球墨铸铁管内衬铝酸盐水泥在污水管网中的应用

江国华

芜湖新兴铸管有限责任公司

1 引言

球墨铸铁管现已广泛应用于城镇供水及燃气行业，是当今世界最为理想的输水管材之一。球墨铸铁管内部的石墨从片状石墨转变成球状，使球墨铸铁管具有了良好的可延性、柔韧性和抗冲击性，随着我国经济社会的发展，球墨铸铁管在输水管网中已经得到广泛的应用。基于其显著的优势，本文对以铝酸盐水泥作为内衬材料的球墨铸铁管在污水管网的应用做了进一步探讨。

2 污水管网的选材

由于城镇化和工业化的高度发展，生活污水、工业废水使得水质日趋复杂和径流水的污染日趋严重，各级政府都已经积极行动起来，城市污水、黑臭水体的处理越来越被高度重视。污水的处理涉及很多方面，管网建设是一个重要环节。管网管材的选择，一般会从以下几个方面进行考虑，一是管材性能可靠，能承受内压和外载荷要求；二是使用寿命，并且考虑后期管材来源是否有充足保证，以及管件配套和后期维修工作量大小；三是适应污水管线铺设安装地质地形条件；四是工程造价；五是施工及安装便利性。目前，常用于管道工程的管材有：玻璃钢管、聚乙烯（PE）管、钢管、预应力钢筒混凝土管和球墨铸铁管等。

玻璃钢管虽然重量轻，方便安装，价格低，但其承受外载荷能力差，维护不方便，维修成本高。聚乙烯（PE）管与玻璃钢管在物理化学性能上差不多，且大口径的PE 管造价非常贵，生产的企业也较少。钢管安全性好，但价格极高，同时也必须做防腐处理，费用更高。预应力钢筒混凝土管和球墨铸铁管比较来看，价格相当，但球墨铸铁管具有重量轻、安装方便、维修更便捷的优势，且球墨铸铁管承受内外载荷能力丝毫不逊于预应力钢筒混凝土管。因此，越来越多的污水管道开始选择球墨铸铁管材，尤其在苏浙沪等经济发达的省份球墨铸铁管已经成为污水管道的首选。

3 球墨铸铁管生产工艺

球墨铸铁管是指使用合格的铸造铁水添加球化剂球化后，经过离心球墨铸管机高速离心铸造成的管材，因球墨铸铁管有铁的本质、钢的性能，同时防腐性能优异、延展性能好、安装简易，广泛应用于市政工矿企业给排水、输气等。其生产工艺按照铸型旋转轴在空间位置的不同可分为立式离心铸造和卧式离心铸造两种类型。按照使用铸型的不同可以分为金属型和非金属型两大类，由于金属型在大批量生产时具有显著的优点，所以球墨铸铁管广泛地采用金属型离心铸造工艺。

金属型离心铸管有三种不同的生产方式，除了水冷金属型离心铸管之外，还有热模法离心铸管和砂衬离心铸管。离心球墨铸铁管的生产需要经过铁水制备、球化、离心浇铸、退火、内磨、倒角、喷锌、水压检验、涂衬、养生、沥青喷涂等近20个工序，每个工序都要有严格的标准和规范，以保证其优异的性能。

4 污水用球墨铸铁管防腐性能

管道一般直接接触土壤，受复杂的空气湿度、土壤酸碱度、杂散的电流、输送的介质及管道本身材质性能的影响就很容易腐蚀，若管道防腐措施不当就极易造成管道锈蚀、穿孔甚至断裂，往往会造成严重地后果。正因为影响腐蚀的因素很多，环境因素各不相同，这样就不可能用一种防腐措施来解决所有腐蚀问题，需要复杂的防腐处理工艺，以满足不同的使用环境需求。

4.1 防腐处理

对管网的腐蚀通常来源于两个方面，一方面是外部运行环境的腐蚀性因素，主要包括电阻率、pH值、地下水位、杂散电流、电化学腐蚀和其他污染。另一方面内部传输介质对管道的腐蚀性，也有很多因素，其中污水对管道系统的腐蚀既有污水中所含物质对管道的直接腐蚀，这主要是因为污水中含有酸碱盐、油脂以及固体颗粒等；又有大量来源于污水和细菌在有氧作用下生成硫化氢气体，硫化氢与氧气进一步发生反应生成弱硫酸，从而对管道造成腐蚀。归结为pH值、硫酸盐SO42-、腐蚀性CO2、氯化物CI-、镁离子Mg2+、氨基MH4+等腐蚀性因素。因此，对管材有非常高的防腐处理要求。

球墨铸铁本身具有很好的抗腐蚀能力，其耐腐蚀能力是钢的2～3倍。但考虑到工程应用实际，还进行内外防腐，以达到更长的使用寿命。目前供水、供气球墨铸铁管采用的外防腐工艺有：喷锌+喷涂沥青漆、环氧沥青涂层、环氧粉末（FPE）防腐、聚氨酯涂层、聚乙烯（PE）套等。内涂层也有多种可以选择的形式，最常采用的是水泥砂浆内衬，在这里，污水专用时推荐使用铝酸盐水泥内衬作内防腐。

