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    預應力鋼筒混凝土管道的腐蝕與控製

    時間:2015年05月18日 點擊:收藏此文 【字體:

      6月混凝±與水泥製品預應力鋼筒漉凝止管道的腐蝕與控製餘洪方蘇州混凝王水泥製品研巧院004技術尚未開展有效的研究。本文就此問題論述了預應力鋼筒混凝±管道的腐蝕過程、機理、測評和腐蝕控製方法並提出了開展研巧工作的建議。

      刖,預應力鋼筒混凝±管國內自八十年代初研製成功至今已近二十年,該管レッ其獨特的H高性能高強度、高壓力、高密封性成為替代純鋼管管道的主要管材品種之。到目前為止,國內有數家企業通過引進國外製管技術及主機裝備或者采用國內的技術成果相繼建成了十多條生產工藝線,生產了各種規格的管道數百公裏,行運於輸水工程。國家建材工業局於1993年組織國家有關單位製定了《預應力鋼筒混凝止管》化625行業標準,並於1典6年起正式實施。應該認為預應力鋼筒混凝±管得到了發展。然而,針對預應力鋼筒混凝±管道的腐蝕與控製技術方麵的相對滯後,國內的技術研究單位與生產企業尚未就此問題開展有效的研究。本文就此有關問題進行初步的分析與討論,期引起同行的重視。

      1管子結構預應力鋼筒混凝主管有兩種管子結構型式:①鋼筒內襯混凝±管芯;鋼筒嵌置混凝±管抵。但無論哪種管子結構,其成型工藝基本相同,首先必須製作足夠長度的焊接薄鋼筒,並在鋼筒的兩端焊上承插口鋼環,然後對鋼筒管進行水壓檢驗保證鋼筒焊縫的水密性。接著再采用離屯、內襯或立式振動成型帶鋼筒的混凝±管芯經適當養護後在管抵外表麵螺旋方式纏繞高強度的預應力鋼絲,在管抵內建立符合設計要求的精確的環向有效預壓應力。最後在管芯鋼絲表麵製作富含水泥成份的水泥砂漿保護層。化625標準還規定在製作水泥砂漿保護層前後均應對管身,塗層濃度適當的水泥淨漿。從管子的結構可看出,預應力鋼絲是管子最為關鍵的組成部分,而水泥砂漿保護層對預應為鋼絲的防腐起主要作用。

      2管線腐蝕性能國內的預應力鋼筒混凝±管鋪設使用相對時間還不長,到目前為止尚無管線破壞的報道。據美國資料情況來看,美國在最近的五十年中鋪設使用的預應力鋼筒混凝±管道已發生了多起管道破壞事故。美國混凝±壓力管協會,0口口義非常重視預應力鋼筒混凝±管破壞的原因和機理。他們在有關的技術報導中稱;在已提出破壞報告的1化項工程中,大多數的破壞是由外部環境對預應力鋼絲引發腐蝕所致。預應力鋼筒混凝±管道的破壞或者說預應力鋼絲的破壞,在過去的20年中曾舊因於許許多多的成因,如保護層質量差,預應力鋼絲質量差,管頂覆±荷載超出設計允許值使砂漿開裂損壞,埋管地點存在較為嚴重的腐蝕環境而未加任何保護措施。

      3水泥砂漿保護層的抗腐蝕能力管抵外表麵預應力鋼絲上的水泥砂漿保護層將對預應力鋼絲提供腐蝕保護。為了得到可靠的砂漿保護層,尤為重要的是控製工藝過程。通常可采用低水灰比而取得,水灰比範圍約為0.28~0.30也可采用專用外加劑改善保護層砂漿性能。隻有非常致密的砂漿才能對環境有害成分形成道有效的屏障,並在預應力鋼絲周圍生成高堿度環境,11值可達120或更高。在這種高胖值環境中,鋼絲表麵將形成層穩定的純化層。然而局限於各企業生產工藝控製嚴格程度不同,製作高質量砂漿保護層仍有較大問題。盡管化625規定了管子的使用環境為非腐蝕性的,但現實使用環境的惡化是不可避免的。

