李 娜

（遼寧宏禹水利工程建設監(jiān)理有限公司,遼寧 沈陽 110006）

1 工程背景

大伙房水庫輸水（二期）工程盤錦二步應急供水工程即盤錦應急供水工程為大伙房水庫輸水（二期）二步工程的組成部分,位于盤錦等城市,地處遼河中下游地區(qū),地處中緯度,屬溫帶大陸性季風氣候,其特點寒冷期長,平原風大,溫度變化較大。夏季以東南風為主,炎熱潮濕,雨量集中,多連陰雨、暴雨天氣。降水量主要集中在6 月~9 月,約占全年的70%~80%,其中7 月、8 兩月更為集中,約占全年的50 %左右。降水量323.1 mm~914.9 mm。冬季盛行西北季風,干冷空氣頻繁入侵,氣候嚴寒。下游平原及丘陵地帶無霜期約169 天,初霜約在9 月上中旬,終霜在次年5 月中旬。全年日照5 月最長,12 月最短,氣溫7 月最高平均在23 ℃~25 ℃,極端最高氣溫為34 ℃~37 ℃。1 月最低在-9 ℃~-14 ℃之間,極端最低氣溫為-28 ℃~-36 ℃。

盤錦應急供水工程營盤配水站-大洼/遼濱分水口段為1×DN2000 PCCP管,管道工程長度為 32.17 km,大洼/遼濱分水口段-盤錦市接管點段為1×DN2000 PCCP管,管道長度為 13.24 km。整個管道線路全長45.41 km。管道覆土最小值為1.5 m,管道工壓等級為0.8 MPa。環(huán)境水對混凝土具有腐蝕性的區(qū)段累計長度為8.01 km,環(huán)境水對砼中鋼筋具有腐蝕性的區(qū)段累計長度為45.413 km,其中具中等腐蝕、弱腐蝕性的區(qū)段累計長度為24.713 km、20.7 km。對鋼結構具有中等腐蝕性的區(qū)段主要分布于盤錦支線下游,其累計長度為24.713 km,其它段為弱腐蝕性。對于埋置在有腐蝕性土壤或地下水中的PCCP管,均采用PCCP管表面涂環(huán)氧煤瀝青防腐層及PCCP管采用犧牲陽極的陰極保護防腐措施。

2 評價標準

當前PCCP管材受環(huán)境水腐蝕的影響并未形成完善的評價模式,各行業(yè)仍然借用環(huán)境水腐蝕鋼筋混凝土的評價標準進行環(huán)境水對供水工程PCCP管材腐蝕的影響評價。

2.1 環(huán)境水對混凝土腐蝕的評價標準

以SO42-腐蝕為例,將目前相關規(guī)范中有關環(huán)境水中SO42-含量對混凝土腐蝕性的評價標準進行匯總,具體見表1~表3。

表1 GB 50487-2008環(huán)境水中SO42-對混凝土腐蝕性的判斷標準 單位：mg/L

表3 SL191-2008水中SO42-的化學侵蝕程度單位：mg/L

GB 50487-2008 規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境水對混凝土腐蝕性的判斷標準適用于不具有干濕交替/凍融交替作用的地區(qū)以及具有干濕交替/凍融交替的濕潤、半濕潤地區(qū)；而對于具有干濕交替/凍融交替的干旱半干旱地區(qū)以及高寒地區(qū),必須進行論證[1]。

GB 50021-2001 規(guī)范所給出的判斷標準適用于干濕交替作用的地區(qū),若Ⅰ、Ⅱ類腐蝕性環(huán)境不存在干濕交替作用,則應以表中所規(guī)定的SO42-含量數值乘以1.3；表中所給出的為環(huán)境水中SO42-含量高度對地區(qū)混凝土腐蝕性的評價標準,如進行環(huán)境土的腐蝕性評價,應以表中數值乘以1.5,且SO42-含量單位為mg/L[2]。

SL 191-2008 規(guī)范所規(guī)定的標準對于水體和土體均適用,水體中SO42-含量∈[4000,10000）mg/L,則為重度侵蝕,若水體中SO42-含量∈[1000,4000）mg/L,則為中度侵蝕,若水體中SO42-含量∈[200,1000）mg/L,則為輕度侵蝕；土體中SO42-含量∈[6000,15000）mg/L,為重度侵蝕,土體中SO42-含量∈[1500,6000）mg/L,為重度侵蝕,土體中SO42-含量∈[300,1500）mg/L為輕度侵蝕。

