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水泥砂漿內(nèi)襯環(huán)氧密封層球墨鑄鐵管技術(shù)

新興鑄管股份有限公司
 

產(chǎn)品介紹

     球墨鑄鐵管水泥砂漿內(nèi)襯是一種傳統(tǒng)的防腐內(nèi)襯，已經(jīng)沿用近百年，被國際標(biāo)準(zhǔn)及其國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為球墨鑄鐵管的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)防腐材料。
然而隨著人們對(duì)水質(zhì)要求的日益提高，以及水質(zhì)的變化，水泥砂漿內(nèi)襯固有的堿性特征使其已經(jīng)不能滿足要求，例如對(duì)于小口徑、低流速的供水小區(qū)，由于水在管道之內(nèi)停留時(shí)間過長，會(huì)使水泥砂漿內(nèi)襯中的一些物質(zhì)進(jìn)入水中，比較明顯的是會(huì)引起水質(zhì)的PH值升高，影響水質(zhì)。
  針對(duì)這個(gè)問題，英國在2000年10月首先提出，管線用于輸送軟水或所輸送水在管線中滯留時(shí)間較長時(shí)，規(guī)定在水泥砂漿內(nèi)襯表面涂覆密封涂層，來抑制水泥砂漿中堿性物質(zhì)的析出，使所輸送水的PH值保持在9.5以下。并針對(duì)水泥砂漿內(nèi)襯密封層的具體要求發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)BS7892：2000 球鐵管和管件水泥砂漿內(nèi)襯密封層技術(shù)規(guī)范。2004年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織也針對(duì)水泥砂漿內(nèi)襯密封涂層發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn) ISO16132 球鐵管、管件——水泥砂漿內(nèi)襯密封涂層。目前，在歐洲為了進(jìn)一步提高供水質(zhì)量，環(huán)氧樹脂作為水泥內(nèi)襯密封層已被廣泛應(yīng)用。
基于以上原因，新興鑄管公司研發(fā)了一種新型防腐內(nèi)襯-水泥砂漿內(nèi)襯環(huán)氧涂料密封層，此內(nèi)襯會(huì)最大限度的阻擋水泥砂漿內(nèi)襯中的離子向外溢出，以保護(hù)水泥砂漿不受侵蝕的同時(shí)，也保護(hù)了水質(zhì)的質(zhì)量。

1 產(chǎn)品描述：

     水泥砂漿內(nèi)襯環(huán)氧密封層球墨鑄鐵管是在水泥砂漿內(nèi)襯表面噴涂一層環(huán)氧涂料固化而成，如無特殊要求環(huán)氧涂料密封層厚度一般控制在40um～80um。此內(nèi)襯不僅具有優(yōu)異的防腐性能并能保證輸送水的水質(zhì)不受污染。

2、防腐機(jī)理

1）水泥內(nèi)襯的防腐機(jī)理

     水泥砂漿內(nèi)襯是一種傳統(tǒng)的球墨鑄鐵管防腐內(nèi)襯，具有長效防腐性能。其方法機(jī)理主要是水泥砂漿內(nèi)襯釋放的堿性物質(zhì)富集于球鐵管內(nèi)壁的表面，使球鐵管產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象，從而為基體提供了電化學(xué)保護(hù)，這也是一種主動(dòng)防腐（見Fe/H2O體系的電位—pH圖）。因此水泥砂漿內(nèi)襯對(duì)球鐵管的防腐主要是依賴于其堿性環(huán)境使球鐵管內(nèi)壁產(chǎn)生鈍化，達(dá)到防腐目的。

Fe/H2O體系的電位—pH圖（布拜圖）

     硬化的水泥漿體是一非勻質(zhì)的多相體系，由各種水化產(chǎn)物和殘存熟料所構(gòu)成的固相以及存在于空隙中的水和空氣所組成，所以是固-液-氣三相多孔體。在充分水化的水泥漿體中，各種組成的重量比大約為：C-S-H凝膠70%、Ca(OH)2 約20%，鈣礬石和單硫鋁酸鈣等大約7%，未水化的殘留熟料和其它微量組分約3%。

