CN105384417A - 涂层原料组合物、球墨铸铁管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了涂层原料组合物、球墨铸铁管及其制备方法。该涂层原料组合物按重量份计包括10-300份矿渣硅酸盐水泥，10-500份砂，10-100份水，以及0.01-1份稳定剂；其中，所述的稳定剂为纤维素。该球墨铸铁管包括球墨铸铁管预成型体和设置于所述球墨铸铁管预成型体的外壁的外涂层，所述外涂层由前述涂层原料组合物制成。该球墨铸铁管制备方法工艺简单、生产效率高且成本低，产品防腐性能好、机械性能佳。

Description

涂层原料组合物、球墨铸铁管及其制备方法

技术领域

本发明涉及涂层原料组合物、球墨铸铁管及其制备方法。

背景技术

对于埋地管线的防腐，现有技术中最初采用的是石油沥青、环氧煤沥青或胶带等，随着技术的发展也逐步发展出了一些溶剂型重防腐涂料。然而，这些防腐材料普遍存在费用高、施工要求严格、防腐性能不理想等现象(埋地管线用重防腐涂料的技术发展，现代涂料与涂装，顾宇昕等，2010年13卷第3期，P19-21)。

用于埋地管线的管道中，以球墨铸铁管有一定代表性。

目前用于球墨铸铁管的防腐涂层有普通的金属涂层与有机涂料涂层的结合，具体是在金属涂层上再覆盖一层有机涂料涂层。有机涂料涂层一定程度适当隔绝腐蚀离子与锌层接触，但也不能彻底隔离。而其中的金属涂层，目前主流市场采用喷锌涂层，对球墨铸铁管具有一定的防腐作用。其原理在于，与铁相比，锌的电位更低，更容易发生电化学腐蚀，相当于形成了原电池，从而达到了保护铁的目的。但是，其缺陷在于，当锌完全反应转化为锌盐之后，该涂层就失去了防腐作用；除此之外，锌阳极相对铁保护电位(-0.85V)的激励电压小，只有0.25V，而在土壤中使用一般限制在电阻率ρ＜15Ω·m的范围，因此应用范围较窄(天然气管道牺牲阳极保护技术，上海煤气，石宇熙，2014年第1期，P24-25)。

球墨铸铁管还有单独使用有机涂料涂层进行防腐。常用的有机涂料涂层有环氧涂层或沥青涂层。有机涂料涂层虽然不存在金属涂层那样的问题，但是该类涂层机械性能差，防腐性与厚度相关，只有达到一定厚度以后才能具有显著的防腐效果。厚度增加，必然会导致成本大幅上升。同时在过程中，如果管身出现一点漏涂，会直接在该薄弱点发生腐蚀，从而蔓延至整个管身，最终可能导致管体腐蚀穿孔。

此外，在球墨铸铁管的储存、运输与安装过程中不可避免会遇到堆压、碰撞与摩擦，所以防腐涂层机械性能也是表征涂层性能的重要指标之一，该指标是否合格将直接影响球墨铸铁管的质量，所以防腐涂层的机械性能是铸铁管防腐研究中的重点和难点。

更进一步地，目前在埋地管道的现场施工工艺中，由于受到有些地方无法进行开挖沟槽管道铺设的限制，因而需要应用非开挖技术直接将管线从地底穿过进行施工；这就更要求球墨铸铁管具有很高的机械强度，能够承受在穿线过程中产生的磨损，从而达到保护球墨铸铁管本体的目的。

目前市场上已有单独使用外包混凝土的球墨铸铁管产品，其通过灌浆入配有圆筒状钢筋网的模具中，固化后得到外包混凝土的球墨铸铁管。但是该生产工艺复杂，生产效率低，生产成本高，很不方便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术中球墨铸铁管的防腐涂层存在防腐时效短且应用范围窄，或者机械性能差且防腐性与厚度相关，或者生产工艺复杂、效率低且成本高的缺陷，提供一种涂层原料组合物、球墨铸铁管及其制备方法。该涂层原料组合物用于制备球墨铸铁管时工艺简单、生产效率高且成本低，制得的球墨铸铁管防腐性能好、机械性能佳。

本发明提供一种涂层原料组合物，按重量份计包括10-300份矿渣硅酸盐水泥，10-500份砂，10-100份水，以及0.01-1份稳定剂；其中，所述的稳定剂为纤维素。

其中，所述的涂层原料组合物按重量份计较佳地还包括1-30份乳液。

其中，所述的涂层原料组合物按重量份计较佳地还包括0.8-1.5份纤维。

其中，较佳地，所述的涂层原料组合物按重量份计还包括1-30份乳液，0-5份纤维，0-10份超塑化剂，以及0-2份缓凝剂；更佳地，所述的涂层原料组合物按重量份计包括50-200份矿渣硅酸盐水泥，80-240份砂，10-100份水，0.02-0.5份稳定剂，1-10份乳液，0-1.2份纤维，0-0.05份超塑化剂，以及0-0.05份缓凝剂。

