大口徑長距離輸水管道水泥砂漿內(nèi)襯性能試驗(yàn)研究

倪澤雨 倪嵩波 黃益平 張艷芳 陳 豪

（中建安裝集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210049）

0 引言

不銹鋼管道存在著耐腐蝕性差的缺點(diǎn)，本身輸送介質(zhì)的腐蝕和磨損，使輸水管線發(fā)生腐蝕穿孔或斷裂，造成泄露事故，大大縮減了管道的使用壽命[1]，不僅造成了材料的浪費(fèi)，還影響了城市正常生產(chǎn)生活。輸水鋼管的內(nèi)防腐技術(shù)有水泥砂漿襯里、聚烯烴膜襯里、防腐涂料襯里等[2]。其中水泥砂漿內(nèi)襯具有耐水流沖擊性能優(yōu)良、防腐蝕效果好、施工簡便、造價(jià)低的特點(diǎn)，且對管道內(nèi)壁表面的處理要求較低，因此在工程中應(yīng)用較廣。水泥砂漿襯里不像其他防腐技術(shù)僅僅把輸送介質(zhì)和管壁隔開，它的原理比較獨(dú)特，具有滲透性和可愈性[3]。

本文針對大口徑長距離輸水管道水泥砂漿內(nèi)襯性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，研究其防腐性能及其對水質(zhì)的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

管材：DN1400不銹鋼，將管道切割成10cm×10cm若干片，管內(nèi)壁無泥土、無水及大面積浮銹、油污；

水：符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）要求的自來水；

水泥：襯里用水泥符合《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》（GB175-2020）的規(guī)定，水泥標(biāo)號不小于42.5級；

砂：采用長江砂，砂顆粒要堅(jiān)硬潔凈級配良好。其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)方法除符合《普通混凝土用砂的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》（JGJ 52-79）外，砂中泥土、云母、有機(jī)雜質(zhì)以及其他有害物質(zhì)的總重不超過總重的2%。

1.2 水泥砂漿制備

采用配比為1:1.5的水泥和砂制備水泥砂漿，通過攪拌機(jī)攪拌4min，攪拌過程中嚴(yán)格防止石塊和異物混進(jìn)砂漿，將12目的篩子覆蓋于攪拌機(jī)料斗上，砂經(jīng)過兩遍篩分，水泥經(jīng)過一遍篩分后倒進(jìn)料斗。

1.3 防腐管道試樣制備

由于工廠與現(xiàn)場的使用設(shè)備與施工作業(yè)難度等方面的影響，水泥砂漿襯里因而采用不同的施工方法。工廠施工主要采用噴涂法、離心法和噴涂與離心相結(jié)合的方法；對于現(xiàn)場的施工，因?yàn)樗幁h(huán)境不同，應(yīng)力求施工方便、快捷，操作技術(shù)及設(shè)備簡單，常采用的施工方法是拖拉法和風(fēng)送法[4-5]。

本試樣由于體型較小，故而采用噴涂法進(jìn)行水泥砂漿內(nèi)襯的噴涂，主要施工步驟為：清管→將噴涂機(jī)送至指定位置→機(jī)械攪拌砂漿→倒入送漿車儲漿桶內(nèi)→快車開到噴涂機(jī)→連接噴涂機(jī)→機(jī)械噴涂→人工修補(bǔ)→自查測厚記錄→清理[6]。防腐層形成后，立即封閉管道，終凝后進(jìn)行8d的潮濕養(yǎng)護(hù)。

1.4 中性鹽霧試驗(yàn)

將試樣置于DCTC1200PN型鹽霧箱中，嚴(yán)格依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 10125-2012的要求進(jìn)行中性鹽霧人工加速腐蝕試驗(yàn)。設(shè)定鹽霧箱的溫度為35℃，飽和器濕度為47℃，相對濕度大于100%，進(jìn)氣壓力為70~170kPa，噴霧量1.5±0.5mL/h，NaCl溶液的濃度為50g/L、pH為6.5~7.2。

1.5 泡水試驗(yàn)

將中性鹽霧試驗(yàn)32d后的樣品進(jìn)行處理，再將樣品放入檢測地自來水中浸泡1d，然后對水質(zhì)進(jìn)行分析，以此判斷水泥砂漿內(nèi)襯防腐管道長時(shí)間使用后對水質(zhì)的影響。

