输送淡化海水用球墨铸铁管内衬水泥砂浆耐久性退化机理及寿命评估

In order to apply the cement-mortar-lined ductile iron pipes for the desalinated seawater transportation, the durability deterioration mechanism and lifetime evaluation methods of the cement-mortar-lined ductile iron pipes under the coupling actions of water flow, calcium leaching and chloride corrosion will be studied by means of theory of porous media transportation,the metal corrosion electrochemistry and modern micro-analytical techniques. The main research contents include: (1) the mechanism of calcium leaching in cement mortar and its influence on chloride diffusivity in desalinated seawater, the effects of mineral admixtures on the calcium leaching process and the chloride diffusivity in cement mortar. (2)The influences of water velocity on the processes of calcium leaching and chloride diffusion in cement mortar, the coupling trasport models and numerical analysis of calcium and chloride ions in cement mortar lining of ductile iron pipe under the hydrodynamic environment. (3)ductile iron depassivation process of the ductile iron under the couplings of calcium leaching and chloride diffusion in cement mortar, the influences of cement mortar alkalinity on the chloride threshold of ductile iron depassivation, the methods of lifetime evaluation for the cement-mortar-lined ductile iron pipes used in desalinated seawater transportation . This study will be provide a theroetical basis not only for the structural design of cement-mortar-lined ductile iron pipes, but also for the engineering application of cement-mortar-lined ductile iron pipes in the desalinated seawater transportation.

针对淡化海水输送工程中内衬水泥砂浆球墨铸铁管的耐久性问题，本项目以多孔介质传输理论、金属腐蚀电化学和现代微观分析技术相结合的方法，研究动水环境中因钙溶蚀与氯离子腐蚀耦合作用而导致的球墨铸铁管内衬水泥砂浆耐久性退化机理及寿命评估方法。主要内容有：(1)研究淡化海水中水泥砂浆钙溶蚀机理及其对氯离子传输性能的影响，分析矿物掺合料对水泥砂浆钙溶蚀进程和氯离子扩散性能的影响规律；(2)研究水流速度对水泥砂浆钙溶蚀与氯离子传输过程的影响，建立动水条件下球墨铸铁管内衬水泥砂浆中钙离子和氯离子耦合传输模型及数值分析方法；(3)研究水泥砂浆钙溶蚀与氯离子渗透共同作用下球墨铸铁脱钝过程，分析水泥砂浆碱度对铸铁脱钝氯离子阈值的影响，建立淡化海水输送条件下内衬水泥砂浆球墨铸铁管服役寿命评估方法。 本项目的研究，为建立水泥砂浆球墨铸铁管结构设计理论和方法奠定基础，同时也为其在淡化海水输送工程中的应用提供科学依据。

针对淡化海水等不同水质输送条件下内衬水泥砂浆球墨铸铁管的服役耐久性问题，本项目以多孔介质传输理论、材料微观测试技术、金属腐蚀电化学及数值分析方法为基础，通过理论建模、实验测试和数值模拟相结合的方法，研究了淡化海水等水质输送条件下球墨铸铁管内衬水泥砂浆耐久性退化机理及寿命评估方法。主要工作及结果有：.(1) 研究了不同水质及流速下砂浆钙溶蚀机理及其对氯离子传输性能的影响，分析了矿物掺合料对砂浆钙溶蚀进程和氯离子扩散性能的影响规律，获得了具有最优抗溶蚀性能的复合水泥砂浆内衬的材料组成；.(2) 研究了模拟砂浆孔溶液中球墨铸铁表面钝化与脱钝过程，揭示了钙溶蚀引起的球墨铸铁表面碱性物质流失对脱钝氯离子阈值的影响规律，建立了与水泥砂浆中碱含量相关的球墨铸铁脱钝氯离子阈值方程；.(3) 研究了不同溶蚀速率下钙的固液平衡关系，建立了球墨铸铁管内水泥砂浆内衬中钙离子和氯离子耦合传输方程及其数值求解方法，获得了输水过程中复合砂浆氢氧化钙等碱含量和氯离子浓度的计算方法；.(4) 研究了复合水泥砂浆内衬球墨铸铁管的腐蚀电化学性质，确定了复合水泥砂浆内衬球墨铸铁管服役寿命的评判准则，并编制了相应的计算机分析软件，建立了基于服役寿命的复合水泥砂浆内衬优化设计方法。.目前，本项目已申请了4项国家专利(含软件著作权1项)，获教育部自然科学奖1项，撰写学术论文31篇，在国际期刊发表8篇，国内核心期刊12篇，在国际会议上发表论文3篇，并参加国际会议3次，国际会议5次，其中被SCI收录8篇，EI收录15篇；培养博士、硕士研究生17名。通过本项目的研究，建立一套淡化海水等不同水质输送条件下球墨铸铁管内衬水泥砂浆耐久性退化规律的计算理论和服役寿命评估方法，该研究成果为合理地设计水泥砂浆内衬球墨铸铁管结构、科学地评估淡化海水等不同水质输送条件下的水泥砂浆内衬球墨铸铁管服役性能奠定基础，同时，也为内衬水泥砂浆球墨铸铁管在淡化海水及其它水质输送工程应用提供科学依据。