CN105189404A - 用于铸管的腐蚀防护 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防腐蚀的、可延展的铸管，一种用于制造铸管的方法以及一种用于制造防腐蚀的可延展的铸管的特定组成的用途。本发明特别涉及在应用乳胶改性的、基于钙铝水泥的水泥砂浆的情况下对可延展的铸管的腐蚀防护。

Description

用于铸管的腐蚀防护
技术领域
本发明涉及一种防腐蚀的、可延展的铸管，一种用于制造铸管的方法以及一种用于制造防腐蚀的可延展的铸管的特定组成的用途。
背景技术
可延展的、构造成套筒的铸管(在这里指的是由铸铁构成的管)长期以来例如用于饮用水和废水管路。由于这种铸管在其应用中在大多情况下被敷设在地下并且进而持续与起腐蚀作用的环境(也就是潮湿的土壤)保持接触以及由于铸管在使用时与潜在的起腐蚀作用的材料(在饮用水的情况下为含氧的水，在矿泉水的情况下可能有酸性的水以及在废水的情况下有必要时还包含其他起腐蚀作用的成分(例如生物来源))发生接触，可延展的管必须为了延长其寿命而设有腐蚀防护部。
当前，在专业领域主要应用两种方法来提供针对可延展的管的腐蚀防护。第一种方法基于：管在第一步骤中涂有电化学活性的层(通常由锌构成)，在第二步骤中涂有第二防护层(例如由沥青或合成树脂构成，其中，合成树脂例如由环氧树脂还有聚氨酯构成)。这种用于腐蚀防护的方法的改动方案在于，所述管在并未事先镀锌的情况下涂覆有沥青层或聚合物层，这种沥青层或聚合物层可以由上面提到的材料或者也由聚乙烯等构成。
这种方法虽然具有能够以非常薄的层来实现腐蚀防护的优点(这一方面在管的增重以及后续加工方面，特别是在使用纵向力锁合的密封和连接系统时是有利的)，但还具有如下缺点：这样实现的层针对机械负荷(例如撞击还有切割类型的损伤)表现出相对低的耐受度，从而在加工这种管时需要多加小心，因为即便是在相对较小的区域中腐蚀防护部发生的损伤也可能导致管在比预期寿命明显更短的时间内被腐蚀进而泄漏或爆裂。另外，这种管的缺点是，在制造时可能随之产生溶剂排放。用聚合物进行的涂覆在事先没有镀锌的情况下还具有如下缺点：为了施加耐久的腐蚀防护部，管在其制造之后进行喷砂处理或者以适当的形式化学酸洗，或者以其他方式进行复杂的预处理，这使得所述方法较为复杂并且进而也很昂贵。
用于在可延展的铸管上提供腐蚀防护部的第二方法在于：施加水泥砂浆的层，其中，特别是在水泥砂浆与铸管之间的外侧上还可以施加电化学活性的层。
尽管所述方法产生了比聚合物覆层的具有明显更高的机械负载能力的覆层，但是这种方法的缺陷在于：在此所需的层鉴于水泥砂浆的所需的机械稳定性还有多孔性而相对较厚，并且例如在应用插接套筒连接件时，在管的端部上涂层必须被再次去掉，这又明显提高了加工花费。
发明内容
因此，鉴于上述内容，所希望的是：提供一种方法，凭借其能够将可延展的铸管以起腐蚀防护作用的层来包围，该层具有比以基于聚合物的方法所实现的情况更佳的机械稳定性，而同时又使得该层具有相比于利用当前已知的传统的水泥砂浆方法的情况下更薄的层。
在此，令人惊讶地表明：在应用基于钙铝水泥的以乳胶改性的水泥砂浆时，能够形成附着在可延展的铸管上的、起腐蚀防护作用的层，这种层特别在实践中是无裂纹而且少空隙的，从而这种层能够以比传统的水泥砂浆的情况下明显更低的厚度来涂覆。以基于钙铝水泥的、乳胶改性的水泥砂浆为基础的覆层还表现出在可延展的铸管表面上(特别是在由于铸造方法而产生的氧化皮层上)出色的附着能力，从而这种覆层也可以在未经其他加工的情况下就能够施加到可延展的铸管上并且在那里表现出出色的附着能力。基于乳胶改性的水泥砂浆的覆层还表现出对于镀锌表面出色的附着能力。这样制造的层还表现出出色的机械性能，特别是很高的弹性、抗冲击性以及抗裂性，从而这种管也很好地耐受(如在敷设管时所施加的)常见的负荷。另外，已经表明：这样制造的覆层表现出较高的热稳定性并且能够耐受最高至150℃的温度。
