宋潤田

　　【摘要】 本文主要針對給排水管道內(nèi)壁水泥砂漿襯里新材料、新施工機(jī)具的發(fā)展及特點(diǎn)進(jìn)行介紹，力求將這一新技術(shù)拓展開來，使其在21世紀(jì)發(fā)揮更大的作用。
　　【關(guān)鍵詞】 管道 砂漿內(nèi)襯 施工機(jī)具 技術(shù)拓展

1 概況

　　隨著城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，特別是大、中城市發(fā)展，不僅為房地產(chǎn)業(yè)、商業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、等行業(yè)帶來新面貌，更為城市給排水行業(yè)帶來勃勃生機(jī)。首先是大口徑、長距輸水工程增加。70年代初，我國大、中城市相應(yīng)鋪設(shè)較多的給水鋼管道，其中大口徑鋼管占相當(dāng)比例。當(dāng)時只是在管道內(nèi)壁涂刷石油瀝青冷底子油做內(nèi)防腐層，這種防腐層除達(dá)不到衛(wèi)生要求外，也起不到防腐作用，嚴(yán)重影響管道使用壽命，給國家財產(chǎn)造成極大的浪費(fèi)。北京某給水工程經(jīng)五年多運(yùn)行后檢查，管道內(nèi)壁腐蝕最深達(dá)3mm。由此可見，管道內(nèi)壁未采用有效的防腐層或先進(jìn)的技術(shù)措施，既縮短工程使用年限，又影響城市正常供水。
　　給水鋼管的內(nèi)防腐，采用‘水泥砂漿’襯里，其使用壽命長，具有非凡的功能。在歐美等發(fā)達(dá)國家已有150余年的歷史，在上海也有英商80年前安裝的管道，經(jīng)過幾十年甚至上百年的使用，至今仍能保持良好的‘新’管輸水能力，甚至不亞于新管的輸水能力，這不能不說是個奇跡。但是，這種‘水泥砂漿’而不是目前所說的一般水泥砂漿，而正是本文要介紹的改性砂漿和聚合物砂漿。

2 性能與特點(diǎn)

　　解析這些長壽管道，發(fā)現(xiàn)在當(dāng)時外防腐十分簡陋，在沒有陰極保護(hù)的條件下，仍能獲得很好的使用效果，這種賦予人類持續(xù)長益的現(xiàn)實，已引起國內(nèi)外專家的關(guān)注與研究。這些管道其內(nèi)襯里質(zhì)量密實而堅硬，厚度約在10～15mm 左右，施工也非手工操作，經(jīng)分析認(rèn)為系改性砂漿、離心機(jī)械噴射工藝。從國際交流中獲悉，當(dāng)時用的是火山灰與抗硫水泥，C3A＜6?，F(xiàn)代方法是在普通砂漿中，摻入無機(jī)活性粉料與外加劑，故稱之改性砂漿，若投入水溶性聚合物乳液，則稱之為聚合物砂漿。
　　國內(nèi)給排水行業(yè)如上海約在三十年前就開始試驗、研究改性砂漿與聚合物砂漿。經(jīng)過了數(shù)十年實踐，并總結(jié)一些具有拓展性問題：
　?、?給水鋼管采用改性砂漿機(jī)械噴射工藝，是給排水管道水泥砂漿內(nèi)襯里質(zhì)量可靠的保證。
　?、?海水、污水鋼管道采用改性砂漿與聚合物砂漿同樣可達(dá)到百年壽命。這種改性砂漿通過機(jī)械能量做出的內(nèi)襯里，原來作為抗腐蝕為目的，現(xiàn)已成了高強(qiáng)度內(nèi)膽復(fù)合體，使鋼管兩個最大的弱點(diǎn)轉(zhuǎn)化為優(yōu)點(diǎn)，即防腐又抗壓。在第六屆國際改性砂漿與聚合物砂漿交流中同國際友人已達(dá)到共識，一致認(rèn)為是大口徑、長距離輸水工程首選材料。
　?、?建立抗腐層?？垢瘜颖砻娆F(xiàn)象已被水體中酸化物質(zhì)所穿透、疏化，穿透深度僅1．8～3mm，酸化程度由PH12．5→5．0，從表面看成黑褐色，上面覆蓋滑膩物質(zhì)，往往被人們誤解為‘老化’并會影響水質(zhì)，其實這是一層抗腐層，是自我保護(hù)的天然屏障，它的基體石墨化很堅固，再不會被繼續(xù)穿透。鋼管道內(nèi)壁知所以采用改性砂漿就是要它建立起這種抗腐層，而不發(fā)生層層剝落。

