预应力混凝土圆柱管(PCCP)是在钢带管(薄壁钢管的厚度约为1.5毫米至2.0毫米)的混凝土管芯上缠绕一层或双层环形预应力导线
PCCP管的特点具有较好的抗渗性
密封性能良好
可减缓或克服一定程度上的土壤应力影响
承受内水压力高可达2~3MPa,可达5MPa
混凝土的高pH值减缓了腐蚀,易施加阴极保护
造价低
PCCP管的阴极保护面临的问题PCCP管的阴极保护主体有两个前提条件,一是保护对象是预应力钢筋;二是被保护的钢是在混凝土包裹之中的。对于PCCP管施加阴极保护有个大忌,就是预应力钢的氢脆问题,如果这一问题处理不好,将使得PCCP管非但得不到保护反而加速腐蚀。正是这一原因,NACE SP 0100标准中规定了IV级钢筋不得采用阴极保护,由于美国早期PCCP管内使用的IV级钢筋线,使阴极保护无法实施。在中国一直没有采用高强度的IV级钢筋。
PCCP管的腐蚀PCCP管的腐蚀可分两类: 一类是由于腐蚀性介质的作用, 使混凝土腐蚀而破坏, 钢筋失去了正常的保护并遭受腐蚀;另一类是混凝土未遭受明显的腐蚀, 但混凝土保护层的中性化或其它原因使钢筋遭受腐蚀。
在PCCP管中,混凝土内的微小气孔含有高浓度的可溶性钙、钠和氧化钾,这些物质构成氢氧化物,当存在水时,氢氧化物碱性极强,这导致了pH值为12~13的强碱性条件。在上述碱性条件下,钢材表面形成一层稠密、难以穿透的薄膜的钝化层,将防止钢材的进一步腐蚀。
然而,在不损毁混凝土的前提下,两种条件可以破坏混凝土中的钝化环境,它们是:碳化作用和氯化物侵袭。PCCP失效原因还有很多,如氢脆、杂散电流等。
对于已经埋入地下的PCCP管在土壤中的腐蚀,可以参照ASTM C867修正版本,通过自然电位来判断腐蚀的可能性的强弱,表1是ASTM C 867的指标。
PCCP管阴极保护机理探讨根据电化学的原理,当对PCCP管的钢筋施加一个阴极电流后,使钢筋上的腐蚀点(阳极)电位负移,成为阴极,达到控制腐蚀的目的。由于这一技术还有除去氯化物和脱盐,克服碳化作用,使pH值增高(电化学再碱化)的功能,所以埋地PCCP管选择阴极保护是一项明智的选择。图2是原理示意。
PCCP管阴极保护时要考虑三个因素:必须具有足够电流来抑制阳极反应;
在保证电流足够的前提下,负电位应尽量小;
预应力钢筋不应超出析氢电位(-1000mV,CSE),以防氢脆变。
通常PCCP阴极保护所需的电流密度都比较低,由于自然电位较正,所以只需很低的保护电位就可满足要求,标准中常采用-100mV偏移为准则。