     硬化的水泥漿體有足夠的抗水能力，但是硬化漿體如不斷受到水的浸析時(shí)，其中一些組成如Ca（OH）2等將按照溶解度的大小，依次逐漸被水溶解，產(chǎn)生溶出性侵蝕，最終能導(dǎo)致水泥內(nèi)襯的破壞。
     在各種水化產(chǎn)物中，Ca（OH）2的溶解度最大（25℃時(shí)約為1.2gCaOH/L）,所以首先被溶解。如水量不多，水中的Ca（OH）2濃度很快達(dá)到飽和程度（平衡濃度），溶出作用也就停止。但在流動(dòng)水中，特別在有水壓作用的情況下，水流就不斷將Ca（OH）2 溶出并帶走，不僅增加了孔隙率，使水更易滲透，而且由于液相中不僅Ca（OH）2濃度降低，還會(huì)使其他水化產(chǎn)物發(fā)生分解，這也是引起管線通水初期PH值升高以及導(dǎo)致水泥內(nèi)襯逐漸破壞，最終對(duì)球鐵管失去保護(hù)的原因。
Ca（OH）2         OH- Ca2+ OH-

球墨鑄鐵管水泥砂漿內(nèi)襯氫氧化鈣溶出平衡示意圖

2）水泥砂漿內(nèi)襯密封層的防腐機(jī)理

     水泥砂漿內(nèi)襯環(huán)氧密封層球墨鑄鐵管結(jié)合了水泥砂漿內(nèi)襯的主動(dòng)防腐與有機(jī)涂層的被動(dòng)防腐綜合性能，即環(huán)氧涂料密封層的實(shí)施為球鐵管內(nèi)壁提供了一個(gè)物理屏障，減少或隔絕了水與球鐵管內(nèi)壁的接觸機(jī)會(huì)，此為被動(dòng)防腐；同時(shí)也減緩或阻止了水泥砂漿內(nèi)襯中的堿性物質(zhì)向水中釋放的機(jī)會(huì)，這也就保證了水泥砂漿的堿性物質(zhì)會(huì)長久的富集于球鐵管的內(nèi)壁，通過鈍化現(xiàn)象對(duì)球鐵管內(nèi)壁提供了化學(xué)保護(hù)，此為主動(dòng)防腐，從而保證了內(nèi)襯長久的防腐性。

球墨鑄鐵管水泥砂漿內(nèi)襯環(huán)氧密封層示意圖

3、產(chǎn)品特點(diǎn)

1）優(yōu)異的耐腐蝕性

     結(jié)合了主動(dòng)防腐與被動(dòng)防腐的綜合性能，即使環(huán)氧密封層有破損和漏涂點(diǎn)，那么水泥砂漿內(nèi)襯就會(huì)提供主動(dòng)防腐，具有長久的抗腐蝕能力。
具有優(yōu)異的耐堿性，可長期經(jīng)受水泥砂漿內(nèi)襯本身的堿性環(huán)境；具有優(yōu)良的耐酸性，能經(jīng)受外部輸送水質(zhì)的侵蝕（例如弱酸性水）。

2）抑制堿性物質(zhì)的析出

     新興鑄管公司按照ISO16132：2004《球墨鑄鐵管及管件水泥砂漿內(nèi)襯密封層》標(biāo)準(zhǔn)要求，在法國BV的見證下進(jìn)行了密封層長期密封性能及短期密封性能型式試驗(yàn)：
      即將環(huán)氧涂料密封層在2m/s的流速、6bar的壓力下，長達(dá)3個(gè)月的密閉循環(huán)試驗(yàn)后，密封層無起泡、無脫落現(xiàn)象，根據(jù)ISO16132標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其循環(huán)水進(jìn)行了PH值的檢測，檢測結(jié)果為8.1左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)要求的PH值≤9.5（試驗(yàn)示意圖及裝置圖見下圖）。
短期密封性能檢測結(jié)果為8.2左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)要求的PH值≤9.5。
符合ISO16132：2004標(biāo)準(zhǔn)要求，在延長內(nèi)襯壽命的同時(shí)防止通水初期PH值的上升，從而保證了水質(zhì)的質(zhì)量，取得了BV的認(rèn)證報(bào)告。

