焦文娟

(水利部新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)水資源的開(kāi)發(fā)與利用在不斷的擴(kuò)大。因此，如何高效、合理的分配水資源成為了學(xué)者們研究的重點(diǎn)課題。同時(shí)，管道輸水作為一種高效快捷的輸水方式，在各類水利工程中得到了廣泛應(yīng)用。而在管道的輸水過(guò)程中，影響其安全穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素便是其管道的抗腐蝕特性。對(duì)于在工程管道中，如果管道出現(xiàn)腐蝕，其腐蝕的位置往往是結(jié)構(gòu)受力的薄弱點(diǎn)，易發(fā)生工程事故，存在較大的安全隱患。

針對(duì)此，本文對(duì)水利工程中大流量輸水管道的防腐措施進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)其腐蝕原理以及防腐方法進(jìn)行分析，達(dá)到在工程實(shí)際中輸水管道防腐的目的，同時(shí)可為大流量輸水工程防腐設(shè)計(jì)提供參考，具有工程應(yīng)用價(jià)值。

1 大流量輸水管道腐蝕

1.1 埋地金屬管道腐蝕

從本質(zhì)以及腐蝕原理上來(lái)說(shuō)上而言，埋地金屬管道的腐蝕從分類上屬于電化學(xué)腐蝕。金屬管道鋪設(shè)在土壤層后，在土壤中，金屬管道會(huì)形成應(yīng)力或者腐蝕原電池等形式。由于土壤性質(zhì)的不同，導(dǎo)致金屬管道形成了多種電池形式：有的電池陽(yáng)極面積大、有的陰極面積大、電位較高的可達(dá)到幾百毫安，電位低的可以為幾毫安，因此，從腐蝕特點(diǎn)上，其具有腐蝕部位不均勻。從統(tǒng)計(jì)情況來(lái)看，大流量輸水管道更為容易發(fā)生電池腐蝕，在表現(xiàn)上多為管道的局部腐蝕。

通過(guò)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)先，在各種因素的綜合影響下，大流量輸水管道上總有一段距離上的附屬穿孔率較高。在這段距離上，便是到時(shí)管道出現(xiàn)泄漏的薄弱環(huán)節(jié)，在運(yùn)行一段時(shí)間后，管道將出現(xiàn)第一次泄露。并且，隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，管道的其他部位也將出現(xiàn)蝕坑，其發(fā)生的時(shí)間與頻次將越來(lái)越高。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后可知，在數(shù)據(jù)關(guān)系上，泄露點(diǎn)數(shù)與時(shí)間的變化規(guī)律為半對(duì)數(shù)函數(shù)。

1.2 埋地混凝土管道腐蝕

1.2.1 埋地混凝土管道腐蝕原理

在定義上，埋地混凝土管道腐蝕的腐蝕指的是鋼筋腐蝕。鋼筋作為混凝土管道承受拉力的主要部件，其發(fā)生腐蝕將對(duì)整個(gè)管道的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響。一般情況下，混凝土管道使用壽命較高，抗腐蝕特性較好。然而，當(dāng)混凝土管道作為大流量輸水管道時(shí)，在潮濕以及土壤中介質(zhì)的影響下，混凝土管道極易發(fā)生腐蝕。其表現(xiàn)形式主要如下，土壤中的部分物質(zhì)首先將埋地混凝土管道的液相發(fā)生改變，使得鋼筋出現(xiàn)銹蝕，隨著時(shí)間的推推移，腐蝕體積逐漸變大，當(dāng)其電鍍大于混凝土的自身強(qiáng)度時(shí)，管道將發(fā)生破壞。同時(shí)潮濕的土壤將腐蝕直接腐蝕鋼筋。

通常，混凝土管道中的pH值維持在12.5左右，在此條件下。混凝土管道中的鋼筋。但隨著土壤中有機(jī)物腐爛時(shí)，將分解出二氧化碳，二氧化碳將于水泥中的Ca(OH)2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaCO3。使得混凝土管道的pH值不斷減小，當(dāng)減小到某一值時(shí)，混凝土管道中的鋼筋鈍化膜在酸性的作用下將產(chǎn)生破壞。其反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：

