PCCP重防腐蚀涂料简介

石 崇，刘 伟 ，牛永锋

（1.驻葫芦岛四三一厂军事代表室，辽宁葫芦岛，125004；2.厦门双瑞船舶涂料有限公司，福建厦门，361101）

1 PCCP介绍

预应力钢筒混凝土管（Prestressed Concrete Cylinder Pipe）简称PCCP，它是一种新型的钢性管材，按照GB/T 19685—2017《预应力钢筒混凝土管》的定义：预应力钢筒混凝土管是指在带有钢筒的混凝土管芯外侧缠绕环向预应力钢丝并制作水泥砂浆保护层而制成的管子，其包括内衬式预应力钢筒混凝土管（PCCPL）和埋置式预应力钢筒混凝土管（PCCPE）。PCCP是一种由钢筒、混凝土、高强钢丝和水泥砂浆等材料组成的复合结构（见图1），具有钢材和混凝土各自的特性。

PCCP管道具有可承受较高内外压，接头密封性好，基本不漏水；抗震能力强；施工方便快捷，维护方便，运行费用低；适用范围广，经济寿命长等优点，是世界上应用最多的输水管道。

图1 PCCP的结构示意图Figure 1 The structure schematic diagram of PCCP

PCCP最早于1890年由法国Bonna公司研制，因其具有优良的管道性能和性价比优势而在全世界各地得到了大力推广，美国已铺设近3万km的PCCP管道。而我国开发和研制PCCP起步较晚，直到20世纪80年代才开始研制，但由于恰逢国民经济和城市化进程快速发展的有利时机，我国许多引水工程采用了PCCP输水管道技术：如南水北调北京段工程、山西万家寨引黄工程、深圳东部引水工程、哈尔滨磨盘山引水工程等。

2 PCCP的腐蚀及防护

大多数PCCP管道工程处于埋地环境中，其受到的外部腐蚀包括土壤腐蚀、杂散电流腐蚀、微生物腐蚀、冲刷腐蚀等的共同作用［1-2］。

空气中的CO2气体渗透到混凝土内，与其中的碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土强度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化，其化学反应式为 ：Ca（OH）2+CO2=CaCO3↓+H2O。水泥在水化过程中生成大量的Ca（OH）2，使混凝土孔隙中充满了饱和Ca（OH）2溶液，其碱性对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4，称为钝化膜。碳化使混凝土的碱性降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。同时，碳化增加了混凝土孔溶液中氢离子的数量，因而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱，加剧了钢材的锈蚀现象。

此外，氯离子的渗透会极大地加剧混凝土结构的腐蚀。钢筋表层所含盐分，也会使钢筋发生腐蚀。由于钢筋被腐蚀、体积膨胀（2.5倍），混凝土容易产生裂纹。腐蚀物质从裂纹处进一步侵入，加速了钢筋的腐蚀、体积膨胀，导致混凝土的强度降低。从而大大缩短混凝土结构的使用寿命。

目前PCCP工程一般采用阴极保护［3-8］和防腐涂层［9-11］进行联合防护，其中防腐涂料可以在混凝土表面形成一层屏蔽阻隔层，以阻止氯离子、二氧化碳等腐蚀介质侵入混凝土造成腐蚀；防腐涂料对已碳化、疏松和开裂的混凝土表面还起增强作用。美国混凝土协会标准ACI 515.IR—1979［12］规定：混凝土表面防护涂层主要用于混凝土的防水、防潮湿、防腐蚀、装饰等目的。要求对应用于防腐蚀的涂料体系按不同的腐蚀环境（轻微、中等、严重腐蚀）分别进行涂装体系设计，提出沥青类、环氧类、聚氨酯类、乙烯类和氯化橡胶类为有效的防腐涂层体系。我国于2000年发布了JTJ 275—2000《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》，其中规定了混凝土表面采用涂覆涂料进行表面防腐的方法，提出了环氧类、环氧沥青类、丙烯酸类、聚氨酯类、聚乙烯类和氯化橡胶类为有效的防腐涂层体系［13］。

国内外管道外表面常用的涂料品种有环氧粉末、聚乙烯覆盖层、3层PE（聚乙烯）、聚氨酯涂料、环氧煤沥青涂料［14-15］等，几种常用涂料的性能对比见表 1［16］。

表1 管道外表面常用涂料的性能对比Table 1 Performance comparison of common coatings for external surface of pipelines

