CN112159181A - 一种用于输送饮用水的球墨铸铁管防腐内衬及制作方法 - Google Patents

一种用于输送饮用水的球墨铸铁管防腐内衬及制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于输送饮用水的球墨铸铁管防腐内衬及制作方法，所述球墨铸铁管防腐内衬由水泥砂浆制成，所述水泥砂浆由水泥、水、砂子和添加剂制成，所述水泥的具体组分质量占比如下：水泥熟料与石膏：25％‑70％，矿渣微粉：10％‑70％，硅灰粉：5％‑20％。水泥熟料的主要矿物组成包括：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％。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

一种用于输送饮用水的球墨铸铁管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技术领域，特别是涉及一种用于输送饮用水的球墨铸铁管防腐内衬。
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，尚没有针对与饮用水接触的水泥制品所使用的水泥。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水泥砂浆内衬，尤其是降低小口径球墨铸铁管输水初期pH值和铝含量具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于输送饮用水的球墨铸铁管防腐内衬及制作方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体如下：
一种用于输送饮用水的球墨铸铁管防腐内衬，所述球墨铸铁管防腐内衬由水泥砂浆制成，所述水泥砂浆由水泥、水、砂子和添加剂制成，所述水泥的具体组分质量占比如下：水泥熟料与石膏：25％-70％，优选的为30％-50％；矿渣微粉：10％-70％，优选的为35％-60％；硅灰粉：5％-20％，优选的为10％-15％。
其中，所述水泥熟料主要矿物组成包括：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，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，所述的矿渣微粉符合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，所述砂子与所述水泥的质量比为(1.0-3.0)：1；所述的水与水泥的质量比为(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水泥的8％。
本发明的用于输送饮用水的球墨铸铁管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。
本发明采用了一种C3S质量分数30％-65％，C2S质量分数50％-10％，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％组成的水泥熟料与石膏、矿渣微粉和硅灰粉组成一种新型的水泥。然后将该新型水泥、水、砂子及外加剂组成水泥砂浆，经过离心工艺涂覆于球铁管内壁形成水泥砂浆内衬。
本发明通过水泥熟料矿物组成的调整，以及与矿渣微粉和硅灰的配合，调整了水泥砂浆内衬的水化产物配比，较少的生成氢氧化钙的含量，从而降低了其pH值，另外，通过矿渣微粉和硅灰的配合，降低了水泥砂浆内衬的孔隙率，缓解了水泥砂浆内衬中碱性物质和铝的溶出，从而进一步降低了铝含量和pH值。
同现有技术相比，本发明的突出效果在于：
(1)本发明通过改变水泥熟料的化学组分和矿物组成，降低了可溶性氢氧化钙水化产物的生成；同时与矿渣微粉和粉煤灰混配，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，提高了服役寿命。
(2)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。本发明的水泥砂浆内衬强度高，孔隙率低。尤其是降低了小口径管输水初期，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。
下面结合具体实施例对本发明的一种用于输送饮用水的球墨铸铁管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。
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，各熟料的主要矿物组成及成分见下表1。按下表2的比例分别制备6种不同配比的水泥，水泥的具体组分如下：水泥熟料与石膏；矿渣微粉；硅灰粉。对比例水泥采用普通市售425水泥。
表1熟料的主要矿物组成及成分表
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)/％
水泥熟料1 47.58 28.49 1.05 0.9 0.64
水泥熟料2 53.72 21.45 8.98 1.02 0.62
水泥熟料3 39.07 44.86 0.98 0.18 0.72
表2水泥组分配比
Figure BDA0002711270220000031
Figure BDA0002711270220000041
注：1、石膏占熟料和石膏总量的5％。
按照表2水泥的组分配比，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，按照标准养护的条件进行养护，检测养护7天和28天强度。砂浆样块强度对比见表3。
表3样块强度
Figure BDA0002711270220000042
Figure BDA0002711270220000051
按照表2中水泥的组分配比，然后称取砂子和水，砂子与水泥的质量比为1.2：1，水与水泥的质量比为0.4：1，加入普通市售聚羧酸系减水剂，加入量为水泥质量的1％，见下表4。分别制备水泥砂浆，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。
表4各实施例配比参数
Figure BDA0002711270220000052
Figure BDA0002711270220000061
将对比例及各实施例涂衬的水泥砂浆内衬球墨铸铁管水泥砂浆内衬进行取样，对内衬进行孔隙率检测，水泥砂浆内衬的孔隙率见表5。
表5水泥砂浆内衬孔隙率
编号 孔隙率 编号 孔隙率 编号 孔隙率
对比例 12.01
实施例1 10.77 实施例2 10.25 实施例3 10.27
实施例1-1 10.23 实施例2-1 10.09 实施例3-1 10.14
实施例1-2 9.64 实施例2-2 9.78 实施例3-2 9.96
实施例1-3 8.29 实施例2-3 8.04 实施例3-3 8.49
实施例1-4 9.46 实施例2-4 9.21 实施例3-4 9.33
实施例1-5 9.96 实施例2-5 9.84 实施例3-5 10.02
截取对比例及各实施例涂衬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＝11.82，铝含量＝0.67mg/L。各实施例较对比例首次浸泡pH值降低比例结果见表6，铝溶出量降低结果见表7。
表6实施例较对比例pH值降低比例结果
Figure BDA0002711270220000062
表7实施例较对比例铝溶出降低结果
Figure BDA0002711270220000063
Figure BDA0002711270220000071
由上述试验结果可见，本发明的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)

1.一种用于输送饮用水的球墨铸铁管防腐内衬，其特征在于：所述球墨铸铁管防腐内衬由水泥砂浆制成，所述水泥砂浆由水泥、水、砂子和添加剂制成，所述水泥的具体组分质量占比如下：水泥熟料与石膏：25％-70％，矿渣微粉：10％-70％，硅灰粉：5％-20％。
2.根据权利要求1所述的用于输送饮用水的球墨铸铁管防腐内衬，其特征在于：所述水泥熟料与石膏占比为30％-50％；矿渣微粉占比为35％-60％；硅灰粉占比为10％-15％。
3.根据权利要求1或2所述的用于输送饮用水的球墨铸铁管防腐内衬，其特征在于：所述水泥熟料的主要矿物组成包括如下组分：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所述的用于输送饮用水的球墨铸铁管防腐内衬，其特征在于：所述水泥熟料的主要矿物组成包括：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所述的用于输送饮用水的球墨铸铁管防腐内衬，其特征在于：所述水泥熟料的比表面积为300-400m2/kg。
6.根据权利要求1所述的用于输送饮用水的球墨铸铁管防腐内衬，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％。
7.根据权利要求1所述的用于输送饮用水的球墨铸铁管防腐内衬，其特征在于：所述的矿渣微粉符合GB/T 18046要求的S75-S105级别要求。
8.根据权利要求1所述的用于输送饮用水的球墨铸铁管防腐内衬，其特征在于：所述砂子与所述水泥的质量比为(1.0-3.0)：1；所述的水与水泥的质量比为(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所述的用于输送饮用水的球墨铸铁管防腐内衬，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所述水泥的8％。
10.权利要求1-9任一所述的用于输送饮用水的球墨铸铁管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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