给水管道防腐技术研究进展

2020-05-19夏鹏

建材与装饰 2020年13期

夏鹏

（广东省建筑设计研究院广东广州 510010）

0 引言

伴随城市现代化建设进程的加快，城市人口密度也在逐年递增，而居民生活用水在水质和水量上的要求也在提高。市政供水的施工质量及运行安全将直接影响到城市发展及每个居民的日常生活。

市政供水管道一般敷设于地下，选择的材料基本以球墨铸铁管、钢管为主，在相对复杂的土壤环境当中，受土壤内部多种化学成分作用，可能会发生结构改变、性能下降问题。因为地下管道侵蚀是一个缓慢的过程，难以被察觉，一旦出现问题其所带来的损失是破坏性的。涂敷防腐层是较为常用的防腐手段，其目的是将管道与腐蚀性环境隔离开，在诸多实践应用中已被证明是一种安全可靠且具备经济性的管道防腐技术。

本文探讨了管道腐蚀主要原因，总结目前应用较多的管道防腐技术。

1 给水管道腐蚀分类

在供水管道长时间的运行过程中，管道表面的腐蚀介质逐渐引起管道腐蚀变质，使管壁坑蚀、锈化，随着时间的积累，管壁缓慢变薄，最终引起穿孔和破裂现象。引起管道腐蚀的原因有以下三类：

1.1 化学腐蚀

化学腐蚀是指金属管道与非电解质直接发生化学作用引起的腐蚀，单纯的化学腐蚀的过程是非常少见的。

1.2 电化学腐蚀

电化学腐蚀是指金属管道与电解质组成原电池产生的腐蚀。金属管道内部杂质与管道本体形成众多微电池，导致了金属管道的腐蚀。

1.3 细菌腐蚀

土壤与输送水中均含有大量细菌微生物，细菌将介质中的有机物转化为盐类成酸类，形成腐蚀性电池。

2 给水管道外防腐工艺

防腐层在金属管道的腐蚀控制中占有十分重要的位置，通过将腐蚀性介质与金属管道隔离开，减缓或阻止金属管道的腐蚀。

2.1 钢制管道外防腐工艺

2.1.1 石油沥青

石油沥青防腐层由石油沥青、玻璃布、塑料膜、底漆组成，其原材料丰富，价格低廉，技术已十分成熟。但其机械强度低，工作温度范围小、吸水率高、易受细菌腐蚀，已逐步被取代使用。目前，该防腐层主要用于一些旧沥青防腐层的修复，新建管道已很少应用。

2.1.2 环氧玻璃鳞片涂层

环氧玻璃鳞片涂层是由环氧树脂、玻璃鳞片、固化剂、溶剂等组成的涂料。扁平状鳞片骨料在涂层中交错排开，层层叠压，对腐蚀介质构成一道道屏障，使得该涂层具有优良的抗渗透性能。目前环氧玻璃鳞片涂层技术已趋于成熟，使用成本适中，是一种值得推广的防腐涂料。

2.1.3 聚乙烯防腐胶粘带

聚乙烯防腐胶粘带由防腐带、保护带、补口带、底漆构成。该防腐层具有绝缘电阻高、无环境危害、使用寿命长、价格适中的特点。但实践证明，聚乙烯胶带耐土壤应力性能较低，但在现场施工除锈不完全或因环境因素导致粘结不严密时，聚乙烯防腐胶粘带层易发生局部剥离，屏蔽阴极保护[1]。

2.1.4 3PE

3PE 防腐层由环氧类涂料底层、胶粘剂中间层、聚乙烯外防护层构成。具有高附着力、高抗阴极剥离性能、抗冲击能力强、水汽渗透率低等优点等优点，如图1 所示，聚乙烯外防护层严密地粘结在钢管外皮，断绝了氛围和水的浸透。

由于定点加工、价格昂贵等缺陷，尚未大规模应用于供水行业，随着3PE 技术的不断应用和成本的降低，市政供水行业将越来越多采用该防腐技术。目前国内已有20000 余km 埋地钢管采用3PE 防腐涂层技术。