3 實施與拓展

　　改性砂漿和聚合物砂漿加之機(jī)械噴射工藝，這一新技術(shù)已被先睹者所采納，近廿年已推廣到全國各地城市鋼管給水工程、污水工程、海水冷卻工程以及混凝土的污水管道工程。經(jīng)過較長時間的應(yīng)用，如今獲得了“一勞永逸”的成效，而且未產(chǎn)生任何不良后果。
　　改性砂漿和聚合物砂漿經(jīng)北京市權(quán)威部門檢測有三點(diǎn)較為突出：
　　①無毒，無有害物質(zhì)浸漬溢出。砂漿層保護(hù)了管內(nèi)壁不銹蝕，使鐵細(xì)菌無法生成。砂漿層表面細(xì)菌不繁殖，有效控制了管道二次污染和可怕的三氯甲烷的發(fā)生，有利于人類飲水健康。同時也為食品工業(yè)、輕工業(yè)等行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量提高打下較好的基礎(chǔ)。
　?、诳?jié)B、抗漏、抗爆的安全系數(shù)大，社會效益好。
　?、垡蚰ψ柘禂?shù)可＜0．012，使用后由于內(nèi)襯逐漸生成完好的防腐層，使管道內(nèi)壁平整、光滑摩阻系數(shù)還會繼續(xù)下降，固隨時間延長可相應(yīng)增加輸水量。
　　改性砂漿與聚合物砂漿之所以使用壽命長，其機(jī)理在于隔離性的滲透與透氣作用：
　　①滲透到管壁上的Ca(0H)₂溶液PH值為12，是保護(hù)鋼鐵，鈍化鋼鐵不受氧化，以及生成白色鈍化膜起了作用。
　?、谟捎谒耐笟?，在管中壓力突然發(fā)生驟變時，能瞬間釋放襯里與管壁之間的能量，從而防止了襯里的崩裂。
　?、墼谑┕ぶ形㈤g隙干縮裂縫，通水后會自動痊合。
　?、苄∶娣e漏襯的地方，它在砂漿堿性液保護(hù)下不易發(fā)生銹蝕與銹垢
　　⑤小口徑鋼管接口區(qū)的空隙，也受到相應(yīng)的保護(hù)。
　　⑥強(qiáng)大拱力作用并富有彈性，經(jīng)受得起外力，不易發(fā)生坍塌、脫落。
　?、呱皾{與鋼鐵膨脹系數(shù)接近，由溫差帶來的應(yīng)力變化趨近于零。
　?、嗨芘c侵蝕性不大的水質(zhì)建立起抗腐層而長期穩(wěn)定下來。
　　⑨也能同時與侵蝕性較大的海水、污水通過改性砂漿和聚合物砂漿，建立起抗腐層，從而也延長海水、污水管道壽命。
　　近年來改性砂漿與聚合物砂漿的使用獲得成功，并有了新的發(fā)展，因此在管道內(nèi)壁防護(hù)這一領(lǐng)域，目前其它材料是無法與改性砂漿與聚合物砂漿襯里相比美。
　　大量事實證明，若采用其它產(chǎn)品，其鋼管壽命僅為3～5年，最多7～8年而告終，隨之將帶來銹垢銹蝕危害，管道處于惡性循環(huán)與惡性膨脹之中，使社會效益與經(jīng)濟(jì)效益極差。世界各國，包括發(fā)達(dá)國家在內(nèi)都有慘重的教訓(xùn)。
　　特別是城鄉(xiāng)給水處理廠采用三氯化鐵與硫酸亞鐵做為混凝劑，水質(zhì)侵蝕性不穩(wěn)定指數(shù)增大，腐蝕結(jié)垢速度加快，使更換管道安排已措手不及。
　　鑒于改性砂漿與聚合物砂漿襯里的特點(diǎn)，聯(lián)合國互助基金會和教科文組織對這項給排水管道內(nèi)襯新發(fā)展評價很高。