本发明中，所述的矿渣硅酸盐水泥简称矿渣水泥，为本领域常规所说，满足GB175-2007中规定的矿渣硅酸盐水泥的要求，代号P·S·B。

本发明中，所述的砂为本领域常规所说，满足常规使用的砂的指标均可。

本发明中，所述的水为本领域常规所说，较佳地为饮用水。

本发明中，所述的纤维素可为羟丙基甲基纤维素。所述纤维素的布氏粘度较佳地为10000mpa.s-35000mpa.s，更佳地为30000mpa.s。

本发明中，所述的乳液为本领域常规所说，一般可为水性单体改性丙烯酸酯与苯乙烯聚合物乳液。

本发明中，所述的纤维为本领域常规所说，用于增加最终得到的涂层强度并减少裂纹，可为玻璃纤维和/或惰性塑料纤维。其中，所述的玻璃纤维可为耐碱玻璃纤维；所述的惰性塑料纤维可为网状聚丙烯纤维(PPF)或者单丝聚丙烯纤维。所述的纤维的长度较佳地为3-6mm。

本发明中，所述的超塑化剂为本领域常规所说，又称混凝土减水剂，一般指在混凝土和易性及水泥用量不变条件下，能减少拌合用水量、提高混凝土强度；或在和易性及强度不变条件下，节约水泥用量的外加剂；可为聚羧酸系减水剂和/或萘磺酸盐甲醛缩合物(萘系高效减水剂)，其中，聚羧酸系减水剂中成分一般为水溶性羧酸类接枝共聚物，型号一般为标准型均可。

本发明中，所述的缓凝剂为本领域常规所说，一般符合GB8076-2008标准，是指延缓混凝土凝结时间而对后期强度无明显影响的外加剂，所述的缓凝剂可为硼酸和/或柠檬酸。

本发明所述的涂层原料组合物中还可含有本领域常规添加的各种其他添加剂，只要其不显著影响本发明涂层原料组合物效果即可；例如石粉、色浆等。

第二方面，本发明还提供了一种球墨铸铁管包括：球墨铸铁管预成型体和设置于所述球墨铸铁管预成型体的外壁的外涂层，所述外涂层由前述的涂层原料组合物制成。

本发明中，所述的球墨铸铁管预成型体为本领域常规所说的球墨铸铁管预成型体，市售可得；按照实际使用各种型号、尺寸不限。

本发明中，所述的外涂层的厚度较佳地为3mm-5mm。

第三方面，本发明还提供了一种前述球墨铸铁管的制备方法包括如下步骤：(1)将物料2与物料1均匀混合得涂层物料；其中，所述的物料1为矿渣硅酸盐水泥、砂和稳定剂的均匀混合物；所述的物料2为水；当所述的涂层原料组合物包括纤维时，所述纤维与物料1均匀混合后处理；当所述的涂层原料组合物包括乳液、超塑化剂或缓凝剂时，所述乳液、超塑化剂或缓凝剂均与物料2均匀混合后处理；

(2)将涂层物料涂覆至球墨铸铁管预成型体的外壁；

(3)养护。

步骤(1)中，所述的涂层物料较佳地由下述方法制得：将物料2加入至物料1中，搅拌至混合均匀即可；这样操作能够更好地从效果和效率角度最大化处理。其中，所述的搅拌较佳地搅拌2min-3min。

步骤(2)中，所述的涂覆为本领域常规操作，较佳地通过喷涂实现。其中，所述的喷涂一般可为将涂层物料置于喷涂泵的料斗，通过喷涂泵，辅助压缩空气，将涂层物料均匀地喷涂到球墨铸铁管预成型体的外壁形成涂层即可。较佳地，在所述喷涂之后，按照本领域常规还抹面压实，厚度如前述较佳地为3mm-5mm，以更好的获得均一、光滑的涂层。

步骤(3)中，所述的养护为本领域常规操作，一般可为置于养生仓内，在30℃-60℃，90％以上相对湿度条件下，密闭养护4-20小时；或者，空气中自然养护1-7天。实现所述的30℃-60℃，90％以上相对湿度条件的介质较佳地为高炉蒸汽。

本领域技术人员均知，本发明的球墨铸铁管构造一般包括承口端和插口端，而涂层原料组合物涂覆在球墨铸铁管预成型体的外壁时，从承口端开始涂覆至插口端，而插口端一般不涂覆，该不涂覆的长度取决于管子或管件的型号及其接口类型。

