PCCP是什么？  預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（Prestressed ConcreteCylinder Pipe，PCCP）是在帶鋼筒（薄鋼筒的厚度約1.5mm～2.0mm左右）的混凝土管芯上纏繞一層或二層環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼絲，并用水泥砂漿保護(hù)而制成的管子。圖1為PCCP管結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1.PCCP管結(jié)構(gòu)示意圖

PCCP管的特點(diǎn)

1.具有較好的抗?jié)B性

2.密封性能良好

3.可減緩或克服一定程度上的土壤應(yīng)力影響承受內(nèi)水壓力高可達(dá)2～3MPa，最高可達(dá)5MPa

4.混凝土的高pH值減緩了腐蝕，易施加陰極保護(hù)

5.造價(jià)低

PCCP管的陰極保護(hù)面臨的問題

PCCP管的陰極保護(hù)主體有兩個(gè)前提條件，一是保護(hù)對(duì)象是預(yù)應(yīng)力鋼筋；二是被保護(hù)的鋼是在混凝土包裹之中的。對(duì)于PCCP管施加陰極保護(hù)有個(gè)大忌，就是預(yù)應(yīng)力鋼的氫脆問題，如果這一問題處理不好，將使得PCCP管非但得不到保護(hù)反而加速腐蝕。正是這一原因，NACE SP 0100標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了IV級(jí)鋼筋不得采用陰極保護(hù)，由于美國早期PCCP管內(nèi)使用的IV級(jí)鋼筋線，使陰極保護(hù)無法實(shí)施。在中國一直沒有采用高強(qiáng)度的IV級(jí)鋼筋。

PCCP管的腐蝕

PCCP管的腐蝕可分兩類： 一類是由于腐蝕性介質(zhì)的作用， 使混凝土腐蝕而破壞， 鋼筋失去了正常的保護(hù)并遭受腐蝕；另一類是混凝土未遭受明顯的腐蝕， 但混凝土保護(hù)層的中性化或其它原因使鋼筋遭受腐蝕。

在PCCP管中，混凝土內(nèi)的微小氣孔含有高濃度的可溶性鈣、鈉和氧化鉀，這些物質(zhì)構(gòu)成氫氧化物，當(dāng)存在水時(shí)，氫氧化物堿性極強(qiáng)，這導(dǎo)致了pH值為12～13的強(qiáng)堿性條件。在上述堿性條件下，鋼材表面形成一層稠密、難以穿透的薄膜的鈍化層，將防止鋼材的進(jìn)一步腐蝕。

然而，在不損毀混凝土的前提下，兩種條件可以破壞混凝土中的鈍化環(huán)境，它們是：碳化作用和氯化物侵襲。PCCP失效原因還有很多，如氫脆、雜散電流等。

對(duì)于已經(jīng)埋入地下的PCCP管在土壤中的腐蝕，可以參照ASTM C867最新修正版本，通過自然電位來判斷腐蝕的可能性的強(qiáng)弱，表1是ASTM C 867的指標(biāo)。

PCCP管陰極保護(hù)機(jī)理探討根據(jù)電化學(xué)的原理，當(dāng)對(duì)PCCP管的鋼筋施加一個(gè)陰極電流后，使鋼筋上的腐蝕點(diǎn)（陽極）電位負(fù)移，成為陰極，達(dá)到控制腐蝕的目的。由于這一技術(shù)還有除去氯化物和脫鹽，克服碳化作用，使pH值增高（電化學(xué)再堿化）的功能，所以埋地PCCP管選擇陰極保護(hù)是一項(xiàng)明智的選擇。圖2是原理示意。

圖2 埋地或水下陰極保護(hù)原理圖

PCCP管陰極保護(hù)時(shí)要考慮三個(gè)因素：

必須具有足夠電流來抑制陽極反應(yīng)；在保證電流足夠的前提下，負(fù)電位應(yīng)盡量??；預(yù)應(yīng)力鋼筋不應(yīng)超出析氫電位（-1000mV,CSE），以防氫脆變。

通常PCCP陰極保護(hù)所需的電流密度都比較低，由于自然電位較正，所以只需很低的保護(hù)電位就可滿足要求，標(biāo)準(zhǔn)中常采用-100mV偏移為準(zhǔn)則。

PCCP管陰極保護(hù)條件

1電連續(xù)性

與鋼質(zhì)管道或其他埋地金屬構(gòu)件的陰極保護(hù)系統(tǒng)相比，PCCP管的電連續(xù)性很難保證。因此在設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)每節(jié)管子中的鋼筋與鋼筒的電連續(xù)性提出要求；同時(shí)，為了減少鋼筋縱向電阻，還要在鋼筋下面墊上用以導(dǎo)電的鋼帶。通常在制管時(shí)就把鋼帶預(yù)埋在鋼筋的下面，一般每節(jié)管子要對(duì)稱預(yù)埋兩條鋼帶。每節(jié)PCCP管在兩端引出導(dǎo)電鋼帶，以留作管子間的電連接用。

PCCP管子之間要通過電纜跨接進(jìn)行電連接，做好焊接的接頭要進(jìn)行絕緣密封，不得有銅芯電纜外露到混凝土中。

2 電絕緣

和鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)一樣，PCCP管陰極保護(hù)也要電絕緣，例如法蘭組件，預(yù)制接頭組件，或管連接件。應(yīng)考慮使用電絕緣裝置的位置包括：