内衬水泥砂浆有离心涂敷、旋转喷射头喷涂和手工涂敷等方法，最常用的是离心法，在《球墨铸铁管和管件水泥砂浆内衬标准》（GB/T 17457—2009）中有详细要求，并对水泥内衬的质量做出明确的规定。离心法有多种工艺，目前比较成熟的有托轮式、带式、钢圈式离心工艺，目前铸管生产企业中用的最多的是托轮式离心涂衬工艺。这种工艺技术成熟，机械化程度高，生产稳定、效率高，内衬质量稳定可靠。

4.2 铝酸盐水泥防腐特性

铝酸盐水泥是以铝酸钙为主要矿物组成的水泥,也称高铝水泥、矾土水泥。铝酸盐水泥中氧化铝含量超过50%，主要有早强、水化热较大、耐高温性好和抗硫酸盐侵蚀性能强等特性，此处只对其抗侵蚀性能进行研究。

硅酸盐水泥（包括普硅水泥或抗硫酸盐水泥）的主要水化产物是水化硅酸钙CaO·SiO2·H2O（简写为CSH）和氢氧化钙Ca（OH）2，氢氧化钙在弱酸环境里就极易被酸溶解，因此抗酸腐蚀性能很差：

铝酸盐水泥水化过程不析出游离氢氧化钙而是生成氢氧化铝凝胶，在颗粒表面形成保护膜。其水泥水化后的主要水化产物CaO·Al2O3·10H2O（简写为CAH10）和2CaO·Al2O3·8H2O（简写为C2AH8），随着时间的推移会发生水化产物的晶型转变，会转变成稳定的3CaO·Al2O3·6H2O（简写为C3AH6）。

经三年的硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥、铝酸盐水泥等试块污水池硫化氢浸泡腐蚀对比试验，硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥试块基本全腐蚀了，铝酸盐水泥试块基本完好（见图1）。验证了铝酸盐水泥具有很好的耐污水化学腐蚀性能，可以有效地抵抗污水管网里的生物源硫酸腐蚀，因为它具有不溶于弱酸，中和强酸能力强，能抑制硫杆菌繁殖增长、耐磨等特性。并且还可以抵抗硫酸盐、氯离子、海水、软水、油脂、低温、冷热循环等多种腐蚀。

图1 不同材料试块抗腐蚀性能实验结果

污水专用球墨铸铁管是在传统的给水用球墨铸铁管的使用过程中结合污水的物理化学性质发展逐渐完善起来的。在内衬铝酸盐水泥的同时，管道外表面采用先进的低压电喷工艺喷涂锌层，最小喷锌厚度≥200g/m2，能通过锌与铁的电化学作用对管道起到良好的阴极防腐作用。终饰层为双组分环氧树脂涂料，同样具有非常出色的防腐蚀性能。

4.3 防腐新工艺应用前景

为了适应高流速、强冲刷、强腐蚀性液体的输送要求，以及强腐蚀性土壤环境，相应的对球墨铸铁管质量提出更高要求，尤其对防腐处理提出挑战。国内大的铸管企业不断攻关，采用新的防腐涂层材料，相对成熟的有内衬环氧陶瓷和聚氨酯涂层。

内衬环氧陶瓷是将无溶剂环氧陶瓷涂料以喷涂方式固化在管子内衬水泥层内壁的新工艺，其具有环氧树脂涂料的强黏结力、抗强酸性、抗强碱性和高耐磨、高强度的优点，是一种高质量的新型防腐涂层，有更高的使用寿命，非常适用于污水输送；内衬聚氨酯防腐工艺使用无溶剂聚氨酯涂料，具有优异的耐油性、耐磨性、柔韧性和阴极剥离强度，极耐化学腐蚀。还具有耐高低温差环境、快速固化及工艺简单效率高的优点。但因原材料价格较高，且喷涂厚度需要达到500μm以上才能达到防腐效果，所以成品价格非常昂贵，目前主要用于对中东发达国家的出口。相信，随着我国经济实力、环境保护意识不断增强，我们国家一定会加大对污水管网的投资建设力度，伴随新工艺的不断突破、技术日渐成熟，特殊防腐涂层球墨铸铁管在污水处理领域一定会有广阔的应用前景。

5 结束语

随着我国经济高速发展，城镇化步伐加快以及环保意识增强，各地都在积极加大环保投资力度，污染防治、污水处理项目建设迅猛发展。新兴铸管长期致力于污水专用球墨铸铁管及其配套管件的研发和生产，凭借多年来过硬的产品质量和优质服务在业内赢得广泛的赞誉，已经形成包括球墨铸铁管、一体式检查井、检查井井盖、U型管卡、管廊支墩等系列球墨铸铁产品，在埋地管网建设、河道污水治理、管廊污水收集和污水回用等系统中广泛应用。污水处理是一个复杂的系统工程，问题在水里，根源在岸上，关键在排口，核心在管网。对于一个城市来讲，受地面高程的限制、污水源头和污水收集渠道的不同，仅仅靠一种材质的管材实现污水全部流向污水处理厂很难实现，需要按照设计规范对重力污水管道、有压污水管道、负压污水管道、混合污水管道等综合考虑、合理设计，从而保证工程效益的充分发挥。