根據對不同規(guī)范中硫酸鹽型腐蝕判斷標準的分析發(fā)現,GB 50487-2008 的評價標準和適用范圍均最嚴格,除了該規(guī)范外,其余規(guī)范對硫酸鹽作用等級的劃分基本一致。GB 50487-2008 所規(guī)定的硫酸鹽強腐蝕下限SO42-含量為500 mg/L,與其余規(guī)范所規(guī)定的弱腐蝕上限或中等腐蝕大致相當,這無疑增加了防腐措施設計難度[3]。供水工程PCCP管材混凝土結構較為薄弱,且屬于隱蔽性工程,如果在設計時沿用較為寬松的標準,一旦發(fā)生環(huán)境水硫酸鹽腐蝕,必將增加檢測維修難度和費用,甚至造成管道爆裂、供水中斷、周邊房屋農田被沖毀等無法挽回的損失。綜合考慮供水工程PCCP管材混凝土結構的安全性,盤錦應急供水工程應當按照最為嚴格的GB 50487 -2008 評價標準執(zhí)行。

2.2 環(huán)境水對鋼筋腐蝕的評價標準

就環(huán)境水對鋼結構及混凝土內鋼筋的腐蝕性評價,GB 50021-2001（2009 版）與GB 50487-2008 的標準大致相同,只是前者將環(huán)境水對鋼結構腐蝕性評價的相關內容做了刪除,并將環(huán)境水中Cl-含量對鋼筋腐蝕性的評價內容與歐美規(guī)范接軌,不再進行SO42-含量的折算,具體見表4~表5。

表4 GB 50487-2008環(huán)境水對鋼筋腐蝕性的判斷標準 單位：mg/L

GB 50487-2008 規(guī)范所規(guī)定的環(huán)境水對鋼筋腐蝕性的判斷標準適用于干濕交替作用的地區(qū),如若環(huán)境水中硫酸鹽和氯化物同時存在,則表5中的Cl-含量為氯化物內的Cl-含量和硫酸鹽內的Cl-含量之和,即Cl-含量=Cl-+0.25× SO42-。

表5 GB 50021-2001(2009版)環(huán)境水對鋼筋腐蝕性的判斷標準 單位：mg/kg

表5 中Ⅰ表示超出工程區(qū)地下水位的砂土、碎石土、粉土及硬塑性黏土；Ⅱ表示濕潤型粉土,可塑~軟塑及流塑狀黏土。

2.3 環(huán)境水對供水工程PCCP管材腐蝕的標準確定

在對比分析現有規(guī)范中對環(huán)境水/土腐蝕混凝土及混凝土中鋼筋相關規(guī)定的基礎上,結合盤錦應急供水工程區(qū)地面實際高程和氣候條件,不難發(fā)現,盤錦應急供水工程PCCP管材大多直接臨水或長期處于強透水層地下水干濕交替環(huán)境中,且其PCCP管運行環(huán)境中大部分地下水埋深較淺,對施工具有較大的影響。該工程區(qū)屬于表1 評價標準適用范圍之外的地區(qū),其腐蝕程度應進行專門論證；參考表2 評價標準的適用范圍來看,工程區(qū)腐蝕環(huán)境應在表2 數據的基礎上除以1.3 的系數,從而得出干旱/半干旱地區(qū)干濕交替/凍融交替作用下環(huán)境水中硫酸鹽腐蝕供水工程混凝土的評價標準,具體見表6。

表2 GB 50021-2001環(huán)境水中SO42-對混凝土腐蝕性的判斷標準 單位：mg/L

表6 盤錦應急供水工程區(qū)環(huán)境水中硫酸鹽腐蝕混凝土的評價標準 單位：mg/L

考慮到工程區(qū)腐蝕類型主要為硫酸鹽腐蝕,且盤錦應急供水工程PCCP管混凝土厚度較薄,容易出現裂縫,地下水侵入裂縫后腐蝕管中環(huán)向鋼絲,混凝土對結構鋼絲的防護作用大大減弱。結合相關分析,不規(guī)定弱腐蝕下限濃度,而其余評價標準不變,具體見表7。