最后还要说的是：利用基于钙铝水泥的、乳胶改性的水泥砂浆能够获得如下的起腐蚀防护作用的覆层，这种覆层足够薄，使得在不去掉起腐蚀作用的层情况下就能够与插接套筒一起应用，从而这种管在敷设时也证明能简单加工。
由此，本发明一方面涉及一种如下的可延展的铸管，这种铸管在内和/或外壳面的至少一部分上具有由乳胶改性的水泥砂浆制成的覆层，其中，乳胶改性的水泥砂浆是基于钙铝水泥的水泥砂浆，这种水泥砂浆按照干水泥的质量百分数计，成分如下：
至少5质量％的CaAl2O4
至少5质量％的Ca3Al2O6
至少一种无机填料
必要时，另外一种或多种铝酸盐，以及
必要时，辅料、杂质相和非晶态成分。
本发明另一方面涉及一种用于制造被涂覆的可延展的铸管的方法，这种方法具有如下步骤：
提供可延展的铸管，以及
以乳胶改性的水泥砂浆涂覆可延展的铸管的内和/或外壳面的至少一部分，
其中，乳胶改性的水泥砂浆是基于钙铝水泥的水泥砂浆，这种水泥砂浆按照干水泥的质量百分数计，成分如下：
至少5质量％的CaAl2O4
至少5质量％的Ca3Al2O6
至少一种无机填料
必要时，另外一种或多种铝酸盐，以及
必要时，辅料、杂质相和非晶态成分。
由此，本发明另一方面涉及一种将乳胶改性的水泥砂浆用于涂覆可延展的铸管的用途，其中，乳胶改性的水泥砂浆是基于钙铝水泥的水泥砂浆，这种水泥砂浆按照干水泥的质量百分数计，成分如下：
至少5质量％的CaAl2O4
至少5质量％的Ca3Al2O6
至少一种无机填料
必要时，另外一种或多种铝酸盐，以及
必要时，辅料、杂质相和非晶态成分。
在用于本发明的铸管中，可以是指各种本领域技术人员已知的铸管。在此情况下，可以是指直接铸造而得的管，还有经继续加工的管，例如经酸洗或喷砂的管，或者是指已设有电化学活性的层的管。
“乳胶”这一表达在本发明范围内表示聚合物颗粒在水中的胶状悬浮液或分散体。通常，乳胶包含约50质量％的、例如呈球形的聚合物颗粒，尺寸范围在0.01μm至约1μm。用在乳胶中的聚合物可以是弹性体的而且为热塑性的聚合物，其中，一般优选的是弹性体的聚合物。用在乳胶中的聚合物既可以是天然来源的，也可以是合成来源的。针对在本发明范围内适合用于制造乳胶的聚合物的示例包括如下物质(但不限于此)：聚丙烯酸酯、基于丁二烯的聚合物和共聚物(诸如苯乙烯-丁二烯共聚物或丁二烯-丙烯酸酯共聚物)、基于苯乙烯的聚合物和共聚物(诸如苯乙烯-丙烯酸酯共聚物)、聚异戊二烯橡胶以及聚氯丁二烯橡胶。在本发明的一些实施方式中，可以优选的是：乳胶是基于聚异戊二烯橡胶或聚氯丁二烯橡胶的乳胶。
为了制造根据本发明所使用的水泥砂浆，所使用的干水泥与乳胶掺混，其中，必要时添入添加物质。通常，包含在乳胶中的水实现了水泥砂浆的拌混，但也可行的是：加入额外的水。
无机填料的表述在本发明范围内表示如下的颗粒状无机材料，这种无机材料适合作为用于水泥砂浆的辅料。通常，所述材料是指平均粒径为500μm及更小(优选为100μm及更小)的细粒材料。但例如也可行的是：填料呈短纤维、例如玻璃纤维或碳纤维(也称须晶)形式存在。无机填料可以是合成的或天然的材料，例如矿物填料。针对适当填料的示例包括如下物质(但不限于此)：石英；玄武岩；花岗岩；长石；基于铝的填料(例如基于氧化铝或铝硅酸盐的填料)；粘土或粘土矿物(例如高岭土、温石棉、伊来石、蒙皂石、蛭石、绿泥石、蒙脱石、贝德石(Beidelllit)、绿脱石、皂石或者皂土)；基于硅、钛或硼的氧化物的填料；以及基于锆的氧化物及硅酸盐的填料。在一些实施方式中，可以优选的是：无机填料是基于硅(特别是基于SiO2)的填料。基于SiO2的填料可以是指基于非晶态SiO2的填料(例如基于硅藻土的填料)或者是指基于晶态SiO2，例如石英。
