基础设施老化是水和废水处理领域的首要问题。

市政当局确实面临着一项艰巨的任务：许多管道的使用寿命即将结束，选择替代管道的时间到了。在诸如管道更换的长期项目中，使用寿命可能超过100年，正确的材料选择至关重要。在这里，我们研究了最常见的市政管道材料类型，以及每种类型的优缺点和用途的一般指南。

1、球墨铸铁管

球墨铸铁的前身铸铁管是基础设施骨干的一部分。

球墨铸铁主要用于水方面，是一种铸造产品，几乎完全由废铁制成。管道的材料被95％回收，这一功能帮助它获得了SMaRT可持续产品认证。球墨铸铁和粘土管是地下基础设施行业中唯一拥有这种吹牛权利的产品。

尽管具有强度，但韧性管易受酸引起的侵蚀性环境的腐蚀，无论是在管内部是酸性污水材料还是在酸性土壤条件下，外部腐蚀都是如此。为了解决供水问题，管道内部衬有水泥砂浆衬里，可以保护管道并形成屏障。下水道对于球墨铸铁可能更具挑战性，因此有时需要特殊的内部管道衬里。

“它还改善了液压性能，并帮助水通过了管道，” Horn说。“其良好的流动特性得以保持。我们并不担心水的内部腐蚀。”

球墨铸铁管研究协会已经研究了外部腐蚀数十年，其最新建议是使用增强型聚乙烯外壳。霍恩引用了最近的一个案例研究，其中工人挖出并检查了1958年安装在拉法什教区的球墨铸铁管。

“当您剥离聚乙烯时，管道看起来很漂亮。它看起来是全新的。”他说。“如果您可以防止外部腐蚀，那么实际上就不会出错。”

2、钢管

钢管于1800年代初首次引入，在美国已有悠久的使用历史，并且以其对高内部压力和压力波动的出色抵抗力而闻名。大直径钢管最常用于水和废水应用的压力管道。可以使用三种方法来制作：无缝，焊接和铸造模具。

像其他金属管道一样，钢也容易腐蚀，因此在用于水管时要衬有沥青涂料，以防止酸性水的侵蚀。这也保留了其良好的流动特性。各种涂层和衬里的缺点是在安装过程中可能会损坏它们。

钢铁的主要好处是蛮力。通常不会发生裂纹，并且在异常负载下，材料会弯曲而不是断裂。

3、陶土管

粘土管已经使用了数千年，最早的例子可追溯到公元前4000年。该材料用于美索不达米亚，米诺斯文明和罗马帝国，在城市下水道系统的应用方面具有悠久的血统。但是今天的粘土管与那些早期的例子完全不同。它也不像1950年代和60年代在美国显着使用的东西。

国家粘土管研究所的杰夫·博施特说：“大多数不熟悉现代粘土管的人都将它与系统中已有100多年的东西联系在一起，而且它们是不同的。” “他们对产品的看法基于不再制造的产品。”

玻化粘土管主要用于重力流卫生下水道系统，在这一技术时代已大大改进。计算机控制的窑炉烧制意味着最终产品是均匀的并且符合质量标准。高密度挤出工艺使管体内的叠片消失了。

“几年前，可能有100家不同的工厂生产需要在内部和外部进行上光的多孔产品，” Boschert说。“但是，现代的管道是紧实，密实且无孔的。材料本身完全不同且更坚固。”

几十年前，粘土管没有工厂应用的接头，这意味着渗透和渗透以及根部侵入和管道支撑的损失。现在，接头已在工厂应用，使用的是带O形圈的聚酯或可形成无泄漏接头的聚氨酯材料。尽管管子是刚性的，但如果地面运动，则柔性压缩接头可提供宽恕。

平均抗压强度为18,000 psi的粘土也可以用作无挖沟应用中的直接顶管。陶瓷粘土顶管于1992年推向非开挖市场，从那时起，它已用于先导管微隧道，泥浆微隧道，静态管道爆破和滑衬应用。

陶瓷粘土管即使在下水道气体和溶剂基化学物质存在的情况下，也能在高腐蚀性环境中发光。已知会影响粘土管道的唯一化学物质是氢氟酸，在下水道中不太可能发现氢氟酸。

“没有任何一种管材能像粘土管那样耐腐蚀，” Boschert说。“由于其耐腐蚀性和温度参数，许多啤酒厂都使用了它。”

粘土管因其使用寿命长，耐腐蚀性能和可持续性而受到重视。但是，它确实有一些局限性：通常仅限于重力流应用，并且由于窑烧制过程，最大管道长度为10英尺。

4、混凝土管

重力流和压力管都使用混凝土，这是世界上最常见的建筑材料之一。预制重力流管有多种形状，包括圆形，椭圆形，拱形和箱形，并用于下水道，雨水渠和涵洞。混凝土压力管是一个单独的类别，主要用于饮用水。

“混凝土管非常简单，”混凝土管协会主席Matt Childs说。“您有一个大而结实，沉重的管道，只要您不弄乱它，它就会在其中待很长时间。我们已经有150年的历史了。”

