从以上标准对涂料、涂层的不同要求中可以看出,欧标、韩标W型Ⅱ类产品管材壁厚降低,管道的耐腐蚀能力相应降低,所以提出了更为严格的防腐标准和要求。设计、选用时应该关注管材壁厚和涂装标准之间的关系,并予以重视。
    (2)欧标对外表面涂层的?#31361;?#24615;能要求明确?#24050;?#26684;,标准中给出?#21496;?#20307;的测试检验方法。消防安全人命关天,在标准中得以体现值得尊重。
    (3)国外标准均对石棉、有毒重金属提出严格限定,充分体现对环?#22330;?#23545;生产制造人员、对使用、居住人员的关爱,国内标准应该增加这些要求。
    7辅件
    表8、各标?#38469;?#29992;辅件种类及规定项目

 

辅件种类

不锈钢卡箍

橡胶套

橡胶圈

法兰压盖

螺栓

GB/T12772

W型不锈钢卡箍、橡胶套,A型橡胶圈、法兰压盖、螺栓

CJ/T177

W型不锈钢卡箍、橡胶套

ISO 6594

W型不锈钢卡箍、橡胶套

EN877

W型不锈钢卡箍、橡胶套

ASTM 888

W型不锈钢卡箍、橡胶套

KSD4307

W型不锈钢卡箍、橡胶套,承插型橡胶圈

JIS5525

法兰压盖、螺栓、橡胶圈

    作为管道系统的一部分,辅件的质?#23458;?#26679;十分重要,国标缺少不锈钢卡箍、螺栓标准,应予增加;国际标准和韩标缺少辅件内容。
    8、检查试验项目及试验方法
    表9、各标准规定的检查试验项目及方法

 

成份分析

抗拉试验

压?#32933;?#39564;

水压检验

气密试验

?#31361;?#35797;验

硬度

抗震试验

涂装检验

地埋敷设

GB/T12772

CJ/T177

ISO 6594

EN877

ASTM 888

KSD4307

JIS5525

    注:√—标准中有规定;×—标准中缺少规定;
    各标准对检查试验项目和方法的规定不尽一致,除了前面比较、分析中提到的内容之外,还有以下特点:
    (1)欧标规定了气密试验要求和方法,其目的?#24378;?#21046;管道中废气、异味逸出,值得借鉴。
    (2)美标对地埋敷设管道提出了详尽的规范及施工方法。
    (3)日本标?#38469;?#20998;注重管道抗震性能,是唯一规定了抗震检查指标与方法的标准。
    二、总结:对标准制、修订的意见
    一个具有先进性、适用性的铸铁排水管材产品标准应该综合?#33455;?#20135;?#32933;?#29992;和应用范围、排水设计规范、用户利益、环境保护和安全健康、生产制造?#38469;?#21457;展等方面的问题,应该符合安全环保、?#38469;?#20808;进、经济合理、协调配套、促进发展的原则。
根据以上对各标准的比较和分析,结合生产、市场、设计、使用经验,对?#20013;?#22269;标、行标提出如下意见和建议。
    1、协调整合:
    (1)目前国内两个标准并存(国标GB/T12772—99,城建行标CJ/T177—2002),外径尺寸、规格不统一,使得工程设计、安装选用、生产制造面临选型困惑,客户利益难?#21592;?#35777;。将两个标准协调整合,形成一个内容相互补充,规格、规范统一,指标、方法一体的标准,将会有利于促进铸铁排水管材行业的发展。
    (2)参考国外标准对应用范围的规范,结合国内实际成熟的应用范围,?#23454;?#22686;加、扩大并规范铸铁排水管材的应用范围。
    (3)增加连接结构型式和产品等级类别。多样化的连接结构型式和产品等级类别,可以满足不同设计、不同应用场合的需求,增加客户选择。
    在GB/T12772标准现有W型、A型产品的基础上,可以参考日、韩、欧标,增加柔性承插型、W型Ⅱ类产品(壁厚、机械性能、防腐要求采纳EN877标准),另外增加从国外传入、没有统一标准,但市场上已经逐渐采纳、工程中实际应用的双法兰型管件。
    (4)在国内两个标准协调整合、统一的基础上,将各种结构型式、等级类别产品外径统一,保证市场上产品规格尺寸的统一性,从而使设计、生产、施工、维修等各方面的规程、习惯和方便性得?#21592;?#35777;和?#26377;?
    2、充实完善:
    参考各国标准的特点,总结其优劣,对标准范围、内容、指标、方法进行充实,使标准更加完善。
    (1)外径公差,标准原则应该是:口径大则公差大一些,相反则小一些,同时借鉴日本标准,对不影响连接、密封效果的结构型式,公差大一些,相反则小一些。
    (2)壁厚:作为管材机械性能、防腐性能、寿命指标的重要影响因素,不仅应该?#21592;?#21402;及其公差进行明确规定,而且应保证管材机械性能,对于降低壁厚指标的产品类别,必须相应提高对材质和防腐性能的要求。
    (3)内径公差:保证了外径、壁厚,则内径即间接得到保证,因此内径公差或可不作规定。
    (4)增加压环强度指标,至于是采纳欧标还是日标的指标及试验计算方法,?#34892;?#19987;家进行?#33455;浚?#31449;在有利于生产方的角度,采纳欧标指标及试验计算方法;站在有利于客户的角度,则应采纳日标的指标及试验计算方法。
    (5)提高水压指标,规范水压试验、检测方法。参照多数标准的水压指标,应该将直管水压指标提高到≥0.3MPa。由于100%检测管件水压的?#36136;的?#24230;,需要根据这一具体情况做出相应的简化、特殊规定。
关于水压检测,除了规定单条、单件的水压标准、检测方法之外,应该增加综合检测——管道系统水压标准、检测方法,使检测方法与实际使用条件相一致。
    (6)重量:只要产品尺寸达到要求,则重量指标没有实质性意义,完全可以参照美标、日标,取消重量标准。
    (7)防腐与涂装:应该参照欧、美、日、韩标准,增加、强化两方面要求:首先,限?#21697;?#33104;材料中污染环?#22330;?#24433;响人类健康物质的存在,如规定石棉、有毒重金属含量、检出指标。第二,处理好管材壁厚、应用场合与防腐、涂装指标的关系,管材壁薄,管道的耐腐蚀能力相应降低,需要更高的防腐标准;应用场合环境恶劣(如地埋),同样需要更高的防腐标准。
    (8)全面规范管道系统所必需的压盖、不锈钢卡箍、胶圈、螺栓等辅件标准。
    (9)参考日本标准,根据工程设计的抗震性要求,规定抗震检查指标与方法标准。

皖公网安备 34010202600610号

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