2 測試分析

2.1 綜合性能分析

對養(yǎng)護(hù)前后的試樣中水泥砂漿綜合性能進(jìn)行檢測分析，結(jié)果如表1所示。

表1 水泥砂漿綜合性能

采用液體環(huán)氧涂料進(jìn)行內(nèi)襯防腐，基底處理要求為Sa3.0，綜合造價(jià)為52.9元/m2。從表1中可以看出水泥砂漿具有良好的耐水流沖擊性能，對比液體環(huán)氧涂料內(nèi)襯防腐，水泥砂漿內(nèi)襯防腐對基底處理要求低且綠色環(huán)保、綜合造價(jià)低廉，因此可以廣泛地用于大管徑、長距離取水工程。相關(guān)質(zhì)量數(shù)據(jù)均滿足《埋地給水鋼管道水泥砂漿襯里技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（CECS10-2019）中鋼管內(nèi)防腐的驗(yàn)收要求，質(zhì)量合格。

2.2 防腐性能檢測

參照國標(biāo)中的檢測方法對水泥砂漿襯里涂層的耐磨性、耐酸性、耐堿性和耐高溫性進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果如表2所示。

表2 水泥砂漿襯里涂層耐特殊條件檢測表

2.3 涂層附著力

對保養(yǎng)完成后的水泥砂漿內(nèi)襯防腐管道根據(jù)GB/T 5210-1985采用拉開法對附著力進(jìn)行檢測。

針對堅(jiān)硬的涂層，選取邊長60mm的正方形試柱，用膠粘劑將試柱粘結(jié)到水泥涂層表面兩側(cè)，保持兩個(gè)試柱同軸心排列，待固化劑干燥后（23±2℃，50±5%RH環(huán)境條件下24h），將試驗(yàn)塊放置試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉開測試，垂直向上施加的拉伸應(yīng)力不超過1MPa/s，通過觀察試柱及涂層表面，得到涂層與金屬底材的破壞類型及程度。測試結(jié)果為663.6kPa，同等條件下液體環(huán)氧涂料的附著力為30.57MPa。單從附著力來看，水泥砂漿的附著力要遠(yuǎn)小于涂料的附著力。

然而在圓柱形管道內(nèi)部，水泥砂漿與管道內(nèi)壁形成一個(gè)緊密結(jié)合的高強(qiáng)度圓殼體內(nèi)襯層，當(dāng)拉力大于膠粘劑的粘結(jié)力時(shí)，也無法將涂層剝落，由此可以判斷出，在水泥砂漿內(nèi)襯防腐過程中，水泥砂漿間的強(qiáng)剪切力，是使得砂漿不易與管道分離的主要原因。

對中性鹽霧試驗(yàn)結(jié)束后的試樣同樣用拉開法對附著力進(jìn)行檢測，此時(shí)水泥砂漿的附著力為2.8kPa?？梢钥闯鲈谠嚇咏?jīng)過腐蝕以后，砂漿的附著力產(chǎn)生的大幅度的變化。這主要是由于水通過砂漿空隙還有試驗(yàn)邊緣縫隙滲透到砂漿與管道接觸面造成的。

2.4 水質(zhì)變化分析

將泡水試驗(yàn)結(jié)束后的水質(zhì)進(jìn)行檢測，結(jié)果如表3所示。

表3 管道砂漿內(nèi)襯防腐水質(zhì)檢測表

從表4可以看出，通過加速腐蝕32d后的試樣在水中浸泡1d后水質(zhì)符合GB 5749-2006生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。由此可以判斷，自來水廠通過采用此種防腐方式的管道將生活用水輸向用戶時(shí)，管道末端出水仍然符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)束語

綜上所述，水泥砂漿襯里化學(xué)性能比較穩(wěn)定，對鋼管內(nèi)壁除銹要求不高，綜合費(fèi)用較低，采用機(jī)械噴涂時(shí)施工質(zhì)量有保證，工程進(jìn)度快。通過對水泥砂漿的性能測試，結(jié)果表明水泥砂漿內(nèi)襯防腐，在大口徑輸水管道長距離輸水中耐腐蝕性好，與水接觸時(shí)對水質(zhì)影響小，可為其他長距離取水工程提供參考。