2Fe-4e-→2Fe2+

(1)

同時(shí)陰極將發(fā)生還原反應(yīng)：

O2+2H2O+4e-→4OH2-

(2)

陰極和陽(yáng)極的整體反應(yīng)如下：

2Fe+O2+2H2O+4e-→22F2++4OH-→2Fe(OH)2

(3)

2Fe(OH)2在水分子以的進(jìn)一步作用下，將生成4Fe(OH)3：

4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3

(4)

4Fe(OH)3在水分子的作用下，將生成紅繡。紅繡的體積是正常的四倍左右。隨著紅繡體積的不斷增大，混凝土管道將表面將產(chǎn)生裂紋或者脫落，混凝土表面破損后，將進(jìn)一步加大混凝土管道鋼筋的腐蝕。

1.2.2 混凝土管道鋼筋腐蝕對(duì)承載力的影響

在發(fā)生腐蝕后，其混凝土與鋼筋的交接面上將存在銹脹力，將對(duì)整個(gè)鋼筋混凝土管道的受力產(chǎn)生影響。其受力變化如過(guò)程如表1所示。

表1 截面積損失率與力學(xué)性能的關(guān)系

2 大流量輸水管道防腐蝕措施

2.1 埋地金屬管道防腐蝕措施

埋地金屬管道的防腐蝕措施通常采用添加防腐涂層的方法。如表2所示為常用的埋地金屬管道的添加防腐層的方法以及其特點(diǎn)與所用涂料的類型。防腐涂層除了在材料上存在較大差異外，在防腐層的形式上也是各種各樣。例如有單模、覆蓋層以及負(fù)荷結(jié)構(gòu)涂層等。

表2 常用鋼管外防腐方式技術(shù)比較表

除了采用添加防腐涂層外，埋地金屬管道也可采用陰極保護(hù)、加強(qiáng)直流干擾腐蝕的防護(hù)、加強(qiáng)交流干擾腐蝕的防護(hù)等措施來(lái)避免管道發(fā)生腐蝕。

2.2 埋地混凝土管道防腐蝕措施

2.2.1 混凝土管道表面處理以及鋼筋涂層防護(hù)

為了提高混凝土管道防腐蝕能力，通過(guò)在管道表面涂抹具有降低碳酸鹽、硫化物等氣體以及水分子滲透力的涂料，來(lái)達(dá)到防腐蝕的目的。一般情況下強(qiáng)腐蝕地段，采用表面涂層防護(hù);而對(duì)于小型構(gòu)件，采用浸漬型涂層。

除在混凝土管道表面進(jìn)行防腐處理外，為了避免混凝土中的鋼筋發(fā)生電化學(xué)腐蝕。通常采用涂抹環(huán)氧樹(shù)脂粉末涂層的方法來(lái)阻止水蒸氣以及氯氣等于鋼筋接觸，從而防止鋼筋發(fā)生腐蝕。

2.2.2 鋼筋緩蝕劑

鋼筋緩蝕劑是混凝土管道防腐措施中最為有效的一種。緩蝕劑是經(jīng)過(guò)氧化還原反應(yīng)后的鈍化膜。形成的鈍化膜能夠有效的阻止止混凝土與鋼筋界面孔溶液中發(fā)生的電化學(xué)腐蝕。其中應(yīng)用最為廣泛的便是亞硝酸鈣混凝土管鋼筋緩蝕劑。

2.2.3 陰極保護(hù)

所謂混凝土管道陰極保護(hù)法是采用外加電流或犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)方法，其目的是為了使得混凝土管道中的鋼筋電位降低到陽(yáng)極開(kāi)路電壓之下，鋼筋的電位處于陰極，其中陽(yáng)極一般采用高硅鑄鐵、石墨、鋼鐵等。

3 結(jié)語(yǔ)

為避免大流量管道發(fā)生腐蝕，本文從大流量輸水管道的工程實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)埋地金屬管道與混凝土管道的腐蝕原理與防腐方法進(jìn)行了全面的分析，可為大流量輸水工程防腐設(shè)計(jì)提供參考，具有一定的工程意義。