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PCCP管道的腐蚀

     预应力钢筒混凝土管PCCP(Prestressed Concrete Cylinder Pipe)是将高强钢丝的抗拉、混凝土的抗压和钢板的防渗有机结合在一起,充分合理利用了材料各自的物理力学特性的高品质的输水管材。

图1 PCCP管结构示意图
     美国MP杂志2005年4期发表了关于利比亚大人工河项目的经验总结[3],总结一期工程PCCP建设的经验教训,二期工程对PCCP管道防蚀进行了改进。出于降低工程造价的考虑,“大人工河”一期工程按照利比亚方面的要求,只有30%的PCCP做环氧煤沥青保护层,没有全部采用阴极保护,结果导致运行过程中管道被腐蚀而引起爆管,造成严重损失。大人工河管理局正在尽力确保所有已经安装的PCCP管道接受阴极保护,Gerrard 说,“在初次安装时,根据实际的环境状况,一些PCCP管道采用了阴极保护,而另一些没有”,他解释说,“为了增加管道的寿命,大人工河管理局随后决定在所有的管段安装阴极保护——这意味着他们不得不返工,并在已经埋地的管道上安装阴极保护。这就是我们目前所从事的”。
     美国MP杂志2005年5期介绍了在含氯化物浓度较高的土壤环境中,如果PCCP为间隔式输水,则在输水和停输交替过程中,PCCP管壁也经历着湿和干交替循环。在这种循环中,土壤中的氯化物会在管道外壁聚集,当管道外壁氯化物达到一定浓度后,便由外向水泥保护层内部渗透,并最终与钢筋保护膜作用,使PCCP腐蚀[4]
     Pockwock输水管线运用了阴极保护来阻止上述问题的发生。Pockwock管线管道直径为107cm,主要为Halfax市供水。到1985年,管线运行了10年出现了首次开裂事故,紧接着至少又发生了5次爆管事故。1991年,采用锌阳极对腐蚀开裂处的管道进行阴极保护。锌阳极长2m,重3.6kg。锌阳极包装在硫酸盐/膨润土中,并放入纸筒中。每处安装两支锌阳极,并要求管道间电连续性跨接。为了防止保护电位过负(负于-975mV),使钢筋发生析氢反应,所以选用了锌阳极。阴极保护投运行,测得需要的保护电流很低(小于200uA/m2),为此在投运初期,部分锌阳极与管道未连接。
     由于钢筋的成分及冷轧的生产工艺,人们一直认为钢筋很容易发生析氢反应。为了改善预应力钢筋的性能,根据ASTM A227测试方法进行了析氢测试。Lewis从测试结果得出,现有的许多PCCP管道都是采用了易发生析氢反应的钢筋,并且有很多关于在辅助阳极地床附近PCCP管道开裂事故的报道。
     文献5对混凝土中钢的腐蚀机理进行了探讨,指出有很多因素能使多孔混凝土里水溶液的钝化作用发生改变。当氯离子渗透到加强钢筋并达到氯离子临界浓度时,钝态膜就被破坏了。在潮湿的混凝土里,甚至在多孔混凝土吸收碱水时也会发生局部腐蚀。钢筋混凝土构筑物中,限定氯离子浓度为水泥质量的0.4%,而在预应力混凝土构筑物中,限定氯离子浓度为水泥质量的0.2%。
     去钝化的另一个原因是混凝土的碱度降低所致(即,所吸收水分的pH值降低了)。当混凝土与大气中的CO2发生反应而碳化时,就会发生这种情况。当插入构筑物的钢质构件上有足够厚的混凝土覆盖层时,特别是有致密的、空隙率很低的优质混凝土时,碳化作用就无关紧要了。如果混凝土质量很差或者混凝土覆盖层很薄很少,碳化作用就会渗透到加强钢筋,最终使它失去钝性。当氯离子或碳化作用发生去钝化时,只有在氧侵入的条件下,潮湿的混凝土中才会有腐蚀危险。当阴极表面积与阳极表面积的比值Sc/Sa很高并且阴极处于良好充气状态下,就会在阳极区发生非常高的腐蚀速率。

——上述文字引自胡士信等《预应力钢筒混凝土管阴极保护》

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