本领域技术人员均知，本发明的球墨铸铁管使用了前述的涂层原料组合物，在制成球墨铸铁管制成之后，涂层原料组合物发生一定化学变化，其中水份部分参与化学反应，多余的水份自然蒸发或挥发除去，最终形成涂层。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：使用本发明涂层原料组合物制备得到的球墨铸铁管，尤其适用于用作非开挖管道的施工；既提高球墨铸铁管的防腐性能，又能解决普通外涂层机械性能低的问题。

附图说明

图1为实施例1-2产品应用于制备球墨铸铁管的成品照片。

图2为实施例1-2产品应用于制备球墨铸铁管得到产品的横截面的结构示意图。

图3为实施例1-2产品应用于制备球墨铸铁管得到产品的竖截面的结构示意图。

图4为对比例2制备应用于球墨铸铁管在涂层原料组合物喷涂后产品的涂层表观照片。

图5为实施例1-2及对比例3产品应用于制备球墨铸铁管得到产品的经拉拔强度试验后的状态照片。

图6为实施例1-2产品应用于制备球墨铸铁管得到产品的经冲击试验后的状态照片。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。除另有说明，所有的百分比和份数按重量计。

实施例1-2及对比例1-3

1、实施例1-2中各原料来源如下：

球墨铸铁管预成型体：购自圣戈班管道系统有限公司；

乳液：苯丙聚合物乳液，PS608；

纤维：网状聚丙烯纤维；

超塑化剂：PCA-Ⅰ聚羧酸系减水剂；

稳定剂：羟丙基甲基纤维素P3125，布氏粘度30000mpa.s；

缓凝剂：HBO₃。

2、实施例1-2以及对比例1-3的涂层原料组合物的成分用量(重量份)如下表所示。

3、实施例1-2、对比例1-3涂层原料组合物应用于制备球墨铸铁管实验

结合上表各成分用量，球墨铸铁管的制备方法包括如下步骤：

(1)将物料2加入至物料1中，搅拌3min至混合均匀得涂层物料；其中，所述的物料1为均匀混合的矿渣硅酸盐水泥、砂、纤维和稳定剂；所述的物料2为乳液、超塑化剂、缓凝剂、以及水的均匀混合物；

(2)将涂层物料置于喷涂泵的料斗；通过喷涂泵，辅助压缩空气，将涂层物料均匀地喷涂到球墨铸铁管预成型体(购自圣戈班管道系统有限公司，型号K9)的外壁，抹面压实之后形成涂层3mm-5mm的均匀涂层；

(3)养护，即可。其中，实施例1-2及对比例3的养护为置于养生仓内，通入高度蒸汽在30℃-60℃，90％以上相对湿度条件下，密闭养护4-20小时。或者，也可以空气中自然养护1-7天。

实施例1-2产品应用于制备球墨铸铁管得到产品的外观如图1照片所示。

实施例1-2产品应用制得的球墨铸铁管的结构示意图如图2和图3所示，包括：球墨铸铁管预成型体1和设置于球墨铸铁管预成型体的外壁的外涂层2。其中，实施例1-2球墨铸铁管产品，如图3所示，外涂层在涂覆在球墨铸铁管预成型体的外壁时，从承口端开始涂覆至插口端，直至距离插口末端还有一段长度时停止喷涂，即插口端不涂覆，该段长度以“a”表示，a的长短取决于管子或管件的接口类型。

4、制得产品性能指标：

(1)实施例1-2以及对比例1-3产品应用制得的球墨铸铁管性能及指标情况如下：

对比例1配合得到涂层原料组合物在步骤(2)喷涂后，砂浆直接掉落，无法使用，更无法得到目标球墨铸铁管。

对比例2配合得到涂层原料组合物在步骤(2)喷涂后，难以进行抹面修饰，凝结速度快，如图4所示涂层表观质量差。

对于实施例1-2以及对比例3产品应用制得的球墨铸铁管，按照EN15542-2008标准中7.2.2-7.2.3节记载的试验方法测试球墨铸铁管的机械性能包括拉拔强度与冲击试验，结果如下表所示：

如上表及图5所示，按照EN15542-2008标准经拉拔强度试验产品至少应当满足至少大于等于标准要求0.5Mpa，如图5B-图5c分别显示实施例1-2制得的球墨铸铁管产品的经拉拔强度试验后的状态照片，均明显优于标准要求属于高质量产品，而如图5A显示对比例3拉拔强度试验仅有0.4Mpa，由此表明不在本发明要求配方范围内的产品无法实现本发明。

如上表及图6所示，按照EN15542-2008标准经冲击试验每1mm厚度的外涂层在承受15焦耳的冲击能量下冲击后无破碎，如图6A-图6B所示实施例1-2制得的球墨铸铁管产品的经冲击试验后的状态照片，均明显优于标准要求，属于高质量产品。

