大口徑長距離輸水管道水泥砂漿內襯性能試驗研究

倪澤雨 倪嵩波 黃益平 張艷芳 陳 豪

（中建安裝集團有限公司，江蘇 南京 210049）

0 引言

不銹鋼管道存在著耐腐蝕性差的缺點，本身輸送介質的腐蝕和磨損，使輸水管線發生腐蝕穿孔或斷裂，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，還影響了城市正常生產生活。輸水鋼管的內防腐技術有水泥砂漿襯里、聚烯烴膜襯里、防腐涂料襯里等[2]。其中水泥砂漿內襯具有耐水流沖擊性能優良、防腐蝕效果好、施工簡便、造價低的特點，且對管道內壁表面的處理要求較低，因此在工程中應用較廣。水泥砂漿襯里不像其他防腐技術僅僅把輸送介質和管壁隔開，它的原理比較獨特，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襯性能進行試驗研究，研究其防腐性能及其對水質的影響。

1 試驗

1.1 試驗原料

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

水：符合《生活飲用水衛生標準》（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）的規定，水泥標號不小于42.5級；

砂：采用長江砂，砂顆粒要堅硬潔凈級配良好。其質量標準和檢驗方法除符合《普通混凝土用砂的質量標準及檢驗方法》（JGJ 52-79）外，砂中泥土、云母、有機雜質以及其他有害物質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，通過攪拌機攪拌4min，攪拌過程中嚴格防止石塊和異物混進砂漿，將12目的篩子覆蓋于攪拌機料斗上，砂經過兩遍篩分，水泥經過一遍篩分后倒進料斗。

1.3 防腐管道試樣制備

由于工廠與現場的使用設備與施工作業難度等方面的影響，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合的方法；對于現場的施工，因為所處環境不同，應力求施工方便、快捷，操作技術及設備簡單，常采用的施工方法是拖拉法和風送法[4-5]。

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

1.4 中性鹽霧試驗

將試樣置于DCTC1200PN型鹽霧箱中，嚴格依據標準GB/T 10125-2012的要求進行中性鹽霧人工加速腐蝕試驗。設定鹽霧箱的溫度為35℃，飽和器濕度為47℃，相對濕度大于100%，進氣壓力為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

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

2 測試分析

2.1 綜合性能分析

對養護前后的試樣中水泥砂漿綜合性能進行檢測分析，結果如表1所示。

表1 水泥砂漿綜合性能

采用液體環氧涂料進行內襯防腐，基底處理要求為Sa3.0，綜合造價為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，對比液體環氧涂料內襯防腐，水泥砂漿內襯防腐對基底處理要求低且綠色環保、綜合造價低廉，因此可以廣泛地用于大管徑、長距離取水工程。相關質量數據均滿足《埋地給水鋼管道水泥砂漿襯里技術標準》（CECS10-2019）中鋼管內防腐的驗收要求，質量合格。

2.2 防腐性能檢測

參照國標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行檢測，檢測結果如表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

對保養完成后的水泥砂漿內襯防腐管道根據GB/T 5210-1985采用拉開法對附著力進行檢測。

針對堅硬的涂層，選取邊長60mm的正方形試柱，用膠粘劑將試柱粘結到水泥涂層表面兩側，保持兩個試柱同軸心排列，待固化劑干燥后（23±2℃，50±5%RH環境條件下24h），將試驗塊放置試驗機上進行拉開測試，垂直向上施加的拉伸應力不超過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。測試結果為663.6kPa，同等條件下液體環氧涂料的附著力為30.57MPa。單從附著力來看，水泥砂漿的附著力要遠小于涂料的附著力。

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

對中性鹽霧試驗結束后的試樣同樣用拉開法對附著力進行檢測，此時水泥砂漿的附著力為2.8kPa。可以看出在試樣經過腐蝕以后，砂漿的附著力產生的大幅度的變化。這主要是由于水通過砂漿空隙還有試驗邊緣縫隙滲透到砂漿與管道接觸面造成的。

2.4 水質變化分析

將泡水試驗結束后的水質進行檢測，結果如表3所示。

表3 管道砂漿內襯防腐水質檢測表

從表4可以看出，通過加速腐蝕32d后的試樣在水中浸泡1d后水質符合GB 5749-2006生活飲用水衛生標準。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，管道末端出水仍然符合衛生標準。

3 結束語

綜上所述，水泥砂漿襯里化學性能比較穩定，對鋼管內壁除銹要求不高，綜合費用較低，采用機械噴涂時施工質量有保證，工程進度快。通過對水泥砂漿的性能測試，結果表明水泥砂漿內襯防腐，在大口徑輸水管道長距離輸水中耐腐蝕性好，與水接觸時對水質影響小，可為其他長距離取水工程提供參考。