CN112142495A - 含玻璃微珠的球墨铸铁管无机防腐内衬及制作方法 - Google Patents

含玻璃微珠的球墨铸铁管无机防腐内衬及制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含空心玻璃微珠的球墨铸铁管无机防腐内衬及制作方法，所述球墨铸铁管无机防腐内衬由混合无机防腐材料、水、砂子和添加剂制成，所述混合无机防腐材料的具体组分质量占比如下：水泥熟料与石膏：25％‑70％，粒化高炉矿渣：10％‑70％，空心玻璃微珠：5％‑30％。本发明的防腐内衬提高了水泥砂浆内衬的强度，降低了内衬的孔隙率，从而降低了水泥砂浆内衬在输水过程中因钙及铝水化产物的析出造成的水质pH值升高及铝含量的升高，提高了内衬的耐腐蚀性及水质的卫生性能。

Description

含玻璃微珠的球墨铸铁管无机防腐内衬及制作方法
技术领域
本发明涉及管道水泥砂浆内衬防腐技术领域，特别是涉及一种球墨铸铁管无机防腐内衬。
背景技术
球墨铸铁管作为一种优良的输水管材，已广泛应用于输水管网工程中。与其它管材相比，球墨铸铁管具有机械性能优异、耐腐蚀性能优异、密封性能良好、事故率低、漏损率低等优点。
水泥砂浆内衬具有好的防腐性能，属于主动防腐。但目前市售水泥多为建筑用水泥，没有针对于与饮用水接触的专用水泥。建筑用水泥由于多用于钢筋混凝土结构，需要水泥的碱性在钢筋表面形成钝化膜起到对钢筋的防腐作用。因此，目前市售水泥主要水化产物包括氢氧化钙、C-S-H凝胶等，氢氧化钙提供其产生钝化膜所需要的碱性。但是对于输送饮用水的球墨铸铁管水泥砂浆内衬，由于水化产物氢氧化钙的存在，容易引起小口径管输水初期pH值的升高。另外，氧化铝也是水泥的主要矿物成分之一，导致小口径管在输水初期易使水质的铝含量升高。过多食用或者长期食用含铝的食品或者水对人体存在潜在的危害。
因此，研究一种用于输送饮用水的球墨铸铁管新型无机防腐内衬，提高强度、降低孔隙率、降低小口径球墨铸铁管输水初期pH值和铝含量，延长使用寿命具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种含空心玻璃微珠的球墨铸铁管无机防腐内衬及制作方法，降低了孔隙率，有效降低了输水过程中碱性物质和铝的溶出，提高了水泥砂浆内衬的使用寿命及水质卫生性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体如下：
一种含空心玻璃微珠的球墨铸铁管无机防腐内衬，所述球墨铸铁管无机防腐内衬由混合无机防腐材料、水、砂子和添加剂制成，所述混合无机防腐材料的具体组分质量占比如下：水泥熟料+石膏：25％-70％，优选的为30％-50％；粒化高炉矿渣粉：10％-70％，优选的为35％-60％；空心玻璃微珠：5％-30％，优选的为10％-20％。
其中，所述水泥熟料的主要矿相组成包括：C3S质量分数30％-65％，优选的为45％-60％。
C2S质量分数10％-50％，优选的为15％-30％。
C3A质量分数≤10％，优选的为≤8％。
游离氧化钙f-CaO质量分数≤1.5％，优选的为≤1.0％。
(Na2O+0.658K2O)质量分数≤1％，优选的为≤0.8％，更为优选的为≤0.6％。
此外，还包括少量的C4AF等矿物组分。
其中，混合无机材料的化学组分含有CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO等组分，其中，CaO/SiO的比值≤2:1，优选的为≤3:2。
其中，所述水泥熟料的比表面积为300-400m2/kg，优选的为340-360m2/kg。
其中，所述的水泥熟料占水泥熟料和石膏总质量的94％-96％，优选的为95％-95.5％；石膏占水泥熟料和石膏总质量的4％-6％，优选的为4.5％-5％。
其中，所述的粒化高炉矿渣符合GB/T 18046要求的S75-S105级别要求，优选的为符合GB/T 18046要求的S95级别要求。
