淺析陽極材料對PCCP管道陰極保護(hù)效果的影響研究

(遼寧省水利廳，遼寧 沈陽 110000)

淺析陽極材料對PCCP管道陰極保護(hù)效果的影響研究

韓成

(遼寧省水利廳，遼寧 沈陽 110000)

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)輸水管線采用陰極保護(hù)系統(tǒng)，防止管道鋼芯銹蝕破壞。本文選取在建的PCCP管道輸水工程為試驗段進(jìn)行實地測試。依據(jù)陰極保護(hù)原理，分析測試結(jié)果，在不同陽極材料條件下，對PCCP管道的陰極保護(hù)效果進(jìn)行研究。

陰極保護(hù)；極化電位；預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土(PCCP)管具有結(jié)構(gòu)堅固、性能穩(wěn)定、承受內(nèi)外壓力強(qiáng)、抗?jié)B性好、抗震性強(qiáng)、施工方便、維修保養(yǎng)簡單經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點。目前，國內(nèi)外在PCCP供水管道工程廣泛采用犧牲陽極的陰極保護(hù)技術(shù)。本文以遼寧省在建供水工程PCCP管道陰極保護(hù)系統(tǒng)安裝為研究對象，通過PCCP管線試驗段，研究犧牲陽極的陰極保護(hù)中不同陽極材料保護(hù)效果的差異。

1 研究內(nèi)容及方法

1.1 研究內(nèi)容

犧牲陽極的PCCP管道陰極保護(hù)系統(tǒng)研究包括：在同一個土壤介質(zhì)中，采用同一個安裝方法，除陽極的材料不相同以外，其他邊界條件盡量相同，對合金陽極塊和鎂合金陽極塊材料的陰極保護(hù)效果進(jìn)行分析研究，通過試驗對比，數(shù)據(jù)分析。參比安全性、可靠性、適用性、經(jīng)濟(jì)性等多項指標(biāo)，對兩種不同陽極材料評價，得出兩種陽極材料對PCCP管道保護(hù)的差異。

1.2 研究方法

利用犧牲陽極的陰極保護(hù)理論，分析PCCP管道工程中遇到的問題，通過工程試驗來驗證理論分析結(jié)果。選擇不同的土壤介質(zhì)進(jìn)行陰極保護(hù)安裝，分析不同方案的安裝效果，并采用不同的方法進(jìn)行觀測對比，得出兩種不同陽極材料對PCCP管道陰極保護(hù)效果的影響。

2 試驗設(shè)計及方法

2.1 試驗區(qū)域基本概況

試驗于2016年5—8月期間進(jìn)行，試驗地點主要在北票市境內(nèi)， PCCP管道供水工程施工現(xiàn)場。該標(biāo)段PCCP管道采用雙管同槽，管道內(nèi)徑為3.8m，管線長約23.5km，具有管道口徑大、工作壓力高、地質(zhì)條件復(fù)雜等特點。對PCCP管采用犧牲陽極的陰極保護(hù)法，陽極材料為鋅合金，設(shè)計壽命服務(wù)期為25年。

PCCP管道的陰極保護(hù)陽極埋設(shè)位置為管道最外側(cè)與管道腰線處，沿管體方向的布置位置為1.50m，距管體水平距離為1.50m，垂直高度為1.90m；兩個管道中間的陽極塊埋設(shè)于基礎(chǔ)地面以下陽極坑內(nèi)。圖1為管道陰極保護(hù)埋設(shè)示意圖，圖2為陰極保護(hù)陽極埋設(shè)剖面圖。

2.2 試驗設(shè)計

測試內(nèi)容：在兩種不同陽極材料(鋅合金陽極、鎂合金陽極)中PCCP管道的陰極保護(hù)數(shù)據(jù)。

圖1 PCCP陰極保護(hù)陽極埋設(shè)示意圖(單位：mm)

圖2 陰極保護(hù)陽極埋設(shè)剖面圖(單位：mm)

試驗選擇的陽極類型為鋅合金陽極、鎂合金陽極，按照陽極類型分布，所對應(yīng)的兩個測試段樁號編號為?D053+541～D053+737；?D060+940～D062+673。

