宋潤田

　　【摘要】 本文主要針對給排水管道內壁水泥砂漿襯里新材料、新施工機具的發展及特點進行介紹，力求將這一新技術拓展開來，使其在21世紀發揮更大的作用。
　　【關鍵詞】 管道 砂漿內襯 施工機具 技術拓展

1 概況

　　隨著城鄉經濟飛速發展，特別是大、中城市發展，不僅為房地產業、商業、交通運輸業、等行業帶來新面貌，更為城市給排水行業帶來勃勃生機。首先是大口徑、長距輸水工程增加。70年代初，我國大、中城市相應鋪設較多的給水鋼管道，其中大口徑鋼管占相當比例。當時只是在管道內壁涂刷石油瀝青冷底子油做內防腐層，這種防腐層除達不到衛生要求外，也起不到防腐作用，嚴重影響管道使用壽命，給國家財產造成極大的浪費。北京某給水工程經五年多運行后檢查，管道內壁腐蝕最深達3mm。由此可見，管道內壁未采用有效的防腐層或先進的技術措施，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。在歐美等發達國家已有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

　　解析這些長壽管道，發現在當時外防腐十分簡陋，在沒有陰極保護的條件下，仍能獲得很好的使用效果，這種賦予人類持續長益的現實，已引起國內外專家的關注與研究。這些管道其內襯里質量密實而堅硬，厚度約在10～15mm 左右，施工也非手工操作，經分析認為系改性砂漿、離心機械噴射工藝。從國際交流中獲悉，當時用的是火山灰與抗硫水泥，C3A＜6。現代方法是在普通砂漿中，摻入無機活性粉料與外加劑，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。
　　國內給排水行業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。經過了數十年實踐，并總結一些具有拓展性問題：
　　① 給水鋼管采用改性砂漿機械噴射工藝，是給排水管道水泥砂漿內襯里質量可靠的保證。
　　② 海水、污水鋼管道采用改性砂漿與聚合物砂漿同樣可達到百年壽命。這種改性砂漿通過機械能量做出的內襯里，原來作為抗腐蝕為目的，現已成了高強度內膽復合體，使鋼管兩個最大的弱點轉化為優點，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到共識，一致認為是大口徑、長距離輸水工程首選材料。
　　③ 建立抗腐層。抗腐層表面現象已被水體中酸化物質所穿透、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，往往被人們誤解為‘老化’并會影響水質，其實這是一層抗腐層，是自我保護的天然屏障，它的基體石墨化很堅固，再不會被繼續穿透。鋼管道內壁知所以采用改性砂漿就是要它建立起這種抗腐層，而不發生層層剝落。

3 實施與拓展

　　改性砂漿和聚合物砂漿加之機械噴射工藝，這一新技術已被先睹者所采納，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。經過較長時間的應用，如今獲得了“一勞永逸”的成效，而且未產生任何不良后果。
　　改性砂漿和聚合物砂漿經北京市權威部門檢測有三點較為突出：
　　①無毒，無有害物質浸漬溢出。砂漿層保護了管內壁不銹蝕，使鐵細菌無法生成。砂漿層表面細菌不繁殖，有效控制了管道二次污染和可怕的三氯甲烷的發生，有利于人類飲水健康。同時也為食品工業、輕工業等行業產品質量提高打下較好的基礎。
　　②抗滲、抗漏、抗爆的安全系數大，社會效益好。
　　③因摩阻系數可＜0．012，使用后由于內襯逐漸生成完好的防腐層，使管道內壁平整、光滑摩阻系數還會繼續下降，固隨時間延長可相應增加輸水量。
　　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，是保護鋼鐵，鈍化鋼鐵不受氧化，以及生成白色鈍化膜起了作用。
　　②由于它的透氣，在管中壓力突然發生驟變時，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。
　　③在施工中微間隙干縮裂縫，通水后會自動痊合。
　　④小面積漏襯的地方，它在砂漿堿性液保護下不易發生銹蝕與銹垢
　　⑤小口徑鋼管接口區的空隙，也受到相應的保護。
　　⑥強大拱力作用并富有彈性，經受得起外力，不易發生坍塌、脫落。
　　⑦砂漿與鋼鐵膨脹系數接近，由溫差帶來的應力變化趨近于零。
　　⑧它能與侵蝕性不大的水質建立起抗腐層而長期穩定下來。
　　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，并有了新的發展，因此在管道內壁防護這一領域，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，管道處于惡性循環與惡性膨脹之中，使社會效益與經濟效益極差。世界各國，包括發達國家在內都有慘重的教訓。
　　特別是城鄉給水處理廠采用三氯化鐵與硫酸亞鐵做為混凝劑，水質侵蝕性不穩定指數增大，腐蝕結垢速度加快，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，聯合國互助基金會和教科文組織對這項給排水管道內襯新發展評價很高。

