本發(fā)明涉及一種管道復(fù)合防腐涂層使用壽命的預(yù)測(cè)方法，具體涉及球墨鑄鐵管復(fù)合防腐涂層的預(yù)期使用壽命預(yù)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
埋地球墨鑄鐵管道隨著使用年限的增加，其外壁涂層及管壁會(huì)發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，輕微的腐蝕對(duì)管道使用沒(méi)有影響，而嚴(yán)重腐蝕對(duì)管道影響較大，會(huì)引起管道穿孔甚至破裂，導(dǎo)致管道失效；同時(shí)，用戶(hù)需要根據(jù)具體的土壤腐蝕環(huán)境，選用符合壽命預(yù)期的球墨鑄鐵管級(jí)別及外涂層種類(lèi)，因此，研究球墨鑄鐵管及各種涂層在不同土壤條件下的耐蝕性能，對(duì)球墨鑄鐵管道外部復(fù)合防腐涂層進(jìn)行預(yù)期使用壽命評(píng)估就顯得尤為重要。
由于影響土壤腐蝕性的因素較多，而球墨鑄鐵管外壁涂層種類(lèi)也十分豐富，且外涂層種類(lèi)隨著研發(fā)仍然在不斷增加，所以球墨鑄鐵管外涂層在特定土壤環(huán)境下的預(yù)期使用壽命年限推算借助于復(fù)雜的公式，存在理論推導(dǎo)難、實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、工作量大、理論公式及經(jīng)驗(yàn)公式均難以確立等問(wèn)題，難度極大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種金屬管道復(fù)合防腐涂層預(yù)期使用壽命的預(yù)測(cè)方法，該方法用較短時(shí)間內(nèi)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果即可以預(yù)測(cè)得到金屬管道復(fù)合防腐涂層的預(yù)期使用壽命，工作量小，見(jiàn)效快。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：一種金屬管道復(fù)合防腐涂層預(yù)期使用壽命的預(yù)測(cè)方法，該方法包括下述步驟：
(一)選取典型地區(qū)的土壤做為金屬管道埋設(shè)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，并在選取的典型地區(qū)的土壤內(nèi)挖掘埋設(shè)試樣的試坑；
(二)將待測(cè)的金屬管道制成試樣埋設(shè)在所述試坑內(nèi)，同一典型地區(qū)的土壤內(nèi)同種試樣埋設(shè)平行樣數(shù)量為6個(gè)；
(三)按照預(yù)定的開(kāi)挖年限1年、2年、4年、6年將上述試樣挖出，并將試樣表面的泥土清除；
(四)將試樣干燥，然后計(jì)算統(tǒng)計(jì)試樣表面紅色腐蝕區(qū)域占試樣總表面積的比例S1及試樣表面有機(jī)涂層剝落露出下面鋅層區(qū)域占試樣總表面積的比例S2；
(五)將試樣表面的腐蝕產(chǎn)物去除干凈，觀察試樣的金屬基體表面有無(wú)腐蝕坑，如果有，測(cè)量腐蝕坑的深度，當(dāng)腐蝕坑的深度小于0.3時(shí)，進(jìn)行下述步驟；
(六)以腐蝕年限為橫坐標(biāo)，復(fù)合涂層的當(dāng)量腐蝕面積為S，則S＝S1+0.5S2，以S為縱坐標(biāo)，計(jì)算擬合出涂層腐蝕面積的一元二次方程式Y(jié)＝aX2+bX+c，確定方程式的各個(gè)項(xiàng)的系數(shù)，利用方程式預(yù)測(cè)涂層當(dāng)量腐蝕面積達(dá)到100％時(shí)的年限，此處假設(shè)為a，確定所測(cè)試試樣復(fù)合防腐涂層的預(yù)期使用壽命年限為a。