設(shè)施更換所有權(quán)的位置處；不同金屬之間的連接處，如帶有機(jī)涂層的鋼管和PCCP管的連接處；雜散電流干擾影響區(qū)域，例如跨越陰極保護(hù)管道。

設(shè)計(jì)參數(shù)的選取

1 電流密度

有的國外的混凝土文獻(xiàn)中規(guī)定鋼筋的典型保護(hù)電流密度在10到20 mA/m2之間，但實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，1 mA/m2的密度就已足夠。

2 電流分布

影響PCCP管中的電流分布的主要因素有：混凝土的電阻率、PCCP管直徑、電流流動(dòng)時(shí)鋼筋/混凝土界面的電阻，以及鋼筋的方位和密度。

由于PCCP管的陰極保護(hù)用的犧牲陽極埋在管周的土壤中，不管是棒狀陽極還是帶狀陽極，都是通過電纜與管子連接的，通電點(diǎn)的位置影響著電流在縱向和管子圓周向的分布，特別是大口徑的PCCP管。

保護(hù)準(zhǔn)則

對(duì)于新的PCCP管工程，混凝土的條件較好，pH值很高和氯離子較少，鋼筋的腐蝕還沒有發(fā)生，施加陰極保護(hù)時(shí)相對(duì)電流較小，極化電位要求也不太高，可以采用NACE SP 0100和GB/T 28725標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定：

——陰極極化電位差至少要100mV，這個(gè)差值可以是極化形成，也可以是極化衰減過程中的測(cè)量值；——為了防止氫脆的發(fā)生，陰極極化極限負(fù)電位不應(yīng)比1000mV（CSE）還負(fù)，此值應(yīng)是排除IR降誤差后的純極化值。

陰極保護(hù)方法的選定

由于犧牲陽極法可以均勻布設(shè)陽極，根據(jù)陽極品種來控制過保護(hù)，避免氫脆，管理工作量小，對(duì)于PCCP管有著特別的意義，故成首選。

犧牲陽極系統(tǒng)由犧牲陽極和檢測(cè)裝置組成。由于鋅的負(fù)電位較低，不會(huì)造成過保護(hù)，故是犧牲陽極材料的首選。土壤中，通過使用特殊的化學(xué)填包料可以改進(jìn)犧牲陽極的性能。石膏粉，膨潤土和無水硫酸鈉的混合物是最常用的填料。

PCCP管陰極保護(hù)上的誤區(qū)

對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中施加陰極保護(hù)認(rèn)識(shí)有個(gè)誤區(qū)，即混凝土的孔隙液pH值很高，鋼在這個(gè)條件下可形成一層鈍化膜，則無需陰極保護(hù)都有80-100年的壽命。但是，這僅僅是理想狀態(tài)，若在諸如高氯化物環(huán)境這類的特定條件下，高堿性水泥的鈍化性能受到影響，則需要追加保護(hù)措施。

正確選用PCCP管的陰極保護(hù)

在設(shè)計(jì)管道時(shí)，應(yīng)根據(jù)管道所處環(huán)境判斷是否符合標(biāo)準(zhǔn)上的條件，最終確定是否需要加陰極保護(hù)。

對(duì)于已建的PCCP管，若管子已發(fā)生爆管，或者環(huán)境檢測(cè)為強(qiáng)腐蝕性時(shí)應(yīng)立即補(bǔ)加陰極保護(hù)。

由于國內(nèi)的鋼絲沒有采用極高強(qiáng)度材質(zhì)，所以不存在不能用陰極保護(hù)的問題。采用陰極保護(hù)的另一擔(dān)心是氫脆問題，但是只要方法得當(dāng)，控制有效，是完全可以避免的。

陰極保護(hù)與PCCP管推廣之間的關(guān)系

可以說陰極保護(hù)是PCCP管推廣應(yīng)用的保駕護(hù)航的利器，甚至可以說沒有陰極保護(hù)的保駕，PCCP管的應(yīng)用前途是迷茫的，中國應(yīng)該借鑒美國和利比亞大人工河的經(jīng)險(xiǎn)教訓(xùn)，借助于陰極保護(hù)才能使PCCP推廣應(yīng)用走向未來。

總結(jié)  

PCCP管給排水工程提供了優(yōu)質(zhì)長壽的管道材料，對(duì)于大口徑長距離具有極大的優(yōu)勢(shì)，近幾年在國內(nèi)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，但由于PCCP管在國內(nèi)應(yīng)用時(shí)間較短，這類管子的腐蝕問題還沒有引起人們的足夠重視。國外的實(shí)踐告訴我們，陰極保護(hù)是埋地PCCP管行之有效的防蝕技術(shù)，國外已大力推廣，如利比亞大人工河項(xiàng)目。國內(nèi)的PCCP管技術(shù)雖然起步較晚，但起點(diǎn)較高，南水北調(diào)工程中的PCCP管已設(shè)計(jì)了陰極保護(hù)，并已付諸實(shí)施，這在國內(nèi)尚屬首次，目前國內(nèi)已有多項(xiàng)工程采用了陰極保護(hù)，它們的經(jīng)驗(yàn)將會(huì)給今后國內(nèi)PCCP管的建設(shè)帶來質(zhì)的飛躍。

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