密封性能檢測示意圖
1、進(jìn)口/出口閥    2、流量控制閥    3、水泵  4、水冷卻器（可選）  5、6、幫助產(chǎn)生穩(wěn)定流速的流量發(fā)生管    7、8、試樣    9、蓄水池（可選）  10、減壓閥（可選） 11、壓力表    12、放氣閥    13、手動(dòng)泵    14、水表    a 流向

根據(jù)ISO16132:2004進(jìn)行的密封層長期密封性能型式試驗(yàn)裝置圖 

BV根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO16132：2004《球墨鑄鐵管及管件水泥砂漿內(nèi)襯密封層》，對(duì)環(huán)氧涂料密封層長期密封性能及短期密封性能型式試驗(yàn)認(rèn)證證書。

3）安全環(huán)保

     所用環(huán)氧涂料密封層材料不含任何有機(jī)溶劑；不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染、不會(huì)對(duì)施工人員造成危害；
     密封層固化后無毒，不會(huì)對(duì)水質(zhì)造成污染，不會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體有害的物質(zhì)；
     已通過了英國WRAS根據(jù)BS6920的衛(wèi)生性能檢測認(rèn)證。
 
4）具有減阻性能
     新興鑄管委托中國水利水電科學(xué)研究院工程檢測中心對(duì)水泥砂漿內(nèi)襯環(huán)氧密封層球墨鑄鐵管進(jìn)行了糙率系數(shù)的檢測，檢測結(jié)果見下表。檢測結(jié)果表明水泥砂漿內(nèi)襯環(huán)氧涂料密封層比水泥砂漿內(nèi)襯要光滑，可以起到減阻的作用

表1 不同表達(dá)方式的新型內(nèi)襯粗糙度檢測結(jié)果

內(nèi)襯類型	當(dāng)量粗糙度K值	海森-威廉系數(shù)C值	曼寧糙率系數(shù)n
水泥砂漿內(nèi)襯環(huán)氧涂料密封層	0.020mm	151	0.0086

 
5）經(jīng)濟(jì)性
     具有主動(dòng)防腐與被動(dòng)防腐的綜合特性，確保和提高球鐵管使用壽命；
相對(duì)于其它特殊有機(jī)防腐內(nèi)襯（聚氨酯、環(huán)氧樹脂等），施工工藝簡單、密封層較薄，產(chǎn)品成本增加相對(duì)于其它特殊涂層具有明顯優(yōu)勢。

4．與其它內(nèi)襯的比較

目前，球墨鑄鐵管的防腐內(nèi)襯基本有以下幾種類型：

4.1 水泥砂漿內(nèi)襯

     水泥砂漿內(nèi)襯是一種傳統(tǒng)的防腐內(nèi)襯，已經(jīng)沿用近百年,具有主動(dòng)防腐的作用，被國際標(biāo)準(zhǔn)
及國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為球墨鑄鐵管的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)防腐材料。但是水泥砂漿內(nèi)襯固有的堿性特征會(huì)使其在通水初期會(huì)引起水質(zhì)的PH值升高，不能滿足飲用水要求。例如對(duì)于低流速的供水小區(qū)，由于水在管道之內(nèi)停留時(shí)間過長，會(huì)使水泥砂漿內(nèi)襯中的一些物質(zhì)進(jìn)入水中，比較明顯的是會(huì)引起水質(zhì)的PH值升高，尤其小口徑管尤為明顯，影響水質(zhì)的衛(wèi)生性能，不能滿足飲用水要求。

