浅谈无溶剂环氧涂料在预应力钢筒混凝土管中的应用

一、工程概况

南水北调宿迁市尾水导流工程设计总输水规模为28.6万t/d。主要建设内容包括铺设管道91.688km，新建调度泵站2座、污水厂尾水提升泵站5座 ，以及水土保持、环境保护工程等。输水干线主管材包含双胶圈埋置式预应力钢筒混凝土管（以下简称PCCPDE管）长约68.24km，直径分别为1000mm、1200mm、1400mm、1500mm四种管径，单管长6.0m，内防腐厚度不小于0.6mm；设计压力等级1.0MPa；管侧土综合变形模量Ed≥3.0MPa；管道管顶平均覆土厚度3m。

二、PCCPDE管的结构及其预制

1.PCCPDE管的设计结构

PCCPDE管是指在带有钢筒的高强混凝土管芯上缠绕环向预应力钢丝，再在其上喷制致密的水泥砂浆保护层而制成的输水管。它是由薄钢板、高强钢丝和混凝土构成的复合管材，它充分而又综合地发挥了钢材的抗拉、易密封和混凝土的抗压、耐腐蚀性能，具有高密封性、高强度和高抗渗的特性。

2.PCCPDE管的预制

PCCPDE管生产工序分为：承、插口环的生产；钢筒的制作、焊接；管芯混凝土浇筑；缠绕预应力钢丝；辊射水泥砂浆保护层；保护层砂浆防腐等。承、插口环的生产，钢筒的制作、焊接，管芯混凝土浇筑，缠绕预应力钢丝等工序直接决定了PCCP管道的内、外在品质——管道抵抗内压和外部荷载的能力，是管道生产的重要工序。对于输送具有腐蚀性的污水、海水或用于含有腐蚀性介质的管道，在内防腐处理方面要求非常高。

三、PCCPDE管内防腐存在的问题及处理方法

1.PCCPDE管内防腐存在问题

传统的无溶剂环氧涂料喷涂防腐处理方法首先是对预制好的PCCPDE管内壁凹坑进行水泥砂浆找平，固化后进行砂纸打磨，并用压缩高压空气吹扫干净。通过管内小车行走把配制好的防腐材料旋转均匀喷涂在管道内壁上；但在内防腐喷涂成型后发现表面存在大量针孔，分布范围广泛且密集，影响管道内防腐质量。

2.原因分析

针对此种情况，技术小组采取了调整无溶剂环氧涂料配合比、喷涂温度、涂料拌和稳定时间、小车行走速度、喷浆压力、喷嘴旋转速度等多因素对比试验，均未能有效解决无溶剂环氧涂料内防腐表面存在针孔的问题，从而否决了喷涂工艺导致针孔的原因。

研究人员进一步在预制好的管道内壁上进行探查，发现由于PCCPDE管芯混凝土内壁本身存有孔，才导致管内表面呈现明显且密集的针孔存在。这些气孔是由混凝土浇筑振捣时，混凝土中气泡没有完全排出导致拆模后留下的微小气孔。在进行无溶剂环氧涂料喷涂过程中，表面的涂料渗透到混凝土气孔中，导致管内表面呈现明显且密集的针孔存在；现场随机取点验证，这些针孔内部有涂料填充，而非穿透性。

3.处理方法

（1）首先利用砂纸打磨管道内壁接缝混凝土，清除疏松的混凝土浮浆、泥土、粉尘、油污等杂质，并用压缩高压空气吹扫干净。

（2）以丙乳∶水泥=1∶2左右的重量比调制成粘稠状的丙乳净浆作为腻子，用钢片刮板均匀全面刮到管道内壁。刮腻子要用钢片刮板往返刮，注意上下左右接槎，用力均匀，两道刮板之间要干净，不允许留浮腻子，刮腻子时要防止沾上或混进砂粒等杂物。

（3）头道腻子刮过固化后，用砂纸磨平。如仍有针孔存在，再次用腻子进行复补找平，直到无针孔存在。内表面处理完成后，再次用高压空气把管内表面吹扫干净。

（4）对腻子刮好的管道包封管口养护一天，然后按设计的防腐要求喷涂防腐涂料。在管道端面和端口打压试验的进水孔内壁涂刷2遍环氧涂料。

4.PCCPDE管内防腐质量检验

（1）内防腐外观检查：现场随机抽样检查，管道的内防腐层表面平整、光滑、厚度均匀、表面无流挂、无露底、无针孔、无皱纹、无漏涂、无裂缝。

（2）内防腐厚度检查：使用磁性测厚仪对防腐处理后的干膜厚度检测均满足设计要求的漆膜厚度（不小于0.6mm）。

（3）内防腐粘结力检查：按规范要求进行防腐管粘结力检查。粘结力不合格的防腐管，不允许补涂处理，应铲掉该管全部防腐层重新进行防腐层施工。

（4）内防腐涂层电阻测定：现场随机抽取已完成防腐和未做防腐两批管材，采用涂层电阻测定方法进行电阻比对，其做过防腐的管材比未做防腐的管材绝缘电阻相差应超过50倍。

四、工程效果

1.施工安全、环保节能

无溶剂环氧涂料与普通溶剂型环氧涂料相比，普通溶剂型环氧涂料含有可挥发性有机溶剂（VOC），施工时对环境造成污染，危害施工人员的身心健康；且挥发出的VOC与空气混合可形成爆炸性气体；而无溶剂环氧涂料中无溶剂挥发，可消除涂层针孔，提高抗渗透性和耐腐蚀性能，消除对环境的污染和对身体的危害，避免产生爆炸的危险，还可减少通风设备，避免溶剂挥发造成的资源浪费。

2.优异的物理机械性能

由于环氧树脂分子结构中含有大量的羟基和醚基等极性基团，加之在固化过程中活泼的环氧基能与界面金属原子反应形成极为牢固的化学键，这保证了涂层与基材的优异附着力，特别是无溶剂环氧防腐涂层具有极佳的湿附着力，从而保证了涂层在液态介质腐蚀环境下优异的耐久性。无溶剂环氧涂料在交联固化后其涂层坚硬且柔韧性好、耐磨性优、抗划伤性好、耐撞击性优。

3.优异的耐化学品性

高度交联的无溶剂环氧防腐涂层具有优异的耐化学品性，能耐海水、中度的酸、碱、盐、各种油品、脂肪烃等化学品的长期浸泡。

4.优异的防腐性能

无溶剂环氧涂料由于不含挥发性有机溶剂，在干燥成膜过程中不会形成因溶剂挥发留下的孔隙，且成膜厚，涂膜致密性极佳，能有效抵挡污水、氧等腐蚀性介质透过涂层而腐蚀钢材。

5.施工方便、工效高

无溶剂环氧涂料在达到相同涂膜厚度的情况下，所需的涂料量比溶剂型环氧涂料要少；可制成厚浆型防腐涂料，涂刷厚度可达100～700μm，涂层结合强度高、收缩率小，从而降低涂装施工费用，且固化时不需要空气存在，甚至有些特殊改性的涂料可在水下固化。

五、结束语

环境保护是实现社会持续发展的前提，严格限制涂料中的VOC，最大程度地减少对环境的破坏，是实现可持续发展战略基本国策之一。无溶剂环氧涂料具有储存稳定性好，反应活性高，施工过程无污染，漆膜致密、坚硬、耐磨，具有优良的耐水、耐油和耐化学品介质腐蚀性；因此，在PCCPDE管防腐中应用无溶剂环氧涂料，能够有效地加强和提高PCCPDE管防腐的各项性能同时，减少有机溶剂挥发对空气的污染，达到环保节能的效果