預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管PCCP（Prestressed Concrete Cylinder Pipe）是將高強(qiáng)鋼絲的抗拉、混凝土的抗壓和鋼板的防滲有機(jī)結(jié)合在一起，充分合理利用了材料各自的物理力學(xué)特性的高品質(zhì)的輸水管材。
圖1 PCCP管結(jié)構(gòu)示意圖
美國(guó)MP雜志2005年4期發(fā)表了關(guān)于利比亞大人工河項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)[3]，總結(jié)一期工程PCCP建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，二期工程對(duì)PCCP管道防蝕進(jìn)行了改進(jìn)。出于降低工程造價(jià)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(huán)氧煤瀝青保護(hù)層，沒有全部采用陰極保護(hù)，結(jié)果導(dǎo)致運(yùn)行過程中管道被腐蝕而引起爆管，造成嚴(yán)重?fù)p失。大人工河管理局正在盡力確保所有已經(jīng)安裝的PCCP管道接受陰極保護(hù)，Gerrard 說，“在初次安裝時(shí)，根據(jù)實(shí)際的環(huán)境狀況，一些PCCP管道采用了陰極保護(hù)，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(hù)——這意味著他們不得不返工，并在已經(jīng)埋地的管道上安裝陰極保護(hù)。這就是我們目前所從事的”。
美國(guó)MP雜志2005年5期介紹了在含氯化物濃度較高的土壤環(huán)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(jīng)歷著濕和干交替循環(huán)。在這種循環(huán)中，土壤中的氯化物會(huì)在管道外壁聚集，當(dāng)管道外壁氯化物達(dá)到一定濃度后，便由外向水泥保護(hù)層內(nèi)部滲透，并最終與鋼筋保護(hù)膜作用，使PCCP腐蝕[4]。
Pockwock輸水管線運(yùn)用了陰極保護(hù)來阻止上述問題的發(fā)生。Pockwock管線管道直徑為107cm，主要為Halfax市供水。到1985年，管線運(yùn)行了10年出現(xiàn)了首次開裂事故，緊接著至少又發(fā)生了5次爆管事故。1991年，采用鋅陽極對(duì)腐蝕開裂處的管道進(jìn)行陰極保護(hù)。鋅陽極長(zhǎng)2m，重3.6kg。鋅陽極包裝在硫酸鹽/膨潤(rùn)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(xù)性跨接。為了防止保護(hù)電位過負(fù)（負(fù)于-975mV），使鋼筋發(fā)生析氫反應(yīng)，所以選用了鋅陽極。陰極保護(hù)投運(yùn)行，測(cè)得需要的保護(hù)電流很低（小于200uA/m2），為此在投運(yùn)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(chǎn)工藝，人們一直認(rèn)為鋼筋很容易發(fā)生析氫反應(yīng)。為了改善預(yù)應(yīng)力鋼筋的性能，根據(jù)ASTM A227測(cè)試方法進(jìn)行了析氫測(cè)試。Lewis從測(cè)試結(jié)果得出，現(xiàn)有的許多PCCP管道都是采用了易發(fā)生析氫反應(yīng)的鋼筋，并且有很多關(guān)于在輔助陽極地床附近PCCP管道開裂事故的報(bào)道。
文獻(xiàn)5對(duì)混凝土中鋼的腐蝕機(jī)理進(jìn)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(fā)生改變。當(dāng)氯離子滲透到加強(qiáng)鋼筋并達(dá)到氯離子臨界濃度時(shí)，鈍態(tài)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(shí)也會(huì)發(fā)生局部腐蝕。鋼筋混凝土構(gòu)筑物中，限定氯離子濃度為水泥質(zhì)量的0.4%，而在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)筑物中，限定氯離子濃度為水泥質(zhì)量的0.2%。
去鈍化的另一個(gè)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(dāng)混凝土與大氣中的CO2發(fā)生反應(yīng)而碳化時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況。當(dāng)插入構(gòu)筑物的鋼質(zhì)構(gòu)件上有足夠厚的混凝土覆蓋層時(shí)，特別是有致密的、空隙率很低的優(yōu)質(zhì)混凝土?xí)r，碳化作用就無關(guān)緊要了。如果混凝土質(zhì)量很差或者混凝土覆蓋層很薄很少，碳化作用就會(huì)滲透到加強(qiáng)鋼筋，最終使它失去鈍性。當(dāng)氯離子或碳化作用發(fā)生去鈍化時(shí)，只有在氧侵入的條件下，潮濕的混凝土中才會(huì)有腐蝕危險(xiǎn)。當(dāng)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(tài)下，就會(huì)在陽極區(qū)發(fā)生非常高的腐蝕速率。
——上述文字引自胡士信等《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管陰極保護(hù)》
