我國對鋅層防腐的研究還比較少，而在國外，尤其是圣戈班穆松橋，對鋅層防腐研究已經(jīng)有60多年的歷史。在圣戈班穆松橋的內(nèi)部標準中，將鋅+瀝青外防腐形式確定為球墨鑄鐵管基本的標準外防腐層，并適用于絕大多數(shù)的土壤類型，同時這也是歐洲等發(fā)達國家的球墨鑄鐵管的標準外防腐模式。二、土壤對球墨鑄鐵管腐蝕性
1．電化學腐蝕
金屬與電解質(zhì)溶液接觸會產(chǎn)生電化學作用，其表面與溶液之間產(chǎn)生電位差，即電極電位。金屬表面會因晶界、晶體缺陷、夾雜、應力和表面損傷不同而可能存在不同的相，這些電化學上的不均勻性使得金屬表面微觀各部電極電位不同，構(gòu)成了腐蝕原電池。電位低的部分失去的電子，成為金屬離子，進入溶液，稱為陽極；電子流向電位高的部分，成為陰極。這種原電池反應的結(jié)果，致使在金屬表面形成大量的鐵銹。
球墨鑄鐵管的氧濃差電池（見圖1）：當球墨鑄鐵管道埋設于潮濕的地下時，頂部的回填土相對疏松且距地面近，而底部基本上為原土，土質(zhì)致密且距地面遠。氧氣從頂部滲入時會造成管道上下的氧氣濃度差，而管道本身既是電極，又是電極聯(lián)結(jié)導線；水為電解質(zhì)，于是形成“氧濃差電池”。
鐵失去電子進入水膜，氧氣得到電子成為氫氧離子。
2．微生物腐蝕
微生物腐蝕也是一種電化學腐蝕，所不同的是介質(zhì)因腐蝕微生物的繁殖和新陳代謝而改變了與之接觸的材料界面的某些理化性質(zhì)。習慣上可分為厭氧腐蝕和好氧腐
蝕。
硫酸鹽還原菌SBR是微生物中對腐蝕影響最大，研究最多的厭氧腐蝕誘發(fā)根源。Von Wogozen Kuhr等人在1974年提出了經(jīng)典的去極化理論，認為埋地鑄鐵管的點蝕是由于SBR的活動通過氫化酶將金屬表面去氧，總反應式如下：
4Fe + SO42- + 4H2O 3Fe（OH）2 + FeS + 2OH-
好氧菌為鐵氧化菌、硫化菌和鐵細菌，通過硫細菌的作用產(chǎn)生硫酸可以發(fā)生好氧腐蝕。這些細菌在硫酸濃度達到10~12%時尚能存活，可以對鑄鐵產(chǎn)生嚴重的腐蝕。另一種原因是在好氧條件下金屬表面細菌繁衍而形成一個高低不平不規(guī)則的生物膜。微生物的活動使得生物膜內(nèi)環(huán)境發(fā)生變化，如氧濃度、PH值、酸堿度等，使金屬表面形成陰陽區(qū)，導致原電池反應。
隨著球墨鑄鐵管在水及煤氣行業(yè)迅速廣泛地運用，我國的年產(chǎn)量由1990年的10萬噸增加到2001年的90萬噸，占全部鑄鐵管年產(chǎn)量的50%以上。球墨鑄鐵管的防腐直接關系到管道的長期的使用性和安全性，因此是衡量管網(wǎng)技術(shù)及運行狀況的一個重要指標。據(jù)10個典型城市調(diào)查結(jié)果顯示，我國城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)靜漏失率達到12 ~ 13%，遠遠超過了國家要求城市漏失率控制在6%以下的標準，所以管道防腐一直是我們當前一個熱門的課題。
目前，球墨鑄鐵管采用水泥內(nèi)襯作為內(nèi)防腐形式，鋅加瀝青作為外防腐形式，并在生產(chǎn)工藝中已經(jīng)制作完成，無須施工安裝后進行防腐處理。這已成為國內(nèi)外球墨鑄鐵管生產(chǎn)廠家的通用做法，防腐效果也十分明顯。
一、 鋅層防腐研究的現(xiàn)狀
在管道防腐的研究中，圣戈班穆松橋一直走在世界的前列，并在1938年最早開始了鋅層的研究。經(jīng)過多年的無數(shù)種材料的反復試驗，最終找到了廉價的適用于決大多數(shù)情況下的防腐材料——鋅，并在1958年正式地在其管道產(chǎn)品上采用鋅層防腐。
如今，鋅層外層防護已經(jīng)在世界范圍內(nèi)被證明為最有效的防腐措施之一，可以有效地延長管道的使用壽命。圣戈班穆松橋通過研究發(fā)現(xiàn)，外防腐組成方式：鋅層+瀝青漆具有密不可分優(yōu)良的防護效果，其中的鋅層起著決定性的作用。在歐洲標準EN 545：1994《供水球墨鑄鐵管、
三、 鋅層防腐作用機理
鋅層是一層活躍的保護層，在防腐效果上表現(xiàn)出絕佳的保護性能：
1． 電化學保護
鐵的電位是－0.440mV，而鋅的電位是－0.763mV，比鐵的電位低，氧的電位為1.4mV。這樣鋅氧之間的電位差較大，更易形成原電池，從而將鑄鐵管壁得到保護。
2． 形成穩(wěn)定的保護層
在與環(huán)境土壤接觸過程中，金屬鋅與土中的碳酸鹽等物質(zhì)結(jié)合成不可溶解的碳酸鋅，這層保護膜緊緊的粘結(jié)在管壁上，形成一層致密連續(xù)的、不可溶解的、不可滲漏的涂層。涂敷在鋅層之上的瀝青密封毛孔也具有極其重要的作用，可以促進鋅層轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的和不可溶解的鋅鹽。化學反應式如下：
Zn Zn2+ + 2e-
Zn2++CO32- ZnCO32-
3．損傷的自我愈
在管道運輸或安裝過程中，可能會發(fā)生局部損傷。鋅在原電池的作用下迅速轉(zhuǎn)變成鋅離子。鋅離子通過瀝青層密封毛孔的作用遷移并覆蓋損傷，形成穩(wěn)定的和不可溶解的保護鋅層。
Zn2++CO32- ZnCO32-
四、 鋅層防腐的重要性
圣戈班穆松橋與Suez Lyonnaise des eaux公司合作，對極端腐蝕性土壤中49條管線的調(diào)查結(jié)果顯示：
■鋅層防腐管道：服務期16 ~ 19年，只有兩根管道，0.5mm ~ 0.7mm鑄鐵管壁厚度被腐蝕。
■ 無鋅層防腐管道：85%管道被腐蝕。
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