淺談無溶劑環(huán)氧涂料在預應力鋼筒混凝土管中的應用

一、工程概況

南水北調宿遷市尾水導流工程設計總輸水規(guī)模為28.6萬t/d。主要建設內容包括鋪設管道91.688km，新建調度泵站2座、污水廠尾水提升泵站5座 ，以及水土保持、環(huán)境保護工程等。輸水干線主管材包含雙膠圈埋置式預應力鋼筒混凝土管（以下簡稱PCCPDE管）長約68.24km，直徑分別為1000mm、1200mm、1400mm、1500mm四種管徑，單管長6.0m，內防腐厚度不小于0.6mm；設計壓力等級1.0MPa；管側土綜合變形模量Ed≥3.0MPa；管道管頂平均覆土厚度3m。

二、PCCPDE管的結構及其預制

1.PCCPDE管的設計結構

PCCPDE管是指在帶有鋼筒的高強混凝土管芯上纏繞環(huán)向預應力鋼絲，再在其上噴制致密的水泥砂漿保護層而制成的輸水管。它是由薄鋼板、高強鋼絲和混凝土構成的復合管材，它充分而又綜合地發(fā)揮了鋼材的抗拉、易密封和混凝土的抗壓、耐腐蝕性能，具有高密封性、高強度和高抗?jié)B的特性。

2.PCCPDE管的預制

PCCPDE管生產工序分為：承、插口環(huán)的生產；鋼筒的制作、焊接；管芯混凝土澆筑；纏繞預應力鋼絲；輥射水泥砂漿保護層；保護層砂漿防腐等。承、插口環(huán)的生產，鋼筒的制作、焊接，管芯混凝土澆筑，纏繞預應力鋼絲等工序直接決定了PCCP管道的內、外在品質——管道抵抗內壓和外部荷載的能力，是管道生產的重要工序。對于輸送具有腐蝕性的污水、海水或用于含有腐蝕性介質的管道，在內防腐處理方面要求非常高。

三、PCCPDE管內防腐存在的問題及處理方法

1.PCCPDE管內防腐存在問題

傳統的無溶劑環(huán)氧涂料噴涂防腐處理方法首先是對預制好的PCCPDE管內壁凹坑進行水泥砂漿找平，固化后進行砂紙打磨，并用壓縮高壓空氣吹掃干凈。通過管內小車行走把配制好的防腐材料旋轉均勻噴涂在管道內壁上；但在內防腐噴涂成型后發(fā)現表面存在大量針孔，分布范圍廣泛且密集，影響管道內防腐質量。

2.原因分析

針對此種情況，技術小組采取了調整無溶劑環(huán)氧涂料配合比、噴涂溫度、涂料拌和穩(wěn)定時間、小車行走速度、噴漿壓力、噴嘴旋轉速度等多因素對比試驗，均未能有效解決無溶劑環(huán)氧涂料內防腐表面存在針孔的問題，從而否決了噴涂工藝導致針孔的原因。

研究人員進一步在預制好的管道內壁上進行探查，發(fā)現由于PCCPDE管芯混凝土內壁本身存有孔，才導致管內表面呈現明顯且密集的針孔存在。這些氣孔是由混凝土澆筑振搗時，混凝土中氣泡沒有完全排出導致拆模后留下的微小氣孔。在進行無溶劑環(huán)氧涂料噴涂過程中，表面的涂料滲透到混凝土氣孔中，導致管內表面呈現明顯且密集的針孔存在；現場隨機取點驗證，這些針孔內部有涂料填充，而非穿透性。

3.處理方法

（1）首先利用砂紙打磨管道內壁接縫混凝土，清除疏松的混凝土浮漿、泥土、粉塵、油污等雜質，并用壓縮高壓空氣吹掃干凈。

（2）以丙乳∶水泥=1∶2左右的重量比調制成粘稠狀的丙乳凈漿作為膩子，用鋼片刮板均勻全面刮到管道內壁。刮膩子要用鋼片刮板往返刮，注意上下左右接槎，用力均勻，兩道刮板之間要干凈，不允許留浮膩子，刮膩子時要防止沾上或混進砂粒等雜物。