2.3 試驗測定的項目

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《埋地預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道的陰極保護(hù)》(GB/T 28725—2012)，《犧牲陽極電化學(xué)性能試驗方法》(GB/T 1748—1999)，試驗檢測項目見表1。

表1 試驗檢測項目

3 結(jié)果與分析

判斷試驗結(jié)果，依據(jù)國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)《埋地預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道的陰極保護(hù)》(GB/T 28725—2012)的相關(guān)規(guī)定要求，判定分析所測得的試驗數(shù)據(jù)。經(jīng)過數(shù)據(jù)整理，測試段的PCCP陰極保護(hù)系統(tǒng)安裝全部合格，測試數(shù)據(jù)均有效。

3.1 鋅合金陽極對陰極保護(hù)效果的影響

鋅合金陽極①號測試段測試數(shù)據(jù)見表2。

表2 ①號測試段壤土試驗期數(shù)據(jù)

3.2 鎂合金陽極對陰極保護(hù)效果的影響

鎂合金陽極②號測試段測試數(shù)據(jù)見表3。

表3 ②號測試段砂土試驗期數(shù)據(jù)

3.3 數(shù)據(jù)分析

依據(jù)國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)《埋地預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道的陰極保護(hù)》(GB/T 28725—2012)的相關(guān)規(guī)定要求，判定分析所測得的試驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，符合規(guī)范要求。土壤電阻率是土壤的屬性指標(biāo)，極化電位是陰極保護(hù)效果的判斷指標(biāo)，從圖3(三種土壤土壤電阻率與極化電位關(guān)系圖)數(shù)據(jù)中可以得出，土壤電阻率與陽極發(fā)生電流、極化電位成負(fù)相關(guān)關(guān)系，即土壤電阻率與陰極保護(hù)效果呈負(fù)相關(guān)。由以上圖表的數(shù)據(jù)中可以得出，在同一土壤介質(zhì)中兩種安裝方法產(chǎn)生的極化電位、陽極發(fā)生電流指標(biāo)差別不大，極化效果差異不明顯，但在不同土壤介質(zhì)中產(chǎn)生的極化效果差異較大。

圖3 兩種不同安裝方法極化電位關(guān)系

由圖3(兩種不同安裝方法極化電位關(guān)系)得出：在砂土和壤土中兩種安裝方法產(chǎn)生的保護(hù)效果差異性較小；粉質(zhì)黏土的預(yù)拼裝方法成功率較低，極化效果比現(xiàn)場拼裝法效果差，建議粉質(zhì)黏土采用現(xiàn)場拼裝法安裝PCCP陰極保護(hù)系統(tǒng)。

4 結(jié) 語

從試驗結(jié)果來看，鋅合金和鎂合金的陽極塊都完全達(dá)到了規(guī)范和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求， PCCP管道陰極保護(hù)效果良好。在同一土壤介質(zhì)條件下，同一區(qū)域、同一安裝方法，盡量保持邊界條件相同的兩個測試單元中，鎂合金陽極的陰極保護(hù)效果較好。

鎂陽極的極化時間較快；鎂合金和鋅合金的材料保管、運輸、安裝焊接等方法相同，沒有較大差別；在工程造價上，鎂合金的造價比鋅合金的造價高20%以上，所以在達(dá)到相同管道陰極保護(hù)效果的情況下，鋅合金陽極性價比較高。

PCCP管道上安裝陰極保護(hù)材料塊時，在考慮工程效果、安全穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等條件下，鋅合金陽極塊比鎂陽極塊的性價比高。

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ResearchontheinfluenceofanodematerialonPCCPpipelinecathodicprotectioneffect

HAN Cheng

(LiaoningWaterConservancyDepartment,Shenyang110000,China)

The prestressed concrete cylinder pipe (PCCP) water conveyance pipe is equipped with a cathodic protection system, thereby preventing corrosion damage of the pipeline steel core. In the paper, PCCP pipeline water transmission project under construction is selected to carry out field test for the test section. The test results are analyzed according to the principle of cathodic protection. The PCCP pipeline cathodic protection effect is studied under the condition of different anode materials.

cathodic protection; polarization potential; PCCP

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.011.005

TV546

B

1005-4774(2017)011-0023-04