李 津，李世龍

(1.山東龍泉管道工程股份有限公司，山東 淄博 255200；2.新疆國(guó)統(tǒng)管道股份有限公司，新疆 烏魯木齊 110121)

1 概述

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(簡(jiǎn)稱PCCP)自20世紀(jì)80年代末90年代初從美國(guó)引進(jìn)以來(lái)，已經(jīng)在水利、電力、市政等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，據(jù)中國(guó)水泥制品協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，截止2015年底，PCCP在我國(guó)鋪設(shè)的總長(zhǎng)度已超過(guò)15000km，年使用量在2500km/d以上，國(guó)內(nèi)幾乎所有大型水利調(diào)水工程都采用了PCCP，如單項(xiàng)管線最長(zhǎng)工程-遼西北某工程，長(zhǎng)度達(dá)900km，管徑最大工程-南水北調(diào)北京段，管徑至DN4000mm，工作壓力最大工程-新疆引額濟(jì)烏工程，工作壓力達(dá)1.6MPa和管頂覆土深度最深工程-南水北調(diào)北京段，覆土達(dá)10m以上，這些是用其他管材所無(wú)法替代的。

近幾年來(lái)，隨著PCCP在輸水工程的使用不斷擴(kuò)大，因各種原因在個(gè)別工程中出現(xiàn)爆管，造成了不同程度的經(jīng)濟(jì)損失。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了個(gè)別“專家”、“學(xué)者”全盤否定PCCP的聲音，并片面的使用國(guó)外PCCP的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)或爆管事例來(lái)質(zhì)疑這種管材，給設(shè)計(jì)單位和使用單位造成了一定的迷惑。

本文詳細(xì)論述國(guó)外PCCP管道失效爆管損壞的實(shí)際情況和產(chǎn)生的原因，以及我國(guó)PCCP在生產(chǎn)使用中應(yīng)注意的幾個(gè)方面，用科學(xué)的觀點(diǎn)共同探討促進(jìn)PCCP行業(yè)的健康發(fā)展。

2 國(guó)外PCCP管道的失效爆管原因分析

在國(guó)內(nèi)質(zhì)疑PCCP的文章中引用的材料與實(shí)例主要有20世紀(jì)70年代美國(guó)PCCP管道的失效爆管和利比亞人工大運(yùn)河工程一期的爆管。

2.1 美國(guó)PCCP管道的失效爆管

2.1.1 二篇學(xué)術(shù)著作簡(jiǎn)述

美國(guó)發(fā)展并大規(guī)模應(yīng)用PCCP始于20世紀(jì)40年代，到90年代初，在北美應(yīng)用于所有大都市的供水和排水管道總數(shù)已超過(guò)18000英里。在半個(gè)世紀(jì)的制造和使用中，確實(shí)也發(fā)生過(guò)一些問(wèn)題，美國(guó)混凝土壓力管協(xié)會(huì)(簡(jiǎn)稱：ACPPA)，執(zhí)行主席James S. Clift在1991年6月25日美國(guó)水務(wù)協(xié)會(huì)的年會(huì)上所作的題為《客觀看待預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管耐久性問(wèn)題》的報(bào)告中，對(duì)從1943年到1990年115000英里的PCCP的調(diào)查結(jié)果和所使用的原材料作出了客觀的評(píng)價(jià)，總體認(rèn)為PCCP管具有卓越的使用性能，但也提出了在管道設(shè)計(jì)、制造工藝和提高原材料質(zhì)量等方面仍需改進(jìn)的建議。

另一篇有代表性的著作是2008年美國(guó)供水工程協(xié)會(huì)研究基金(簡(jiǎn)稱：AWWARF)正式發(fā)布的《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管失效報(bào)告》。該報(bào)告匯總了1950～2005年595個(gè)PCCP問(wèn)題項(xiàng)目的調(diào)查分析。

仔細(xì)研究這2份報(bào)告可以看出，雖然各自所給出數(shù)據(jù)的角度不同，但所指出的問(wèn)題的本質(zhì)是相同的，一致指向美國(guó)Interpace公司和采用屈服極限大于1900MPa的Ⅳ級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絲作為PCCP的預(yù)應(yīng)力筋的問(wèn)題，不同點(diǎn)是ACPPA報(bào)告中沒(méi)有列舉與管子設(shè)計(jì)、制造、安裝等生產(chǎn)廠所能控制的問(wèn)題，如不規(guī)范的管溝槽、管線上沒(méi)有限制水錘的措施、安裝中的管子遭人或機(jī)械破壞等，也就是說(shuō)即使采用其他原材料生產(chǎn)的管子也同樣會(huì)發(fā)生類似的問(wèn)題，而不僅僅是因?yàn)椴捎昧薖CCP。而在AWWARF的調(diào)查報(bào)告中列舉的595個(gè)有問(wèn)題的項(xiàng)目中，317項(xiàng)嚴(yán)重的爆管，包括了由于溝槽墊層的不合理、水錘造成的水流波動(dòng)、人為破壞以及汽車荷載過(guò)載和安裝前保護(hù)層已被損壞等原因。

