PCCP管道腐蝕與防護技術探討與分析

摘 要：隨著我國水利建設的發(fā)展，地下輸水管線的耐久性問題日益得到重視，而在工程中應用最多的PCCP的腐蝕與防護技術也越來越受到人們的關注。該文主要對PCCP腐蝕與防護技術的相關問題與發(fā)展進行了初步的探討。

關鍵詞：PCCP 腐蝕 防護

中圖分類號：TV672.Z文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）05（c）-0128-01

預應力鋼筒混凝土管（PCCP）是一種應用比較廣泛的剛性壓力管材。這種管材具的強度超高，并且本身具備鋼筒，通過混凝土管芯在預應力鋼絲周圍的捆綁，并且即將配備好的水泥砂漿噴灑在表層形成保護膜，再將鋼質承插口和管材當中的鋼筒焊接在一起。這里所采用的承插口在凹槽處有柔性良好的膠圈，是由鋼、混凝土以及砂漿等材質混合而成的，這種混合型材質也決定了它本身同時具備鋼質及混泥土材料的特性。預應力鋼筒混凝土管可以承受住很大的外力壓強，并且就本身整體結構而言密封性良好，不易發(fā)生滲漏，再加上在實踐操作的時候十分簡單，并且出現(xiàn)問題的時候維修起來也十分方便，所以引起了越來越多的重視，被廣泛的用在了遠距離輸水干線及其他大型工程當中。從結構上來看，我們可以把預應力鋼筒混凝土管劃分為兩類。第一類是內襯式預應力鋼筒混凝土管，也就是我們常說的PCCPL；另外一類是埋置式預應力鋼筒混凝土管（PCCPE）。但是作為埋設在土壤環(huán)境中的PCCP，如果不采取有效的保護措施，隨著使用時間的延長，PCCP管外土壤環(huán)境中以及管內水介質中的侵蝕性介質侵入PCCP砂漿保護層和混凝土層，到達鋼絲與鋼筒表面，那么鋼絲與鋼筒將會發(fā)生電化學腐蝕，進而會導致鋼絲和鋼筒的腐蝕失效，發(fā)生穿孔滲漏甚至爆管現(xiàn)象，會給管道系統(tǒng)的安全運行造成隱患，因此該文對此進行了初步的分析與探討。

1 PCCP管的腐蝕機理探討

在侵蝕性介質影響下，水泥中所含有的Na2O、K2O水化轉變?yōu)镹aOH、KOH，這樣在水泥水化初期，其液相pH值為12.6～12.9，因為預應力鋼筒混凝土管內部含有鋼性材質，在外界環(huán)境處在強堿性的情況下，其內部的鋼質便會發(fā)生化學反應，在鋼質表層形成縝密的鈍化膜，這層鈍化膜會避免鋼性材質與外界強堿性環(huán)境的接觸，使它們不會被強堿環(huán)境腐蝕的更加厲害。不過，在某種特定的環(huán)境中，外部環(huán)境中具有腐蝕性的成分可以穿過縫隙附著在鋼質材料的表層，并使得周圍的環(huán)境發(fā)生變化，將鈍化膜腐蝕掉，這便是去鈍化的工作原理。另外鋼質材料附近的氯化物濃度不斷上升，在高到某一程度的時候，氯化物中的氯離子就會很輕易的滲透進鈍化膜，并且和鋼質材質中的鐵離子（Fe2+）發(fā)生化學反應，生成綠銹；之后綠銹可以穿過鈍化膜滲透出來，在外界氯離子的作用下發(fā)生化學反應生成鐵銹。

