提高大口径球墨铸铁管高铝水泥砂浆内衬质量的方法.pdf

问题探讨252023,Vol.61,No.4252023,Vol.61,No.4收稿日期：2022-12-16作者简介：贾小伟（1985），男，工程师。提高大口径球墨铸铁管高铝水泥砂浆内衬质量的方法贾小伟，王精华，袁晓东，尹长光，王嵩，鲍宝东，段海彪，韩志勇（新兴铸管股份有限公司 河北 邯郸 056300）摘要：热模法生产的大口径球墨铸铁管污水管，按照搅料-涂衬-养生的过程，在内壁涂衬高铝水泥砂浆。本文结合 DN1600 污水管的实际情况，从各个环节分析了高铝水泥砂浆内衬缺陷产生的原因及防治措施，从而有效提高了水泥砂浆涂衬质量，降低了废品率。关键词：高铝水泥砂浆内衬；球墨铸铁管；缺陷中图分类号：TG2文献标识码：B文章编号：1003-0514(2023)04-0025-04Methods to improve the lining quality of high aluminum cement mortar for large caliber nodular cast iron pipe Jia Xiaowei，Wang Jinghua，Yuan Xiaodong，Yin Changguang，Wang Song,Bao Baodong，Duan haibiao，Han Zhiyong（Xinxing Ductile Iron Pipes Co.，Ltd.，Handan 056300，China）Abstract：The large caliber nodular cast iron sewage pipe produced by hot mold method is coated with high aluminum cement mortar on the inner wall according to the process of mixing,coating and health preservation.Based on the actual situation of DN1600 sewage pipe,this paper analyzes the causes and prevention measures of the lining defects of high-alumina cement mortar from each link,so as to effectively improve the quality of cement mortar coating and reduce the rejection rate.Key words：high aluminum cement mortar;；ductile iron pipe；defect离心球墨铸铁管因具有优良的耐腐蚀性和力学性能，被广泛应用于城市供水、污水处理、地下综合管廊建设。高铝水泥砂浆内衬，具有以下几个有点：1）不溶于弱酸；2）中和强酸能力强；3）能抑制硫杆菌繁殖生长；4）耐磨等四大优点，可以有效地抵抗污水管网里的生物源硫酸腐蚀1，同时相较于环氧陶瓷、聚氨酯，有成本低的特点，因此在污水管网中大量使用。高 铝 水 泥 的 主 要 矿 物 成 分 为 铝 酸 一钙（CaOAl2O3，简 写 为 CA）和 二 铝 酸 一 钙（CaO2Al2O3，简写为 CA2），此外尚有少量硅酸二钙和其他铝酸盐。高铝水泥的水化过程，主要是铝酸一钙的水化过程。一般认为其水化反应随温度不同而不同。当温度小于 20 时，主要水化产物是水化铝酸一钙（CaOAl2O310H2O，简写为CAH10）。温度在 20 30 时主要水化产物为水化铝酸二钙（2CaOAl2O38H2O，简写为 C2AH8）。当温度大于 30 时，主要水化产物为水化铝酸三钙（3CaOAl2O36H2O，简写为 C3AH6）。铝酸一钙含量约占铝酸盐水泥质量的 70%，其特点是凝结快速，硬化迅速，是高铝水泥强度的主要来源2。