PCCP是什么？  预应力钢筒混凝土管（Prestressed ConcreteCylinder Pipe，PCCP）是在带钢筒（薄钢筒的厚度约1.5mm～2.0mm左右）的混凝土管芯上缠绕一层或二层环向预应力钢丝，并用水泥砂浆保护而制成的管子。图1为PCCP管结构示意图。

图1.PCCP管结构示意图

PCCP管的特点

1.具有较好的抗渗性

2.密封性能良好

3.可减缓或克服一定程度上的土壤应力影响承受内水压力高可达2～3MPa，最高可达5MPa

4.混凝土的高pH值减缓了腐蚀，易施加阴极保护

5.造价低

PCCP管的阴极保护面临的问题

PCCP管的阴极保护主体有两个前提条件，一是保护对象是预应力钢筋；二是被保护的钢是在混凝土包裹之中的。对于PCCP管施加阴极保护有个大忌，就是预应力钢的氢脆问题，如果这一问题处理不好，将使得PCCP管非但得不到保护反而加速腐蚀。正是这一原因，NACE SP 0100标准中规定了IV级钢筋不得采用阴极保护，由于美国早期PCCP管内使用的IV级钢筋线，使阴极保护无法实施。在中国一直没有采用高强度的IV级钢筋。

PCCP管的腐蚀

PCCP管的腐蚀可分两类： 一类是由于腐蚀性介质的作用， 使混凝土腐蚀而破坏， 钢筋失去了正常的保护并遭受腐蚀；另一类是混凝土未遭受明显的腐蚀， 但混凝土保护层的中性化或其它原因使钢筋遭受腐蚀。

在PCCP管中，混凝土内的微小气孔含有高浓度的可溶性钙、钠和氧化钾，这些物质构成氢氧化物，当存在水时，氢氧化物碱性极强，这导致了pH值为12～13的强碱性条件。在上述碱性条件下，钢材表面形成一层稠密、难以穿透的薄膜的钝化层，将防止钢材的进一步腐蚀。

然而，在不损毁混凝土的前提下，两种条件可以破坏混凝土中的钝化环境，它们是：碳化作用和氯化物侵袭。PCCP失效原因还有很多，如氢脆、杂散电流等。

对于已经埋入地下的PCCP管在土壤中的腐蚀，可以参照ASTM C867最新修正版本，通过自然电位来判断腐蚀的可能性的强弱，表1是ASTM C 867的指标。

PCCP管阴极保护机理探讨根据电化学的原理，当对PCCP管的钢筋施加一个阴极电流后，使钢筋上的腐蚀点（阳极）电位负移，成为阴极，达到控制腐蚀的目的。由于这一技术还有除去氯化物和脱盐，克服碳化作用，使pH值增高（电化学再碱化）的功能，所以埋地PCCP管选择阴极保护是一项明智的选择。图2是原理示意。

图2 埋地或水下阴极保护原理图

PCCP管阴极保护时要考虑三个因素：

必须具有足够电流来抑制阳极反应；在保证电流足够的前提下，负电位应尽量小；预应力钢筋不应超出析氢电位（-1000mV,CSE），以防氢脆变。

通常PCCP阴极保护所需的电流密度都比较低，由于自然电位较正，所以只需很低的保护电位就可满足要求，标准中常采用-100mV偏移为准则。

PCCP管阴极保护条件

1电连续性

与钢质管道或其他埋地金属构件的阴极保护系统相比，PCCP管的电连续性很难保证。因此在设计时要对每节管子中的钢筋与钢筒的电连续性提出要求；同时，为了减少钢筋纵向电阻，还要在钢筋下面垫上用以导电的钢带。通常在制管时就把钢带预埋在钢筋的下面，一般每节管子要对称预埋两条钢带。每节PCCP管在两端引出导电钢带，以留作管子间的电连接用。