4 國內(nèi)與國際標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用

　　關(guān)于管道砂漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，發(fā)達(dá)國家與企業(yè)大都制定了標(biāo)準(zhǔn)，美國經(jīng)過100年的使用實踐，于1933年制定AWWA602標(biāo)準(zhǔn)與AWWA205標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)于埋地管道與車間管道的施工。
　　英國制定BS—534標(biāo)準(zhǔn)分混凝土與砂漿襯里兩種，質(zhì)量要求較高，適用于埋地、露天場地與車間管道的施工。
　　德國制定了DIN2614標(biāo)準(zhǔn)適用于供水、海水、污水。這些標(biāo)準(zhǔn)具有國際權(quán)威性。
　　我國于1989年制定了CECS—89：10標(biāo)準(zhǔn)，只適用于埋地。關(guān)于車間與露天的施工只做為參考。
　　從這些標(biāo)準(zhǔn)中，我們可以從中了解到，改性砂漿與聚合物砂漿的可行性是與國際技術(shù)接軌的重要內(nèi)容。
　　獲得密實型優(yōu)質(zhì)砂漿襯里，一是靠改性砂漿配合比，二是要靠機(jī)具，使拌料達(dá)到砂漿最大塑性。經(jīng)上海有關(guān)部門、國家建材局等，多年研究已開發(fā)出第二代噴漿、涂抹、送料一步化機(jī)裝置。并在大慶、廈門、香港屯門、香港荃彎給排水工程中均獲得好評。
上海采用聚合物砂漿，應(yīng)用于海水，污水管道和混凝土酸池上，加上機(jī)械工藝勻獲得成功。這告訴了我們改性砂漿與聚合物砂漿，是一門新興科學(xué)，它不僅在鋼管上使用，而且也可作為混凝土管的襯里，費(fèi)用極少效果顯著。德國與日本在這方面發(fā)展較快，他們已制定了國家級標(biāo)準(zhǔn)。
　　關(guān)于襯里工藝問題，前些年爭論比較激烈，不少人認(rèn)為離心機(jī)工藝最好，襯里質(zhì)量密實與光潔，但有分層、厚度不均，只好短管施工。經(jīng)過長期比較，已被改性砂漿噴射機(jī)工藝代替。因為噴射工藝細(xì)顆粒射擊，排除了空氣堆積在管壁上，加上砂漿改性，所以上海自來水公司、上海鑄管廠都已改為噴射工藝。如果把二者結(jié)合起來，既噴射又離心，可獲得高質(zhì)量。日本久保田曾獨(dú)占鰲頭，我國在蘇州也有實踐。可以說我國在埋地鋼管實施改性砂漿高速噴射工藝，已達(dá)道國際先進(jìn)水平。
　　為促進(jìn)我國沿海大型企業(yè)、發(fā)電廠、熱電廠以及核電廠的海水冷卻系統(tǒng)管道和管網(wǎng)采用聚合物砂漿襯里，以及改性砂漿襯里，應(yīng)用到海水污水管道、避免采用一般水泥砂漿壽命不長的彎路。因為外商與國內(nèi)企業(yè)人員容易把美國給水工程學(xué)會砂漿襯里標(biāo)準(zhǔn)AWWA205和AWWA602，誤解為“水工”學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)，套用到海水管道上應(yīng)用，殊不知該標(biāo)準(zhǔn)屬一般水泥砂漿經(jīng)不起海水的侵蝕與化學(xué)的腐蝕，用不了5～10年的時間被腐蝕破壞。
　　可查證的是1982年頒布的美國石油工業(yè)部APIRP－10E標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)只是指出，海水管道必須采用改性砂漿或聚合物砂漿，還有1987年德國標(biāo)準(zhǔn)DIN4030，DIN2614規(guī)定了海水管道必須采用聚合物K型砂漿。
　　關(guān)于我國目前只有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國家級、地方級標(biāo)準(zhǔn)暫缺。中國國家級的CECS－10：
　　89標(biāo)準(zhǔn)，明確指出只適用于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749－85)。
　　關(guān)于海水管道，污水管道，工業(yè)酸鈣鹽管道采用聚合物砂漿這一先進(jìn)技術(shù)與工藝，尚需制定國家標(biāo)準(zhǔn)。
　　關(guān)于層層剝落理論依據(jù)：
　　水泥砂漿的水化石－硅酸三鈣，它與水作用
　　2(3CaOSiO₂)＋6H₂O→3Ca(OH)₂生成Ca(OH)₂
　　Ca(OH)₂與海水中的MgCl₂、NaCl起置換反應(yīng)MgCl₂＋Ca(OH)₂→CaCl₂＋Mg(OH)₂，隨著CaCl₂疏松體溶析MgCl₂生成水化石結(jié)晶體膨脹，成為松散的沉淀體，會逐漸被水流速沖刷掉，這就是常見的層層剝落原因。
　　25年前，本著這個機(jī)理，就上海某廠DN1800的鋼管海水輸送管道，加入了少量的水溶性聚合物，有效地防止了Ca(OH)₂的析出，阻止海水氯化物、硫酸鹽的置換反應(yīng)。與此同時又摻入微量有機(jī)硅增加了砂漿層的透氣性與砂漿表面的抗水性。有機(jī)硅與聚合物結(jié)合，促進(jìn)了“抗腐層”的建立，保持了原有的新管狀態(tài)。
　　與此同時，在上述同一根DN1800主管道上的DN900支管，當(dāng)時采用了一般水泥砂漿襯里，5年后就被瓦解而發(fā)生腐蝕滲漏。這一事例與上鋼五廠、秦山核電一期相類似。
　　從1994年第六屆國際聚合物砂漿與聚合物混凝土交流會了解到，就聚合物砂漿大規(guī)模應(yīng)用到給水管道與海水管道方面，有實際工程例子的、有理論依據(jù)的、有實驗室配方的很少，所以我國在國際上是處于領(lǐng)先地位的。
　　望改性砂漿與聚合物砂漿以及機(jī)械化施工這一成熟科技成果迅速推廣應(yīng)用，不僅能在給水管道使用，而且也可在海水、污水、油田注水、工業(yè)酸鈣鹽等管道上應(yīng)用。
　　國內(nèi)運(yùn)用這一科技成果，已取得成效有：
　　1975年上海某廠海水冷卻鋼管聚合物砂漿襯里工程。
　　1999年2月某核電海水管道內(nèi)襯聚合物砂漿襯里工程。
　　1999年5月上海某鋼廠長江引水鋼管內(nèi)襯改性砂漿襯里工程。
　　上述工程質(zhì)量均以受到國內(nèi)外檢測部門的認(rèn)可。

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