鋼質材料表層發(fā)生的電解反應，其方程式可表示為：

陽極反應：2Fe-4e→2Fe2+

陰極反應：O2+2H2O+4e→4OH-

鋼質材料發(fā)生腐蝕的過程，可表示為以下化學方程式：

Fe2++4OH→2Fe（OH）2

4Fe（OH）2+O2+2H2O→4Fe（OH）3

這里所形成的Fe（OH）3，會在外界介質的作用下繼續(xù)發(fā)生化學變化，完全氧化的部分形成nFe2O3·mH2O，也就是我們所說的紅銹；另外不能完全氧化的則形成Fe3O4，也就是我們所說的黑銹，之后這些物質便會附著在材質材料表層，且紅銹體積可大到原來體積的4倍，黑銹體積可大到原來的兩倍。鋼絲銹蝕不但破壞了表面混凝土結構，而且由于鋼絲截面減小，使混凝土結構的承載力與設計功能不斷削弱，最終可能導致構件的破壞。

2 PCCP腐蝕的影響因素分析

一般情況下，PCCP管內部的鋼質材料可以在強堿環(huán)境中發(fā)生化學反應生成鈍化膜，這層膜可以起到保護管材的作用。不過，因為外界環(huán)境遭到破壞，外部介質出現(xiàn)堿性降低同時氯離子濃度升高的情況，造成對鋼質材料表層鈍化膜的損壞，使得鋼質材料對于腐蝕性承受能力減弱。影響鋼絲與鋼筒腐蝕的因素很多，其中最主要的有氯離子腐蝕和碳化腐蝕。

2.1 氯離子侵蝕導致的腐蝕影響

氯離子侵蝕引起混凝土中鋼絲與鋼筒的腐蝕較為普遍和突出。氯離子能夠加速鋼絲與鋼筒腐蝕，已在大量工程實際中得到證實。目前對氯離子的腐蝕機理存在許多觀點，例如膜的化學溶解；在膜與底層界面建立起來的“金屬孔洞”等。即使現(xiàn)在對于氯離子的腐蝕機理沒有一個統(tǒng)一的認識，不過一般我們認為氯離子可以對鋼質材料外部的鈍化膜造成破壞，從而造成鋼質材料被腐蝕。

2.2 雜散電流和溫度的影響

一般交流電在混凝土結構中危害不大，但有直流電通過時，若有漏電產(chǎn)生，就會使鋼絲與鋼筒劇烈腐蝕。同時溫度也是影響鋼絲與鋼筒混凝土中鋼絲與鋼筒腐蝕的一個重要參數(shù)，隨著溫度的提高，鋼絲與鋼筒的腐蝕速率增大。

2.3 應力腐蝕和氫脆的影響

應力腐蝕是一種在腐蝕和拉應力共同作用下鋼絲產(chǎn)生晶粒間或跨晶粒斷裂現(xiàn)象。在硫化氫（H2S）以及鐵的作用下，氫原子滲入鋼材內部并重新結合成分子，失去了能溶于鋼中的能力并形成很大的內應力。而此相當大的局部應力與高強鋼材的低變形性能及高拉應力等因素組合在一起，使鋼絲裂縫迅速發(fā)展，最后導致脆斷。在PCCP中產(chǎn)生的鋼絲與鋼筒腐蝕通常多為電化學腐蝕，應力腐蝕和氫脆亦可導致PCCP發(fā)生爆裂破壞。

3 結語

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，十二五期間水利建設投資的進一步加大，可以預見PCCP的應用將得到進一步提升的空間，但是作為埋設在土壤環(huán)境中的PCCP管道，不采取有效的保護措施，隨著使用時間的延長，PCCP會發(fā)生保護層失效，進而會導致鋼絲和鋼筒的腐蝕失效，發(fā)生穿孔滲漏甚至爆管現(xiàn)象，會給管道系統(tǒng)的安全運行造成隱患，因此PCCP腐蝕與防護技術研究十分有必要，該文對PCCP的腐蝕與防護技術進行了初步的探討與分析，相信對我國PCCP技術的發(fā)展和耐久性的提高有所裨益。

參考文獻

[1]GB/T21448-2008.埋地鋼質管道陰極保護技術規(guī)范[S].

[2]王偉，季明.鋼筋混凝上構筑物犧牲陽極保護研究進展[J].科學視野，2001，25（5）.