基于钙铝水泥的水泥砂浆可以是已经完成拌混的产品，或者是专门制成的混合物。在一些实施方式中，高铝水泥作为原料用于在本发明中使用的基于钙铝水泥的水泥砂浆是有利的。
相对于上面提到的内含物质附加地，用于本发明的水泥砂浆可以具有其他普遍公知的辅助物质和附加物质。对此的示例包括如下物质(但不限于此)：即消泡剂、表面活性剂(例如用于使乳胶稳定的表面活性剂)、增附剂、起增强作用的纤维或者聚合物和聚合物颗粒。
为了施加乳胶改性的水泥砂浆，能够使用各种本领域公知的方法。针对所述方法的示例包括(但不限于此)：喷涂方法、铸造方法(特别是离心铸造法)以及挤出方法。必要时，接着水泥砂浆的施加步骤的还可以有如下步骤：在该步骤中，可延展的铸管被至少部分地用无纺布材料带或者织物带(特别是聚合物织物带)缠绕。在一些实施方式中，可以优选的是：水泥砂浆通过应用宽缝喷嘴的挤出方法来施加。也可以有利的是：水泥砂浆通过喷涂方法来施加，这种喷涂方法被称为无空气喷涂法。
“具有”或者“具有…的”的表述在本发明中表示开放的列举，并且除了提到的组分或步骤之外，不排除其他组分或步骤。
“由…组成”或者“由…组成的”的表述在本发明中表示封闭的列举，并且除了提到的组分或步骤之外，排除其他组分或步骤。
“基本上由…组成”或者“基本上由…组成的”的表述在本发明中表示部分封闭的列举，并且表示如下的组成，该组成除了提到的组分之外，仅还具有在物质上不改变组成性质的或者以物质上不改变组成性质的数量存在的其他组分。
当在本发明的范围内介绍组成时，用到“具有”或者“具有…的”的表述时，这在表达上包括如下的组成，其由所提到的组分组成或者基本上由所提到的组分组成。
在一实施方式中，水泥砂浆具有5-35质量％、优选15-30质量％的CaAl2O4。
在一实施方式中，水泥砂浆具有5-35质量％、优选5-10质量％的Ca3Al2O6。
在一实施方式中，水泥砂浆具有至少20质量％、优选至少40质量％以及特别是60-70质量％的至少一种无机填料。
已经表明：将铝酸钙和填料按照上述范围的使用产生附着力特别好的覆层。
在本发明的一种实施方式中，乳胶改性的水泥砂浆是以至少一种选自聚异戊二烯乳胶和聚氯丁二烯乳胶的乳胶改性的水泥砂浆。
已经表明：将聚异戊二烯和聚氯丁二烯用于对水泥砂浆改性使得覆层的粘附作用特别稳定。即使申请人可能并未对此加以明确，但出发点是，聚异戊二烯乳胶和聚氯丁二烯乳胶的使用赋予覆层特别的弹性。
在本发明的另一种构造方案中，乳剂改性的水泥砂浆还具有至少一种三聚氰胺甲醛树脂。
已经表明：附加地混入三聚氰胺甲醛树脂进一步有助于所获得覆层的稳定性，其中，申请人并未对此加以明确，但出发点是：三聚氰胺甲醛树脂的添加提高了所获得覆层的抗裂能力。
在本发明的另一构造方案中，乳胶改性的水泥砂浆还具有至少一种硅烷增附剂。
已经表明：通过应用硅烷增附剂能够进一步改善覆层与可延展的铸管的附着力。即使申请人可能并未就某一理论加以明确，但出发点是：硅烷增附剂的应用实现了一种共聚，其中，硅烷一方面能够与水泥相和氧化皮的氧化铁相发生键合，另一方面也能够与聚合物相互反应。这使得强度升高而且提高了粘合能力。
在本发明的另一构造方案中，涂层具有最高2mm的厚度，优选最高500μm的厚度。
已经表明，所述厚度的涂层在管的后续处理方面，以及尽可能少地增重方面是有利的，而在此未对腐蚀防护构成妨碍。
在本发明的另一构造方案中，乳剂改性的水泥砂浆利用如下的方法来施加，所述方法选自：喷涂法(特别是无空气喷涂法)、铸造法(特别是离心铸造法)和挤出法。
已经表明：上面提到的方法特别适合于施加水泥砂浆。
在本发明的另一构造方案中，接着涂覆步骤的是将至少一部分可延展的铸管用无纺布材料带或织物带(特别是聚合物织物带)缠绕起来的步骤。
