淺談水泥砂漿內襯在沙特海水淡化管道中的應用

朱英杰（中石化中原油建工程有限公司 沙特農業部凈化水輸水管線項目部 河南 濮陽 457001）

一、防腐機理和特性

水泥砂漿內襯主要采用硅酸鹽水泥，其成分是硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣和石膏等，而硅酸三鈣占硅酸鹽水泥重量的50%以上，其水化主要反應生成的水化硅酸鈣決定了水泥砂漿的強度，氫氧化鈣決定了水泥砂漿的堿性。而氫氧化鈣的存在對于水泥砂漿來說是維護水化硅酸鈣穩定性的一個重要條件，對于被保護的腐蝕體金屬管道來說，在水質條件下，提供了一個高堿性的環境。通常氫氧化鈣的飽和液pH值為12.4，再加上水泥中含有微量的鉀或鈉，可使水泥砂漿堿性pH≥13.0。顯而易見，水泥的堿性足以使金屬管道得到鈍化保護。水泥砂漿的堿性大小、堿儲量的多少取決于單位體積水泥砂漿中氫氧化鈣的生成量，而氫氧化鈣的生成量又隨水泥品種不同而多少相應變化，一般為15%-25%。

鋼管內壁的水泥砂漿襯里并不是完全致密的隔離層，水的浸潤作用可通過水泥砂漿內襯達到鋼管表面。在鋼管表面和水泥砂漿內襯的內表面的溶液具有強堿性，pH值在12.5左右，可在鋼管內表面由電化學反應形成氧化鐵水合物鈍化膜，形成阻止銹垢成長的化學防腐保護薄膜；大口徑海水淡化管道水泥砂漿內襯的特性主要表現為環拱作用、彈性、自然愈合性和浸透性：

a.水泥砂漿固化在管壁上形成環形薄殼結構，通水后在水化作用下，膨脹緊壓在鋼管內壁上，比一般只靠粘結的涂料附著力要大許多，保護內襯不易脫落；同時，由于具有一定厚度的水泥砂漿的薄殼環拱結構抗壓強度大，每2mm厚度的薄殼環拱強度相當于1mm厚鋼管的強度，鋼管與水泥砂漿內襯的復合，可增加鋼管的強度，減小鋼管的壁厚，所以制成水泥砂漿薄壁復合管材，可減少鋼材的用量，節約成本。

b.水泥砂漿由細小的顆粒組成，當鋼管受內壓力作用變形時，管材直徑增大，彈性體的潛在能量會自動調整而減少。當內壓力突然消失，管徑將隨之縮小，以1/10的形變試驗可證明這一點。水泥砂漿內襯經得起彎扭作用，具有一定彈性。

c.水泥砂漿內襯具有自愈合性。對于養護不當失水造成的細小裂縫(寬度小于1.6mm)在通水后水化膨脹作用下可使水泥里的游離氧化鈣通過形成碳酸鈣穿過裂縫間隙，填充殘留的開裂區域，自然愈合彌補缺陷。

二、技術流程

水泥砂漿內襯主要采用機械涂敷抹面方法進行內襯施工，其兩端管口處用人工精修。將連有輸送水泥砂漿導管的機械涂敷小車由一端送入管材另一管口處，機械涂敷小車沿管道軸線行走，逆向施工。相較于傳統的人工壓實施工，離心拋射力量更大，涂敷更均勻，旋轉壓板壓緊力持續恒定，壓光效果更好，內襯表面平整一致，光滑美觀，密實度均勻，整體厚度偏差較小。

該施工方法，旋轉壓板旋轉壓實過程中，會在水泥砂漿內襯上留下螺紋壓痕；此外，在離心噴涂施工時，葉輪喂料以及水泥砂漿在垂直平面內拋射過程中會不可避免得受到重力影響，導致內襯切面圓周方向厚度的一致性受到影響，一般情況下，6點方向較12點方向涂層厚1～2mm；此施工方法一次涂抹厚度為12～16mm，滿足本項目對內襯厚度的要求，但如果需求厚度超過該范圍，則需多次涂抹，無法一次完成。

三、施工質量控制

沙特氣候常年干燥少雨、日夜溫差大(平均日間溫度42度，夜間溫度15度)、風沙現象嚴重，綜合考慮施工進度及后續工序的進行和內襯質量，因此內襯施工選取在夜間進行。結合內襯實際施工，從以下幾個方面介紹質量控制：

1.在攪拌水泥砂漿時，設備旁備有水罐車，拌料技術工人根據機器攪拌中的料的粘稠度、硬度控制水的添加量；在裝卸車將料卸入至水泥砂漿泵前，現場質檢員需檢測漿料粘稠度和原料溫度，充分保證原料質量。

2.在內襯施工時，水泥砂漿泵通過兩節50mm壓力軟管在向機械涂敷車輸送水泥砂漿時，曾發生因泵壓不穩從而導致水泥砂漿在泵斗內堵塞輸送不暢的現象；故我項目安排專人在水泥砂漿泵旁翻動疏通斗內水泥砂漿，保證壓力平穩進料均勻，內襯作業不間斷、平穩進行。

3.內襯制作完成后，現場質檢員用環形探針式厚度檢測計取每根管子末端3點、6點、9點和12點的四個點位檢測內襯潮濕厚度水泥砂漿內襯厚度和公差將按照AWWAC205-07I.執行

4.在內襯施工中，因除銹不凈、原料密實度不夠、機械涂敷小車故障、管材內縱向焊縫等原因，曾導致涂敷施工中或涂敷后短時間內出現漏涂、襯里坍塌等現象，對于漏涂狀況，要求在不影響周邊已內襯好的襯里的情況下人工進行修復；對于大面積坍塌現象，要求將管內砂漿全部清理干凈，重新噴砂、涂敷。

5.處于對環境溫度考慮，采用的是在夜間進行內襯防腐施工，夜間數10個小時的持續工作，勢必會增加設備損耗率、故障率。因此在日間安排專門技師加大對設備的檢修與保養，并制定詳細的檢修計劃及做好檢修記錄，延長設備壽命，提高設備利用率，為內襯施工質量及進度提供強有力保證，同時也降低了工程的成本。

四、施工注意事項

1.在裝卸運輸與敷設的過程中，經過內襯養護的鋼管要輕緩平穩，以免使水泥砂漿襯里由于震動甚至松動脫落，且務必保持管子末端密封嚴實。

2.水泥砂漿襯里位于鋼制管件和焊接的接口處，需要采用手工技術涂敷，因此必須保證焊縫內表面應光滑平整且焊接接口圓度，從而保證手工涂敷的水泥砂漿襯里質量。

3.輸水管線調壓、覆土回填必須滿足水泥砂漿襯里養護時間后依次進行。

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