淺析陰極保護在PCCP管道防腐中的應用

程飛

【摘要】PCCP（Prestressed Concrete Cylinder Pipe）是指預應力鋼筒混凝土管，它是一種由薄鋼板、高強度的鋼絲和混凝土構成的復合型管材。發揮了幾種材料的特性：鋼材的拉伸性；混凝土抗壓強度高、耐腐蝕，具有高密封、高強度、高抗滲的實用性。PCCP長期在地下土層中埋設，不可避免容易發生化學腐蝕的現象，必須要針對采用有效的防腐措施。陰極保護防腐技術可以減輕外部介質對PCCP中的鋼質材料的腐蝕破壞。本文結合PCCP管道自身的結構特點，分析陰極保護技術對其的必要性以及具體的保護實施方案，為陰極保護技術 在PCCP管道防腐的推廣應用提供參考。

【關鍵詞】陰極保護；PCCP；防腐

PCCP目前在世界上的適用范圍非常廣泛，以抗震性能好、安裝簡便、運行成本低和使用壽命長為優點著稱。近年來逐漸應用到供水、污水處理、發電廠水循環等管線范疇。雖然PCCP發揮了混凝土的抗壓抗滲性能，但是由于在土質層中埋設，土壤中的活性離子與管道內部的鋼質材料容易發生化學作用，導致鋼絲被腐蝕破壞從而導致爆管。陰極保護技術目前發展的相當成熟，廣泛的被應用到各種金屬結構的防腐工程中。

1、引起PCCP被腐蝕的因素

金屬材料具有高強度、抗變形的特性，但在自然環境的作用下無法避免的發生腐蝕問題，因其金屬材質與環境中的分子互相結合作用產生化學反應。PCCP長期埋在土壤中，發生更多的是電化學腐蝕。PCCP管道的預應力鋼絲外層包裹著砂漿，通常砂漿的水灰比例為0.28至0.3，砂漿本身的密度很大，能夠有效阻止來自土壤和地層中有害物質的入侵，并且砂漿具有高堿性為高強鋼絲提供了形成鈍化膜的環境，起到保護鋼絲和防止鋼筒被腐壞。同時，砂漿也具有透氣性，這就導致它表面存在一系列不同口徑大小的細孔；在使用過程中管道自身受力膨脹也會引起砂漿的裂縫。所以，在氯離子含量高的環境中埋設管道，氯離子會透過這些氣孔滲入到鋼絲的表面從而導致發生電化學的腐蝕。腐蝕過程的產生的氫原子又會深入到鋼絲結構中，假若引起一根鋼絲的腐壞然后斷裂，其他鋼絲則要承受更多的外應力，容易發生多根鋼絲的相繼斷裂，引發爆管的危險。這也是多項PCCP爆管事件發生的主要原因。

其他環境中也存在著引起腐蝕的因素，比如雜散電流和環境中的微生物。雜散電流指的是在土地中無規律性移動的電流，由它造成的腐蝕也是電化學腐蝕的一種情況，腐蝕程度受到外部電流大小的影響，比一般性的土壤腐蝕造成的破壞更大。在電氣軌道、變電站等設施中發生的較多。而土壤環境產生腐蝕效果需要的條件更多，看似無法發生腐蝕動作的缺氧土壤中，其實更加有利于某些種類的微生物生長，它們的新陳代謝也會加速腐蝕的進程。

2、應用陰極保護技術在PCCP管道防腐中的條件

首先在施工前應當對環境的土壤和水進行取樣調查，分析是否具備工程建設的價值，對于取樣的具體地點都要做準確的記錄，以便甄別出環境對PCCP的腐蝕范圍和有哪些種類，為后續的具體方案實施提供參考。其次應當針對性的設計陰極保護的技術指標和保護方法，根據參數的選取、材料選取和保護準則，以及分析腐蝕性的范圍種類作為參照標準進行相應的設計。陰極保護的實質上是將指陰極極化而發生作用效果，將還原性強的結構材料作為保護級，在進行陰極保護之后，金屬的表面發生陰極反應讓金屬結構材料的堿度變高，保持其鈍化的狀態。在安裝陽極之前，先要對表面進行檢查是否存在其他氧化物質，并將其清理干凈，再在安裝好的陽極表面覆蓋上一定厚度的土層將其保護，注意控制覆蓋的厚度不能影響到PCCP的鋪設，完全禁止往坑內回填其他物質。

陰極保護對于PCCP安裝也有一定的要求。管道內部的鋼筒、鋼環等鋼結構的物質都應該有電連接；其次在電纜的埋設、防腐蝕覆蓋層的電絕緣、混凝土和砂漿的質量要求等方面都應該注意，避免出現雜散電流的侵入。復雜結構的構筑目標還要考慮到它的屏蔽作用，防治電流不均勻，PCCP管線進行定期的檢測維修都有利后續的建設和正常運行。

3、陰極保護實施的必要性

管道在制造、存放、運輸和安裝過程中，無法保證不出現一些損傷，如表面瀝青老化、出現裂縫等。通過應用陰極保護對其進行技術防腐，能夠有效地防止出現損傷的地方產生電化學腐蝕、降低陰極保護需要的電流，達到讓結構物表面的保護電位分布得更加均勻的效果。為了保障工程的質量以及正常安全的運行，避免受到地下水和環境土壤的因素影響，在PCCP管道全線使用陰極保護的方法尤為重要。陰極保護技術中的兩種方法（犧牲陽極和陰極的保護法與外加電流的陰極保護）都是防止金屬腐蝕的有效措施。

犧牲保護法是把一種負電位的金屬同被保護的金屬進行連接，讓其處于相同的電解質環境當中，被保護的金屬充當陰極作用，讓連接的金屬優先被溶解，然后產生的活性電子轉移到了被保護的金屬上，起到了保護的效果。外加電流的陰極保護是把直接電流用作是陰極保護的極化電流，把電源負極和需要保護的金屬連接，將電源正極連接到輔助陽極上，把被保護的金屬對象變成陰極實現保護的目的。

兩種方法的目的性一致，達到了電流始終保持均勻，不容易造成過負的電位，讓預應力鋼絲出現斷裂的可能性大大降低，對于土壤的電阻率依賴性很小，更加利于日常管理維修工作。

結語：

隨著我國對水利建設事業的不斷投入，在工程中應用最多的就是PCCP管材。南水北調工程中，北京段的PCCP管線段，穿越了整個市區，土壤環境也是極為復雜，由于埋深較大，就不具備在運行的過程再進行陰極保護措施，所以工程建設的初期設計顯得至關重要，要考慮到各方面的因素影響，致使南水北調工程北京段開創了應用陰極保護技術的先例，收獲了具體的施工經驗。作為長期使用的PCCP管道，要保障其使用的壽命長度，還要安全的正常運行，陰極保護技術能夠根本上的抑制一大部分腐蝕破壞的因素，增加安全性和可靠性。提高管道的使用壽命和有效利用率，也大大降低了運行后期的管理維修費用，值得更大的推廣應用到PCCP管道工程建設中。本文對于陰極保護技術應用做了相關的分析，以期為同類工程提供有用的意見參考和借鑒。

參考文獻：

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