防腐技术在南水北调PCCP 工程中的应用.docVIP

防腐技术在南水北调PCCP工程中的应用 李向东 （水利部山西水利水电勘测设计研究院，太原030024） 摘要：南水北调工程北京段工程沿线地质环境复杂，存在有害介质腐蚀和杂散电流腐蚀危害，必须采取有效的PCCP防腐措施。通过改善混凝土及砂浆性能、进行涂层防腐和阴极保护，可以有效解决南水北调工程北京段PCCP管线的腐蚀问题，提高工程安全和耐久性，为今后PCCP工程积累了宝贵经验。 关键词: 南水北调； PCCP； 腐蚀； 涂层防腐； 阴极保护 中图分类号：TV672 文献标识码：B 1. 工程防腐的必要性 南水北调中线京石段应急供水工程（北京段）惠南庄~大宁段采用2排并行DN4000预应力钢筒混凝土管（PCCP）输水，设计最大输水流量60m3/s。项目初期腐蚀调查显示：工程沿线共约30km地段地下水位高于管底，地下水对钢管具有弱腐蚀性，对混凝土全线均无腐蚀性；沿线累计约14km地段对混凝土内钢筋有弱腐蚀性；沿线土壤的pH值在8.27~8.8之间，对PCCP不具腐蚀性；氯离子浓度在沿线局部地段土壤中达270PPm，对PCCP具有弱腐蚀性，但在大部分地段对PCCP不具腐蚀性；沿线土壤中硫酸根离子浓度对PCCP管不具腐蚀性；土壤中的氧化还原电位较高，均大于100mA；电阻率较低，低于50 南水北调北京段PCCP工程工压高、覆土深，地质环境较复杂，多处与电缆、道路、管线等对工程电位和电流有影响的结构交叉，存在诸多潜在腐蚀因素。根据依据国外经验，在具有腐蚀性的地段，尤其是存在杂散电流的地段，若不采用有效的防护措施，多则十几年，少则几年，PCCP管线就可能发生爆管事故。设计单位在综合考虑管线运行工况、沿线环境的后，以确保95%的供水保证率为原则，从降低运行、管理和维护费用的角度出发，在充分利用管道自身防腐能力的基础上，在工程全线实施了涂层防腐和牺牲阳极的阴极保护。笔者通过参加南水北调北京段PCCP监造工作，在结合工程实践的基础上研究、学习相关规范和文献资料，对PCCP管线腐蚀控制措施有了更进一步的理解。 2发挥管道自身防腐能力 从PCCP自身结构分析，混凝土管芯和密实的水泥砂浆保护层，一方面可以隔绝外界腐蚀性介质渗入结构内部与钢丝接触，另一方面形成碱性环境，使预应力钢丝表面包裹一层稳定的惰性氧化膜，称为钝化膜，它起着保护钢丝防止锈蚀的作用。南水北调北京段PCCP输水工程从混凝土和砂浆质量和性能方面加以研究，通过提高耐久性和控制裂缝等缺陷，强化和保护了钝化膜，达到了防腐目的。 2.1预防碱活性破坏 为预防骨料中的活性氧化硅颗粒与水泥等原材料带入的碱类物质发生反应，造成管芯和保护层膨胀开裂，设计首先从原材料控制方面提出要求，使用非碱活性砂石骨料和碱含量不大于0.6%的低碱水泥，并要求混凝土碱含量控制在2.5kg/m3以内，排除了发生碱骨料反应的两个条件。制造单位在混凝土配合比设计时，采用掺加优质粉煤灰方案，减少了水泥用量，也控制了混凝土碱含量。通过采用严格的双控措施，杜绝了管芯混凝土和保护层砂浆发生碱骨料反应，确保护了钢丝和钢筒不受腐蚀破坏。 2. 2提高混凝土和保护层砂浆强度 管芯混凝土设计强度为C55和C60，且采用蒸汽养护提高早期强度；砂浆设计强度为48MPa，有效避免了吊运、安装等环节的损坏，保证了对预应力钢丝的有效保护。从设计入手，通过配合比优化等多项措施，避免了外保护层和混凝土裂缝、掉块、碰损等缺陷，强化了预应力钢丝周围的碱环境，充分发挥了PCCP自身抗腐蚀的特点，为管线防腐奠定了基础，为钢丝和钢筒提供了保护。 2. 3提高管芯和保护层质量 在规定管芯不允许出现蜂窝麻面等常规混凝土缺陷的基础上，拒绝使用存在外表面裂缝管芯；管道外保护层也不允许出现任何空鼓、裂缝、分层及剥落现象。通过使用高效减水剂、完善管芯成型工艺、实行合理的管芯及保护层蒸养制度、规范吊装和运输等操作，有效地减少了温度裂缝、收缩裂缝等缺陷，保证了管芯和保护层质量。 3进行涂层防腐 南水北调北京段PCCP输水工程全线PCCP均采用超厚膜重防腐蚀环氧煤沥青涂料进行涂层防腐。该漆膜具有优异的抗化学介质腐蚀和渗透性，良好的物理机械性能，还具有优异的电绝缘性、抗水渗透性、抗微生物侵蚀、抗杂散电流、耐热、耐高温骤变等优良性能，漆膜坚韧、耐磨，耐水、耐海水、耐盐雾性能佳。环氧涂层设计干膜厚度600±100μm，分两遍喷涂，每遍为设计厚度的一半。 工程在国内首次实施了防腐涂层机械化湿喷技术：利用PCCP管道保护层辊射设备回转平台和喷枪提升系统（见图1），在砂浆保护层辊射完成后，选用无气高压喷涂设备，在辊射回转平台带动管道旋转过程中，提升设备匀速下降，同时喷枪均匀喷涂雾化涂料至保护层。通过控制回转平台的旋转速度、喷射宽度和压缩空气压力，对涂装漆膜的厚度进行调整。为了保证喷涂质量