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                    城市綜合管廊鍍鋅螺旋肋波紋鋼管耐久性分析

                    發布日期:2018-09-19 作者: 點擊:

                    從1896年以來,在美國,加拿大,日本,韓國,英國,墨西哥,阿根廷及歐洲等國家成功地應用鍍鋅螺旋肋波紋管道在暴雨排水和涵洞領域 。它提供了比較長的服務壽命,并且它的應用范圍覆蓋了各種土壤和水環境。


                    從最初的應用到二十世紀末,調查及研究大約50,000個項目建立耐久性準則。土壤方面和流水方面則是耐久性準則的研究重點。通過這些研究表明CSP在土壤方面為耐久性提供了令人意外的效果,并且通過選擇適當的覆膜和/或翻轉底部的鋪設可以獲得需要的服務壽命。


                    當然,隨著時間的推移所有的管道材料表現出一些變壞的現象,并且這個現象根據環境是多種多樣的。為了幫助工程師評估現場環境和選擇適當的CSP系統,影響耐久性的主要因素和現場研究的結果將會在闡述具體設計指導之前被檢驗。


                    影響CSP耐久性的影響因素


                    土壤中耐久性


                    土壤中金屬管道耐久性是幾個相互作用參數的函數,包含土壤電阻率,酸性(pH),水分含量,可溶的鹽和含氧量。然而,所有腐蝕的過程都包含電流的流動從一個地方到另外一個地方(腐蝕電池)。因此,擁有比較高的電阻率,耐久性越高。


                    大多數土壤的pH范圍在6到8之間,并且這個對耐久性是有益的。土壤具有較低的pH值(酸性土壤),通常是在比較多降雨的地方更具有腐蝕性。


                    顆粒狀土壤能夠迅速排進而提高了耐久性。相反的,土壤高于20%含水量則趨向于腐蝕性的。高粘土含量土壤趨向于保持水的時間比較長,并且因此比好排水的土壤腐蝕性要強。土壤濕度可能使土壤本身中轉移出包含各種各樣的溶解固體,它使得電阻率降低而促進腐蝕。相反的,一些土壤化學形態為不溶的碳酸鹽或者氫氟化物在管道表面能夠減少土壤邊的腐蝕。高含量的氯化物和硫酸鹽使得土壤侵蝕能力大大增加。


                    水中耐久性


                    在pH范圍4.5到9.5之間,鋼在靜止自然水中的耐久性的區別不大。因為腐蝕產物在鋼表面保持pH值為9.5。然而,漲落的水帶走這些產物并且增加溶解氣體的水平。增加溶解氧氣和二氧化碳的水平能夠加速腐蝕。在水中的二氧化碳形成保護碳酸鈣垢形成腐蝕干擾。這個垢在流水的管道表面變得堅硬(碳酸鈣含量高)。溶化鹽可以通過減少氧氣溶解度和中和酸性來增長耐久性,但是如果他們電離并且減少電阻率則會增加腐蝕?,F場研究表明管道最容易腐蝕的部分是管道的底部,因為它趨向于較長時間的暴露在水流里,并且在一些情況下,容易遭受磨損。


                    耐磨性


                    一些情況下,暴雨排水管道趨向于適度的斜坡和沒有特別大的磨損。然而,一些涵洞可能有陡峭的斜率。在水流速度快(高于5m每秒)的地方磨損變得嚴重。如果石頭或者沙子在底部沖刷而下進而磨損量增加,但是如果底部具有較小的磨損特性,那么磨損很小。如果預期會有嚴重的磨損,那么可以應用各種各樣的底部處理來預防。


                    耐久性現場研究


                    參考CSP性能的現場研究是評估CSP耐久性最積極地方法。很多年來,這樣的研究被各個政府,和產業調查人員實施,并且現在提供了大量的積累信息。


                    美國各州研究


                    加州在數百個位置調查管道的情況,并且發明了一個基于pH值和電阻率的方法來估算使用壽命。多種多樣的調查結果表明在整個美國能夠找到多種多樣的環境,并且強調條件允許的時候需要使用當地的信息。然而,加州方法是最為合理的準則,有效地適用于一般的情況下。


                    在沒有特殊維護處理的情況下,加州研究包含土壤腐蝕,水腐蝕,和磨損的綜合效果的CSP耐久性。管道底部確定臨界面積,它容易被鋪設來延長使用壽命。


                    發明的預測方法需要確定pH是否超過7.3。通常pH小于7.3,研究的管道通常是在高山區域,他們有潛在的嚴重磨損。pH值大于7.3的時候,研究的管道通常在半干旱的和沙漠區域,如加州南部。耐久性在這些環境下通常是非常****的,但是會被土壤一側腐蝕限制。因為年平均降雨小于250mm,并且底部流水一年只有幾次。


