Цементные растворы и цементно-песчаные смеси во всем мире являются наиболее часто используемыми антикоррозийными покрытиями для стальных и чугунных труб, транспортирующих питьевую и сточную воду. При благоприятных условиях срок службы стальных трубопроводов, покрытых изнутри цементным раствором, может достигать 100-150 лет. Защита поверхности трубы от коррозии обеспечивается как за счет низкой водопроницаемости покрытия, так и благодаря высокощелочной среде, образующейся при гидратации портландцемента в воде и способствующей пассивации железа – формированию на нем гидроксидной пленки. Кроме того, это покрытие обладает способностью «самолечения»: образующиеся трещины самозакупориваются выделяющимся из цемента карбонатом кальция.
Использование цементного раствора для защиты труб и стальных конструкций имеет давнюю историю – еще в 1840-х годах он был впервые применен во Франции и США. Многие из первых водопроводных труб, установленных в 1850-х годах в США, прослужили более 100 лет. Настоящую технологичность этот метод получил только в 1920-х годах, когда появился процесс центробежного нанесения. Этот метод позволял быстро и равномерно наносить цементный раствор на внутреннюю поверхность трубы, вращая ее с высокой скоростью. Футеровка из цементно-песчаного раствора была названа в честь своего изобретателя – «метод Хьюмса».
В последующие годы были попытки найти и другие покрытия – например, из краски или битума, но они показали себя недолговечными. Для лучшей защиты стальных труб от коррозии в битумные покрытия могли добавлять цинк. В 1950-60-х годах были осуществлены первые разработки покрытий на основе пластмасс, однако на тот момент уровень развития технологии искусственных полимеров не позволил обеспечить этому методу широкое применение. В 1970-х годах появились первые покрытия для труб на основе эпоксидной смолы, а к концу 20-го века ассортимент ремонтных и защитных покрытий стал разнообразнее и предлагался целым рядом компаний, представляя альтернативу цементно-песчаному покрытию (ЦПП).
В Москве цементно-песчаные покрытия были впервые применены в 1968 году во время проведения работ по защите участка стального водовода от насосной станции второго подъема диаметром 1200 мм и длиной 110 м. В настоящее время многие компании поставляют чугунные и стальные трубы с уже нанесенным на внутреннюю поверхность ЦПП. Также предлагаются услуги по нанесению ЦПП на готовые изделия.
Для изготовления цементно-песчаной смеси необходимо использовать портландцемент марки не ниже М500 по ГОСТ 10178-85 или сульфатостойкий цемент по ГОСТ 22266-94. Песок должен соответствовать ГОСТ 8736-93 или ГОСТ 30-1554-91, должен быть промытым, фракционированным. Песок требуется мелкозернистый – фракции с размером зерен 0,3-0,7 мм должны составлять не менее 70% от общей массы песка. Размер наиболее крупной фракции не должен превышать половины от минимальной толщины ЦПП.
Толщина наносимого защитного слоя зависит от диаметра и материала труб, а также от их состояния, и лежит в пределах 4-16 мм. ЦПП обеспечиваетдополнительную механическую прочность и может компенсировать небольшую потерю толщины стенки трубы за счет коррозии. ЦПП не предназначено для ремонта сильно поврежденных труб с обширной коррозией, глубокими язвами и сквозными свищами, трещинами, смещениями и расхождениями стыков. Заделке поддаются только самые мелкие отверстия и неплотности стыков.
Технология производства работ по нанесению ЦПП в существующем трубопроводе включает следующую последовательность операций:
- подготовка участка производства работ, отключение ремонтного участка, устройство котлованов, вырезка окон в трубопроводе;
- телеинспекция внутреннего состояния трубопровода, подлежащего ремонту;
- очистка трубопровода;
- телеинспекция – контроль качества очистки;
- нанесение ЦПП в один или несколько проходов;
- контроль качества нанесения ЦПП, включая телеинспекцию;
- восстановление целостности трубопровода, засыпка котлованов, промывка и дезинфекция трубопровода.
Очистка трубопровода осуществляется протягиванием различного вида скребков, а также гидравлическим способом с использованием реактивных головок или гидрокавитационных сопел. Внутренняя поверхность трубопровода должна быть очищена до металла. Допускается слой плотной ржавчины толщиной не более 0,05 мм.
Цементно-песчаное покрытие наносится методом набрызга с последующим заглаживанием. Для этого через трубопровод протягивается разбрызгивающий агрегат или облицовочная машина. Необходимая толщина цементного слоя достигается определенной скоростью передвижения агрегата в трубе при фиксированной подаче раствора. За один проход возможно нанести от 1 до 5 мм цементно-песчаной смеси, большая толщина покрытия достигается несколькими последовательными нанесениями после отверждения предыдущего слоя. Введение в эксплуатацию отремонтированного трубопровода возможно через 3-5 суток.
К неоспоримым достоинствам метода нанесения цементно-песчаных покрытий относится его относительная простота и низкая стоимость производства работ по сравнению с другими методами санации трубопроводов, которая в основном определяется дешевизной основного материала – цементного раствора. Несмотря на некоторое уменьшение внутреннего диаметра трубопровода, гладкая поверхность нового покрытия компенсирует это и обеспечивает снижение гидравлического сопротивления и потерь напора в трубопроводе. ЦПП обеспечивает защиту поверхности трубы не только за счет механического барьера (как все другие покрытия), но и за счет химических реакций при гидролизе компонентов цемента. По этой же причине оно не боится небольших трещин, которые самозалечиваются со временем. В первый период эксплуатации ЦПП выделяет в воду минеральные компоненты, подщелачивает ее, но в то же время оно не выделяет органических веществ, что может быть характерно для полимерных покрытий. ЦПП обладает доказанным сроком службы, достигающим 50 и даже 100 лет.
К недостаткам и ограничениям метода нанесения ЦПП среди всех бестраншейных методов санации трубопроводов можно отнести длительность отверждения цементно-песчаной смеси, относительно высокую толщину наносимого слоя и его шероховатость, непригодность для ремонта сколько-либо существенных повреждений, малую несущую способность, необходимость тщательной подготовки внутренней поверхности трубопровода. Все эти недостатки вряд ли можно считать существенными и для своей области применения метод нанесения ЦПП остается конкурентоспособным уже долгие годы.