本文主要介紹了適用于城市輸水PCCP管道工程的外防腐涂料品種及性能、配套施工工藝和質量控制措施等方面的內容，并展望了PCCP外防腐技術的應用前景。

 

    文| 林　竹　中國石油集團工程技術研究院

 

    預應力鋼筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe，簡稱PCCP）是采用薄鋼板與鋼質承插口環卷制拼焊成筒體，然后用立式振動成型法在筒體內外澆灌（或采用離心法在筒體內澆灌） 混凝土構成管芯，在管芯外圓上纏繞高強度預應力鋼絲，再噴砂漿保護層而組成的一種復合管。

 

    PCCP 具有很高的強度，可承受較高的工作壓力，有很好的水密性、抗滲性、耐磨性；該管是兼有鋼管和混凝土管優點的優質新型管材，而成本比鋼管低，使用壽命比鋼管高一倍以上，在使用過程中不會產生鑄鐵管和預應鋼筋混凝土管的管體和接口爆裂等現象。

 

    PCCP 最適合制作大口徑壓力管，能夠滿足城市引水工程、供水系統、大型火電廠和核電站的循環水管道、大型排水排污管道工程的要求，適用于高水壓、大口徑、長距離輸水管道工程的應用。

 

    PCCP 作為一種優質新型的輸水管材，它的開發應用已有半個多世紀的歷史，它最早由法國邦納（Bonna） 公司研制開發成功， 至2O 世紀末，僅美國的敷設長度已超過29000km。我國山東電力管道公司于1988 年從美國阿麥隆（Ameron） 公司引進技術和設備生產了PCCP 管，隨后無錫、深圳等地的管道公司也相繼從美國引進設備建廠，根據中國混凝土與水泥制品協會公布的數據，截止到2010 年底，全國已有60 多家企業建成了90 多條PCCP 生產線， 年設計生產能力（DN600-DN4000）達3000-3200km，該管已在我國一些大型輸水、供水工程中應用，主要應用工程包括南水北調中線工程、大連應急輸水工程、江蘇常州武進引長江水工程、山西禹門口東擴引水工程、山西萬家寨引黃工程、深圳東部引水工程、哈爾濱磨盤山引水工程等。

 

    據美國資料情況來看，美國在最近的五十年中鋪設使用的預應力鋼筒混凝土管道已發生了多起管道破壞事故，美國《Materials Performance》雜志1992/5 也報道一條17km 的DN1600 的PCCP 管道， 運行幾年便發生開裂。美國混凝土壓力管協會（ACPPA）非常重視PCCP 管道破壞的原因和機理，他們在有關的技術報導中稱：在已提出破壞報告的118 項工程中，大多數的破壞是由外部環境對預應力鋼絲產生腐蝕，并形成應力集中，造成預應力鋼筋斷裂而爆管，因此，目前國內外均采取在PCCP 管道外表面涂敷防腐涂層來防止腐蝕的發生，并取得了很好的使用效果。

 

    由于混凝土屬于強堿性建筑材料，因而要求混凝土防腐蝕涂層具有良好的耐堿性、附著力和抗滲透性，同時對涂料的強度、柔韌性和耐候性也提出了較高要求。目前國內外工程中應用的PCCP 外防腐涂料主要包括環氧煤瀝青涂料（溶劑型和無溶劑型）、聚氨酯涂料和聚脲涂料等。

 

    環氧煤瀝青涂料主要由環氧樹脂、固化劑、煤焦油/ 煤瀝青及顏填料等材料組成，環氧樹脂分子結構中含有大量的羥基和醚基等極性基團，加之在固化過程中活潑的環氧基能與界面原子反應形成極為牢固的化學鍵，涂層與基材間具有極好的附著力；同時結構中含有強極性的脂肪羥基和難水解的醚鍵，涂層耐腐蝕性能優異。煤焦油/ 煤瀝青化學性質極為穩定，具有極好的耐水性、耐潮濕性、耐化學品和抗微生物侵蝕性，綜合性能優于石油瀝青。環氧煤瀝青涂料兼備環氧樹脂的優良的附著力和瀝青樹脂的防水性能，具有很好的耐腐蝕介質滲透功能，特別是抗氯離子滲透性能優異，同時由于其價格較低，經濟合理，施工簡便，通過調節涂料的粘度和觸變性可一次噴涂至1000μm 以上，因此成為PCCP 管道的主要外防腐材料，特別是無溶劑型環氧煤瀝青涂料兼具良好的環保性能，成為未來PCCP 防腐層材料的發展方向之一。

 

    聚氨酯涂料和聚脲涂料通常是由異氰酸酯預聚物和含羥基樹脂兩部分組成，通過配方的調整，可獲得良好的抗滲透性能、耐候性和物理機械性能，特別是防腐層具有很好的韌性和耐磨性， 是目前很有發展前途的一類涂料品種，但其缺點是對施工環境要求較高，漆膜容易產生弊病，同時產品價格也比環氧涂料高，因此， 除在國外PCCP 防腐工程得到工業應用外，目前國內尚未在PCCP 防腐工程中進行大規模推廣應用。

 

    對于PCCP 管道的外防腐層厚度，目前國內主要參考JTJ 275 《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范》的規定執行，對于防腐年限為20 年以上的工程，其防腐蝕涂層面漆的干膜厚度應不小于500μm；同時考慮到PCCP 的噴涂砂漿表面孔隙大，凸凹不平， 如果外防腐層太薄，容易出現漏涂的現象，稍微磕碰或者吊裝管道時容易露底，嚴重影響外防腐質量。因此為保證長期的防腐使用壽命，目前設計的PCCP 外防腐層厚度一般在500-1000μm 之間。

 