这种刚性的管道系统有85％取决于管道强度，而只有15％取决于土壤覆层作为基础支撑，这使其成为低洼或沼泽环境的理想选择。

“我们最大的优势是耐用性，强度和寿命，” Childs说。“我们还具有非常好的流动特性，因为我们具有光滑的表面。”

尽管具有耐久性，但混凝土仍易受H2S侵蚀，并且在极酸性的土壤中会腐蚀。为了解决这些问题，可以在混凝土管上涂上塑料衬里，并采取特殊措施来防止在酸性土壤中腐蚀。

“我们确实很诚实，说您必须为此做计划，” Childs说。

与其他任何管道材料一样，混凝土管道也可能由于安装不当而失效。Childs强化了该行业的一个共同主题：安装是关键。

他说：“如果出现故障，通常就是安装。” “我们可能会遇到承包商在安装管道之前将其驱动过管道的问题……也许是在顶部驱动重型设备以导致重型压实。我们也有安装问题。如果不直截了当，我们会碰到裂缝。”

5、HDPE管

高密度聚乙烯管(HDPE管)是天然气和石油工业中首先使用的借用技术，由于其无腐蚀性，高柔韧性，也已成为水和废水应用中的流行选择。同样，其热熔接缝意味着零失水，这是世界范围内水价上涨的一项重要素质。

“在其他国家，水就是黄金。“不是在美国”，塑料管道研究所工程总监Camille Rubeiz说。“ [失水]是不可接受的。今天，我们有了新技术，应该接受它们。”

这种融合过程产生了与管道其余部分一样坚不可摧的结合点。HDPE还具有很高的耐腐蚀性能，故障率低，从而进一步降低了使用寿命成本。但是Rubeiz指出，使用HDPE时，正确的规划，设计，安装和检查至关重要。

他指的是安装快捷方式，他说：“这是非常宽容的，但这确实是一个缺点，因为它可能会被滥用。这是一个100年的项目。公用事业，顾问和承包商必须有足够的时间和资源来做好项目。”

地震多发地区的市政当局应考虑使用HDPE，因为它具有灵活性和延展性。根据水研究基金会的一份报告，该报告研究了最近的地震及其对美国自来水公司的影响，HDPE能够承受巨大的地震活动。该研究指出，例如，在2010年智利地震中，“虽然水系统的其余部分遭受了数千根管道的损坏，但没有HDPE管道被损坏。” 该报告建议将HDPE用于高地震区的普通配电管和支管。

HDPE的尺寸从1/2到65英寸不等，涵盖了从服务线到配电和传输主电源的所有内容。它的使用已在整个欧洲范围内扩展，据Rubeiz称，欧洲近90％的新管道安装是HDPE。

他说：“当安装人员和设计师遵循本书时，应该没有问题。” “在设计时需要考虑所有条件。您想要持续使用100年以上的东西不应存在捷径。”

6、PVC管

聚氯乙烯是最古老的合成材料之一，是19世纪科学家首次发现的。直到第二次世界大战，当这种材料被用来隔离军舰上的电线时，对材料的需求才加速增长。在随后的几十年中，PVC的用途飞速增长，现在它通常用于下水道和饮用水分配管线。PVC是一种热塑性塑料，意味着可以软化和重整，现在可以使用一种易熔的版本，与HDPE在非开挖结构中竞争。

该管非常耐腐蚀，通常用于涂覆受酸性条件影响的其他材料。在水研究基金会（Water Research Foundation）于2008年进行的一项题为“碳氢化合物对PE / PVC管道和管道垫片的影响”的研究中，研究人员得出结论，聚氯乙烯也不受汽油（最常见的碳氢化合物污染物）的影响。

这种耐腐蚀性转化为低故障率。犹他州立大学（Utah State University）2012年的一项调查表明，与铸铁，球墨铸铁，混凝土，钢和石棉水泥相比，PVC的故障率最低，每年每100英里管道只有2.6次故障。

“这是太空时代的东西，”北美PVC管协会常务理事Bruce Hollands说。“这是一种高科技材料，可以完全消除腐蚀。”

成本是市政当局吸引PVC的主要原因。即使包括回填和人工费用，PVC通常也比其他材料便宜。Hollands指出，在某些情况下，使用这种材料可以节省70％的费用。

也就是说，PVC并非没有任何限制。

Hollands说：“有两个原因您不使用PVC。” “您不会在工作压力高于305 psi的情况下指定它，也不会在要求温度高于140度的应用中使用它。但是，在水和下水道系统中，这种情况极为罕见。”

美国水厂协会研究基金会的一项研究估计，PVC的预期寿命超过110年。适用于下水道和水应用的管道尺寸范围为4到60英寸。直径为54英寸和60英寸的水管是PVC的相对较新的部件，目前尚不普及。

做出决定

管道材料的选择可能是一个复杂的过程，充满了政治，先入为主的思想和预算参数。使事情复杂化的是，当制造商争夺基础设施市场份额时，市政领导人现在必须通过市场宣传来进行导航。

归结为考虑用途，土壤条件和先前失败的原因，然后做出明智的材料决定。毕竟，如果一切顺利的话，更换管道的决定只应该每一百年一次。