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和水量上的要求也在提高。市政供水的施工質量及運行安全將直接影響到城市發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境當中，受土壤內部多種化學成分作用，可能會發生結構改變、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濟性的管道防腐技術。

本文探討了管道腐蝕主要原因，總結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逐漸引起管道腐蝕變質，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直接發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組成原電池產生的腐蝕。金屬管道內部雜質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，細菌將介質中的有機物轉化為鹽類成酸類，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 環氧玻璃鱗片涂層

環氧玻璃鱗片涂層是由環氧樹脂、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，對腐蝕介質構成一道道屏障，使得該涂層具有優良的抗滲透性能。目前環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、底漆構成。該防腐層具有絕緣電阻高、無環境危害、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，但在現場施工除銹不完全或因環境因素導致粘結不嚴密時，聚乙烯防腐膠粘帶層易發生局部剝離，屏蔽陰極保護[1]。

2.1.4 3PE

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

由于定點加工、價格昂貴等缺陷，尚未大規模應用于供水行業，隨著3PE 技術的不斷應用和成本的降低，市政供水行業將越來越多采用該防腐技術。目前國內已有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 熔結環氧粉末（FBE）

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

雙層環氧粉末外涂層以普通環氧粉末為底層，起防腐作用，以改性環氧粉末為面層，增強機械性能，如圖2 所示，噴涂的環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（HPCC）

HPCC 是全粉末涂覆的多組分涂層系統：由FBE 內層、聚乙烯膠粘劑中間層、聚乙烯涂層外層結合而成。相較3PE 涂層，HPCC 涂層更均勻，層間粘結力更強，耐陰極剝離性能優異。HPCC 還具有低溫適應性特點，在寒冷地區適用性更高。到目前為止，加拿大和美國已有數千公里管道采用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土壤環境特性靈活選擇，一般腐蝕性土壤環境選擇標準防腐層，通常采用鋅+瀝青漆；強腐蝕性土壤環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，含鋅質量分數不小于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，也可作為內防腐涂層。

3 給水管道內防腐工藝

作為輸送飲用水的給水管道，其內防腐層與水流長期接觸，涂層無毒衛生是最基本要求，耐微生物腐蝕和耐水力沖刷是材料選擇的重要考慮因素。在選擇內防腐層涂料時，內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的管道內壁防腐襯里，已有近百年歷史，其原料易得，價格便宜，作業簡便，在中性和堿性水中有很好的耐蝕性，在國內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 水泥砂漿內防腐鋼管

為了抑制水泥砂漿內襯中成分析出對水質造成影響，在水泥砂漿內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壁的直接接觸；同時也減緩水泥砂漿內襯向水中釋放堿性物質的過程，從而延長了內襯使用壽命。使用較多的是環氧樹脂密封層，采用無溶劑環氧涂料，環境友善，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 聚氨酯內襯

該內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。聚氨酯內襯涂層表面光滑，化學性能穩定，耐磨性強，對于輸送介質抵抗力強，可用于輸送具有腐蝕性的水體。

3.4 環氧陶瓷內襯

環氧陶瓷是由石英砂、環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，粘結力大，防腐性能優良。環氧陶瓷內襯在國外已逐漸取代水泥砂漿內襯，是一種具有應用前景的內防腐措施。

4 結論

伴隨科學技術的發展和實踐經驗的總結，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換代，環保衛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合管材性能、設計使用年限、環境腐蝕性、介質屬性、水質要求及經濟成本等因素綜合考慮。