陰極保護(hù)在PCCP管道防腐中的應(yīng)用

邢士波　蘇霄　王相民　李麗　楊體紹　霍文靜

摘要：預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe，簡稱PCCP）長期埋設(shè)在土壤中，PCCP中的鋼構(gòu)件不可避免地會發(fā)生電化學(xué)腐蝕，必須對其采用有效的防腐措施。實踐表明，陰極保護(hù)是最佳防腐的方法，可以有效地解決PCCP的腐蝕問題，延長管道的使用壽命。文章主要對陰極保護(hù)在PCCP防腐中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：PCCP；陰極保護(hù)；管道防腐；復(fù)合輸水管材

中圖分類號：TV546 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）14-0046-02

1 概述

PCCP是目前世界上使用非常廣泛的大口徑的優(yōu)質(zhì)復(fù)合輸水管材，具有適用范圍廣、抗震性能好、安裝方便、運行費用低、經(jīng)濟(jì)壽命長、基本不漏水等優(yōu)點，近年來逐漸被應(yīng)用于供水、引水、污水處理、電廠循環(huán)水等各種管線。雖然PCCP管道外層的水泥砂漿保護(hù)層對高強鋼絲提供一定的保護(hù)作用，但在某些土壤環(huán)境中氯離子等活性離子的作用下，由于高強鋼絲的腐蝕有可能導(dǎo)致PCCP爆管事故的發(fā)生，陰極保護(hù)能從根本上抑制高強鋼絲的各類電化學(xué)腐蝕。近年來，國內(nèi)外已陸續(xù)采用陰極保護(hù)技術(shù)防止或修復(fù)PCCP的腐蝕。因此，陰極保護(hù)在PCCP防腐中的應(yīng)用具有重要意義。

2 PCCP在土壤中的腐蝕及影響土壤腐蝕的因素

對于金屬材料來說，在自然環(huán)境中不可避免地會產(chǎn)生腐蝕。腐蝕是金屬與其環(huán)境作用而遭受破壞的現(xiàn)象，埋設(shè)在土壤環(huán)境中的PCCP的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕。

2.1 微電池和宏觀電池引起的土壤腐蝕

土壤腐蝕電池大致可分為腐蝕微電池和腐蝕宏電池

兩類：

（1）腐蝕微電池是因埋地PCCP管表面狀態(tài)的影響，是由于氧電極反應(yīng)的平衡電位與PCCP中金屬電極反應(yīng)的平衡電位之差而形成導(dǎo)致的腐蝕電池。

（2）腐蝕宏電池是因土壤性質(zhì)差異引起的腐蝕電池。埋地PCCP經(jīng)過物化性質(zhì)差異很大的土壤時，可以形成較大的電位差，形成腐蝕電池。反應(yīng)式如下：

陽極上的氧化反應(yīng)：Fe→Fe2++2e（陽極區(qū)）

陰極上的還原反應(yīng)：2H++2e→H2↑（酸性溶液中）

O2+4H++4e→2H2O（陰極區(qū)）

總的電化學(xué)反應(yīng)式：O2+2H2O+4e→4OH-

2.2 雜散電流引起的土壤腐蝕

所謂雜散電流通常是指在大地中做無規(guī)律性移動的電流，雜散電流腐蝕是由雜散電流引起的電化學(xué)腐蝕，其腐蝕程度受外部電流極性和大小的影響，比一般土壤腐蝕激烈得多。產(chǎn)生雜散電流的設(shè)備有電氣軌道、變電站、電解工廠直流電源、陰極保護(hù)設(shè)施等。

2.3 土壤中微生物引起的腐蝕

在缺氧的土壤中，如密實、潮濕的粘土處，金屬腐蝕過程似乎難以進(jìn)行，但這種土壤條件卻有利于某些微生物的生長。土壤微生物的新陳代謝產(chǎn)物也會加速腐蝕。常常發(fā)現(xiàn)，因硫酸鹽還原菌（厭氧菌）和硫桿菌的活動而引起金屬的強烈腐蝕。

3 陰極保護(hù)技術(shù)在PCCP管道的應(yīng)用

陰極保護(hù)技術(shù)是對PCCP管道保護(hù)的重要技術(shù)之一，陰極保護(hù)技術(shù)是電化學(xué)保護(hù)技術(shù)的一種，陰極保護(hù)就是使被保護(hù)的金屬電位負(fù)移，發(fā)生陰極極化，稱為電化學(xué)體系中的陰極受到保護(hù)的電化學(xué)保護(hù)方法。陰極保護(hù)可以防止環(huán)境介質(zhì)（土壤、海水、淡水、化工產(chǎn)品）的電化學(xué)腐蝕，對點蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞、晶間腐蝕、雜散電流、細(xì)菌等腐蝕作用有很好的防止作用。

