PCCP管道腐蚀与防护技术探讨与分析

摘 要：随着我国水利建设的发展，地下输水管线的耐久性问题日益得到重视，而在工程中应用最多的PCCP的腐蚀与防护技术也越来越受到人们的关注。该文主要对PCCP腐蚀与防护技术的相关问题与发展进行了初步的探讨。

关键词：PCCP 腐蚀 防护

中图分类号：TV672.Z 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（c）-0128-01

预应力钢筒混凝土管（PCCP）是一种应用比较广泛的刚性压力管材。这种管材具的强度超高，并且本身具备钢筒，通过混凝土管芯在预应力钢丝周围的捆绑，并且即将配备好的水泥砂浆喷洒在表层形成保护膜，再将钢质承插口和管材当中的钢筒焊接在一起。这里所采用的承插口在凹槽处有柔性良好的胶圈，是由钢、混凝土以及砂浆等材质混合而成的，这种混合型材质也决定了它本身同时具备钢质及混泥土材料的特性。预应力钢筒混凝土管可以承受住很大的外力压强，并且就本身整体结构而言密封性良好，不易发生渗漏，再加上在实践操作的时候十分简单，并且出现问题的时候维修起来也十分方便，所以引起了越来越多的重视，被广泛的用在了远距离输水干线及其他大型工程当中。从结构上来看，我们可以把预应力钢筒混凝土管划分为两类。第一类是内衬式预应力钢筒混凝土管，也就是我们常说的PCCPL；另外一类是埋置式预应力钢筒混凝土管（PCCPE）。但是作为埋设在土壤环境中的PCCP，如果不采取有效的保护措施，随着使用时间的延长，PCCP管外土壤环境中以及管内水介质中的侵蚀性介质侵入PCCP砂浆保护层和混凝土层，到达钢丝与钢筒表面，那么钢丝与钢筒将会发生电化学腐蚀，进而会导致钢丝和钢筒的腐蚀失效，发生穿孔渗漏甚至爆管现象，会给管道系统的安全运行造成隐患，因此该文对此进行了初步的分析与探讨。

1 PCCP管的腐蚀机理探讨

在侵蚀性介质影响下，水泥中所含有的Na2O、K2O水化转变为NaOH、KOH，这样在水泥水化初期，其液相pH值为12.6～12.9，因为预应力钢筒混凝土管内部含有钢性材质，在外界环境处在强碱性的情况下，其内部的钢质便会发生化学反应，在钢质表层形成缜密的钝化膜，这层钝化膜会避免钢性材质与外界强碱性环境的接触，使它们不会被强碱环境腐蚀的更加厉害。不过，在某种特定的环境中，外部环境中具有腐蚀性的成分可以穿过缝隙附着在钢质材料的表层，并使得周围的环境发生变化，将钝化膜腐蚀掉，这便是去钝化的工作原理。另外钢质材料附近的氯化物浓度不断上升，在高到某一程度的时候，氯化物中的氯离子就会很轻易的渗透进钝化膜，并且和钢质材质中的铁离子（Fe2+）发生化学反应，生成绿锈；之后绿锈可以穿过钝化膜渗透出来，在外界氯离子的作用下发生化学反应生成铁锈。

钢质材料表层发生的电解反应，其方程式可表示为：

阳极反应：2Fe-4e2Fe2+

阴极反应：O2+2H2O+4e4OH-

钢质材料发生腐蚀的过程，可表示为以下化学方程式：

Fe2++4OH2Fe（OH）2

4Fe（OH）2+O2+2H2O4Fe（OH）3

这里所形成的Fe（OH）3，会在外界介质的作用下继续发生化学变化，完全氧化的部分形成nFe2O3・mH2O，也就是我们所说的红锈；另外不能完全氧化的则形成Fe3O4，也就是我们所说的黑锈，之后这些物质便会附着在材质材料表层，且红锈体积可大到原来体积的4倍，黑锈体积可大到原来的两倍。钢丝锈蚀不但破坏了表面混凝土结构，而且由于钢丝截面减小，使混凝土结构的承载力与设计功能不断削弱，最终可能导致构件的破坏。

2 PCCP腐蚀的影响因素分析

一般情况下，PCCP管内部的钢质材料可以在强碱环境中发生化学反应生成钝化膜，这层膜可以起到保护管材的作用。不过，因为外界环境遭到破坏，外部介质出现碱性降低同时氯离子浓度升高的情况，造成对钢质材料表层钝化膜的损坏，使得钢质材料对于腐蚀性承受能力减弱。影响钢丝与钢筒腐蚀的因素很多，其中最主要的有氯离子腐蚀和碳化腐蚀。

2.1 氯离子侵蚀导致的腐蚀影响

氯离子侵蚀引起混凝土中钢丝与钢筒的腐蚀较为普遍和突出。氯离子能够加速钢丝与钢筒腐蚀，已在大量工程实际中得到证实。目前对氯离子的腐蚀机理存在许多观点，例如膜的化学溶解；在膜与底层界面建立起来的“金属孔洞”等。即使现在对于氯离子的腐蚀机理没有一个统一的认识，不过一般我们认为氯离子可以对钢质材料外部的钝化膜造成破坏，从而造成钢质材料被腐蚀。

2.2 杂散电流和温度的影响

一般交流电在混凝土结构中危害不大，但有直流电通过时，若有漏电产生，就会使钢丝与钢筒剧烈腐蚀。同时温度也是影响钢丝与钢筒混凝土中钢丝与钢筒腐蚀的一个重要参数，随着温度的提高，钢丝与钢筒的腐蚀速率增大。

2.3 应力腐蚀和氢脆的影响

应力腐蚀是一种在腐蚀和拉应力共同作用下钢丝产生晶粒间或跨晶粒断裂现象。在硫化氢（H2S）以及铁的作用下，氢原子渗入钢材内部并重新结合成分子，失去了能溶于钢中的能力并形成很大的内应力。而此相当大的局部应力与高强钢材的低变形性能及高拉应力等因素组合在一起，使钢丝裂缝迅速发展，最后导致脆断。在PCCP中产生的钢丝与钢筒腐蚀通常多为电化学腐蚀，应力腐蚀和氢脆亦可导致PCCP发生爆裂破坏。

3 结语

随着我国经济的快速发展，十二五期间水利建设投资的进一步加大，可以预见PCCP的应用将得到进一步提升的空间，但是作为埋设在土壤环境中的PCCP管道，不采取有效的保护措施，随着使用时间的延长，PCCP会发生保护层失效，进而会导致钢丝和钢筒的腐蚀失效，发生穿孔渗漏甚至爆管现象，会给管道系统的安全运行造成隐患，因此PCCP腐蚀与防护技术研究十分有必要，该文对PCCP的腐蚀与防护技术进行了初步的探讨与分析，相信对我国PCCP技术的发展和耐久性的提高有所裨益。

参考文献

[1] GB/T21448-2008.埋地钢质管道阴极保护技术规范[S].

[2] 王伟，季明.钢筋混凝上构筑物牺牲阳极保护研究进展[J].科学视野，2001，25（5）.