本文主要介绍了适用于城市输水PCCP管道工程的外防腐涂料品种及性能、配套施工工艺和质量控制措施等方面的内容，并展望了PCCP外防腐技术的应用前景。

 

    文| 林　竹　中国石油集团工程技术研究院

 

    预应力钢筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe，简称PCCP）是采用薄钢板与钢质承插口环卷制拼焊成筒体，然后用立式振动成型法在筒体内外浇灌（或采用离心法在筒体内浇灌） 混凝土构成管芯，在管芯外圆上缠绕高强度预应力钢丝，再喷砂浆保护层而组成的一种复合管。

 

    PCCP 具有很高的强度，可承受较高的工作压力，有很好的水密性、抗渗性、耐磨性；该管是兼有钢管和混凝土管优点的优质新型管材，而成本比钢管低，使用寿命比钢管高一倍以上，在使用过程中不会产生铸铁管和预应钢筋混凝土管的管体和接口爆裂等现象。

 

    PCCP 最适合制作大口径压力管，能够满足城市引水工程、供水系统、大型火电厂和核电站的循环水管道、大型排水排污管道工程的要求，适用于高水压、大口径、长距离输水管道工程的应用。

 

    PCCP 作为一种优质新型的输水管材，它的开发应用已有半个多世纪的历史，它最早由法国邦纳（Bonna） 公司研制开发成功， 至2O 世纪末，仅美国的敷设长度已超过29000km。我国山东电力管道公司于1988 年从美国阿麦隆（Ameron） 公司引进技术和设备生产了PCCP 管，随后无锡、深圳等地的管道公司也相继从美国引进设备建厂，根据中国混凝土与水泥制品协会公布的数据，截止到2010 年底，全国已有60 多家企业建成了90 多条PCCP 生产线， 年设计生产能力（DN600-DN4000）达3000-3200km，该管已在我国一些大型输水、供水工程中应用，主要应用工程包括南水北调中线工程、大连应急输水工程、江苏常州武进引长江水工程、山西禹门口东扩引水工程、山西万家寨引黄工程、深圳东部引水工程、哈尔滨磨盘山引水工程等。

 

    据美国资料情况来看，美国在最近的五十年中铺设使用的预应力钢筒混凝土管道已发生了多起管道破坏事故，美国《Materials Performance》杂志1992/5 也报道一条17km 的DN1600 的PCCP 管道， 运行几年便发生开裂。美国混凝土压力管协会（ACPPA）非常重视PCCP 管道破坏的原因和机理，他们在有关的技术报导中称：在已提出破坏报告的118 项工程中，大多数的破坏是由外部环境对预应力钢丝产生腐蚀，并形成应力集中，造成预应力钢筋断裂而爆管，因此，目前国内外均采取在PCCP 管道外表面涂敷防腐涂层来防止腐蚀的发生，并取得了很好的使用效果。

 

    由于混凝土属于强碱性建筑材料，因而要求混凝土防腐蚀涂层具有良好的耐碱性、附着力和抗渗透性，同时对涂料的强度、柔韧性和耐候性也提出了较高要求。目前国内外工程中应用的PCCP 外防腐涂料主要包括环氧煤沥青涂料（溶剂型和无溶剂型）、聚氨酯涂料和聚脲涂料等。

 

    环氧煤沥青涂料主要由环氧树脂、固化剂、煤焦油/ 煤沥青及颜填料等材料组成，环氧树脂分子结构中含有大量的羟基和醚基等极性基团，加之在固化过程中活泼的环氧基能与界面原子反应形成极为牢固的化学键，涂层与基材间具有极好的附着力；同时结构中含有强极性的脂肪羟基和难水解的醚键，涂层耐腐蚀性能优异。煤焦油/ 煤沥青化学性质极为稳定，具有极好的耐水性、耐潮湿性、耐化学品和抗微生物侵蚀性，综合性能优于石油沥青。环氧煤沥青涂料兼备环氧树脂的优良的附着力和沥青树脂的防水性能，具有很好的耐腐蚀介质渗透功能，特别是抗氯离子渗透性能优异，同时由于其价格较低，经济合理，施工简便，通过调节涂料的粘度和触变性可一次喷涂至1000μm 以上，因此成为PCCP 管道的主要外防腐材料，特别是无溶剂型环氧煤沥青涂料兼具良好的环保性能，成为未来PCCP 防腐层材料的发展方向之一。

 

    聚氨酯涂料和聚脲涂料通常是由异氰酸酯预聚物和含羟基树脂两部分组成，通过配方的调整，可获得良好的抗渗透性能、耐候性和物理机械性能，特别是防腐层具有很好的韧性和耐磨性， 是目前很有发展前途的一类涂料品种，但其缺点是对施工环境要求较高，漆膜容易产生弊病，同时产品价格也比环氧涂料高，因此， 除在国外PCCP 防腐工程得到工业应用外，目前国内尚未在PCCP 防腐工程中进行大规模推广应用。

 

    对于PCCP 管道的外防腐层厚度，目前国内主要参考JTJ 275 《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》的规定执行，对于防腐年限为20 年以上的工程，其防腐蚀涂层面漆的干膜厚度应不小于500μm；同时考虑到PCCP 的喷涂砂浆表面孔隙大，凸凹不平， 如果外防腐层太薄，容易出现漏涂的现象，稍微磕碰或者吊装管道时容易露底，严重影响外防腐质量。因此为保证长期的防腐使用寿命，目前设计的PCCP 外防腐层厚度一般在500-1000μm 之间。

 