                    AISI研究


                    在1978年,AISI(美國鋼鐵協會)在佛羅里達州,明尼蘇達州,男達科塔州,猶他州,加利福尼亞州,俄亥俄州,印第安納州,北卡羅來納州,維吉尼亞州,馬里蘭州,和堪薩斯州的81個暴雨排水做了勘察。研究表明81個檢查現場,77個仍處于良好狀態。排水時間從16到65年。4個管道需要維護工作,它們擁有32年的平均壽命。1個在極端腐蝕環境,電阻率只有260 ohm-cm,遠低于公認的最小值。


                    NCSPA/AISI研究


                    1986年,在NCSPA(全美波紋鋼管協會)與AISI合作下,委托Corrpro Companies, Inc.,一個坐落于Medina, Ohio 的腐蝕咨詢公司,去組織波紋鋼管排水和涵洞管道的環境和腐蝕勘察?,F場調查分布全美國22個州,并且使用年限分布在22到74年。土壤電阻率從1,326到77,000 ohm-cm,pH范圍從5.6到10.3。


                    研究結果表明土壤一側的腐蝕在大多數檢查的管道中相對較小。發現內部重大腐蝕,它們通常發生在管道底部。具體的預測方法是基于統計學基礎發展來的。通過其他觀察,工廠預制或者是現場提供底部鋪設可以提供比較好的額外耐久性。數據顯示,在多種土壤和水環境下,CSP系統可以提供100年的服務年限。


                    加拿大研究


                    這些年加拿大也做了一些研究。最早的調查是由Golder在1967年實施。檢查Southwestern Ontario (London) 的CSP確定加州方法對當地環境的預測服務壽命同樣適用。1993年,大不列顛哥倫比亞省交通部和公路部門檢查21個結構板和鍍鋅箱子類型擋土墻。安裝的結構都超過20年,最早的安裝在1933年。測試方法是從結構上剪切下37mm直徑塊,并且在實驗室里測試涂層厚度。土壤(和水,在適當的位置)被測試pH電阻率。結果是服務壽命除了兩個結構估計都能超過100年。


                    1988年在Alberta 省,組織了一個非常廣泛的研究,檢查201個安裝結構的鋅損失,測試土壤和水的pH,電阻率以及管道和土壤之間的電勢。研究產生了目前為止****的技術數據庫之一。報告結論最小服務壽命50年的結構將達到83%,并且平均期望壽命是81年。當需要一個較長的壽命的時候,簡單的檢查現場土壤和水的化學性,便能夠確定平均服務年限。


                    設計年限


                    只帶金屬層的CSP


                    下圖顯示當設計CSP涵洞和暴雨排水管道時的估算平均底板服務壽命的圖表。這個圖表經常被用做確定鋼結構板建筑物平均服務年限,適用于1.3到4.2mm板厚管道。


                    帶有保護層和鋪設底面的CSP


                    雖然有其他種類的涂層和鋪設底面,但是歷史上最經常食用的類型是含瀝青的。聚合物涂層經常替代含瀝青的涂層。


                    1.管道外部.   在平均環境下,管道外部有瀝青涂層能夠延長25年的服務壽命。干旱地區作為一個典型的環境,這個情況下服務壽命主要基于管道外側。但是這個僅僅使用在金屬涂層的管道上來延長管道服務壽命。


                    2.管道內部.  在大多數的情況下底部鋪設路面是增長服務壽命的****方法。通常情況下瀝青鋪設應用到底部25%的圓周。然而,必須意識到在一些磨損環境下,這樣的鋪設會被迅速的侵蝕。在這些情況下,一個混凝土鋪設可以工程學的滿足服務要求。額外的服務壽命范圍在35到15年。


                    耐久性設計案例


                    下列案例表明使用圖A用于設計項目。


                    管道尺寸在1至3米的范圍內。經過調查土壤的pH值為7.2,電阻率為5,000 ohm-cm。暴雨徑流估計pH為6.5,電阻率4,500 ohm-cm,以及低磨損環境。要求底板服務年限是50年。


                    參考圖A,對于未覆膜1.3mm厚度鍍鋅管道的壽命獲得如下:


                    外部環境   64 年


                    內部環境   41 年(限制的)


                    對于增長的厚度需要乘以的系數:


                    50 年/41 年= 1.22


                    參考圖A中的乘數表格,金屬厚度1.6mm有乘數1.3大于需要的數值1.22。因此,1.6mm厚度滿足。


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                    本文網址:http://www.ahb16.com.cn/news/403.html

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