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)
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。
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%。
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。
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)。
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。
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。
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。
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
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。
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)。
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。