2.1.2 二篇報(bào)告中指出的相同問(wèn)題

首先我們應(yīng)該認(rèn)定報(bào)告數(shù)據(jù)是不矛盾的，到1992年后美國(guó)大規(guī)模的調(diào)水項(xiàng)目已經(jīng)不多，同時(shí)隨著社會(huì)福利的提升，直飲水系統(tǒng)迅猛發(fā)展，更多的城市自來(lái)水新工程采用的是不銹鋼管，因此涉及的數(shù)據(jù)和問(wèn)題是可以相互結(jié)合的。

在ACPPA和AWWARF報(bào)告中都共同指向Interpace公司，Interpace公司已在1981年停業(yè)，以前曾是美國(guó)最大的PCCP制造企業(yè)。鼎盛時(shí)期，這家公司的產(chǎn)量占居了美國(guó)PCCP產(chǎn)量近一半份額，在70年代Interpace公司采用屈服強(qiáng)度大于1900Mpa的Ⅳ級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絲作為PCCP預(yù)應(yīng)力筋后，由其生產(chǎn)的管材鋪設(shè)的管道發(fā)生的失效爆管，比ACPPA的9家公司之和多一倍以上，如圖1所示，運(yùn)行紀(jì)錄情況見(jiàn)表1。因需要維修和更換所消耗的時(shí)間，造成了大量管道輸水中斷的后果，特別是1974年的一年時(shí)間就有18起事故發(fā)生，需要更換新管子，而同時(shí)期ACPPA所屬的9家公司事故總合僅為4起，如圖2、3所示。

圖1 AWWARF制造原因發(fā)生的問(wèn)題統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目ACPPA九家公司Interpace公司合計(jì)1提供管子總長(zhǎng)度/百萬(wàn)英尺5145962時(shí)間范圍47年(1943～1990年)37年(1943～1981年)3管道工程總數(shù)/個(gè)1740011500289004管道發(fā)生故障數(shù)目/個(gè)3880118

圖2 美國(guó)九家公司(ACPPA成員)提供51百萬(wàn)英尺管道，分別供給17400個(gè)管道項(xiàng)目

圖3 INTERPACE公司生產(chǎn)和鋪設(shè)的45百萬(wàn)英尺(13716km)管道，11500個(gè)項(xiàng)目情況

2.1.3 事故元兇—Interpace公司

Interpace公司前身為L(zhǎng)ock Joint公司，經(jīng)過(guò)多次變更業(yè)主和名稱后，于1967年才出現(xiàn)的，其名下有多個(gè)分子公司，1980年以前是美國(guó)最大的PCCP生產(chǎn)廠，最興旺時(shí)期的生產(chǎn)量占居美國(guó)PCCP市場(chǎng)的半壁江山。其最大的特點(diǎn)是Interpace公司附屬于子公司Solon公司，有預(yù)應(yīng)力鋼絲生產(chǎn)線，在1970年美國(guó)工業(yè)快速發(fā)展時(shí)期，為顯示其技術(shù)能力，降低PCCP管的生產(chǎn)成本，1971年開(kāi)始生產(chǎn)屈服強(qiáng)度大于1900MPa的Ⅳ級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絲，并優(yōu)先在自己的PCCP工廠中大量使用。而在美國(guó)PCCP行業(yè)中，其他公司都沒(méi)有自己的預(yù)應(yīng)力鋼絲的生產(chǎn)企業(yè)，就未能大量使用此類鋼絲，這就是為什么大量采用Ⅳ級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絲生產(chǎn)的PCCP管子出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞事件時(shí)，絕大部分都與Interpace公司有關(guān)。分析Interpace公司的資料可以看出，在1970年以前，Interpace公司生產(chǎn)的管子與其他公司的情況基本相似，但進(jìn)入70年代，事故率逐年增加，這與采用Ⅳ級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絲有直接關(guān)系，如圖3所示。

由于Interpace公司的管子事故多發(fā)，造成大量的經(jīng)濟(jì)訴訟事件，1990年6月Interpace公司被正式上訴到佛羅里達(dá)洲Pinellas行政區(qū)法院，被判決巨額賠償，為此公司宣布破產(chǎn)并被拍賣抵債，最后由ACPPA協(xié)會(huì)單位Price Brothers公司所得。