    国外工程也大多采用此防腐层厚度范围，如利比亚大人工河工程的PCCP 外防腐层设计厚度为900μm，南水北调中线工程的PCCP 外防腐层设计厚度为为600μm。

 

    在涂料施工方面，由于目前尚无相关标准规范，因此不同工程采取的施工工艺也有所不同，主要包括“干喷”和“湿喷”两类。

 

    干喷就是在水泥砂浆防护层喷射完成后。将PCCP 管直接放到地面，等养护完成后就地进行高压无气喷涂。喷涂时，施工人员登上可移动架子，先喷涂管道上部，然后喷涂管道下部。一般情况下没有加热系统，属于常温喷涂，为达到理想的喷涂效果和施工厚度，需要喷涂2-3 次以达到设计规定厚度，两次喷涂的间隔时间不低于6h。由于是在PCCP 管道养护完成后进行喷涂施工， 为保证涂料与混凝土之间的良好粘结效果，应重点做好混凝土的表面处理，采用压缩空气对混凝土表面进行强力吹扫；同时，由于施工间隔比较长，应密切关注天气变化对施工质量的影响，如遇雨、雪及风沙天气，应提前做好对防腐层的保护工作。

 

    湿喷，顾名思义，就是在水泥砂浆层喷射完成并检查外观无破损后立即进行防腐层喷涂施工，它是一种节省工期的新技术， 其原理是在依靠防腐层把水泥砂浆中的水分封闭，以保证水泥养护过程中所需要的水分，因此，应将防腐层的喷涂完成时间控制在1h 以内，以防止水分蒸发使水泥水化不完全，从而影响PCCP 管道的整体质量。一方面，湿喷工艺要求采用可在潮湿表面固化的防腐涂料品种，一般通过使用可在潮湿表面施工的固化剂，即可保证涂料在混凝土表面潮湿的情况下仍具有良好的粘结及防腐性能。经检测发现，在混凝土砂浆含水率达到7%~9% 的情况下， 涂层与混凝土的附着力仍可达5MPa 以上，可以满足防腐质量的要求。另一方面，湿喷工艺可以利用喷射水泥砂浆的旋转喷浆机， 在喷浆机上安装自动喷枪，利用喷浆机的旋转和升降功能，通过调节旋转和升降速度，使防腐层一次达到设计规定的厚度。整个喷涂流程为：首先将PCCP 管道在旋转装置上按一定速率进行旋转，将自动喷枪升至PCCP 管道顶部，在上升过程中采用压缩空气对PCCP 表面进行吹扫，然后喷枪自PCCP 顶部匀速下降，同时进行喷涂作业，整个喷涂轨迹为螺旋线，喷涂幅宽搭接50%，在喷涂到PCCP 最下部时候，升降装置停止下降，原地喷涂一圈，关闭自动喷枪，整个喷涂时间可控制在25min 之内。对于湿喷工艺， 除需选择可潮湿固化的防腐涂料品种外，由于只能在防腐层实干后方可移动PCCP 管道，为提高工作效率，需在保证涂层质量的前提下，尽量缩短涂层的干燥及固化时间，一般可通过选用快干型涂料或在涂料加热后再喷涂来加以改善。

 

    在施工质量控制方面，虽然我国于1993 年起草了PCCP 管道的行业标准并于1996 年起正式实施，2005 年国家标准GB/ T19685-2005“预应力钢管混凝土管”也正式发行，但相关标准均未对PCCP 防腐技术做出具体要求和规定。由于底材的特殊性， 常规防腐涂料的现场检测方法，包括磁性检厚和电火花检漏等方法都无法适用于PCCP，因此目前国内主要参照国外工程的做法， 对PCCP 管道现场防腐质量进行检测，具体包括：

 

    （1）外观检查：防腐管应逐根目测检查，要求涂层光滑平整、厚度均匀、无针孔、无漏涂、无龟裂。

 

    （2）干膜厚度检查：由于PCCP 外防腐层是涂敷在水泥砂浆的外表面，用常规磁性测厚仪无法检测干膜厚度，因此采用超声波测厚仪检查涂层厚度，在涂层完全固化以后进行测试，每10 根管抽查一根，每根管检测点数应不少于20 个。

 

    （3）附着力检查：涂层涂装完成并固化后，对抽样的防腐管按《色漆和清漆 拉开法附着力试验》（GB/T5210-2006）规定的方法进行防腐涂层附着力测定，一般要求粘结强度≥ 1.5 MPa。

 

    （4）电阻率检查：采用高阻计测试固化后涂层的电阻率，用沾满5% 盐水的湿海绵作为涂层测试头，另一端接地进行测试， 涂料涂层管道的电阻值应在裸露混凝土管道的100 倍以上，每10 根管抽查一根，每根管检测点数应不少于10 个。此方法可检测防腐层是否有漏喷现象。

 

    在前期的工程施工中发现，PCCP 防腐层出现的问题主要包括龟裂、剥离和粉化等，究其原因主要还是和表面处理不到位、涂层韧性差和耐老化性能不佳等因素相关，应通过加强对涂料和施工的质量控制来保证施工的整体效果。
 

   

图1　涂料喷涂                                                                                                图2　喷涂完成的PCCP管道

 

    由于PCCP 具有的技术先进性，在国内外的应用呈现递增的趋势，目前已经成为国内外在大中型输水工程中普遍采用的先进管材。统计数据显示，全国最近10 年共需要新增26285 公里PCCP 标准管，平均每年新增PCCP 标准管约2600 公里，市场增长空间巨大，因此与之配套的PCCP 外防腐涂层技术也将具有广阔的推广应用前景。