本發(fā)明金屬管道復(fù)合防腐涂層預(yù)期使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其中，在所述步驟(二)中，去掉所述試樣的包裝，將所述試樣立在所述試坑底部并用土壤固定好，相鄰兩所述試樣之間的間隔及所述試樣與典型地區(qū)的土壤邊緣之間的間隔均大于100mm。
本發(fā)明金屬管道復(fù)合防腐涂層預(yù)期使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其中，在所述步驟(二)中制備所述試樣時(shí)，以金屬管為材料基體，首先在所述金屬管外電弧噴涂鋅涂層，鋅涂層單位重量為130g/m2～400g/m2，然后在所述鋅涂層上噴涂有機(jī)終飾涂層，所述有機(jī)終飾涂層厚度為70～150微米，然后將所述管道加工成所需的試樣尺寸，再對(duì)所述試樣進(jìn)行封邊處理。
本發(fā)明金屬管道復(fù)合防腐涂層預(yù)期使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其中，所述封邊處理具體包括：在所述管道裸露的四周區(qū)域刷涂含鋅量>85％的富鋅涂料，富鋅涂料的干膜厚度大于60微米，富鋅涂料干燥后，在富鋅涂料上刷涂有機(jī)涂層進(jìn)行封邊，有機(jī)涂層的厚度為150～200微米，所述有機(jī)涂層和所述有機(jī)終飾涂層材料相同。
本發(fā)明金屬管道復(fù)合防腐涂層預(yù)期使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其中，所述試樣尺寸為100×100mm。
本發(fā)明金屬管道復(fù)合防腐涂層預(yù)期使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其中，在所述步驟(三)中，在泥土附著力較強(qiáng)時(shí)，用塑料材質(zhì)的軟毛刷沾水涮洗泥土，直至將泥土去除。
本發(fā)明金屬管道復(fù)合防腐涂層預(yù)期使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其中，所述預(yù)定的開(kāi)挖年限分別為1年、2年、4年、6年。
本發(fā)明金屬管道復(fù)合防腐涂層預(yù)期使用壽命的預(yù)測(cè)方法，其中，所述典型地區(qū)的土壤分別為草甸潮土、酸性紅土、濱海鹽土及沙漠戈壁土
采用上述方案后，與現(xiàn)有技術(shù)相比由于本發(fā)明金屬管道復(fù)合防腐涂層預(yù)期使用壽命的預(yù)測(cè)方法中試件的開(kāi)挖年限只需1年、2年、4年和6年，試驗(yàn)時(shí)間短，并且預(yù)期使用壽命年限的推算借助的公式簡(jiǎn)單，需測(cè)量的參數(shù)少，試驗(yàn)人員的工作量較小。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明金屬管道復(fù)合防腐涂層預(yù)期使用壽命的預(yù)測(cè)方法的擬合曲線圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明金屬管道復(fù)合防腐涂層預(yù)期使用壽命的預(yù)測(cè)方法，該方法包括下述步驟：
(一)選取我國(guó)四個(gè)典型地區(qū)的土壤作為球墨鑄鐵管外涂層埋設(shè)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，土壤條件差別較大的四種典型地區(qū)土壤分別為草甸潮土、酸性紅土、濱海鹽土及沙漠戈壁土，在選取的四個(gè)典型地區(qū)的土壤內(nèi)分別挖掘埋設(shè)試樣的試坑，試坑大小為2米長(zhǎng)×2米寬×1.2米深，每個(gè)實(shí)驗(yàn)站試坑數(shù)量為4個(gè)，即四個(gè)周期；
