浅谈水泥砂浆内衬在沙特海水淡化管道中的应用

朱英杰（中石化中原油建工程有限公司 沙特农业部净化水输水管线项目部 河南 濮阳 457001）

一、防腐机理和特性

水泥砂浆内衬主要采用硅酸盐水泥，其成分是硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和石膏等，而硅酸三钙占硅酸盐水泥重量的50%以上，其水化主要反应生成的水化硅酸钙决定了水泥砂浆的强度，氢氧化钙决定了水泥砂浆的碱性。而氢氧化钙的存在对于水泥砂浆来说是维护水化硅酸钙稳定性的一个重要条件，对于被保护的腐蚀体金属管道来说，在水质条件下，提供了一个高碱性的环境。通常氢氧化钙的饱和液pH值为12.4，再加上水泥中含有微量的钾或钠，可使水泥砂浆碱性pH≥13.0。显而易见，水泥的碱性足以使金属管道得到钝化保护。水泥砂浆的碱性大小、碱储量的多少取决于单位体积水泥砂浆中氢氧化钙的生成量，而氢氧化钙的生成量又随水泥品种不同而多少相应变化，一般为15%-25%。

钢管内壁的水泥砂浆衬里并不是完全致密的隔离层，水的浸润作用可通过水泥砂浆内衬达到钢管表面。在钢管表面和水泥砂浆内衬的内表面的溶液具有强碱性，pH值在12.5左右，可在钢管内表面由电化学反应形成氧化铁水合物钝化膜，形成阻止锈垢成长的化学防腐保护薄膜；大口径海水淡化管道水泥砂浆内衬的特性主要表现为环拱作用、弹性、自然愈合性和浸透性：

a.水泥砂浆固化在管壁上形成环形薄壳结构，通水后在水化作用下，膨胀紧压在钢管内壁上，比一般只靠粘结的涂料附着力要大许多，保护内衬不易脱落；同时，由于具有一定厚度的水泥砂浆的薄壳环拱结构抗压强度大，每2mm厚度的薄壳环拱强度相当于1mm厚钢管的强度，钢管与水泥砂浆内衬的复合，可增加钢管的强度，减小钢管的壁厚，所以制成水泥砂浆薄壁复合管材，可减少钢材的用量，节约成本。

b.水泥砂浆由细小的颗粒组成，当钢管受内压力作用变形时，管材直径增大，弹性体的潜在能量会自动调整而减少。当内压力突然消失，管径将随之缩小，以1/10的形变试验可证明这一点。水泥砂浆内衬经得起弯扭作用，具有一定弹性。

c.水泥砂浆内衬具有自愈合性。对于养护不当失水造成的细小裂缝(宽度小于1.6mm)在通水后水化膨胀作用下可使水泥里的游离氧化钙通过形成碳酸钙穿过裂缝间隙，填充残留的开裂区域，自然愈合弥补缺陷。

二、技术流程

水泥砂浆内衬主要采用机械涂敷抹面方法进行内衬施工，其两端管口处用人工精修。将连有输送水泥砂浆导管的机械涂敷小车由一端送入管材另一管口处，机械涂敷小车沿管道轴线行走，逆向施工。相较于传统的人工压实施工，离心抛射力量更大，涂敷更均匀，旋转压板压紧力持续恒定，压光效果更好，内衬表面平整一致，光滑美观，密实度均匀，整体厚度偏差较小。

该施工方法，旋转压板旋转压实过程中，会在水泥砂浆内衬上留下螺纹压痕；此外，在离心喷涂施工时，叶轮喂料以及水泥砂浆在垂直平面内抛射过程中会不可避免得受到重力影响，导致内衬切面圆周方向厚度的一致性受到影响，一般情况下，6点方向较12点方向涂层厚1～2mm；此施工方法一次涂抹厚度为12～16mm，满足本项目对内衬厚度的要求，但如果需求厚度超过该范围，则需多次涂抹，无法一次完成。

三、施工质量控制

沙特气候常年干燥少雨、日夜温差大(平均日间温度42度，夜间温度15度)、风沙现象严重，综合考虑施工进度及后续工序的进行和内衬质量，因此内衬施工选取在夜间进行。结合内衬实际施工，从以下几个方面介绍质量控制：

1.在搅拌水泥砂浆时，设备旁备有水罐车，拌料技术工人根据机器搅拌中的料的粘稠度、硬度控制水的添加量；在装卸车将料卸入至水泥砂浆泵前，现场质检员需检测浆料粘稠度和原料温度，充分保证原料质量。

2.在内衬施工时，水泥砂浆泵通过两节50mm压力软管在向机械涂敷车输送水泥砂浆时，曾发生因泵压不稳从而导致水泥砂浆在泵斗内堵塞输送不畅的现象；故我项目安排专人在水泥砂浆泵旁翻动疏通斗内水泥砂浆，保证压力平稳进料均匀，内衬作业不间断、平稳进行。

3.内衬制作完成后，现场质检员用环形探针式厚度检测计取每根管子末端3点、6点、9点和12点的四个点位检测内衬潮湿厚度水泥砂浆内衬厚度和公差将按照AWWAC205-07I.执行

4.在内衬施工中，因除锈不净、原料密实度不够、机械涂敷小车故障、管材内纵向焊缝等原因，曾导致涂敷施工中或涂敷后短时间内出现漏涂、衬里坍塌等现象，对于漏涂状况，要求在不影响周边已内衬好的衬里的情况下人工进行修复；对于大面积坍塌现象，要求将管内砂浆全部清理干净，重新喷砂、涂敷。

5.处于对环境温度考虑，采用的是在夜间进行内衬防腐施工，夜间数10个小时的持续工作，势必会增加设备损耗率、故障率。因此在日间安排专门技师加大对设备的检修与保养，并制定详细的检修计划及做好检修记录，延长设备寿命，提高设备利用率，为内衬施工质量及进度提供强有力保证，同时也降低了工程的成本。

四、施工注意事项

1.在装卸运输与敷设的过程中，经过内衬养护的钢管要轻缓平稳，以免使水泥砂浆衬里由于震动甚至松动脱落，且务必保持管子末端密封严实。

2.水泥砂浆衬里位于钢制管件和焊接的接口处，需要采用手工技术涂敷，因此必须保证焊缝内表面应光滑平整且焊接接口圆度，从而保证手工涂敷的水泥砂浆衬里质量。

3.输水管线调压、覆土回填必须满足水泥砂浆衬里养护时间后依次进行。

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