      4腐蝕過程應該說,預應力鋼筒混凝±管道的腐蝕與暴露於侵蝕環境中的預應力結構相類似。如果水泥砂漿對預水,昆凝±製品應力鋼絲的保護能力由於遭環境中的有害物質侵蝕發生崩潰,則管道的破壞就可能發生。

      ±壤和地下水中的有害物質主要有氯化物、硫酸鹽W及環境的pH值。氯離子能,入水泥砂漿保護層到達預應力鋼絲表麵,降低鋼絲周圍的pH值,破壞鋼絲表麵的純化保護膜。據有關資料介紹:由於環境pH值降低引發鋼絲初始腐蝕氯化物濃度也大為降低。如圖l所示,對應於pH值為11.6時,引發預應力鋼絲發生腐蝕變質的氯離子濃度僅為7比1/1.運說明在環境pH值偏低的地區,存在於水泥砂漿與鋼絲接觸麵的氯化物僅需較少的量就足引起鋼絲發生腐蝕。

      另據資料介紹,±壤或地下水中的硫酸根離子濃度大於2000/1時,就足使混凝±或砂漿保護層發生敗壞。硫酸鹽離子與混凝±或砂漿中的錯酸吉巧組份發生化學反應從而引起混凝王或砂漿發生疏鬆和破壞。另外,環境止壤或地下水的曲值也對預應力鋼簡混凝±管的使用耐久世產生影響。在低pH值環境中pH值低於5.5水泥砂漿也會因遭受侵蝕降低其鋼絲周圍曲值從而導致預應力鋼絲發生腐蝕。

      表示砂漿表麵的pH值;X表示鋼絲表麵的pH值5腐蝕破壞機理預應力鋼筒混凝±管道的破壞型式主要有物理力學破壞、電化學腐蝕、應力腐蝕開裂和氨脆。大多數情況是預應力鋼絲遭受腐蝕引起管道開裂。由於預應力鋼絲在混凝±管抵內建立了由鋼絲極限強度70~巧%產生的預壓應力,鋼絲的極限拉應力腐蝕餘量很小,隻要鋼絲直徑減縮2030就有可能發生鋼絲斷裂從而造成管線的徹底破壞。當某根鋼絲因遭受腐蝕發生斷裂時,應力就會轉移至附臨的鋼絲上,這部分鋼絲在遭受腐蝕的同時超載運行形成管壁局部薄弱區。因此,管線的承載能力大受影響。如果此時正常工作壓力大於混凝±管蒼和薄鋼筒的破壞壓力,則管子將出現爆裂;如果正常工作壓力低於混凝±管按和薄水源昆凝鋼筒的破壞壓力,則管子將發生變形和膨脹,引發混凝±管壁開裂及更多的鋼絲發生斷裂從而使管道發生破壞。及時發現隱患並及時修複或更換損壞的管子將成為保住管線的當務之急。

      6麻蝕管線的測評對於運行於地下的預應力鋼筒混凝±管線的腐蝕測評非常重要,能及時確定遭腐蝕損傷的管子。目前測評技術主要有管道內部觀測,電勢測量法、±壤電阻率測定及對管線環境進行化學分析。但任何種方法均不可抖單獨對腐蝕管道進行評價,宜采取兩種上的方法確定可疑的區域便進行進步管線開挖和目測檢查加確定。

      7腐蝕的控製方法預應力鋼筒檢管的腐蝕控製有多種技術和方法首先應從設計方麵入手,製訂出包括預應力鋼筒混凝±管在正常和非正常荷載條件下相應性能的設計準則,並留有足夠的安全係數。對於±壤或地下水有可能有侵蝕性有害介質的使用環境下使用的管道在管線設計時應及時考慮相應的防腐設計。