4 國內與國際標準及應用

　　關于管道砂漿質量標準規范，發達國家與企業大都制定了標準，美國經過100年的使用實踐，于1933年制定AWWA602標準與AWWA205標準適應于埋地管道與車間管道的施工。
　　英國制定BS—534標準分混凝土與砂漿襯里兩種，質量要求較高，適用于埋地、露天場地與車間管道的施工。
　　德國制定了DIN2614標準適用于供水、海水、污水。這些標準具有國際權威性。
　　我國于1989年制定了CECS—89：10標準，只適用于埋地。關于車間與露天的施工只做為參考。
　　從這些標準中，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接軌的重要內容。
　　獲得密實型優質砂漿襯里，一是靠改性砂漿配合比，二是要靠機具，使拌料達到砂漿最大塑性。經上海有關部門、國家建材局等，多年研究已開發出第二代噴漿、涂抹、送料一步化機裝置。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，應用于海水，污水管道和混凝土酸池上，加上機械工藝勻獲得成功。這告訴了我們改性砂漿與聚合物砂漿，是一門新興科學，它不僅在鋼管上使用，而且也可作為混凝土管的襯里，費用極少效果顯著。德國與日本在這方面發展較快，他們已制定了國家級標準。
　　關于襯里工藝問題，前些年爭論比較激烈，不少人認為離心機工藝最好，襯里質量密實與光潔，但有分層、厚度不均，只好短管施工。經過長期比較，已被改性砂漿噴射機工藝代替。因為噴射工藝細顆粒射擊，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。如果把二者結合起來，既噴射又離心，可獲得高質量。日本久保田曾獨占鰲頭，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，已達道國際先進水平。
　　為促進我國沿海大型企業、發電廠、熱電廠以及核電廠的海水冷卻系統管道和管網采用聚合物砂漿襯里，以及改性砂漿襯里，應用到海水污水管道、避免采用一般水泥砂漿壽命不長的彎路。因為外商與國內企業人員容易把美國給水工程學會砂漿襯里標準AWWA205和AWWA602，誤解為“水工”學會標準，套用到海水管道上應用，殊不知該標準屬一般水泥砂漿經不起海水的侵蝕與化學的腐蝕，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部APIRP－10E標準，該標準只是指出，海水管道必須采用改性砂漿或聚合物砂漿，還有1987年德國標準DIN4030，DIN2614規定了海水管道必須采用聚合物K型砂漿。
　　關于我國目前只有企業標準，國家級、地方級標準暫缺。中國國家級的CECS－10：
　　89標準，明確指出只適用于《生活飲用水衛生標準》(GB5749－85)。
　　關于海水管道，污水管道，工業酸鈣鹽管道采用聚合物砂漿這一先進技術與工藝，尚需制定國家標準。
　　關于層層剝落理論依據：
　　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MgCl₂＋Ca(OH)₂→CaCl₂＋Mg(OH)₂，隨著CaCl₂疏松體溶析MgCl₂生成水化石結晶體膨脹，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。與此同時又摻入微量有機硅增加了砂漿層的透氣性與砂漿表面的抗水性。有機硅與聚合物結合，促進了“抗腐層”的建立，保持了原有的新管狀態。
　　與此同時，在上述同一根DN1800主管道上的DN900支管，當時采用了一般水泥砂漿襯里，5年后就被瓦解而發生腐蝕滲漏。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，就聚合物砂漿大規模應用到給水管道與海水管道方面，有實際工程例子的、有理論依據的、有實驗室配方的很少，所以我國在國際上是處于領先地位的。
　　望改性砂漿與聚合物砂漿以及機械化施工這一成熟科技成果迅速推廣應用，不僅能在給水管道使用，而且也可在海水、污水、油田注水、工業酸鈣鹽等管道上應用。
　　國內運用這一科技成果，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襯改性砂漿襯里工程。
　　上述工程質量均以受到國內外檢測部門的認可。

參考文獻
　　[1]美國紐約管道中心襯里公司，埋地管道砂漿襯里技術與工藝，1960
　　[2]加拿大《開利》專業公司，管道砂漿襯里施工方法，1965
　　[3]英國砂漿襯里質量標準規范Bs－534－29，1991
　　[4]德國砂漿襯里質量標準規范DIN－2614、DIN－4030，1994
　　[5] 給排水技術1983－4
　　[6]全國給排水情報網1996－4
　　[7]全國給排水情報網1981