表7 盤錦應急供水工程區(qū)環(huán)境水對混凝土中鋼筋腐蝕性的 判斷標準 單位：mg/L

3 評價指標

3.1 氧化還原電位

進行盤錦應急供水工程區(qū)土壤氧化還原電位檢測和評價的主要目的在于確定土壤微生物腐蝕的強弱,當氧化還原電位檢測值較高時,說明土壤體系具有良好的通氣性,相反,則土壤通氣性差[4]。盤錦應急供水工程區(qū)土壤氧化還原電位檢測采用DMP-2型氧化還原電位儀和鉑電極法,分別進行鉑電極所對應甘汞電位差的測量,并通過實測電位差與甘汞電極電位差的和計算盤錦應急供水工程區(qū)土壤氧化還原電位。盤錦應急供水工程甘汞電極電位結果見表8。

表8 甘汞電極電位

3.2 視電阻率

盤錦應急供水工程區(qū)土壤視電阻率是土壤導電性能的表征指標,通常情況下,視電阻率越低,則土壤腐蝕性越高,所以該指標也常用于工程區(qū)土壤腐蝕程度的評價指標之一,本工程采用ZC-8型視電阻率測試儀和對稱四級交流電測試技術,土壤視電阻率按下式確定：

式中：ρ為土壤視電阻率,Ω·m；ρ15為經溫度矯正后的土壤視電阻率,Ω·m；a為測量深度系數；R為比例系數；T為土壤深度為0.5 m時的土體溫度,℃。

3.3 極化電流密度

該指標主要通過極化曲線進行測定,即采用低碳鋼板按長×寬的設計尺寸制作方形電極,并將其引線焊接在電極背面,借助環(huán)氧樹脂材料絕緣處理。將從盤錦應急供水工程區(qū)取回的土體切割成厚度5 cm~6 cm的塊體,夾放在電極間,并使電極和土塊緊密接觸,靜置10 min~15 min后開始試驗。將電源正負極與鋼板相接,隨著電流密度的逐漸增大,電極出現極化現象,當電極極化電位差超出600 mV時結束試驗。在所取得的試驗數據中讀取電位差為500 mV時的電流密度值,即為極化電流密度。

3.4 質量損失

采用室內管灌法進行盤錦應急供水工程區(qū)土體標準質量損失的測定,即先進行試件標準化處理,包括除銹、去油、洗凈、干燥、稱重等環(huán)節(jié),再將取回的土壤烘干處理,并研磨過篩后置入試件內加壓24 h,斷電后取出,將土及腐蝕產物等統統去除,并在堿性溶液中通過陰極剝離徹底去除掉腐蝕產物,再將試件清洗、干燥、稱重后進行土標準質量損失的確定。

4 評價成果

根據原位測試和室內測試結果,盤錦應急供水工程PCCP管段管道沿線地層土壤氧化還原電位、視電阻率、極化電流密度、質量損失等指標計算結果以及環(huán)境水對管材混凝土和鋼筋腐蝕性的評價結果見表9。

表9 盤錦應急供水工程PCCP管段管道受環(huán)境水腐蝕的評價結果

根據對工程區(qū)各個測點地下水對PCCP管材所具腐蝕性的評價結果可以看出,各測點氧化還原電位及pH值的評價結果均為微腐蝕,而視電阻率的評價結果為微~中腐蝕,極化電流密度評價結果為中~強腐蝕,質量損失評價結果為微~弱腐蝕；且綜合評價結果主要取決于極化電流密度。

工程區(qū)土體因粒徑不同而在氧化還原電位和質量損失等方面存在較大差距,對于粗粒土而言,氧化還原電位和質量損失均表現為微腐蝕,而細粒土的氧化還原電位為中腐蝕,質量損失為弱腐蝕。為此,應針對細粒土層采取有效的供水管段防腐措施。

5 結論

通過本文對盤錦應急供水工程PCCP供水管受環(huán)境水腐蝕的評價與分析表明,PCCP管材結構特殊,屬于新興建筑材料,當前尚無針對PCCP管材的腐蝕性評價規(guī)范,應參考埋地鋼制管道的腐蝕評價標準進行其安全評價；盤錦應急供水工程中PCCP管在供水線路中占比較大,隨著運行時間的延長,PCCP管出現大范圍斷絲和爆管的可能性大大增加,為此,必須結合工程區(qū)地質條件和環(huán)境類型,加強管材結構的防腐處理；本文針對盤錦應急供水工程實際給出了干旱/半干旱地區(qū)干濕交替/凍融交替運行情況下環(huán)境水對混凝土硫酸鹽腐蝕程度的評價標準,可為其余環(huán)境類型環(huán)境水腐蝕離子評價標準的分析提供借鑒參考。