給水管道防腐技術(shù)研究進(jìn)展

夏鵬

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院 廣東 廣州 510010）

0 引言

伴隨城市現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)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(yùn)行安全將直接影響到城市發(fā)展及每個(gè)居民的日常生活。

市政供水管道一般敷設(shè)于地下，選擇的材料基本以球墨鑄鐵管、鋼管為主，在相對(duì)復(fù)雜的土壤環(huán)境當(dāng)中，受土壤內(nèi)部多種化學(xué)成分作用，可能會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)改變、性能下降問(wèn)題。因?yàn)榈叵鹿艿狼治g是一個(gè)緩慢的過(guò)程，難以被察覺(jué)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題其所帶來(lái)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(kāi)，在諸多實(shí)踐應(yīng)用中已被證明是一種安全可靠且具備經(jīng)濟(jì)性的管道防腐技術(shù)。

本文探討了管道腐蝕主要原因，總結(jié)目前應(yīng)用較多的管道防腐技術(shù)。

1 給水管道腐蝕分類(lèi)

在供水管道長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行過(guò)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(shí)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(lèi)：

1.1 化學(xué)腐蝕

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

1.2 電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)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(dǎo)致了金屬管道的腐蝕。

1.3 細(xì)菌腐蝕

土壤與輸送水中均含有大量細(xì)菌微生物，細(xì)菌將介質(zhì)中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為鹽類(lèi)成酸類(lèi)，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(guò)將腐蝕性介質(zhì)與金屬管道隔離開(kāi)，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(jià)格低廉，技術(shù)已十分成熟。但其機(jī)械強(qiáng)度低，工作溫度范圍小、吸水率高、易受細(xì)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(fù)，新建管道已很少應(yīng)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(shù)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(cuò)排開(kāi)，層層疊壓，對(duì)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(shù)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(hù)帶、補(bǔ)口帶、底漆構(gòu)成。該防腐層具有絕緣電阻高、無(wú)環(huán)境危害、使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格適中的特點(diǎn)。但實(shí)踐證明，聚乙烯膠帶耐土壤應(yīng)力性能較低，但在現(xiàn)場(chǎng)施工除銹不完全或因環(huán)境因素導(dǎo)致粘結(jié)不嚴(yán)密時(shí)，聚乙烯防腐膠粘帶層易發(fā)生局部剝離，屏蔽陰極保護(hù)[1]。

2.1.4 3PE

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

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

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(lèi)。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(diǎn)，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(qiáng)機(jī)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(hù)層。同時(shí)該涂層易于施工，經(jīng)濟(jì)性也比較好。

圖2 FBE 外防腐鋼管

2.1.6 高效復(fù)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(qiáng)，耐陰極剝離性能優(yōu)異。HPCC 還具有低溫適應(yīng)性特點(diǎn)，在寒冷地區(qū)適用性更高。到目前為止，加拿大和美國(guó)已有數(shù)千公里管道采用HPCC 防腐技術(shù)，是一種可長(zhǎng)期使用的防腐技術(shù)。

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(biāo)準(zhǔn)防腐層，通常采用鋅+瀝青漆；強(qiáng)腐蝕性土壤環(huán)境中在標(biāo)準(zhǔn)防腐基礎(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)防腐層，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為130g/m2鋅+70μm 瀝青漆，含鋅質(zhì)量分?jǐn)?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(hù)膜，降低環(huán)境侵蝕風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)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?chē)婁\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(qiáng)時(shí)，需要在球墨鑄鐵管標(biāo)準(zhǔn)防腐層外套一層0.2mm 厚的聚乙烯保護(hù)套，防止土壤與管道的直接接觸，抑制電化學(xué)腐蝕，從而達(dá)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(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度高、化學(xué)性能穩(wěn)定、溫度適應(yīng)能力強(qiáng)，應(yīng)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(zhǎng)期接觸，涂層無(wú)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(shí)，內(nèi)壁光滑程度也是一項(xiàng)重要指標(biāo)，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(jià)格便宜，作業(yè)簡(jiǎn)便，在中性和堿性水中有很好的耐蝕性，在國(guó)內(nèi)外均獲得廣泛的應(yīng)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(yīng)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(duì)水質(zhì)造成影響，在水泥砂漿內(nèi)襯表面噴涂一層有機(jī)涂料固化作為密封層，形成一個(gè)物理屏障，避免水與球墨鑄鐵管內(nèi)壁的直接接觸；同時(shí)也減緩水泥砂漿內(nèi)襯向水中釋放堿性物質(zhì)的過(guò)程，從而延長(zhǎng)了內(nèi)襯使用壽命。使用較多的是環(huán)氧樹(shù)脂密封層，采用無(wú)溶劑環(huán)氧涂料，環(huán)境友善，附著力強(qiáng)，涂層緊密、光滑，而使用壽命也能夠達(dá)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(xué)性能穩(wěn)定，耐磨性強(qiáng)，對(duì)于輸送介質(zhì)抵抗力強(qiáng)，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(shù)脂及有機(jī)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(jī)械強(qiáng)度的特點(diǎn)，粘結(jié)力大，防腐性能優(yōu)良。環(huán)氧陶瓷內(nèi)襯在國(guó)外已逐漸取代水泥砂漿內(nèi)襯，是一種具有應(yīng)用前景的內(nèi)防腐措施。

4 結(jié)論

伴隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，人們對(duì)于供水管道防腐的重要性認(rèn)識(shí)水平也不斷提高，催生了防腐材料與技術(shù)的更新?lián)Q代，環(huán)保衛(wèi)生成為近期研究的熱點(diǎn)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，防腐技術(shù)的選擇因結(jié)合管材性能、設(shè)計(jì)使用年限、環(huán)境腐蝕性、介質(zhì)屬性、水質(zhì)要求及經(jīng)濟(jì)成本等因素綜合考慮。