图1 3PE 外防腐钢管

2.1.5 熔结环氧粉末（FBE）

FBE 涂层按照结构组成分为单层与双层两类。单层防腐涂层具有粘结性高、耐阴极剥离、耐腐蚀、工作温度范围宽等优点，但抗冲击性能和耐划伤性能不足，在使用中易出现损伤缺陷。

双层环氧粉末外涂层以普通环氧粉末为底层，起防腐作用，以改性环氧粉末为面层，增强机械性能，如图2 所示，喷涂的环氧外图层在钢管外壁形成致密的外保护层。同时该涂层易于施工，经济性也比较好。

图2 FBE 外防腐钢管

2.1.6 高效复合涂层系统（HPCC）

HPCC 是全粉末涂覆的多组分涂层系统：由FBE 内层、聚乙烯胶粘剂中间层、聚乙烯涂层外层结合而成。相较3PE 涂层，HPCC 涂层更均匀，层间粘结力更强，耐阴极剥离性能优异。HPCC 还具有低温适应性特点，在寒冷地区适用性更高。到目前为止，加拿大和美国已有数千公里管道采用HPCC 防腐技术，是一种可长期使用的防腐技术。

2.2 球墨铸铁管外防腐工艺

球墨铸铁管外防腐层需根据土壤环境特性灵活选择，一般腐蚀性土壤环境选择标准防腐层，通常采用锌+沥青漆；强腐蚀性土壤环境中在标准防腐基础上增加聚乙烯套或直接采用聚氨酯防腐层。

2.2.1 喷锌加喷涂沥青漆

此种涂层为球墨铸铁管外表面标准防腐层，技术标准为130g/m2锌+70μm 沥青漆，含锌质量分数不小于99.99%[2]。如图3 所示，锌涂层在管道外壁形成一层致密的保护膜，降低环境侵蚀风险，同时利用金属锌的抗冲击塑性变形能力，减小外界损害。此外沥青终饰涂层与锌涂层紧密结合，有效提高防腐层寿命。

图3 球墨铸铁管喷锌喷涂沥青漆外防腐

2.2.2 外加聚乙烯套

在土壤腐蚀性较强时，需要在球墨铸铁管标准防腐层外套一层0.2mm 厚的聚乙烯保护套，防止土壤与管道的直接接触，抑制电化学腐蚀，从而达到管道防腐作用[3]。

2.2.3 聚氨酯涂层

聚氨酯涂层以聚氨酯为成膜原料，与基底能形成较好的附着效果。因其耐磨性强、机械强度高、化学性能稳定、温度适应能力强，应用前景广阔。除了作为球铁管外表面防腐涂层外，也可作为内防腐涂层。

3 给水管道内防腐工艺

作为输送饮用水的给水管道，其内防腐层与水流长期接触，涂层无毒卫生是最基本要求，耐微生物腐蚀和耐水力冲刷是材料选择的重要考虑因素。在选择内防腐层涂料时，内壁光滑程度也是一项重要指标，较小的表明粗糙度既能提高介质输送能力，还能避免沉淀物的积累聚集。

3.1 水泥砂浆衬里

水泥砂浆衬里是一种传统的管道内壁防腐衬里，已有近百年历史，其原料易得，价格便宜，作业简便，在中性和碱性水中有很好的耐蚀性，在国内外均获得广泛的应用。水泥材料分为普通硅酸盐水泥、高铝水泥、抗硫酸盐水泥三种。普通硅酸盐水泥砂浆内衬应用比较广泛，可用于输送原水和饮用水，如图4 所示。

3.2 水泥砂浆衬里+密封层

图4 水泥砂浆内防腐钢管

为了抑制水泥砂浆内衬中成分析出对水质造成影响，在水泥砂浆内衬表面喷涂一层有机涂料固化作为密封层，形成一个物理屏障，避免水与球墨铸铁管内壁的直接接触；同时也减缓水泥砂浆内衬向水中释放碱性物质的过程，从而延长了内衬使用寿命。使用较多的是环氧树脂密封层，采用无溶剂环氧涂料，环境友善，附着力强，涂层紧密、光滑，而使用寿命也能够达到50 年以上。