(二)將待測(cè)的金屬管道制成試樣并將試樣埋設(shè)在上述試坑內(nèi)，金屬管道的材料基體為球墨鑄鐵管，首先在球墨鑄鐵管外面電弧噴涂鋅涂層，鋅涂層單位重量為130g/m2，然后在鋅涂層上噴涂有機(jī)終飾涂層，有機(jī)終飾涂層厚度為70～100微米，在加工車(chē)間將上述管道加工成所需的試樣尺寸，試樣大小為100×100mm，每種涂層每一周期制備平行樣數(shù)量為6個(gè)，對(duì)各試樣進(jìn)行封邊處理，封邊處理方法為在試樣加工裸露的四周區(qū)域刷涂含鋅量>85％的富鋅涂料，富鋅涂料刷涂?jī)杀椋ＷC其干膜厚度大于60微米，富鋅涂料干燥4個(gè)小時(shí)后，在富鋅涂料上刷涂與上述有機(jī)終飾涂層同種類(lèi)的有機(jī)涂層進(jìn)行封邊，其厚度為150～200微米，然后將上述試樣干燥一周，使涂層完全干燥，然后包裝、運(yùn)輸至典型土壤實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所；去掉試樣包裝，將試樣按照種類(lèi)順序立于試坑內(nèi)，用土壤固定好，并壓實(shí)，相鄰兩試樣之間的間隔及試樣與典型地區(qū)的土壤邊緣之間的間隔均大于100mm，保證試樣周邊沒(méi)有空隙，同一種土壤內(nèi)同種試樣埋設(shè)平行樣數(shù)量為6個(gè)，然后將挖掘出的土壤按原來(lái)的順序依次回填；
(三)按照預(yù)定的開(kāi)挖年限依次開(kāi)挖并檢測(cè)，開(kāi)挖年限分別為1年、2年、4年、6年，
在每個(gè)試驗(yàn)周期將上述試樣挖出后，仔細(xì)的清除試樣上的泥土，直至完全清除干凈，在泥土附著力較強(qiáng)難以擦拭掉時(shí)，用塑料材質(zhì)的軟毛刷沾適量水輕輕涮洗泥土，將之完全去除；
(四)將試樣放在干燥箱中干燥，試樣干燥2小時(shí)后取出，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算統(tǒng)計(jì)試樣表面紅色腐蝕區(qū)域占試樣總表面積的比例S1、及試樣表面有機(jī)涂層剝落露出鋅層區(qū)域占試樣總表面積的比例S2；
(五)將試樣表面的腐蝕產(chǎn)物完全去除，但不損傷試樣的金屬基體，觀察金屬基體上有無(wú)腐蝕坑，并測(cè)量腐蝕坑的深度，確認(rèn)各處發(fā)生紅色腐蝕銹跡處測(cè)量的點(diǎn)蝕坑深度為均小于0.3mm；
(六)以腐蝕年限為橫坐標(biāo)，復(fù)合涂層的當(dāng)量腐蝕面積為S，S＝S1+0.5S2，以S為縱坐標(biāo)，計(jì)算擬合出涂層腐蝕面積的一元二次方程式Y(jié)＝aX2+bX+c，確定方程式的各個(gè)項(xiàng)的系數(shù)，利用方程式預(yù)測(cè)涂層當(dāng)量腐蝕面積達(dá)到100％時(shí)的年限，此處假設(shè)為a，確定所測(cè)試試樣復(fù)合防腐涂層的預(yù)期使用壽命年限為a。
按照上述方法確定的涂層使用壽命預(yù)測(cè)方法，僅適用于犧牲陽(yáng)極金屬涂層+有機(jī)涂層的復(fù)合防腐涂層防腐體系，而這種防腐體系為金屬管道系統(tǒng)所普遍采用，用上述方法對(duì)犧牲陽(yáng)極金屬涂層+有機(jī)涂層的復(fù)合防腐涂層的壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用空間。
