文/马雷鸣

摘  要：新型绿色管材因其优异的耐腐蚀性、承压性和环保特性，在消防给水系统中的应用逐渐增多。通过对不同新型管材进行力学性能测试和耐久性实验，研究发现复合管材在抗压强度和耐磨性方面表现出色，其延展性和抗冲击性能满足消防给水系统的使用要求，实验数据显示，新型管材在-20℃至60℃温度范围内保持稳定的物理化学性能，使用寿命可达50年以上。在实际工程应用中采用新型连接工艺和智能监测技术，有效解决了传统管材在连接密封和检测维护方面的难题，结合工程实例分析表明，新型绿色管材在消防给水系统中的应用可有效提升系统运行的可靠性和稳定性，具有显著的技术优势和应用前景。

关键词：新型管材；材质特性；消防给水；工程应用

1新型绿色管材的发展现状

近年来新型绿色管材技术取得显著进展，产品种类日益丰富。聚乙烯复合管材采用多层复合结构设计，内层采用改性聚乙烯材料，具有良好的耐腐蚀性和流动性；中间层选用增强纤维材料，提升管材的抗压强度和抗冲击性能；外层添加防老化材料，能够延长使用寿命，玻璃钢复合管材通过树脂基体与玻璃纤维的优化配比，实现轻量化设计的同时保证足够的承压能力，改性聚丙烯管材在配方设计中加入纳米增强剂，使管材具有优异的耐高温性能和长期使用稳定性。

新型管材在消防给水、建筑给排水等领域逐步替代传统金属管材。热熔连接、电熔连接等方式，显著提高连接强度和密封性能。新型绿色管材采用节能环保工艺，原材料可回收，减少环境污染。生产工艺优化与自动化提升了产品的稳定性，为新型管材的推广应用提供有力支撑^[1]。

2新型管材的材质特性研究

2.1物理性能分析

通过对新型管材的物理性能进行研究，主要分析了其密度、导热性和动静态摩擦系数等多个方面。实验结果表明，这些新型复合管材的密度普遍在0.92~1.85g/cm³之间，相比传统金属管材减重40%以上，有效降低了运输和安装过程中的成本。导热系数测试结果表明，管材在0.15~0.45W/（m·K）范围内，具有良好的保温隔热效果，有助于减少热量损失，在不同温度环境下均能保持稳定的物理性能。

动静态摩擦系数测试数据显示，管材内壁摩擦系数较低，减少了输送过程中的能量损失，提高输送效率。在温度适应性方面，管材在-20℃至60℃范围内，线性膨胀系数保持稳定，有效避免温度变化导致的管道变形。管材表面光滑度高，粗糙度控制在0.02mm以内，降低流体输送阻力，减少结垢现象的发生。

2.2化学性能分析

在化学性能研究中重点考察新型管材的耐腐蚀性、耐老化性和化学稳定性。通过浸泡实验发现，管材在pH值2~13范围内具有优异的耐酸碱性能，浸泡168小时后，质量变化率小于0.2%，外观无明显变化。

耐老化性能测试采用紫外加速老化的方法，经过2000小时的实验，管材拉伸强度降低不超过5%，且表面无龟裂现象。化学稳定性测试结果显示，管材在与多种化学试剂接触时保持稳定，无溶胀、开裂等现象。在微生物腐蚀试验中管材表面无微生物附着生长，有效防止生物污染。管材在高温环境下化学性能稳定，经过热水循环试验后，管材强度保持率达95%以上，证明其具有良好的耐热水性能^[2]。

2.3力学性能测试

新型管材的力学性能测试主要包括抗压强度、抗拉强度以及抗冲击性能三个方面。静态压力测试结果表明，管材在常温下承压能力可达2.5MPa，且在1.6MPa的工作压力下使用时，其安全系数大于2.0，满足消防给水系统压力要求。抗拉强度测试中，管材断裂伸长率达到350%以上，具有良好的延展性，有效防止管道开裂。在抗冲击性测试中，采用落锤冲击法，从1.5m的高度落下2kg的重锤，管材未出现破裂或损伤。循环疲劳测试表明，在0~1.6MPa的循环压力作用下，经过10万次循环载荷后，管材强度衰减小于3%，展现出优异的抗疲劳性能。此外，弯曲测试结果显示，管材的弯曲半径可达外径的15倍，便于工程施工和安装。

2.4耐久性能评估

针对新型管材的耐久性能评估，重点开展长期压力试验和交变载荷试验。在持续1000小时的静压测试中，管材在1.6MPa压力下无渗漏和变形现象，证明长期承压性能稳定。水压循环试验采用0~2.0MPa的交变压力，经过50万次循环后，管材无疲劳损伤迹象。在管材连接部位的耐久性测试中，采用拉伸剪切法，其连接强度达到母材强度的85%以上，确保长期使用安全。

耐磨损性能测试表明，经过10万次磨损循环后，管壁厚度减少量小于0.1mm，具有优异的耐磨性，在交变温度环境下，管材经过-20℃至60℃循环1000次后，物理力学性能保持稳定，无开裂损伤现象。为进一步验证管材的长期服役性能，开展了加速老化试验研究。在紫外线老化箱中采用光照强度为500W/m²的紫外灯，温度控制在63℃，相对湿度保持在50%的条件下进行试验。

