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(gòu)成的復合型管材。發(fā)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?jié)B的實用性。PCCP長期在地下土層中埋設，不可避免容易發(fā)生化學腐蝕的現(xiàn)象，必須要針對采用有效的防腐措施。陰極保護防腐技術(shù)可以減輕外部介質(zhì)對PCCP中的鋼質(zhì)材料的腐蝕破壞。本文結(jié)合PCCP管道自身的結(jié)構(gòu)特點，分析陰極保護技術(shù)對其的必要性以及具體的保護實施方案，為陰極保護技術(shù) 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(yōu)點著稱。近年來逐漸應用到供水、污水處理、發(fā)電廠水循環(huán)等管線范疇。雖然PCCP發(fā)揮了混凝土的抗壓抗?jié)B性能，但是由于在土質(zhì)層中埋設，土壤中的活性離子與管道內(nèi)部的鋼質(zhì)材料容易發(fā)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(shù)目前發(fā)展的相當成熟，廣泛的被應用到各種金屬結(jié)構(gòu)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(huán)境的作用下無法避免的發(fā)生腐蝕問題，因其金屬材質(zhì)與環(huán)境中的分子互相結(jié)合作用產(chǎn)生化學反應。PCCP長期埋在土壤中，發(fā)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(zhì)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(huán)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(huán)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(fā)生電化學的腐蝕。腐蝕過程的產(chǎn)生的氫原子又會深入到鋼絲結(jié)構(gòu)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(fā)生多根鋼絲的相繼斷裂，引發(fā)爆管的危險。這也是多項PCCP爆管事件發(fā)生的主要原因。

其他環(huán)境中也存在著引起腐蝕的因素，比如雜散電流和環(huán)境中的微生物。雜散電流指的是在土地中無規(guī)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(fā)生的較多。而土壤環(huán)境產(chǎn)生腐蝕效果需要的條件更多，看似無法發(fā)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(shù)在PCCP管道防腐中的條件

首先在施工前應當對環(huán)境的土壤和水進行取樣調(diào)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(huán)境對PCCP的腐蝕范圍和有哪些種類，為后續(xù)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(shù)指標和保護方法，根據(jù)參數(shù)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(zhì)上是將指陰極極化而發(fā)生作用效果，將還原性強的結(jié)構(gòu)材料作為保護級，在進行陰極保護之后，金屬的表面發(fā)生陰極反應讓金屬結(jié)構(gòu)材料的堿度變高，保持其鈍化的狀態(tài)。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(zhì)，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(nèi)回填其他物質(zhì)。

陰極保護對于PCCP安裝也有一定的要求。管道內(nèi)部的鋼筒、鋼環(huán)等鋼結(jié)構(gòu)的物質(zhì)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(zhì)量要求等方面都應該注意，避免出現(xiàn)雜散電流的侵入。復雜結(jié)構(gòu)的構(gòu)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(xù)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(xiàn)一些損傷，如表面瀝青老化、出現(xiàn)裂縫等。通過應用陰極保護對其進行技術(shù)防腐，能夠有效地防止出現(xiàn)損傷的地方產(chǎn)生電化學腐蝕、降低陰極保護需要的電流，達到讓結(jié)構(gòu)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(zhì)量以及正常安全的運行，避免受到地下水和環(huán)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(shù)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(zhì)環(huán)境當中，被保護的金屬充當陰極作用，讓連接的金屬優(yōu)先被溶解，然后產(chǎn)生的活性電子轉(zhuǎn)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(xiàn)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(xiàn)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(jié)語：

隨著我國對水利建設事業(yè)的不斷投入，在工程中應用最多的就是PCCP管材。南水北調(diào)工程中，北京段的PCCP管線段，穿越了整個市區(qū)，土壤環(huán)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(diào)工程北京段開創(chuàng)了應用陰極保護技術(shù)的先例，收獲了具體的施工經(jīng)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(shù)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(shù)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。

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