4 陰極保護(hù)在PCCP管道保護(hù)中的原理

4.1 陰極極化作用

陰極保護(hù)原理主要是陰極極化作用，具體方法為將還原性較強的金屬作為保護(hù)極。

4.2 增強鋼絲表面的堿性，維持鈍化狀態(tài)

施加陰極保護(hù)后，在金屬表面發(fā)生如下陰極反應(yīng)：O2+2H2O+4e→4OH-，反應(yīng)產(chǎn)物OH-使鋼絲表面堿度升高，使其表面保持鈍化狀態(tài)。

4.3 降低混凝土中有害離子的含量

由于鋼絲表面堿性提高，抑制了Cl-、HCO3-、NO3-、SO42-等離子向混凝土內(nèi)部擴(kuò)散，特別是降低了Cl-向混凝土中的滲透，對鋼絲及混凝土起到了良好的保護(hù)作用。

5 陰極保護(hù)在PCCP管道應(yīng)用的條件及注意

事項

陰極保護(hù)在PCCP管道應(yīng)用的過程中，應(yīng)具備的條件有：腐蝕介質(zhì)是否導(dǎo)電，以便建立起連續(xù)的電路；被保護(hù)金屬在所處介質(zhì)中要易于進(jìn)行陰極極化，否則耗電量大；要保證保護(hù)構(gòu)筑物系統(tǒng)間的電連續(xù)性；一些不安全因素必須考慮。

下面就PCCP管道陰極保護(hù)在工作環(huán)境的分析、設(shè)計、施工方面以及陰極保護(hù)對PCCP制造方面等應(yīng)注意的事項做簡要的說明：

首先是土壤環(huán)境與水的取樣分析。在PCCP制造與安裝施工前應(yīng)對其工作環(huán)境的土試樣及水試樣做取樣分析，對取樣地點及取樣量的多少都要有準(zhǔn)確的記錄，并盡快地送至實驗室進(jìn)行試樣分析試驗，以便確定環(huán)境對PCCP的腐蝕性范圍及種類。

其次是如何設(shè)計陰極保護(hù)的準(zhǔn)則、技術(shù)指標(biāo)、參數(shù)選取、材料選取和保護(hù)方法，通常是通過分析腐蝕性范圍及種類并參照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計選擇。

再次是陰極保護(hù)施工前應(yīng)注意的問題。在使用犧牲陽極陰極保護(hù)法的情況下，安裝陽極之前，先要對陽極表面進(jìn)行檢查是否存在油污及氧化物，如果有要處理干凈。然后將陽極與特定組分和尺寸的化學(xué)填充料裝入包中（陽極在包的中央，被化學(xué)填充料緊密包裹）置于陽極溝中（如果條件允許，陽極周圍填充的化學(xué)填料應(yīng)加入足量的水進(jìn)行浸泡），再覆蓋一定厚度的土層保護(hù)安裝好的陽極，但是土層的厚度不能影響PCCP的敷設(shè)，并禁止向坑內(nèi)回填砂石、水泥塊、塑料等雜物。

最后是陰極保護(hù)對PCCP制造與安裝的要求說明。PCCP內(nèi)部的鋼筒、承插口鋼環(huán)、預(yù)應(yīng)力鋼絲等鋼結(jié)構(gòu)物都應(yīng)該進(jìn)行電連接；在陽極電纜的埋設(shè)、PCCP的埋設(shè)、防腐覆蓋層的電絕緣性、控制保護(hù)電位、絕緣的保護(hù)、混凝土與砂漿質(zhì)量、鋼絲纏繞質(zhì)量、避免雜散電流的流入、對于復(fù)雜構(gòu)筑物要考慮其幾何上的屏蔽作用防止電流的不均勻性、陽極電纜與PCCP管道的焊接質(zhì)量以及PCCP管線的定期檢測和維修等方面也需要特別注意，這將有利于整個PCCP管道的建設(shè)和運行。

6 結(jié)語

近年來，我國對水利建設(shè)的投資越來越大，最明顯的例子就是南水北調(diào)工程。在工程中應(yīng)用最多的管材就是PCCP，但是作為埋設(shè)在土壤環(huán)境中的PCCP，隨著使用時間的延長發(fā)生滲漏甚至爆管的可能性越來越大，給管道系統(tǒng)的安全運行造成隱患，而陰極保護(hù)能從根本上抑制各類電化學(xué)腐蝕。采用陰極保護(hù)，可大大提高PCCP的耐久性、安全性和可靠性，降低運行管理中的維修費用，增加管道的有效利用率，大大延長了管道的使用壽命。本文主要針對陰極保護(hù)在PCCP管道中的應(yīng)用進(jìn)行了初步的分析，相信對同類工程的實際應(yīng)用有所借鑒。

參考文獻(xiàn)

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[2] 葛燕，朱錫昶.混凝土中鋼筋的腐蝕與陰極保護(hù)

[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

作者簡介：邢士波，男，山東臨沂人，河北工程大學(xué)講師，碩士，研究方向：金屬腐蝕與防護(hù)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）