其中，所述的砂子为河砂和/或破碎砂，所述砂子与所述混合无机防腐材料的质量比为(1.0-3.0)：1；所述的水与混合无机防腐材料的质量比为(0.2-0.8)：1，优选的为(0.3-0.5)：1；所述水为符合GB 5749要求的饮用水。
其中，所述的添加剂为聚羧酸系减水剂和/或膨胀剂和/或调凝剂，所述添加剂的添加总质量不超过所述混合无机防腐材料的8％。
本发明的含空心玻璃微珠的球墨铸铁管无机防腐内衬的制作方法：所述球墨铸铁管防腐内衬通过离心工艺涂覆于球墨铸铁管内壁，内衬层厚度为3-20mm。
空心玻璃微珠的主要化学成分是SiO2和Al2O3，与水泥熟料水化反应放出的Ca(OH)2能迅速反应，形成硅酸钙和钙矾石型的水化物，能填充水泥砂浆内衬的空隙，使水泥砂浆内衬具有较高的强度，还能提高其抗侵蚀的能力，增强水泥砂浆内衬的耐久性。
由于粒化高炉矿渣粉和空心玻璃微珠消耗熟料水化生成的Ca(OH)2，进而降低了其pH值；另外，由于空心玻璃微珠与Ca(OH)2反应形成的硅酸钙和钙矾石型的水化物填充水泥砂浆内衬的空隙，降低了水泥砂浆内衬的孔隙率，进一步降低了输送水质铝含量和pH值。
同现有技术相比，本发明的突出效果在于：
本发明的球墨铸铁管防腐内衬的水泥砂浆凝结时间适中，可以通过石膏的加入量进行调节，可操作时间充足，具有良好的可施工性。通过改变水泥熟料的化学组分和矿相，降低了可溶性氢氧化钙水化产物的生成；同时与矿渣微粉和空心玻璃微珠混配，调整了水化产物的组成和占比，降低了水泥砂浆内衬孔隙率，减缓水泥成分的溶出，降低了碱性物质和铝的溶出，提升了输水水质质量，提高了内衬服役寿命。
下面结合具体实施例对本发明的一种含空心玻璃微珠的球墨铸铁管无机防腐内衬及制作方法作进一步说明。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1～实施例3分别制备了一种含空心玻璃微珠的球墨铸铁管无机防腐内衬，所述球墨铸铁管无机防腐内衬由混合无机防腐材料、水、砂子和占混合无机防腐材料质量的1％的聚羧酸减水剂制成。
混合无机防腐材料的具体组分如下：水泥熟料与石膏；粒化高炉矿渣；空心玻璃微珠。
按照GB/T 176的方法检测CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、f-CaO、Na2O和K2O等化学成分，再按照GB/T21372-2008中的表1和表2的公式计算矿物组成。选取3种不同矿物组成的水泥熟料，其主要矿相及成分见表1。
表1水泥熟料主要矿相成分
编号 C<sub>3</sub>S/％ C<sub>2</sub>S/％ C<sub>3</sub>A/％ f-CaO/％ (Na<sub>2</sub>O+0.658K<sub>2</sub>O)/％
实施例1 49.63 27.56 1.75 0.82 0.60
实施例2 55.27 20.96 9.23 1.342 0.59
实施例3 40.24 43.19 0.87 0.24 0.69
其中，混合无机防腐材料的组分配比见表2。
表2混合无机防腐材料组分配比
Figure BDA0002710115580000031
Figure BDA0002710115580000041
注：
1、石膏占熟料和石膏总量的5％；
2、实施例1-1、实施例1-2同实施例1采用同一种熟料；实施例2-1、实施例2-2同实施例2采用同一种熟料；实施例3-1、实施例3-2同实施例3采用同一种熟料。
按照表2的混合无机防腐材料的组分配比，采用国标GB/T 17671《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》的方法制备标准砂浆样块，结合标准养护和模拟球墨铸铁管水泥砂浆内衬的方式进行养护，检测养护28天强度。样块强度对比见表3。
表3样块强度
Figure BDA0002710115580000042