已经表明通过以无纺布材料带或织物带(特别是聚合物织物带)缠绕经涂覆的铸管，能够进一步改善覆层的耐受能力。
不言而喻的是，前面提到的以及后面还要详细阐释的特征能够不仅以分别给出的组合加以应用，还能够以其他组合或者单独加以应用，而不离开本发明的范围。
具体实施方式
下面，借助示例表述本发明并且在后面的说明书中详细阐释。
示例1：
水硬的、起结合作用的矿物物料(由60质量％的石英和约35质量％的高铝水泥(按干水泥的质量百分数计，约26质量％的CaAl2O4和7质量％的Ca3Al2O6)，其中，余下5％由杂质相充当即可)与足够量的聚氯丁二烯乳胶掺混(干水泥/乳胶分散体以3∶1的质量比)，以便获得能加工的砂浆。所用的乳胶具有40重量％的聚氯丁二烯以及20质量％的三聚氰胺甲醛树脂，并且通过添加聚氧乙烯山梨醇酐三油酸酯以及其他基于脂肪酸多元醇酯的表面活性剂而得以稳定。这样获得的水泥砂浆借助无空气方法施加到未经处理的可延展的铸管上并且在室温下在3小时内硬化。按照这种方式，获得了约500μm厚的、无裂纹的闭合覆层，这种覆层满足了对于地下敷设的管的腐蚀防护要求。
在根据DINEN15189针对覆层与可延展的铸管的附着强度的测试中已经表明：在覆层从可延展的铸管上揭离前在覆层本身内部出现裂纹，并且仅部分覆层被撕掉，其中，在铸管的整个被涂覆的表面上还保留有足够的覆层材料，以便确保腐蚀防护。这明确地表明了根据本发明的覆层的优越的附着能力。在根据DINEN15542的抗冲击能力试验中，根据本发明的覆层以高于175Nm的抗冲击能力具有优越的冲击耐受能力。这种优越的冲击耐受能力特别是在用粗粒的铺垫材料(Bettungsmaterial)为管进行铺垫(Bettung)时是有利的。

Claims (24)

1.一种可延展的铸管，其特征在于，所述铸管至少在内和/或外壳面的一部分上具有由乳胶改性的水泥砂浆制成的覆层，其中，乳胶改性的水泥砂浆是基于钙铝水泥的水泥砂浆，所述水泥砂浆按照干水泥的质量百分数计，成分如下：
至少5质量％的CaAl2O4
至少5质量％的Ca3Al2O6
至少一种无机填料
必要时，另外一种或多种铝酸盐，以及
必要时，辅料、杂质相和非晶态成分。
2.根据权利要求1所述的可延展的铸管，其特征在于，乳胶改性的水泥砂浆按照干水泥的质量百分数计，具有5-35质量％、优选15-30质量％的CaAl2O4。
3.根据权利要求1或2所述的可延展的铸管，其特征在于，乳胶改性的水泥砂浆按照干水泥的质量百分数计，具有5-35质量％、优选5-10质量％的Ca3Al2O6。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的可延展的铸管，其特征在于，乳胶改性的水泥砂浆按照干水泥的质量百分数计，具有至少20质量％、优选至少40质量％以及特别是60-70质量％的至少一种无机填料。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的可延展的铸管，其特征在于，覆层的厚度为最高2mm，优选最高500μm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的可延展的铸管，其特征在于，乳胶改性的水泥砂浆是以至少一种选自聚异戊二烯和聚氯丁二烯的乳胶改性的水泥砂浆。
7.根据权利要求6所述的可延展的铸管，其特征在于，乳胶改性的水泥砂浆还具有至少一种三聚氰胺甲醛树脂。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的可延展的铸管，其特征在于，乳胶改性的水泥砂浆还具有至少一种硅烷增附剂。
9.一种用于制造经涂覆的可延展的铸管的方法，所述方法具有如下步骤：
提供可延展的铸管，以及
