预应力钢筒混凝土管道的腐蚀与控制_余洪方

28预应力钢筒混凝土管道的腐蚀与控制余洪方(苏州混凝土水泥制品研究院215004)摘要:预应力钢筒混凝土管在国内已相继建成了十多条生产线,生产了各种规格的管子数百公里,但对管道的腐蚀与控制技术尚未开展有效的研究。本文就此问题论述了预应力钢筒混凝土管道的腐蚀过程、机理、测评和腐蚀控制方法,并提出了开展研究工作的建议。关键词:预应力钢筒混凝土管防腐蚀0前言预应力钢筒混凝土管国内自八十年代初研制成功至今已近二十年,该管以其独特的三高性能(高强度、高压力、高密封性)已成为替代纯钢管管道的主要管材品种之一。到目前为止,国内已有数家企业通过引进国外制管技术及主机装备或者采用国内的技术成果相继建成了十多条生产工艺线,生产了各种规格的管道数百公里,行运于输水工程。国家建材工业局于1993年组织国家有关单位制定了《预应力钢筒混凝土管》JC625行业标准,并于1996年起正式实施。应该认为预应力钢筒混凝土管得到了发展。然而,针对预应力钢筒混凝土管道的腐蚀与控制技术方面的相对滞后,国内的技术研究单位与生产企业尚未就此问题开展有效的研究。本文就此有关问题进行初步的分析与讨论,以期引起同行的重视。1管子结构预应力钢筒混凝土管有两种管子结构型式:①钢筒内衬混凝土管芯;②钢筒嵌置混凝土管芯。但无论哪种管子结构,其成型工艺基本相同,首先必须制作足够长度的焊接薄钢筒,并在钢筒的两端焊上承插口钢环,然后对钢筒管进行水压检验以保证钢筒焊缝的水密性。接着再采用离心内衬或立式振动成型带钢筒的混凝土管芯经适当养护后在管芯外表面以螺旋方式缠绕高强度的预应力钢丝,在管芯内建立符合设计要求的精确的环向有效预压应力。最后在管芯钢丝表面制作富含水泥成份的水泥砂浆保护层。JC625标准还规定在制作水泥砂浆保护层前后均应对管身浇涂一层浓度适当的水泥净浆。从管子的结构可以看出,预应力钢丝是管子最为关键的组成部分,而水泥砂浆保护层对预应力钢丝的防腐起主要作用。2管线腐蚀性能国内的预应力钢筒混凝土管铺设使用相对时间还不长,到目前为止尚无管线破坏的报道。据美国资料情况来看,美国在最近的五十年中铺设使用的预应力钢筒混凝土管道已发生了多起管道破坏事故。美国混凝土压力管协会(ACPPA)非常重视预应力钢筒混凝土管破坏的原因和机理。他们在有关的技术报导中称:在已提出破坏报告的118项工程中,大多数的破坏是由外部环境对预应力钢丝引发腐蚀所致。预应力钢筒混凝土管道的破坏或者说预应力钢丝的破坏,在过去的20年中曾归因于许许多多的成因,如保护层质量差,预应力钢丝质量差,管顶覆土荷载超出设计允许值使砂浆开裂损坏,埋管地点存在较为严重的腐蚀环境而未加任何保护措施。3水泥砂浆保护层的抗腐蚀能力管芯外表面预应力钢丝上的水泥砂浆保护层将对预应力钢丝提供腐蚀保护。为了得到可靠的砂浆保护层,尤为重要的是控制工艺过程。通常可采用低水灰比而取得,水灰比范围约为0.28～0.30,也可采用专用外加剂改善保护层砂浆性能。只有非常致密的砂浆才能对环境有害成分形成一道有效的屏障,并在预应力钢丝周围生成高碱度环境,pH值可达12.0或更高。在这种高pH值环境中,钢丝表面将形成一层稳定的纯化层。然而局限于各企业生产工艺控制严格程度不同,制作高质量砂浆保护层仍有较大问题。尽管JC625规定了管子的使用环境为非腐蚀性的,但现实使用环境的恶化是不可避免的。4腐蚀过程应该说,预应力钢筒混凝土管道的腐蚀与暴露于侵蚀环境中的预应力结构相类似。如果水泥砂浆对预2000年第3期混凝土与水泥制品2000No36月CHINACONCRETEANDCEMENTPRODUCTSJune水泥混凝土制品DOI:10.19761/j.1000-4637.2000.03.00829余洪方预应力钢筒混凝土管道的腐蚀与控制图1砂浆/钢丝表面pH值与初始腐蚀所需氯离子浓度关系□表示砂浆表面的pH值;×表示钢丝表面的pH值应力钢丝的保护能力由于遭环境中的有害物质侵蚀发生崩溃,则管道的破坏就可能发生。土壤和地下水中的有害物质主要有氯化物、硫酸盐以及环境的pH值。氯离子能渗入水泥砂浆保护层到达预应力钢丝表面,降低钢丝周围的pH值,破坏钢丝表面的纯化保护膜。据有关资料介绍:由于环境pH值降低引发钢丝初始腐蚀氯化物浓度也大为降低。如图1所示,对应于pH值为11.6时,引发预应力钢丝发生腐蚀变质的氯离子浓度仅为71mg/l。这说明在环境pH值偏低的地区,存在于水泥砂浆与钢丝接触面的氯化物仅需较少的量就足以引起钢丝发生腐蚀。另据资料介绍,土壤或地下水中的硫酸根离子浓度大于2000mg/l时,就足以使混凝土或砂浆保护层发生败坏。硫酸盐离子与混凝土或砂浆中的铝酸三钙组份发生化学反应从而引起混凝土或砂浆发生疏松和破坏。另外,环境土壤或地下水的pH值也对预应力钢筒混凝土管的使用耐久性产生影响。在