(2)实施例1-2的产品应用于制备球墨铸铁管的防腐蚀性能说明

如上述效果实验数据第(1)项所展示，经过拉拔强度与冲击试验证明应用实施例1-2产品制得的球墨铸铁管具有均明显优于标准要求的抗拉拔、抗冲击性能，这表明，实施例1-2制得的球墨铸铁管的外涂层有较大强度，不仅是外涂层与球墨铸铁管预成型体之间，以及该外涂层材料本身之间均具有非常好的黏附力、并且微观结构非常致密，由此可知，相较于现有技术中的涂层，其涂层原料组合物成分之间能够相互协同作用制得的外涂层，能够更有效的隔绝细小的腐蚀离子，具有更好的防腐作用。

实施例3-8

实施例3-8各组成含量(重量份)如下：

实施例3稳定剂羟丙基甲基纤维素，布氏粘度38000mpa.s；

实施例3-5和8其余未说明条件均与实施例1无实质区别；

将实施例3-5、8应用于制备球墨铸铁管条件均与实施例1无实质区别，球墨铸铁管产品经过检测均符合EN15542-2008标准中的拉拔强度与冲击试验要求。

实施例6-7未说明条件及应用于制备球墨铸铁管条件均与实施例1无实质区别，按照EN15542-2008标准中7.2.2-7.2.3节记载的试验方法测试球墨铸铁管的机械性能包括拉拔强度与冲击试验，结果如下表：

实施例6-7制得的球墨铸铁管产品，按照EN15542-2008标准经冲击试验每1mm厚度的外涂层在承受15焦耳的冲击能量下冲击后无破碎，经拉拔试验后的状态结果均明显优于标准要求属于高质量产品。

Claims (12)

1.一种涂层原料组合物，按重量份计包括10-300份矿渣硅酸盐水泥，10-500份砂，10-100份水，以及0.01-1份稳定剂；其中，所述的稳定剂为纤维素。

2.如权利要求1所述的涂层原料组合物，其特征在于，所述的涂层原料组合物按重量份计还包括1-30份乳液。

3.如权利要求1所述的涂层原料组合物，其特征在于，所述的涂层原料组合物按重量份计还包括0.8-1.5份纤维。

4.如权利要求1所述的涂层原料组合物，其特征在于，所述的涂层原料组合物按重量份计还包括1-30份乳液，0-5份纤维，0-10份超塑化剂，以及0-2份缓凝剂。

5.如权利要求4所述的涂层原料组合物，其特征在于，所述的涂层原料组合物按重量份计包括50-200份矿渣硅酸盐水泥，80-240份砂，0.02-0.5份稳定剂，1-10份乳液，0-1.2份纤维，0-0.05份超塑化剂，以及0-0.05份缓凝剂。

6.如权利要求1～5任一项所述的涂层原料组合物，其特征在于，所述纤维素的布氏粘度为10000mpa.s-35000mpa.s。

7.如权利要求3～5任一项所述的涂层原料组合物，其特征在于，所述的纤维的长度为3-6mm。

8.一种球墨铸铁管，其包括球墨铸铁管预成型体和设置于所述球墨铸铁管预成型体的外壁的外涂层，所述外涂层由如权利要求1-7任一项所述的涂层原料组合物制成。

9.如权利要求8所述的球墨铸铁管，其特征在于，所述的外涂层的厚度为3mm-5mm。

10.一种如权利要求8或9所述的球墨铸铁管的制备方法，包括如下步骤：

(1)将物料2与物料1均匀混合得涂层物料；其中，所述的物料1为矿渣硅酸盐水泥、砂和稳定剂的均匀混合物；所述的物料2为水；当所述的涂层原料组合物包括纤维时，所述纤维与物料1均匀混合后处理；当所述的涂层原料组合物包括乳液、超塑化剂或缓凝剂时，所述乳液、超塑化剂或缓凝剂均与物料2均匀混合后处理；

(2)将涂层物料涂覆至球墨铸铁管预成型体的外壁；

(3)养护。

11.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的涂层物料由下述方法制得：将物料2加入至物料1中，搅拌至混合均匀即可；

步骤(2)中，所述的涂覆为喷涂；其中，所述的喷涂为将涂层物料置于喷涂泵的料斗，通过喷涂泵辅助压缩空气，将涂层物料均匀地喷涂到球墨铸铁管预成型体的外壁形成涂层即可；

步骤(3)中，所述的养护为置于养生仓内，在30℃-60℃，90％以上相对湿度条件下，密闭养护4-20小时；或者，空气中自然养护1-7天。

12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的搅拌为搅拌2min-3min；步骤(2)中，在所述喷涂之后还抹面压实；步骤(3)中，实现所述的30℃-60℃，90％以上相对湿度条件的介质为高炉蒸汽。