基于以上原因高铝水泥具有凝固速度快、初期强度高冶金标准化与质量2023,Vol.61,No.426等特点，在大口径球墨铸铁管制造过程中易出现小坑、白斑、裂纹等缺陷，造成表观一致性差甚至判砸。1涂衬工艺简介将符合要求的砂、水泥、水按一定比例配好，搅拌均匀，将砂浆直接布料在待涂衬管子内，送料小车匀速进入管内，确保布料均匀，在电机驱动下以一定速度旋转，砂浆在离心力的作用下，在管子内壁均匀铺开、脱水直至成型（见图 1）。工艺流程如下：待涂衬管，上承插口堵头小车布料离心涂衬拆卸插口堵头倒水二次离心涂衬湿内衬修补蒸汽养生 内壁水磨。施，提升球墨铸铁管高铝水泥砂浆的内衬质量。图 1涂衬工艺示意图2缺陷分析及改进措施目前水泥内衬存在的缺陷主要是以下几个方面：水泥砂浆配比不合适，水泥量过多，易产生裂纹；水泥量过少，涂层强度不足易剥落或产生露砂现象3。养生过程中，气体无法排出，形成内壁小气泡。离心力不够，水分没有充分脱离，养生后出现内裂、麻坑等4。生产过程中遇到的缺陷有麻坑、白斑、龟裂、翘皮等如图 2 所示。在确保砂:灰:水=1.45:1:0.45 不变的情况下，通过研究、改进球墨铸铁管管身的涂衬砂粒度、涂衬方式、养生工艺等措图 2生产过程中高铝水泥内衬缺陷1-2.砂浆层；3.水泥浆层；4.水膜层；P.离心力图 3离心砂浆的分层特性2.1衬砂粒度涂衬砂粒度过小，会导致水泥内衬的骨架不合适，容易使水泥与砂子分层，导致起皮、局部脱落，而且会造成强度不够，砂子颗粒过小，离心旋转时过量的自由水不易排出，造成起泡缺陷。涂衬砂粒度过大，原本内表面的水泥浆层变为大量的浮砂（图 3 的 3 位置），产生大量浮砂，并且涂层内部大颗粒砂较多密实度差。表 1原来的涂衬砂标准中砂粒度/mm含泥量 0.150.152.02.03.353.354.5 4.5标注要求 0.10%55%80%25%45%5%1.5%1.0%让步接收要求 15%50%85%25%50%5%3.5%1.5%以前涂衬砂标准（表 1）中颗粒（0.15 2.0 mm）占主要比例。但是实际到货是，该范围内粒度偏上（1.0 2.0 mm）的组分往往占比超过 80%以上。经过多次的实验对比分析，确认了适合 DN1600大口径的球墨铸铁管的最佳的水泥砂灰比和砂子的合适粒度范围重量比率，目前本公司大口径（DN1100-DN2600）球墨 铸铁管内衬高铝水泥砂问题探讨272023,Vol.61,No.4浆所使用的涂衬砂粒度标准，由表 1 调整为表 2。与此同时，原料的搅拌过程也进行精细化改良：将 200 kg 砂子铺底，下全部水泥 400 kg，干料搅拌同时加水 188 kg 左右，搅拌约 5 min 后，加入剩余 380 kg 砂子，继续搅拌约 8 min。此种配比和搅拌工艺可以让水泥内衬有合适的骨架，充分的均匀性，明显改善了起皮、局部脱落等缺陷，提升了内衬质量。为了进一步减少大块对内衬质量的影响，在下料口将 40 mm40 mm 的过滤网孔换成了20 mm20 mm 的过滤网孔，减少大颗粒砂造成的麻坑等缺陷。2.2 涂衬工艺相同规格的球墨铸铁管，相较于普通硅酸盐水泥，高铝水泥砂浆的早起强度增进较快，且硬化时放热量较大5，而且几乎都是在早期放出，砂浆离心成型过程如图 4 所示。在离心运动开始时，固体颗粒与水泥砂浆的混合料在与铸管间摩擦粘聚力的作用下作离心运动，向心力由铸管的径向压力提表 2改进后的涂衬砂标准中砂粒度/mm含泥量 0.150.151.51.52.02.03.353.354.5 4.5标注要求 0.10%20%40%35%45%25%40%5%1.5%1.0%让步接收要求 15%20%45%35%50%20%45%5%3.0%1.5%旋转前 开始旋转 慢速旋转 中速旋转 离心成型结束图 4砂浆离心成型示意图供，外层混合料靠摩擦融聚力带动内层混合料作离心运动，同时在离心力的作用下沿径向向铸管内壁做沉降运动。随着混合料的密实，粘聚力增大，最终达到一种稳定的平衡状态，其速度与方向不再改变。离心转速是涂衬的主要工艺参数，转速控制不当会造成内衬分层、脱落等缺陷，特别是表面层质量变差，其工艺参数如表 3 所示。此外水泥砂浆在球墨铸铁管内壁的密实度是离心力、轴向力、振数方或两方（其中必有离心力）共同作用的结果。