    國外工程也大多采用此防腐層厚度范圍，如利比亞大人工河工程的PCCP 外防腐層設計厚度為900μm，南水北調中線工程的PCCP 外防腐層設計厚度為為600μm。

 

    在涂料施工方面，由于目前尚無相關標準規范，因此不同工程采取的施工工藝也有所不同，主要包括“干噴”和“濕噴”兩類。

 

    干噴就是在水泥砂漿防護層噴射完成后。將PCCP 管直接放到地面，等養護完成后就地進行高壓無氣噴涂。噴涂時，施工人員登上可移動架子，先噴涂管道上部，然后噴涂管道下部。一般情況下沒有加熱系統，屬于常溫噴涂，為達到理想的噴涂效果和施工厚度，需要噴涂2-3 次以達到設計規定厚度，兩次噴涂的間隔時間不低于6h。由于是在PCCP 管道養護完成后進行噴涂施工， 為保證涂料與混凝土之間的良好粘結效果，應重點做好混凝土的表面處理，采用壓縮空氣對混凝土表面進行強力吹掃；同時，由于施工間隔比較長，應密切關注天氣變化對施工質量的影響，如遇雨、雪及風沙天氣，應提前做好對防腐層的保護工作。

 

    濕噴，顧名思義，就是在水泥砂漿層噴射完成并檢查外觀無破損后立即進行防腐層噴涂施工，它是一種節省工期的新技術， 其原理是在依靠防腐層把水泥砂漿中的水分封閉，以保證水泥養護過程中所需要的水分，因此，應將防腐層的噴涂完成時間控制在1h 以內，以防止水分蒸發使水泥水化不完全，從而影響PCCP 管道的整體質量。一方面，濕噴工藝要求采用可在潮濕表面固化的防腐涂料品種，一般通過使用可在潮濕表面施工的固化劑，即可保證涂料在混凝土表面潮濕的情況下仍具有良好的粘結及防腐性能。經檢測發現，在混凝土砂漿含水率達到7%~9% 的情況下， 涂層與混凝土的附著力仍可達5MPa 以上，可以滿足防腐質量的要求。另一方面，濕噴工藝可以利用噴射水泥砂漿的旋轉噴漿機， 在噴漿機上安裝自動噴槍，利用噴漿機的旋轉和升降功能，通過調節旋轉和升降速度，使防腐層一次達到設計規定的厚度。整個噴涂流程為：首先將PCCP 管道在旋轉裝置上按一定速率進行旋轉，將自動噴槍升至PCCP 管道頂部，在上升過程中采用壓縮空氣對PCCP 表面進行吹掃，然后噴槍自PCCP 頂部勻速下降，同時進行噴涂作業，整個噴涂軌跡為螺旋線，噴涂幅寬搭接50%，在噴涂到PCCP 最下部時候，升降裝置停止下降，原地噴涂一圈，關閉自動噴槍，整個噴涂時間可控制在25min 之內。對于濕噴工藝， 除需選擇可潮濕固化的防腐涂料品種外，由于只能在防腐層實干后方可移動PCCP 管道，為提高工作效率，需在保證涂層質量的前提下，盡量縮短涂層的干燥及固化時間，一般可通過選用快干型涂料或在涂料加熱后再噴涂來加以改善。

 

    在施工質量控制方面，雖然我國于1993 年起草了PCCP 管道的行業標準并于1996 年起正式實施，2005 年國家標準GB/ T19685-2005“預應力鋼管混凝土管”也正式發行，但相關標準均未對PCCP 防腐技術做出具體要求和規定。由于底材的特殊性， 常規防腐涂料的現場檢測方法，包括磁性檢厚和電火花檢漏等方法都無法適用于PCCP，因此目前國內主要參照國外工程的做法， 對PCCP 管道現場防腐質量進行檢測，具體包括：

 

    （1）外觀檢查：防腐管應逐根目測檢查，要求涂層光滑平整、厚度均勻、無針孔、無漏涂、無龜裂。

 

    （2）干膜厚度檢查：由于PCCP 外防腐層是涂敷在水泥砂漿的外表面，用常規磁性測厚儀無法檢測干膜厚度，因此采用超聲波測厚儀檢查涂層厚度，在涂層完全固化以后進行測試，每10 根管抽查一根，每根管檢測點數應不少于20 個。

 

    （3）附著力檢查：涂層涂裝完成并固化后，對抽樣的防腐管按《色漆和清漆 拉開法附著力試驗》（GB/T5210-2006）規定的方法進行防腐涂層附著力測定，一般要求粘結強度≥ 1.5 MPa。

 

    （4）電阻率檢查：采用高阻計測試固化后涂層的電阻率，用沾滿5% 鹽水的濕海綿作為涂層測試頭，另一端接地進行測試， 涂料涂層管道的電阻值應在裸露混凝土管道的100 倍以上，每10 根管抽查一根，每根管檢測點數應不少于10 個。此方法可檢測防腐層是否有漏噴現象。

 

    在前期的工程施工中發現，PCCP 防腐層出現的問題主要包括龜裂、剝離和粉化等，究其原因主要還是和表面處理不到位、涂層韌性差和耐老化性能不佳等因素相關，應通過加強對涂料和施工的質量控制來保證施工的整體效果。
 

   

圖1　涂料噴涂                                                                                                圖2　噴涂完成的PCCP管道

 

    由于PCCP 具有的技術先進性，在國內外的應用呈現遞增的趨勢，目前已經成為國內外在大中型輸水工程中普遍采用的先進管材。統計數據顯示，全國最近10 年共需要新增26285 公里PCCP 標準管，平均每年新增PCCP 標準管約2600 公里，市場增長空間巨大，因此與之配套的PCCP 外防腐涂層技術也將具有廣闊的推廣應用前景。