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PCCP管道的腐蝕

     預應力鋼筒混凝土管PCCP(Prestressed Concrete Cylinder Pipe)是將高強鋼絲的抗拉、混凝土的抗壓和鋼板的防滲有機結合在一起,充分合理利用了材料各自的物理力學特性的高品質的輸水管材。

圖1 PCCP管結構示意圖
     美國MP雜志2005年4期發表了關于利比亞大人工河項目的經驗總結[3],總結一期工程PCCP建設的經驗教訓,二期工程對PCCP管道防蝕進行了改進。出于降低工程造價的考慮,“大人工河”一期工程按照利比亞方面的要求,只有30%的PCCP做環氧煤瀝青保護層,沒有全部采用陰極保護,結果導致運行過程中管道被腐蝕而引起爆管,造成嚴重損失。大人工河管理局正在盡力確保所有已經安裝的PCCP管道接受陰極保護,Gerrard 說,“在初次安裝時,根據實際的環境狀況,一些PCCP管道采用了陰極保護,而另一些沒有”,他解釋說,“為了增加管道的壽命,大人工河管理局隨后決定在所有的管段安裝陰極保護——這意味著他們不得不返工,并在已經埋地的管道上安裝陰極保護。這就是我們目前所從事的”。
     美國MP雜志2005年5期介紹了在含氯化物濃度較高的土壤環境中,如果PCCP為間隔式輸水,則在輸水和停輸交替過程中,PCCP管壁也經歷著濕和干交替循環。在這種循環中,土壤中的氯化物會在管道外壁聚集,當管道外壁氯化物達到一定濃度后,便由外向水泥保護層內部滲透,并最終與鋼筋保護膜作用,使PCCP腐蝕[4]
     Pockwock輸水管線運用了陰極保護來阻止上述問題的發生。Pockwock管線管道直徑為107cm,主要為Halfax市供水。到1985年,管線運行了10年出現了首次開裂事故,緊接著至少又發生了5次爆管事故。1991年,采用鋅陽極對腐蝕開裂處的管道進行陰極保護。鋅陽極長2m,重3.6kg。鋅陽極包裝在硫酸鹽/膨潤土中,并放入紙筒中。每處安裝兩支鋅陽極,并要求管道間電連續性跨接。為了防止保護電位過負(負于-975mV),使鋼筋發生析氫反應,所以選用了鋅陽極。陰極保護投運行,測得需要的保護電流很低(小于200uA/m2),為此在投運初期,部分鋅陽極與管道未連接。
     由于鋼筋的成分及冷軋的生產工藝,人們一直認為鋼筋很容易發生析氫反應。為了改善預應力鋼筋的性能,根據ASTM A227測試方法進行了析氫測試。Lewis從測試結果得出,現有的許多PCCP管道都是采用了易發生析氫反應的鋼筋,并且有很多關于在輔助陽極地床附近PCCP管道開裂事故的報道。
     文獻5對混凝土中鋼的腐蝕機理進行了探討,指出有很多因素能使多孔混凝土里水溶液的鈍化作用發生改變。當氯離子滲透到加強鋼筋并達到氯離子臨界濃度時,鈍態膜就被破壞了。在潮濕的混凝土里,甚至在多孔混凝土吸收堿水時也會發生局部腐蝕。鋼筋混凝土構筑物中,限定氯離子濃度為水泥質量的0.4%,而在預應力混凝土構筑物中,限定氯離子濃度為水泥質量的0.2%。
     去鈍化的另一個原因是混凝土的堿度降低所致(即,所吸收水分的pH值降低了)。當混凝土與大氣中的CO2發生反應而碳化時,就會發生這種情況。當插入構筑物的鋼質構件上有足夠厚的混凝土覆蓋層時,特別是有致密的、空隙率很低的優質混凝土時,碳化作用就無關緊要了。如果混凝土質量很差或者混凝土覆蓋層很薄很少,碳化作用就會滲透到加強鋼筋,最終使它失去鈍性。當氯離子或碳化作用發生去鈍化時,只有在氧侵入的條件下,潮濕的混凝土中才會有腐蝕危險。當陰極表面積與陽極表面積的比值Sc/Sa很高并且陰極處于良好充氣狀態下,就會在陽極區發生非常高的腐蝕速率。

——上述文字引自胡士信等《預應力鋼筒混凝土管陰極保護》



 
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