表 3离心主要工艺参数规格/mm高铝水泥牌号电机转速 r/min主动轮组中心距/mm从动轮组中心距/mm内衬标准厚度/mm布料量/tDN1600CA-50-13202 1502 16090.98经过多次实验分析之后将适合大口径的球墨铸铁管的涂衬离心转速调整至 320 r/min 左右，比普通水泥转速提高了 20 r/min，此范围是比较合适的高速范围，且调整之后，水泥内衬紧贴在管体内表面，有一层平滑光洁的水浆。二次离心工艺增加脱水功能，使内衬更加紧实，减少分层、麻坑等缺陷，内衬的密实度明显提高，气孔率、蜂窝、孔洞等明显减少。内衬的显微结构如图 5 所示，放大 100 倍和200 倍水泥内衬的密实度也很好，没有明显的孔洞、蜂窝等缺陷。2.3养生工艺图 5高铝水泥内衬显微结构为使内衬在较短的时间内获得一定强度，管子涂衬之后要进行蒸汽养生。反应产物是一种含有冶金标准化与质量2023,Vol.61,No.428大量结合水的矿物，这一矿物的快速形成，使硬化体在短时间内具有低的残余水。所以高铝水泥的养生时间相比普通水泥要短。同时要保证蒸汽压力，否则容易导致内衬起泡、裂纹等缺陷。养生的蒸汽压力在 0.2 MPa 以上，夏季自然养生较冬季减少 2 3 h，避免水分过多流失。而且蒸汽压力不足的情况下要延迟养生时间，所以经过多次实验分析之后制定了如下养生工艺：铸管进入养生池后，不立即开汽，先自然养生 2 3 h，然后开小蒸汽，保证温度在 30 以上，小汽养生 2 3 h 之后再逐渐开大蒸汽，直至到 60 以上保温 3 4 h。养生之后成品管的内衬表面质量如图 6 所示。15 mm。以防止高速离心过程中管子跳动频繁，造成内壁大面积浮砂和内部衬不实缺陷。原来承口堵头内径小，布料杆不能直接穿过承口堵头进入管内布料，必须先布料再上堵头。由于承口没有阻挡，部分水泥砂浆流到承口内或者管外,造成承口水泥砂浆量少，部分位置厚度达不到要求。现在将承口堵头内径扩展 80 mm，布料杆直接进入管内布料，没有水泥砂浆溢出，确保承口厚度合格，整体水泥砂浆厚度均匀性大幅度提升。3改进效果通过以上措施的调整，公司的大口径球墨铸铁管高铝水泥内衬质量得到了很大的提高，但影响离心球墨铸铁管水泥内衬质量的因素有很多，需要对产品进行全面的质量控制，并根据季节进一步改进配比，使水泥内衬质量达到国际水平。参考文献1 贾振波，尹建.球墨铸铁管铝酸盐水泥砂浆内衬工艺研究 J.中国标准化，2019，（14）:27-28.2 邢昊.石灰石粉对高铝水泥性能影响研究 D.湖南：中南大学，2010：1-3.3 向阳开，罗兴政.制作铸铁管水泥内衬的设备及工艺 J.铸造技术，2000，4：21-23.4 孙涛，王海玲.提高离心球墨铸铁管水泥内衬质量的方法 J.铸造技术，2006，9（27）：981-983.5 沈威，黄文熙，闵盘荣.水泥工艺学 M.北京：中国建筑工业出版社，1986：248.图 6成品管高铝水泥内衬表面质量2.4其他改进措施为降低椭圆管对涂衬质量的影响，管子到工位后不立即布料，而是按照正常涂衬参数实验试转，如果最高转速达不到 300 r/min，则下线转吊带式涂衬机涂衬，不在托轮式涂衬机涂衬。测量涂衬拖轮间距，调整承口、插口两组拖轮间距差 10 mm，同一侧承插口两个拖轮中心距差（上接第 18 页）5结论采用毛细管色谱柱、FID 氢火焰离子化检测器测定洗油中-甲基萘、-甲基萘含量，整个试样分析时间较短，不超过 20 min，并且准确度和精密度都较高，是一种非常适用于对洗苯工艺生产中分析检测洗油中甲基萘含量的有效测定方法。参考文献1 王永苗.气相色谱法测定洗油中甲基萘的含量 J，应用化工，2013，42（6）：1156-1158.2YB/T 4930-2021，洗油主要组分的测定气相色谱法 S.北京：冶金工业出版社，2021.3 GB/T 24208-2009，洗油萘含量的测定方法 S.北京：中国标准出版社，2009.4 闫俊杰.毛细管气相色谱法测定洗油中萘含量 J.山西化工，2014，34（3）：55-57.