按照表2中混合无机防腐材料的组分配比，然后称取砂子和水，砂子与混合无机防腐材料的质量比为1.2：1，水与水泥的质量比为0.4：1，添加混合无机防腐材料质量的1％的聚羧酸减水剂，制备水泥砂浆，采用离心制备工艺涂覆于DN100球墨铸铁管内壁，在养生窑中经过蒸汽养护，形成水泥砂浆内衬。
水泥砂浆内衬的孔隙率见表4。
表4水泥砂浆内衬孔隙率
Figure BDA0002710115580000051
截取对比例及各实施例的水泥砂浆内衬管段，长度L＝0.5m，密封底部，按照GB/T17219配置试验用水，pH值为8，硬度为100mg/L(以CaCO3计)，进行静态浸泡试验，浸泡24h后对浸泡水的pH值及铝含量进行检测。经24h浸泡，对比例浸泡水pH＝11.76，铝含量＝0.72mg/L。实施例1-实施例3较对比例首次浸泡pH值降低比例结果见表5，铝溶出量降低结果见表6。
表5实施例1-3较对比例pH值降低比例结果
Figure BDA0002710115580000052
表6铝溶出降低结果
Figure BDA0002710115580000053
由上述试验结果可见，本发明的球墨铸铁管新型防腐内衬相比于传统水泥砂浆内衬，提高了强度、降低孔隙率，降低了输水水质pH值和铝溶出。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种含玻璃微珠的球墨铸铁管无机防腐内衬，其特征在于：所述球墨铸铁管无机防腐内衬由混合无机防腐材料、水、砂子和添加剂制成，所述混合无机防腐材料的具体组分质量占比如下：水泥熟料与石膏：25％-70％，粒化高炉矿渣：10％-70％，空心玻璃微珠：5％-30％。
2.根据权利要求1所述的含玻璃微珠的球墨铸铁管无机防腐内衬，其特征在于：所述水泥熟料与石膏占比为30％-50％；粒化高炉矿渣占比为35％-60％；空心玻璃微珠占比为10％-20％。
3.根据权利要求1或2所述的含空心玻璃微珠的球墨铸铁管无机防腐内衬，其特征在于：所述水泥熟料的主要矿相组成包括：C3S质量分数为30％-65％，C2S质量分数为10％-50％，C3A质量分数≤10％，游离氧化钙f-CaO质量分数≤1.5％，(Na2O+0.658K2O)质量分数≤1％。
4.根据权利要求3所述的含空心玻璃微珠的球墨铸铁管无机防腐内衬，其特征在于：所述水泥熟料的主要矿相组成包括：C3S质量分数为45％-60％，C2S质量分数为15％-30％，C3A质量分数≤8％，游离氧化钙f-CaO质量分数≤1.0％；(Na2O+0.658K2O)质量分数≤0.8％。
5.根据权利要求1所述的含空心玻璃微珠的球墨铸铁管无机防腐内衬，其特征在于：混合无机防腐材料的化学组分包括CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO，其中，CaO/SiO的比值≤2:1。
6.根据权利要求1所述的含空心玻璃微珠的球墨铸铁管无机防腐内衬，其特征在于：所述水泥熟料的比表面积为300-400m2/kg。
7.根据权利要求1所述的含空心玻璃微珠的球墨铸铁管无机防腐内衬，其特征在于：所述的水泥熟料占水泥熟料和石膏总质量的94％-96％；石膏占水泥熟料和石膏总质量的4％-6％；所述的粒化高炉矿渣符合GB/T 18046要求的S75-S105级别要求。
8.根据权利要求1所述的含空心玻璃微珠的球墨铸铁管无机防腐内衬，其特征在于：所述的砂子为河砂和/或破碎砂；所述砂子与混合无机防腐材料的质量比为(1.0-3.0)：1；所述的水与混合无机防腐材料的质量比为(0.2-0.8)：1；所述水为符合GB 5749要求的饮用水。
9.根据权利要求1所述的含空心玻璃微珠的球墨铸铁管无机防腐内衬，其特征在于：所述的添加剂为聚羧酸系减水剂和/或膨胀剂和/或调凝剂，所述添加剂的添加总质量不超过混合无机防腐材料的8％。
10.权利要求1-9任一所述的球墨铸铁管无机防腐内衬的制作方法，其特征在于：所述球墨铸铁管防腐内衬通过离心工艺涂覆于球墨铸铁管内壁，内衬层厚度为3-20mm。
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