水利工程中大流量输水管道的防腐措施研究

焦文娟

(水利部新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

伴随着我国经济的发展，我国对水资源的开发与利用在不断的扩大。因此，如何高效、合理的分配水资源成为了学者们研究的重点课题。同时，管道输水作为一种高效快捷的输水方式，在各类水利工程中得到了广泛应用。而在管道的输水过程中，影响其安全稳定运行的主要因素便是其管道的抗腐蚀特性。对于在工程管道中，如果管道出现腐蚀，其腐蚀的位置往往是结构受力的薄弱点，易发生工程事故，存在较大的安全隐患。

针对此，本文对水利工程中大流量输水管道的防腐措施进行研究，通过对其腐蚀原理以及防腐方法进行分析，达到在工程实际中输水管道防腐的目的，同时可为大流量输水工程防腐设计提供参考，具有工程应用价值。

1 大流量输水管道腐蚀

1.1 埋地金属管道腐蚀

从本质以及腐蚀原理上来说上而言，埋地金属管道的腐蚀从分类上属于电化学腐蚀。金属管道铺设在土壤层后，在土壤中，金属管道会形成应力或者腐蚀原电池等形式。由于土壤性质的不同，导致金属管道形成了多种电池形式：有的电池阳极面积大、有的阴极面积大、电位较高的可达到几百毫安，电位低的可以为几毫安，因此，从腐蚀特点上，其具有腐蚀部位不均匀。从统计情况来看，大流量输水管道更为容易发生电池腐蚀，在表现上多为管道的局部腐蚀。

通过总结经验可以发现先，在各种因素的综合影响下，大流量输水管道上总有一段距离上的附属穿孔率较高。在这段距离上，便是到时管道出现泄漏的薄弱环节，在运行一段时间后，管道将出现第一次泄露。并且，随着运行时间的增长，管道的其他部位也将出现蚀坑，其发生的时间与频次将越来越高。通过对数据进行统计后可知，在数据关系上，泄露点数与时间的变化规律为半对数函数。

1.2 埋地混凝土管道腐蚀

1.2.1 埋地混凝土管道腐蚀原理

在定义上，埋地混凝土管道腐蚀的腐蚀指的是钢筋腐蚀。钢筋作为混凝土管道承受拉力的主要部件，其发生腐蚀将对整个管道的稳定运行产生影响。一般情况下，混凝土管道使用寿命较高，抗腐蚀特性较好。然而，当混凝土管道作为大流量输水管道时，在潮湿以及土壤中介质的影响下，混凝土管道极易发生腐蚀。其表现形式主要如下，土壤中的部分物质首先将埋地混凝土管道的液相发生改变，使得钢筋出现锈蚀，随着时间的推推移，腐蚀体积逐渐变大，当其电镀大于混凝土的自身强度时，管道将发生破坏。同时潮湿的土壤将腐蚀直接腐蚀钢筋。

通常，混凝土管道中的pH值维持在12.5左右，在此条件下。混凝土管道中的钢筋。但随着土壤中有机物腐烂时，将分解出二氧化碳，二氧化碳将于水泥中的Ca(OH)2发生化学反应生成CaCO3。使得混凝土管道的pH值不断减小，当减小到某一值时，混凝土管道中的钢筋钝化膜在酸性的作用下将产生破坏。其反应的化学方程式如下：

2Fe-4e-→2Fe2+

(1)

同时阴极将发生还原反应：

O2+2H2O+4e-→4OH2-

(2)

阴极和阳极的整体反应如下：

2Fe+O2+2H2O+4e-→22F2++4OH-→2Fe(OH)2

(3)

2Fe(OH)2在水分子以的进一步作用下，将生成4Fe(OH)3：

4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3

(4)

4Fe(OH)3在水分子的作用下，将生成红绣。红绣的体积是正常的四倍左右。随着红绣体积的不断增大，混凝土管道将表面将产生裂纹或者脱落，混凝土表面破损后，将进一步加大混凝土管道钢筋的腐蚀。

1.2.2 混凝土管道钢筋腐蚀对承载力的影响

在发生腐蚀后，其混凝土与钢筋的交接面上将存在锈胀力，将对整个钢筋混凝土管道的受力产生影响。其受力变化如过程如表1所示。

表1 截面积损失率与力学性能的关系

2 大流量输水管道防腐蚀措施

2.1 埋地金属管道防腐蚀措施

埋地金属管道的防腐蚀措施通常采用添加防腐涂层的方法。如表2所示为常用的埋地金属管道的添加防腐层的方法以及其特点与所用涂料的类型。防腐涂层除了在材料上存在较大差异外，在防腐层的形式上也是各种各样。例如有单模、覆盖层以及负荷结构涂层等。

表2 常用钢管外防腐方式技术比较表

除了采用添加防腐涂层外，埋地金属管道也可采用阴极保护、加强直流干扰腐蚀的防护、加强交流干扰腐蚀的防护等措施来避免管道发生腐蚀。

2.2 埋地混凝土管道防腐蚀措施

2.2.1 混凝土管道表面处理以及钢筋涂层防护

为了提高混凝土管道防腐蚀能力，通过在管道表面涂抹具有降低碳酸盐、硫化物等气体以及水分子渗透力的涂料，来达到防腐蚀的目的。一般情况下强腐蚀地段，采用表面涂层防护;而对于小型构件，采用浸渍型涂层。

除在混凝土管道表面进行防腐处理外，为了避免混凝土中的钢筋发生电化学腐蚀。通常采用涂抹环氧树脂粉末涂层的方法来阻止水蒸气以及氯气等于钢筋接触，从而防止钢筋发生腐蚀。

2.2.2 钢筋缓蚀剂

钢筋缓蚀剂是混凝土管道防腐措施中最为有效的一种。缓蚀剂是经过氧化还原反应后的钝化膜。形成的钝化膜能够有效的阻止止混凝土与钢筋界面孔溶液中发生的电化学腐蚀。其中应用最为广泛的便是亚硝酸钙混凝土管钢筋缓蚀剂。

2.2.3 阴极保护

所谓混凝土管道阴极保护法是采用外加电流或牺牲阳极的阴极保护方法，其目的是为了使得混凝土管道中的钢筋电位降低到阳极开路电压之下，钢筋的电位处于阴极，其中阳极一般采用高硅铸铁、石墨、钢铁等。

3 结语

为避免大流量管道发生腐蚀，本文从大流量输水管道的工程实际情况出发，对埋地金属管道与混凝土管道的腐蚀原理与防腐方法进行了全面的分析，可为大流量输水工程防腐设计提供参考，具有一定的工程意义。