      ◎在管道製造、運輸、安裝過程應有嚴格的工藝規程和運輸安裝要求,並有懂行的技術人員嚴格把關。采用合乎要求的原輔材料,盡可能地維持生產裝備的完好保證滿足工藝參數的要求。避免在生產過程中出現質量缺陷,避免在運輸安裝過程中出現管子損傷和損壞。

      對於鋪設使用於高工壓的重要工程中的管道,僅僅依靠製作致密水泥砂漿保護層的防腐措施是不完善的,還應包括在水泥砂漿表麵上增設防腐隔離層減少或阻止環境中的有害物質侵入水泥砂漿內。這類物質有煤焦油巧青和環氧樹脂的複合物及其他有效的高分子材料。

      在環境條件對管線引發有害腐蝕未被充分考慮的地區,對管線進行腐蝕監控非常重要。通過在管線上裝配粘結鋼帶,並將所有的非焊接接頭連接成連續係統便於采用相應的監測手段進行監拉。沿全部管線每隔大約300米設置座腐蝕監測點。監控期限在鋪設期間大約每6~12個月進行化後間隔3~5年進行次。

      對於埋地管道的預應力高強鋼絲采用陰極保護方法被作為是種有效的腐蝕控製措施加采用。這技術有許多標準可供遵循。筆者曾參於營口某預應力管道工程采用陰極保護的工作,該管線在確認預應力鋼絲遭受腐蝕後,實施了陰極保護方法,至今已安全運行近十五年。試驗表明:在混凝±中的鋼材處於高氯±製品化物含量環境中尚未受常規侵蝕情況下,隻要施加0.5¥銅硫酸銅電極的極電熱腐蝕就能得到緩和;但當鋼材遭腐蝕並處於高氯化物環境中則需要0.71¥的極電勢才能緩解腐蝕。

      然而必須引起注意的是在對預應為鋼絲施加巧極保護時應避免可能出現的超保護,其後果可能導致鋼絲發生氨脆破壞。早期的研究資料表明,給出的最大幹擾電勢不大於1.0就可避免預應力鋼絲出現脆斷的可能性。大量數據表明,在pH值為4時預應力鋼絲發生氨脆的可能最大電勢可低於化拚。因此,對預應力管混凝±中鋼材的實際操作極電勢建議控製在0.50~0.90之間。

      8結語鑒於國內預應力鋼筒混凝±管的發展現狀,建議開展如下工作:①盡快製訂預應力鋼筒混凝主管道的設計規範,並應有控製腐蝕方麵的條款。在膽泣5行業標準中,加防腐方麵的要求,在無論有無環境腐蝕條件下開展相應防腐設計。

      集中國內優勢企業和技術研究單位開展預應力鋼筒混凝±管腐蝕及腐蝕控製技術方麵的研究與開發,並及時對已鋪設使用的管道進行防腐蝕跟蹤監測。

      加強生產預應力鋼筒混凝主管的生產工藝控巧山嚴把生產、運輸、安裝過程的技術質量關,從根本上避免管道的質量缺陷和各種人為損壞。

      建議對鋪設使用於高工作內壓的重要工程中的管子,在水泥砂漿保護層外表麵施加主要由高分子防腐材料製作的防腐隔離層,減少或阻止環境有害介質向水泥砂漿的侵入,提高保護層的整體防腐能力。

      對於已鋪設使用的預應力鋼筒混凝主管道在發現有可能弓1發環境腐蝕采用陰極保護法,建議保護的極電勢在0.50―0.典之間,但應注意可能發生的超保護。

      研究院1,7 [習餘洪方,預應力鋼筒混凝±輸水管梨縫成因機理及措施研,蘇州混凝王水泥製品研究院,巧%[習預應力輛筒漉凝±管梨纏的產生與控製,新巧電力線路器材廠,19巧[4美麗1址,11,;1加11出卻15,疆/心叫峭後1993彩色水泥褚成套設備,本公司引進國外先進技術,生產利德牌彩色水泥成套設備生產能力分別為班產100,片、2孤0片、4000片。

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    (作者:佚名 編輯:唐剛)