以乳胶改性的水泥砂浆涂覆可延展的铸管的内和/或外壳面的至少一部分，
其中，乳胶改性的水泥砂浆是基于钙铝水泥的水泥砂浆，所述水泥砂浆按照干水泥的质量百分数计，成分如下：
至少5质量％的CaAl2O4
至少5质量％的Ca3Al2O6
至少一种无机填料
必要时，另外一种或多种铝酸盐，以及
必要时，辅料、杂质相和非晶态成分。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，乳胶改性的水泥砂浆按照干水泥的质量百分数计，具有5-35质量％、优选15-30质量％的CaAl2O4。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，乳胶改性的水泥砂浆按照干水泥的质量百分数计，具有5-35质量％、优选5-10质量％的Ca3Al2O6。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，乳胶改性的水泥砂浆按照干水泥的质量百分数计，具有至少20质量％、优选至少40质量％以及特别是60-70质量％的至少一种无机填料。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，乳胶改性的水泥砂浆是以至少一种选自聚异戊二烯和聚氯丁二烯的乳胶改性的水泥砂浆。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，乳胶改性的水泥砂浆还具有至少一种三聚氰胺甲醛树脂。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其特征在于，乳胶改性的水泥砂浆还具有至少一种硅烷增附剂。
16.根据权利要求9至15中任一项所述的方法，其特征在于，乳胶改性的水泥利用如下的方法来施加，所述方法选自：喷涂法，特别是无空气喷涂法；铸造法，特别是离心铸造法；以及挤出法。
17.根据权利要求9至16中任一项所述的方法，其特征在于，接着涂覆步骤的是将至少一部分可延展的铸管用无纺布材料带或织物带、特别是聚合物织物带缠绕起来的步骤。
18.一种将乳胶改性的水泥砂浆用于涂覆可延展的铸管的用途，其中，乳胶改性的水泥砂浆是如下的基于钙铝水泥的水泥砂浆，所述水泥砂浆按照干水泥的质量百分数计，成分如下：
至少5质量％的CaAl2O4
至少5质量％的Ca3Al2O6
至少一种无机填料
必要时，另外一种或多种铝酸盐，以及
必要时，辅料、杂质相和非晶态成分。
19.根据权利要求18的用途，其特征在于，乳胶改性的水泥砂浆按照干水泥的质量百分数计，具有5-35质量％、优选15-30质量％的CaAl2O4。
20.根据权利要求18或19的用途，其特征在于，乳胶改性的水泥砂浆按照干水泥的质量百分数计，具有5-35质量％、优选5-10质量％的Ca3Al2O6。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的用途，其特征在于，乳胶改性的水泥砂浆按照干水泥的质量百分数计，具有至少20质量％、优选至少40质量％以及特别是60-70质量％的至少一种无机填料。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的用途，其特征在于，乳胶改性的水泥砂浆是以至少一种选自聚异戊二烯和聚氯丁二烯的乳胶改性的水泥砂浆。
23.根据权利要求22所述的用途，其特征在于，乳胶改性的水泥砂浆还具有至少一种三聚氰胺甲醛树脂。
24.根据权利要求18至23中任一项所述的用途，其特征在于，乳胶改性的水泥砂浆还具有至少一种硅烷增附剂。
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