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

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2～3MPa，最高可達5MPa

4.混凝土的高pH值減緩了腐蝕，易施加陰極保護

5.造價低

PCCP管的陰極保護面臨的問題

PCCP管的陰極保護主體有兩個前提條件，一是保護對象是預(yù)應(yīng)力鋼筋；二是被保護的鋼是在混凝土包裹之中的。對于PCCP管施加陰極保護有個大忌，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管非但得不到保護反而加速腐蝕。正是這一原因，NACE SP 0100標準中規(guī)定了IV級鋼筋不得采用陰極保護，由于美國早期PCCP管內(nèi)使用的IV級鋼筋線，使陰極保護無法實施。在中國一直沒有采用高強度的IV級鋼筋。

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，氫氧化物堿性極強，這導(dǎo)致了pH值為12～13的強堿性條件。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弱，表1是ASTM C 867的指標。

PCCP管陰極保護機理探討根據(jù)電化學(xué)的原理，當(dāng)對PCCP管的鋼筋施加一個陰極電流后，使鋼筋上的腐蝕點（陽極）電位負移，成為陰極，達到控制腐蝕的目的。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管選擇陰極保護是一項明智的選擇。圖2是原理示意。

圖2 埋地或水下陰極保護原理圖

PCCP管陰極保護時要考慮三個因素：

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，負電位應(yīng)盡量小；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電位就可滿足要求，標準中常采用-100mV偏移為準則。

PCCP管陰極保護條件

1電連續(xù)性

與鋼質(zhì)管道或其他埋地金屬構(gòu)件的陰極保護系統(tǒng)相比，PCCP管的電連續(xù)性很難保證。因此在設(shè)計時要對每節(jié)管子中的鋼筋與鋼筒的電連續(xù)性提出要求；同時，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。通常在制管時就把鋼帶預(yù)埋在鋼筋的下面，一般每節(jié)管子要對稱預(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行電連接，做好焊接的接頭要進行絕緣密封，不得有銅芯電纜外露到混凝土中。

2 電絕緣

和鋼質(zhì)管道陰極保護一樣，PCCP管陰極保護也要電絕緣，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，例如跨越陰極保護管道。

設(shè)計參數(shù)的選取

1 電流密度

有的國外的混凝土文獻中規(guī)定鋼筋的典型保護電流密度在10到20 mA/m2之間，但實踐經(jīng)驗表明，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、電流流動時鋼筋/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。

保護準則

對于新的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，施加陰極保護時相對電流較小，極化電位要求也不太高，可以采用NACE SP 0100和GB/T 28725標準中的規(guī)定：

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

陰極保護方法的選定

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，避免氫脆，管理工作量小，對于PCCP管有著特別的意義，故成首選。

犧牲陽極系統(tǒng)由犧牲陽極和檢測裝置組成。由于鋅的負電位較低，不會造成過保護，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管陰極保護上的誤區(qū)

對混凝土結(jié)構(gòu)中施加陰極保護認識有個誤區(qū)，即混凝土的孔隙液pH值很高，鋼在這個條件下可形成一層鈍化膜，則無需陰極保護都有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，則需要追加保護措施。

正確選用PCCP管的陰極保護

在設(shè)計管道時，應(yīng)根據(jù)管道所處環(huán)境判斷是否符合標準上的條件，最終確定是否需要加陰極保護。

對于已建的PCCP管，若管子已發(fā)生爆管，或者環(huán)境檢測為強腐蝕性時應(yīng)立即補加陰極保護。

由于國內(nèi)的鋼絲沒有采用極高強度材質(zhì)，所以不存在不能用陰極保護的問題。采用陰極保護的另一擔(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。

陰極保護與PCCP管推廣之間的關(guān)系

可以說陰極保護是PCCP管推廣應(yīng)用的保駕護航的利器，甚至可以說沒有陰極保護的保駕，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)險教訓(xùn)，借助于陰極保護才能使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，對于大口徑長距離具有極大的優(yōu)勢，近幾年在國內(nèi)有了突飛猛進的發(fā)展，但由于PCCP管在國內(nèi)應(yīng)用時間較短，這類管子的腐蝕問題還沒有引起人們的足夠重視。國外的實踐告訴我們，陰極保護是埋地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目。國內(nèi)的PCCP管技術(shù)雖然起步較晚，但起點較高，南水北調(diào)工程中的PCCP管已設(shè)計了陰極保護，并已付諸實施，這在國內(nèi)尚屬首次，目前國內(nèi)已有多項工程采用了陰極保護，它們的經(jīng)驗將會給今后國內(nèi)PCCP管的建設(shè)帶來質(zhì)的飛躍。

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