給水管道防腐技術研究進展

夏鵬

（廣東省建筑設計研究院 廣東 廣州 510010）

0 引言

伴隨城市現(xiàn)代化建設進程的加快，城市人口密度也在逐年遞增，而居民生活用水在水質(zhì)和水量上的要求也在提高。市政供水的施工質(zhì)量及運行安全將直接影響到城市發(fā)展及每個居民的日常生活。

市政供水管道一般敷設于地下，選擇的材料基本以球墨鑄鐵管、鋼管為主，在相對復雜的土壤環(huán)境當中，受土壤內(nèi)部多種化學成分作用，可能會發(fā)生結(jié)構(gòu)改變、性能下降問題。因為地下管道侵蝕是一個緩慢的過程，難以被察覺，一旦出現(xiàn)問題其所帶來的損失是破壞性的。涂敷防腐層是較為常用的防腐手段，其目的是將管道與腐蝕性環(huán)境隔離開，在諸多實踐應用中已被證明是一種安全可靠且具備經(jīng)濟性的管道防腐技術。

本文探討了管道腐蝕主要原因，總結(jié)目前應用較多的管道防腐技術。

1 給水管道腐蝕分類

在供水管道長時間的運行過程中，管道表面的腐蝕介質(zhì)逐漸引起管道腐蝕變質(zhì)，使管壁坑蝕、銹化，隨著時間的積累，管壁緩慢變薄，最終引起穿孔和破裂現(xiàn)象。引起管道腐蝕的原因有以下三類：

1.1 化學腐蝕

化學腐蝕是指金屬管道與非電解質(zhì)直接發(fā)生化學作用引起的腐蝕，單純的化學腐蝕的過程是非常少見的。

1.2 電化學腐蝕

電化學腐蝕是指金屬管道與電解質(zhì)組成原電池產(chǎn)生的腐蝕。金屬管道內(nèi)部雜質(zhì)與管道本體形成眾多微電池，導致了金屬管道的腐蝕。

1.3 細菌腐蝕

土壤與輸送水中均含有大量細菌微生物，細菌將介質(zhì)中的有機物轉(zhuǎn)化為鹽類成酸類，形成腐蝕性電池。

2 給水管道外防腐工藝

防腐層在金屬管道的腐蝕控制中占有十分重要的位置，通過將腐蝕性介質(zhì)與金屬管道隔離開，減緩或阻止金屬管道的腐蝕。

2.1 鋼制管道外防腐工藝

2.1.1 石油瀝青

石油瀝青防腐層由石油瀝青、玻璃布、塑料膜、底漆組成，其原材料豐富，價格低廉，技術已十分成熟。但其機械強度低，工作溫度范圍小、吸水率高、易受細菌腐蝕，已逐步被取代使用。目前，該防腐層主要用于一些舊瀝青防腐層的修復，新建管道已很少應用。

2.1.2 環(huán)氧玻璃鱗片涂層

環(huán)氧玻璃鱗片涂層是由環(huán)氧樹脂、玻璃鱗片、固化劑、溶劑等組成的涂料。扁平狀鱗片骨料在涂層中交錯排開，層層疊壓，對腐蝕介質(zhì)構(gòu)成一道道屏障，使得該涂層具有優(yōu)良的抗?jié)B透性能。目前環(huán)氧玻璃鱗片涂層技術已趨于成熟，使用成本適中，是一種值得推廣的防腐涂料。

2.1.3 聚乙烯防腐膠粘帶

聚乙烯防腐膠粘帶由防腐帶、保護帶、補口帶、底漆構(gòu)成。該防腐層具有絕緣電阻高、無環(huán)境危害、使用壽命長、價格適中的特點。但實踐證明，聚乙烯膠帶耐土壤應力性能較低，但在現(xiàn)場施工除銹不完全或因環(huán)境因素導致粘結(jié)不嚴密時，聚乙烯防腐膠粘帶層易發(fā)生局部剝離，屏蔽陰極保護[1]。

2.1.4 3PE

3PE 防腐層由環(huán)氧類涂料底層、膠粘劑中間層、聚乙烯外防護層構(gòu)成。具有高附著力、高抗陰極剝離性能、抗沖擊能力強、水汽滲透率低等優(yōu)點等優(yōu)點，如圖1 所示，聚乙烯外防護層嚴密地粘結(jié)在鋼管外皮，斷絕了氛圍和水的浸透。

由于定點加工、價格昂貴等缺陷，尚未大規(guī)模應用于供水行業(yè)，隨著3PE 技術的不斷應用和成本的降低，市政供水行業(yè)將越來越多采用該防腐技術。目前國內(nèi)已有20000 余km 埋地鋼管采用3PE 防腐涂層技術。

圖1 3PE 外防腐鋼管

2.1.5 熔結(jié)環(huán)氧粉末（FBE）

FBE 涂層按照結(jié)構(gòu)組成分為單層與雙層兩類。單層防腐涂層具有粘結(jié)性高、耐陰極剝離、耐腐蝕、工作溫度范圍寬等優(yōu)點，但抗沖擊性能和耐劃傷性能不足，在使用中易出現(xiàn)損傷缺陷。

雙層環(huán)氧粉末外涂層以普通環(huán)氧粉末為底層，起防腐作用，以改性環(huán)氧粉末為面層，增強機械性能，如圖2 所示，噴涂的環(huán)氧外圖層在鋼管外壁形成致密的外保護層。同時該涂層易于施工，經(jīng)濟性也比較好。