4.2 有機(jī)防腐內(nèi)襯

     球墨鑄鐵管的有機(jī)防腐內(nèi)襯屬于被動(dòng)防腐內(nèi)襯，是通過在被保護(hù)基材與腐蝕環(huán)境之間提供一個(gè)屏障，將基材與腐蝕環(huán)境隔離開來進(jìn)行防腐。其功效的發(fā)揮依賴于涂膜的連續(xù)性（即無漏點(diǎn)無創(chuàng)傷）、和一個(gè)持續(xù)高的電阻以及抗水滲透性的能力。
     被動(dòng)防腐涂層的最小厚度要求在300～500um以上，并且根據(jù)表面粗糙度的大小需進(jìn)行調(diào)整，以確保其涂膜的連續(xù)性和性能。
這種有機(jī)防腐內(nèi)襯有：聚氨酯內(nèi)襯、液體環(huán)氧內(nèi)襯、環(huán)氧粉末內(nèi)襯等。
     對(duì)于球墨鑄鐵管來說，由于固有的鑄造缺陷（內(nèi)壁渣孔、凹坑）較多，表面處理程度較難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，因此需要較厚的涂層才能覆蓋缺陷。
例如對(duì)于球墨鑄鐵管聚氨酯內(nèi)襯來說，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN 15655，其要求最小厚度為≥1300um，聚氨酯內(nèi)襯厚度見表2；對(duì)于球墨鑄鐵管外壁聚氨酯防腐涂層來說，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN15189要求，其要求最小厚度≥700um。從厚度的要求可以看出，離心球墨鑄鐵管固有的內(nèi)壁鑄造缺陷比外壁嚴(yán)重，因此需要內(nèi)壁涂層比外壁厚度厚，才可以覆蓋鑄造缺陷。
     另外，渣孔等缺陷容易造成針孔，難以形成連續(xù)涂膜，在這些薄弱環(huán)節(jié)腐蝕加劇，造成腐蝕穿孔，會(huì)給管線帶來致命的災(zāi)害。因此需通過電火花檢測來檢測涂膜的連續(xù)性，保證整體防腐效果。

4.3 水泥砂漿內(nèi)襯環(huán)氧密封層防腐內(nèi)襯

     采用雙組份環(huán)氧涂料、不含任何有機(jī)溶劑，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染、不會(huì)對(duì)施工人員造成危害；可以有效的抑制水泥砂漿內(nèi)襯堿性物質(zhì)的析出，保證所輸送水質(zhì)的衛(wèi)生安全；具有主動(dòng)防腐與被動(dòng)防腐的綜合特性，即使環(huán)氧密封層有破損和漏涂點(diǎn)，那么水泥砂漿內(nèi)襯就會(huì)提供主動(dòng)防腐，具有長久的抗腐蝕能力，確保和提高球鐵管使用壽命；表面光滑，管網(wǎng)水力損失小，節(jié)約能源，保護(hù)了供水企業(yè)的長期投資效益；相對(duì)于其它特殊有機(jī)防腐內(nèi)襯（聚氨酯、環(huán)氧樹脂等），施工工藝簡單、密封層較薄，產(chǎn)品成本增加相對(duì)于其它特殊涂層具有明顯優(yōu)勢。

5．應(yīng)用領(lǐng)域

1）對(duì)水質(zhì)要求高的輸水管線；
2）輸水量小或有滯留的間歇性供水管線；
3）符合球墨鑄鐵管產(chǎn)業(yè)逐漸向綠色、低碳、環(huán)保的發(fā)展方向。國家對(duì)飲用水質(zhì)要求的提高
對(duì)儲(chǔ)水容器及輸水管線的衛(wèi)生安全性能的要求也會(huì)逐步提高，水泥砂漿內(nèi)襯環(huán)氧密封層球墨鑄鐵管在滿足這一要求的前提下，可成為傳統(tǒng)水泥內(nèi)襯球墨鑄鐵管的升級(jí)換代產(chǎn)品。


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