大口径长距离输水管道水泥砂浆内衬性能试验研究

倪泽雨 倪嵩波 黄益平 张艳芳 陈 豪

（中建安装集团有限公司，江苏 南京 210049）

不锈钢管道存在着耐腐蚀性差的缺点，本身输送介质的腐蚀和磨损，使输水管线发生腐蚀穿孔或断裂，造成泄露事故，大大缩减了管道的使用寿命[1]，不仅造成了材料的浪费，还影响了城市正常生产生活。输水钢管的内防腐技术有水泥砂浆衬里、聚烯烃膜衬里、防腐涂料衬里等[2]。其中水泥砂浆内衬具有耐水流冲击性能优良、防腐蚀效果好、施工简便、造价低的特点，且对管道内壁表面的处理要求较低，因此在工程中应用较广。水泥砂浆衬里不像其他防腐技术仅仅把输送介质和管壁隔开，它的原理比较独特，具有渗透性和可愈性[3]。

本文针对大口径长距离输水管道水泥砂浆内衬性能进行试验研究，研究其防腐性能及其对水质的影响。

1.1 试验原料

管材：DN1400不锈钢，将管道切割成10cm×10cm若干片，管内壁无泥土、无水及大面积浮锈、油污；

水：符合《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）要求的自来水；

水泥：衬里用水泥符合《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175-2020）的规定，水泥标号不小于42.5级；

砂：采用长江砂，砂颗粒要坚硬洁净级配良好。其质量标准和检验方法除符合《普通混凝土用砂的质量标准及检验方法》（JGJ 52-79）外，砂中泥土、云母、有机杂质以及其他有害物质的总重不超过总重的2%。

1.2 水泥砂浆制备

采用配比为1:1.5的水泥和砂制备水泥砂浆，通过搅拌机搅拌4min，搅拌过程中严格防止石块和异物混进砂浆，将12目的筛子覆盖于搅拌机料斗上，砂经过两遍筛分，水泥经过一遍筛分后倒进料斗。

1.3 防腐管道试样制备

由于工厂与现场的使用设备与施工作业难度等方面的影响，水泥砂浆衬里因而采用不同的施工方法。工厂施工主要采用喷涂法、离心法和喷涂与离心相结合的方法；
对于现场的施工，因为所处环境不同，应力求施工方便、快捷，操作技术及设备简单，常采用的施工方法是拖拉法和风送法[4-5]。

本试样由于体型较小，故而采用喷涂法进行水泥砂浆内衬的喷涂，主要施工步骤为：清管→将喷涂机送至指定位置→机械搅拌砂浆→倒入送浆车储浆桶内→快车开到喷涂机→连接喷涂机→机械喷涂→人工修补→自查测厚记录→清理[6]。防腐层形成后，立即封闭管道，终凝后进行8d的潮湿养护。

1.4 中性盐雾试验

将试样置于DCTC1200PN型盐雾箱中，严格依据标准GB/T 10125-2012的要求进行中性盐雾人工加速腐蚀试验。设定盐雾箱的温度为35℃，饱和器湿度为47℃，相对湿度大于100%，进气压力为70~170kPa，喷雾量1.5±0.5mL/h，NaCl溶液的浓度为50g/L、pH为6.5~7.2。

1.5 泡水试验

将中性盐雾试验32d后的样品进行处理，再将样品放入检测地自来水中浸泡1d，然后对水质进行分析，以此判断水泥砂浆内衬防腐管道长时间使用后对水质的影响。

2.1 综合性能分析

对养护前后的试样中水泥砂浆综合性能进行检测分析，结果如表1所示。

表1 水泥砂浆综合性能

采用液体环氧涂料进行内衬防腐，基底处理要求为Sa3.0，综合造价为52.9元/m2。从表1中可以看出水泥砂浆具有良好的耐水流冲击性能，对比液体环氧涂料内衬防腐，水泥砂浆内衬防腐对基底处理要求低且绿色环保、综合造价低廉，因此可以广泛地用于大管径、长距离取水工程。相关质量数据均满足《埋地给水钢管道水泥砂浆衬里技术标准》（CECS10-2019）中钢管内防腐的验收要求，质量合格。

2.2 防腐性能检测

参照国标中的检测方法对水泥砂浆衬里涂层的耐磨性、耐酸性、耐碱性和耐高温性进行检测，检测结果如表2所示。

表2 水泥砂浆衬里涂层耐特殊条件检测表

2.3 涂层附着力

对保养完成后的水泥砂浆内衬防腐管道根据GB/T 5210-1985采用拉开法对附着力进行检测。

针对坚硬的涂层，选取边长60mm的正方形试柱，用胶粘剂将试柱粘结到水泥涂层表面两侧，保持两个试柱同轴心排列，待固化剂干燥后（23±2℃，50±5%RH环境条件下24h），将试验块放置试验机上进行拉开测试，垂直向上施加的拉伸应力不超过1MPa/s，通过观察试柱及涂层表面，得到涂层与金属底材的破坏类型及程度。测试结果为663.6kPa，同等条件下液体环氧涂料的附着力为30.57MPa。单从附着力来看，水泥砂浆的附着力要远小于涂料的附着力。

然而在圆柱形管道内部，水泥砂浆与管道内壁形成一个紧密结合的高强度圆壳体内衬层，当拉力大于胶粘剂的粘结力时，也无法将涂层剥落，由此可以判断出，在水泥砂浆内衬防腐过程中，水泥砂浆间的强剪切力，是使得砂浆不易与管道分离的主要原因。

对中性盐雾试验结束后的试样同样用拉开法对附着力进行检测，此时水泥砂浆的附着力为2.8kPa。可以看出在试样经过腐蚀以后，砂浆的附着力产生的大幅度的变化。这主要是由于水通过砂浆空隙还有试验边缘缝隙渗透到砂浆与管道接触面造成的。

2.4 水质变化分析

将泡水试验结束后的水质进行检测，结果如表3所示。

表3 管道砂浆内衬防腐水质检测表

从表4可以看出，通过加速腐蚀32d后的试样在水中浸泡1d后水质符合GB 5749-2006生活饮用水卫生标准。由此可以判断，自来水厂通过采用此种防腐方式的管道将生活用水输向用户时，管道末端出水仍然符合卫生标准。

综上所述，水泥砂浆衬里化学性能比较稳定，对钢管内壁除锈要求不高，综合费用较低，采用机械喷涂时施工质量有保证，工程进度快。通过对水泥砂浆的性能测试，结果表明水泥砂浆内衬防腐，在大口径输水管道长距离输水中耐腐蚀性好，与水接触时对水质影响小，可为其他长距离取水工程提供参考。