经过2000小时的加速老化后，管材的抗拉强度、断裂伸长率等关键性能指标的保持率均在90%以上，同时进行了长期蠕变性能测试，在恒定应力1.2MPa作用下持续3000小时，管材的蠕变形变量控制在0.5%以内，表明其具有良好的尺寸稳定性。在管材接头处进行交变弯曲疲劳试验，弯曲角度控制在±15°，频率为0.5Hz，经过20万次循环后，接头密封性能完好，无裂纹产生。这些测试结果充分证明了新型管材优异的耐久性能，能够满足工程长期使用的要求。

2.5环境适应性研究

环境适应性研究主要考察新型管材在不同环境条件下的适应能力。在低温环境测试中，管材在-30℃条件下仍保持良好的韧性，且冲击强度降低不超过10%。高温环境试验结果显示，管材在80℃环境中使用168小时后，强度保持率达90%以上，在交变温度环境下，管材线性膨胀系数稳定，有效避免了温度应力导致的管道变形。在湿热环境试验中，采用40℃的温度和95%的相对湿度条件，持续1000小时后，管材的物理力学性能无明显变化。此外，在室外暴露试验中，经过两年的自然环境考验，管材表面无龟裂或粉化现象，色差变化值小于3个单位时充分证明了其具有优异的耐候性能。

3消防给水系统应用分析

3.1系统适用性评价

通过建立消防给水系统适用性评价体系，从系统匹配性、运行可靠性和维护便利性等方面进行综合评估。系统匹配性评价结果表明，新型管材的承压能力、流量系数和使用寿命完全满足消防给水系统技术要求。在管网水力特性测试中，管材内壁粗糙度系数低，水头损失较小，有效提升了系统供水能力。消防泵启停过程中，管道系统的水锤压力峰值较低，从而减小对管网的冲击影响。在消防水池连接部位，采用柔性连接方式，以适应水池沉降变形，确保连接可靠性。系统调试数据表明，管网压力分布均匀，末端最不利点的压力满足设计要求。在消防设施检测过程中，管网渗漏率低于0.1%，显示出系统的严密性良好。管材重量轻且施工便捷，在高层建筑消防给水系统中具有显著优势。

3.2连接工艺研究

热熔连接工艺采用专用热熔机，控制加热温度在200~230℃范围内，熔接时间根据管径大小精确控制，以确保接头强度。电熔连接采用内置电热丝的连接件，通过精确控制电流和通电时间实现可靠连接。连接强度测试结果表明，热熔和电熔连接强度均达到母材强度的95%以上。在机械连接方面，采用新型密封圈材料，提高密封可靠性，并便于管道的维修与更换。连接部位抗震性能测试表明，在8度地震烈度下，连接处依然能够保持其密封性能。为了适应不同管径的需求，开发了专用连接工装，不仅提高了施工效率，还提升了连接质量。

为了确保连接工艺的现场适用性，开展了施工环境适应性研究，并建立了质量控制体系。在低温环境下（-10℃）进行热熔连接时，通过预热工装和延长加热时间等措施来确保连接质量。在潮湿环境下施工时，采用专用防护罩和除湿设备，有效控制连接面的洁净度。针对施工人员操作水平参差不齐的问题，开发智能化焊接设备，并采用一键式操作模式，设定标准化焊接参数。

3.3监测技术应用

在管网压力监测方面，采用分布式压力传感器，实时采集管网各关键节点的压力数据，建立压力动态监测系统。管网流量监测采用超声波流量计，其具有无损伤、易安装和精度高的特点，能够有效监控系统流量分配情况。针对管材连接部位的密封性，应采用智能测漏仪进行检测，通过声波监测技术及时发现渗漏点。在管道变形监测方面，采用光纤应变传感技术，连续监测管道应力应变状态。温度监测系统采用分布式光纤测温技术，确保实时掌握管网温度的分布情况。所有监测数据通过无线传输方式上传至监控中心，并建立系统运行状态数据库，为系统维护提供数据支持。

3.4工程实例分析

某高层商业综合体消防给水系统采用新型绿色管材，建筑高度为185m，系统设计压力为1.6MPa，水泵房位于地下二层，消防水箱设置在顶层。竖向给水管道采用DN150规格，横向分支管采用DN100规格。系统投入运行一年以来，管网压力稳定，未发生渗漏事故。水泵启停过程中，管网压力波动范围控制在0.2MPa以内，系统运行平稳，每月例行检查显示，管材外观完好，连接部位密封性能良好。在消防实战演练中系统响应迅速，末端消火栓出水压力达到0.5MPa，满足消防要求。系统维护记录显示，管网水质稳定，无结垢现象，年度水压测试各项指标达标。

4结语

通过对新型绿色管材材质特性的系统研究，深入分析其在消防给水系统中的应用效果，研究结果表明，新型管材在物理性能、化学性能和力学性能等方面均表现优异，完全满足消防给水系统的技术要求，在实际工程应用中采用创新连接工艺和智能监测技术，有效提升系统运行可靠性。通过建立完善的性能评价体系，为新型管材在消防给水系统中的推广应用提供技术支撑。未来，应着重关注新型管材在极端环境下的性能表现，开发新型复合材料，进一步提升管材综合性能。

参考文献

[1]宰松梅,许晓花,仵峰,等.绿色秸秆复合管研制与开发[J].水利科学与寒区工程,2020,3(1):1-6.

[2]张恒新.郭宗智 持续做强贵州绿色管材[J].当代贵州,2023( Z4):102.

（作者单位：中铁第五勘察设计院集团有限公司）