另外，用上述方法預(yù)測(cè)犧牲陽(yáng)極金屬涂層+有機(jī)涂層的復(fù)合涂層預(yù)期使用壽命具有很好的理論依據(jù)，犧牲陽(yáng)極涂層一般為金屬性活潑的金屬，電位較所保護(hù)的基體為負(fù)，容易優(yōu)先發(fā)生腐蝕而保護(hù)基體，在陽(yáng)極涂層腐蝕消耗完畢前，被保護(hù)的基體金屬腐蝕輕微，一般無(wú)點(diǎn)蝕坑的存在。例如在鋅層上涂覆封閉有機(jī)層，如Zn+瀝青涂層，瀝青有機(jī)涂層屏障在環(huán)境溫度變化和土壤應(yīng)力的作用下發(fā)生很多微小的裂紋，裂紋處和安裝運(yùn)輸造成的局部破損處水分和氧氣滲入和鋅層反應(yīng)，生成腐蝕產(chǎn)物ZnO和Zn(OH)2，Zn(OH)2和CO2進(jìn)一步反應(yīng)生成ZnCO3，而ZnCO3腐蝕產(chǎn)物較為致密，腐蝕溶解速度較慢，控制鋅層以一個(gè)較低的腐蝕速率進(jìn)行腐蝕反應(yīng)，而且，鋅層和球墨鑄鐵組成電偶對(duì)，即使局部鋅層腐蝕完畢，其他部位的鋅層在電偶對(duì)的作用下組成腐蝕原電池，保護(hù)了局部裸露的鐵，局部裸露的鐵的腐蝕速率很低，當(dāng)球墨鑄鐵管外壁的鋅層幾乎腐蝕殆盡的時(shí)候，球墨鑄鐵管外壁金屬腐蝕速度才增加，發(fā)生明顯腐蝕，出現(xiàn)腐蝕坑等。
國(guó)外研究表明，單純的瀝青涂層難免會(huì)在安裝完后有所破損，而破損的涂層對(duì)基體保護(hù)效果很低，有研究者指出稍微破損的瀝青涂層一年后在破損處發(fā)生了嚴(yán)重的腐蝕即點(diǎn)蝕，而在有鋅涂層的情況下，點(diǎn)蝕就很難發(fā)生。
當(dāng)量腐蝕面積確定的理論依據(jù)為，試樣表面發(fā)現(xiàn)紅色銹蝕的地方鋅層耗盡，而剝落面積為零星剝落區(qū)域面積的疊加，不同剝落區(qū)域鋅層處于不同程度的腐蝕狀態(tài)，這是由于不同剝落區(qū)域?yàn)r青剝落時(shí)間隨機(jī)分布，所以不同剝落區(qū)域鋅層的腐蝕深度亦隨機(jī)分布，但是其殘余厚度為0～1倍的初始厚度，故瀝青涂層剝落范圍內(nèi)鋅層消耗為剝落面積的0.5倍，即剝落面積的當(dāng)量腐蝕面積為剝落面積的0.5倍。用上述發(fā)明方法判定犧牲陽(yáng)極金屬涂層+有機(jī)涂層的復(fù)合防腐涂層的預(yù)期壽命具有良好的理論依據(jù)。
實(shí)施例一
濱海鹽土內(nèi)球墨鑄鐵管鋅+a有機(jī)涂層試樣腐蝕實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：
將上述濱海鹽土球墨鑄鐵管鋅+a有機(jī)涂層試樣的腐蝕數(shù)據(jù)代入計(jì)算軟件中進(jìn)行曲線擬合，得到擬合曲線如圖1所示，
擬合曲線方程為Y＝0.16951+1.41706X+0.19264X2
擬合情況：相關(guān)系數(shù)R-Square(COD)＝0.9975P＝0.003
當(dāng)Y＝100時(shí)，X＝19.4年，即球墨鑄鐵管鋅+a有機(jī)涂層試樣在濱海鹽土土壤環(huán)境中的預(yù)期服役壽命約為20年。
實(shí)施例2
濱海鹽土內(nèi)球墨鑄鐵管鋅+b有機(jī)涂層試樣腐蝕實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：
擬合曲線方程為Y＝0.08426+2.65599X+0.05754X2
擬合情況：相關(guān)系數(shù)R-Square(COD)＝0.99966P＝0.018
當(dāng)Y＝100時(shí)，X＝24.6年，即球墨鑄鐵管鋅+b有機(jī)涂層試樣在濱海鹽土土壤環(huán)境中的預(yù)期服役壽命約為25年。
采用上述方法，對(duì)各個(gè)典型土壤地區(qū)的復(fù)合涂層預(yù)期服役壽命進(jìn)行計(jì)算評(píng)估，得到了各涂層在相應(yīng)腐蝕環(huán)境下的使用壽命計(jì)算評(píng)估值，如下表所示：
以上所述實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。