PCCP管子之间要通过电缆跨接进行电连接，做好焊接的接头要进行绝缘密封，不得有铜芯电缆外露到混凝土中。

2 电绝缘

和钢质管道阴极保护一样，PCCP管阴极保护也要电绝缘，例如法兰组件，预制接头组件，或管连接件。应考虑使用电绝缘装置的位置包括：

设施更换所有权的位置处；不同金属之间的连接处，如带有机涂层的钢管和PCCP管的连接处；杂散电流干扰影响区域，例如跨越阴极保护管道。

设计参数的选取

1 电流密度

有的国外的混凝土文献中规定钢筋的典型保护电流密度在10到20 mA/m2之间，但实践经验表明，1 mA/m2的密度就已足够。

2 电流分布

影响PCCP管中的电流分布的主要因素有：混凝土的电阻率、PCCP管直径、电流流动时钢筋/混凝土界面的电阻，以及钢筋的方位和密度。

由于PCCP管的阴极保护用的牺牲阳极埋在管周的土壤中，不管是棒状阳极还是带状阳极，都是通过电缆与管子连接的，通电点的位置影响着电流在纵向和管子圆周向的分布，特别是大口径的PCCP管。

保护准则

对于新的PCCP管工程，混凝土的条件较好，pH值很高和氯离子较少，钢筋的腐蚀还没有发生，施加阴极保护时相对电流较小，极化电位要求也不太高，可以采用NACE SP 0100和GB/T 28725标准中的规定：

——阴极极化电位差至少要100mV，这个差值可以是极化形成，也可以是极化衰减过程中的测量值；——为了防止氢脆的发生，阴极极化极限负电位不应比1000mV（CSE）还负，此值应是排除IR降误差后的纯极化值。

阴极保护方法的选定

由于牺牲阳极法可以均匀布设阳极，根据阳极品种来控制过保护，避免氢脆，管理工作量小，对于PCCP管有着特别的意义，故成首选。

牺牲阳极系统由牺牲阳极和检测装置组成。由于锌的负电位较低，不会造成过保护，故是牺牲阳极材料的首选。土壤中，通过使用特殊的化学填包料可以改进牺牲阳极的性能。石膏粉，膨润土和无水硫酸钠的混合物是最常用的填料。

PCCP管阴极保护上的误区

对混凝土结构中施加阴极保护认识有个误区，即混凝土的孔隙液pH值很高，钢在这个条件下可形成一层钝化膜，则无需阴极保护都有80-100年的寿命。但是，这仅仅是理想状态，若在诸如高氯化物环境这类的特定条件下，高碱性水泥的钝化性能受到影响，则需要追加保护措施。

正确选用PCCP管的阴极保护

在设计管道时，应根据管道所处环境判断是否符合标准上的条件，最终确定是否需要加阴极保护。

对于已建的PCCP管，若管子已发生爆管，或者环境检测为强腐蚀性时应立即补加阴极保护。

由于国内的钢丝没有采用极高强度材质，所以不存在不能用阴极保护的问题。采用阴极保护的另一担心是氢脆问题，但是只要方法得当，控制有效，是完全可以避免的。

阴极保护与PCCP管推广之间的关系

可以说阴极保护是PCCP管推广应用的保驾护航的利器，甚至可以说没有阴极保护的保驾，PCCP管的应用前途是迷茫的，中国应该借鉴美国和利比亚大人工河的经险教训，借助于阴极保护才能使PCCP推广应用走向未来。

总结  

PCCP管给排水工程提供了优质长寿的管道材料，对于大口径长距离具有极大的优势，近几年在国内有了突飞猛进的发展，但由于PCCP管在国内应用时间较短，这类管子的腐蚀问题还没有引起人们的足够重视。国外的实践告诉我们，阴极保护是埋地PCCP管行之有效的防蚀技术，国外已大力推广，如利比亚大人工河项目。国内的PCCP管技术虽然起步较晚，但起点较高，南水北调工程中的PCCP管已设计了阴极保护，并已付诸实施，这在国内尚属首次，目前国内已有多项工程采用了阴极保护，它们的经验将会给今后国内PCCP管的建设带来质的飞跃。

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责任编辑：王元

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