圖2 FBE 外防腐鋼管

2.1.6 高效復合涂層系統(tǒng)（HPCC）

HPCC 是全粉末涂覆的多組分涂層系統(tǒng)：由FBE 內(nèi)層、聚乙烯膠粘劑中間層、聚乙烯涂層外層結(jié)合而成。相較3PE 涂層，HPCC 涂層更均勻，層間粘結(jié)力更強，耐陰極剝離性能優(yōu)異。HPCC 還具有低溫適應性特點，在寒冷地區(qū)適用性更高。到目前為止，加拿大和美國已有數(shù)千公里管道采用HPCC 防腐技術，是一種可長期使用的防腐技術。

2.2 球墨鑄鐵管外防腐工藝

球墨鑄鐵管外防腐層需根據(jù)土壤環(huán)境特性靈活選擇，一般腐蝕性土壤環(huán)境選擇標準防腐層，通常采用鋅+瀝青漆；強腐蝕性土壤環(huán)境中在標準防腐基礎上增加聚乙烯套或直接采用聚氨酯防腐層。

2.2.1 噴鋅加噴涂瀝青漆

此種涂層為球墨鑄鐵管外表面標準防腐層，技術標準為130g/m2鋅+70μm 瀝青漆，含鋅質(zhì)量分數(shù)不小于99.99%[2]。如圖3 所示，鋅涂層在管道外壁形成一層致密的保護膜，降低環(huán)境侵蝕風險，同時利用金屬鋅的抗沖擊塑性變形能力，減小外界損害。此外瀝青終飾涂層與鋅涂層緊密結(jié)合，有效提高防腐層壽命。

圖3 球墨鑄鐵管噴鋅噴涂瀝青漆外防腐

2.2.2 外加聚乙烯套

在土壤腐蝕性較強時，需要在球墨鑄鐵管標準防腐層外套一層0.2mm 厚的聚乙烯保護套，防止土壤與管道的直接接觸，抑制電化學腐蝕，從而達到管道防腐作用[3]。

2.2.3 聚氨酯涂層

聚氨酯涂層以聚氨酯為成膜原料，與基底能形成較好的附著效果。因其耐磨性強、機械強度高、化學性能穩(wěn)定、溫度適應能力強，應用前景廣闊。除了作為球鐵管外表面防腐涂層外，也可作為內(nèi)防腐涂層。

3 給水管道內(nèi)防腐工藝

作為輸送飲用水的給水管道，其內(nèi)防腐層與水流長期接觸，涂層無毒衛(wèi)生是最基本要求，耐微生物腐蝕和耐水力沖刷是材料選擇的重要考慮因素。在選擇內(nèi)防腐層涂料時，內(nèi)壁光滑程度也是一項重要指標，較小的表明粗糙度既能提高介質(zhì)輸送能力，還能避免沉淀物的積累聚集。

3.1 水泥砂漿襯里

水泥砂漿襯里是一種傳統(tǒng)的管道內(nèi)壁防腐襯里，已有近百年歷史，其原料易得，價格便宜，作業(yè)簡便，在中性和堿性水中有很好的耐蝕性，在國內(nèi)外均獲得廣泛的應用。水泥材料分為普通硅酸鹽水泥、高鋁水泥、抗硫酸鹽水泥三種。普通硅酸鹽水泥砂漿內(nèi)襯應用比較廣泛，可用于輸送原水和飲用水，如圖4 所示。

3.2 水泥砂漿襯里+密封層

圖4 水泥砂漿內(nèi)防腐鋼管

為了抑制水泥砂漿內(nèi)襯中成分析出對水質(zhì)造成影響，在水泥砂漿內(nèi)襯表面噴涂一層有機涂料固化作為密封層，形成一個物理屏障，避免水與球墨鑄鐵管內(nèi)壁的直接接觸；同時也減緩水泥砂漿內(nèi)襯向水中釋放堿性物質(zhì)的過程，從而延長了內(nèi)襯使用壽命。使用較多的是環(huán)氧樹脂密封層，采用無溶劑環(huán)氧涂料，環(huán)境友善，附著力強，涂層緊密、光滑，而使用壽命也能夠達到50 年以上。

3.3 聚氨酯內(nèi)襯

該內(nèi)襯采用聚氨酯材料噴涂而成，所使用的涂料有普通聚氨酯和高密度聚氨酯之分。聚氨酯內(nèi)襯涂層表面光滑，化學性能穩(wěn)定，耐磨性強，對于輸送介質(zhì)抵抗力強，可用于輸送具有腐蝕性的水體。

3.4 環(huán)氧陶瓷內(nèi)襯

環(huán)氧陶瓷是由石英砂、環(huán)氧樹脂及有機溶劑等固化組成的防腐涂層。該涂層具有硬度高、光滑耐磨、高韌性、高機械強度的特點，粘結(jié)力大，防腐性能優(yōu)良。環(huán)氧陶瓷內(nèi)襯在國外已逐漸取代水泥砂漿內(nèi)襯，是一種具有應用前景的內(nèi)防腐措施。

4 結(jié)論

伴隨科學技術的發(fā)展和實踐經(jīng)驗的總結(jié)，人們對于供水管道防腐的重要性認識水平也不斷提高，催生了防腐材料與技術的更新?lián)Q代，環(huán)保衛(wèi)生成為近期研究的熱點。在實際工程應用中，防腐技術的選擇因結(jié)合管材性能、設計使用年限、環(huán)境腐蝕性、介質(zhì)屬性、水質(zhì)要求及經(jīng)濟成本等因素綜合考慮。