（3）頭道膩子刮過固化后，用砂紙磨平。如仍有針孔存在，再次用膩子進行復補找平，直到無針孔存在。內表面處理完成后，再次用高壓空氣把管內表面吹掃干凈。

（4）對膩子刮好的管道包封管口養(yǎng)護一天，然后按設計的防腐要求噴涂防腐涂料。在管道端面和端口打壓試驗的進水孔內壁涂刷2遍環(huán)氧涂料。

4.PCCPDE管內防腐質量檢驗

（1）內防腐外觀檢查：現場隨機抽樣檢查，管道的內防腐層表面平整、光滑、厚度均勻、表面無流掛、無露底、無針孔、無皺紋、無漏涂、無裂縫。

（2）內防腐厚度檢查：使用磁性測厚儀對防腐處理后的干膜厚度檢測均滿足設計要求的漆膜厚度（不小于0.6mm）。

（3）內防腐粘結力檢查：按規(guī)范要求進行防腐管粘結力檢查。粘結力不合格的防腐管，不允許補涂處理，應鏟掉該管全部防腐層重新進行防腐層施工。

（4）內防腐涂層電阻測定：現場隨機抽取已完成防腐和未做防腐兩批管材，采用涂層電阻測定方法進行電阻比對，其做過防腐的管材比未做防腐的管材絕緣電阻相差應超過50倍。

四、工程效果

1.施工安全、環(huán)保節(jié)能

無溶劑環(huán)氧涂料與普通溶劑型環(huán)氧涂料相比，普通溶劑型環(huán)氧涂料含有可揮發(fā)性有機溶劑（VOC），施工時對環(huán)境造成污染，危害施工人員的身心健康；且揮發(fā)出的VOC與空氣混合可形成爆炸性氣體；而無溶劑環(huán)氧涂料中無溶劑揮發(fā)，可消除涂層針孔，提高抗?jié)B透性和耐腐蝕性能，消除對環(huán)境的污染和對身體的危害，避免產生爆炸的危險，還可減少通風設備，避免溶劑揮發(fā)造成的資源浪費。

2.優(yōu)異的物理機械性能

由于環(huán)氧樹脂分子結構中含有大量的羥基和醚基等極性基團，加之在固化過程中活潑的環(huán)氧基能與界面金屬原子反應形成極為牢固的化學鍵，這保證了涂層與基材的優(yōu)異附著力，特別是無溶劑環(huán)氧防腐涂層具有極佳的濕附著力，從而保證了涂層在液態(tài)介質腐蝕環(huán)境下優(yōu)異的耐久性。無溶劑環(huán)氧涂料在交聯固化后其涂層堅硬且柔韌性好、耐磨性優(yōu)、抗劃傷性好、耐撞擊性優(yōu)。

3.優(yōu)異的耐化學品性

高度交聯的無溶劑環(huán)氧防腐涂層具有優(yōu)異的耐化學品性，能耐海水、中度的酸、堿、鹽、各種油品、脂肪烴等化學品的長期浸泡。

4.優(yōu)異的防腐性能

無溶劑環(huán)氧涂料由于不含揮發(fā)性有機溶劑，在干燥成膜過程中不會形成因溶劑揮發(fā)留下的孔隙，且成膜厚，涂膜致密性極佳，能有效抵擋污水、氧等腐蝕性介質透過涂層而腐蝕鋼材。

5.施工方便、工效高

無溶劑環(huán)氧涂料在達到相同涂膜厚度的情況下，所需的涂料量比溶劑型環(huán)氧涂料要少；可制成厚漿型防腐涂料，涂刷厚度可達100～700μm，涂層結合強度高、收縮率小，從而降低涂裝施工費用，且固化時不需要空氣存在，甚至有些特殊改性的涂料可在水下固化。

五、結束語

環(huán)境保護是實現社會持續(xù)發(fā)展的前提，嚴格限制涂料中的VOC，最大程度地減少對環(huán)境的破壞，是實現可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略基本國策之一。無溶劑環(huán)氧涂料具有儲存穩(wěn)定性好，反應活性高，施工過程無污染，漆膜致密、堅硬、耐磨，具有優(yōu)良的耐水、耐油和耐化學品介質腐蝕性；因此，在PCCPDE管防腐中應用無溶劑環(huán)氧涂料，能夠有效地加強和提高PCCPDE管防腐的各項性能同時，減少有機溶劑揮發(fā)對空氣的污染，達到環(huán)保節(jié)能的效果