由表1可见，环氧煤沥青涂料耐化学介质侵蚀能力最好［17］，是PCCP外壁防腐蚀的优选材料。

3 PCCP用无溶剂环氧煤沥青重防腐蚀涂料

环氧煤沥青防腐蚀涂料综合了环氧树脂和煤沥青的优点，其防腐层具有优异的耐化学介质腐蚀性和渗透性，良好的物理机械性能，以及优异的电绝缘性、抗水渗透性、抗微生物侵蚀性、抗杂散电流、耐热性、耐高温骤变性等，在管道防腐方面有着广泛的应用。环氧煤沥青防腐蚀涂料的性能指标见表2。

表2 环氧煤沥青防腐蚀涂料的性能指标Table 2 Performance index of epoxy coal tar pitch anticorrosive paint

3.1 PCCP用无溶剂环氧煤沥青重防腐蚀涂料的技术特点

PCCP用无溶剂环氧煤沥青重防腐蚀涂料的技术特点如下：

（1） 厚膜化，快速固化。无溶剂环氧煤沥青重防腐蚀涂料涂装1道膜厚可达（1 000±100）μm，不流挂，固化12 h后即可搬运吊装，减少涂装道数，极大地提高了工效，降低劳动强度。

（2） 可湿态涂装。涂料与混凝土管面附着力强，并对混凝土管起养护作用。这样大大简化了工序，减少混凝土管的养护时间，有效降低了劳动强度。

（3） 施工效率高。结合我国自主研发的PCCP外壁防腐蚀涂料在线自动涂装方法，可大大提高施工效率。

（4） 优异的防腐性能。环氧树脂成膜后交联密度高，涂层非常致密，而且煤焦油具有优异的耐水性、耐酸碱性、绝缘性以及抗细菌腐蚀性，能有效抵御细菌及植物根茎的影响。

3.2 PCCP用无溶剂环氧煤沥青重防腐蚀涂料的制备

吴诤等［14］针对溶剂型环氧煤焦油重防腐蚀涂料污染环境、干燥时间长、工作效率低等缺点，通过成膜树脂的分子设计，对煤焦油沥青进行改性，形成互穿网络结构，同时通过配方设计和大量触变剂筛选试验，加入活性稀释剂，最终开发出了一种触变性强，并且可在混凝土初凝和湿态状况下涂装的无溶剂环氧煤焦油重防腐蚀涂料。该产品绿色环保，解决了涂层厚膜化问题，可在混凝土湿态时进行施工，免去了浇水养护的工序，大大提高了施工效率和施工质量，缩短了施工周期，降低了劳动强度。

杜建伟等［17］通过试验筛选出低相对分子质量液态环氧树脂和无机填料，并开展环氧树脂与固化剂不同质量配比对环氧涂层性能影响的试验研究，最终开发出了8702-C型无溶剂环氧煤沥青涂料，实现在混凝土砂浆含水率达7%~9%的情况下仍可正常施工并且保持良好的附着力，一次成膜厚度可达900 μm。

厦门双瑞郑添水等［18］通过对无溶剂环氧煤焦沥青重防腐蚀涂料进行预热处理，改进自动升降平台和旋转平台的设计，实现了喷涂过程的自动化，使得喷涂效率达到320 m2/h，生产成本降低50%，工效提高500%以上。

3.3 PCCP重防腐蚀涂料的应用

经过十余年持续不断的科技创新与技术改进，我国已研发出超大口径、长距离输水管道专用无溶剂重防腐蚀涂料，并在国内引水工程中得到大规模应用，至今未发生因腐蚀问题导致的换管及爆管案例，服役的涂层体系经过长期验证，表现出优异的防腐性能。

4 结语

PCCP工程大多处于埋地环境，管道受到土壤腐蚀、杂散电流腐蚀、微生物腐蚀、冲刷腐蚀等共同影响，服役环境恶劣，如不加以保护，极易发生爆管和早期破坏。采用重防腐蚀涂层与阴极保护对PCCP工程进行联合防护，已经证明是一个行之有效的方法。环氧煤沥青涂料的品种很多，性能差别较大，在涂料选取过程中应注意鉴别。