在拍賣期間ACPPA協(xié)會(huì)內(nèi)部規(guī)定，如有會(huì)員公司有意購(gòu)買Interpace公司資產(chǎn)的意愿，就必須遵守合同的約定，不能公開(kāi)批評(píng)Interpace公司所制造的管子，由此一來(lái)，ACPPA協(xié)會(huì)就不能有效的向大眾解釋美國(guó)PCCP管道工業(yè)的立場(chǎng)，這也就是前面“美國(guó)PCCP管的失效及對(duì)中國(guó)給水管道應(yīng)用的警示”一文中所提到的“可惜沒(méi)有公布”的真實(shí)原因。

2.1.4 Ⅳ級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絲的冷作硬化與氫脆性

(1)預(yù)應(yīng)力鋼絲的質(zhì)量特性

預(yù)應(yīng)力鋼絲對(duì)PCCP產(chǎn)品是非常重要的，要了解Interpace公司管子故障事件的原因，就須先了解預(yù)應(yīng)力鋼絲在生產(chǎn)過(guò)程中的機(jī)理變化，它的生產(chǎn)過(guò)程并不復(fù)雜，主要是把熱軋線材在常溫下通過(guò)連續(xù)模具冷拔成型，如圖4所示。

圖4 預(yù)應(yīng)力鋼絲生產(chǎn)示意圖

(2)有害的拉拔應(yīng)力時(shí)效硬化

在預(yù)應(yīng)力鋼絲制造過(guò)程中，如果有單體氮(N)或碳(C)移動(dòng)到預(yù)應(yīng)力鋼絲的顯微結(jié)構(gòu)中，并且鎖定在琦變的晶格內(nèi)，這樣就會(huì)產(chǎn)生“有害的應(yīng)變時(shí)效”現(xiàn)象。圖5是一個(gè)鐵元素(Fe)的三維基體圖，以一個(gè)鐵原子在結(jié)構(gòu)中心。圖6是一個(gè)鐵元素的平面結(jié)構(gòu)圖，顯示了幾個(gè)立方體角上的原子，可看到一個(gè)琦變的晶格，這個(gè)琦變的晶格的滑動(dòng)可以使鐵或鋼具有韌性，即塑性好，強(qiáng)度高，不宜折斷等特性。

圖5 鐵元素的三圍基體

圖6 鐵元素平面結(jié)構(gòu)

圖7 有害拉拔應(yīng)力時(shí)效硬化后鐵元素結(jié)構(gòu)圖

圖8 有害拉拔應(yīng)力時(shí)效硬化與輕脆化

圖7為預(yù)應(yīng)力鋼絲在遭受到“有害拉拔應(yīng)力時(shí)效硬化”以后的鐵元素結(jié)構(gòu)，如果碳(C)或氮(N)原子鎖定在琦變的晶格內(nèi)，則把琦變的晶格鎖死，阻止了晶格的移動(dòng)，最終導(dǎo)至預(yù)應(yīng)力鋼絲線材的結(jié)構(gòu)被鎖定。在這種結(jié)構(gòu)下，往往抗拉強(qiáng)度變得很高，卻降低了預(yù)應(yīng)力鋼絲的柔韌性，令預(yù)應(yīng)力鋼絲變得脆而易斷，失去了延伸率，同時(shí)在拉斷后降低了斷口縮減量。

“有害拉拔應(yīng)力時(shí)效硬化”的起因是由于在預(yù)應(yīng)力鋼絲拉拔生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，鋼線被拉的太快，同時(shí)又沒(méi)有讓鋼線充分的涼下來(lái)。

(3)氫脆化現(xiàn)象

關(guān)于預(yù)應(yīng)力鋼絲氫脆化的原因有多種理論，其中比較普遍認(rèn)同的是“壓力原理”，它可分成2步加以說(shuō)明。首先，必須有氫原子滲入預(yù)應(yīng)力鋼絲的晶格中，第二，這些氫原子必須結(jié)成氫分子，因?yàn)闅浞肿邮怯啥€(gè)氫原子構(gòu)成，所以氫分子所占的空間比單體氫原子要大許多，這就對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絲的顯微結(jié)構(gòu)構(gòu)成很大的壓力，這個(gè)概念類似于水結(jié)成冰，在一個(gè)有限的空間膨脹一樣，圖8就是描繪這一原理。美國(guó)俄亥俄洲的Battelle Memorial Institute of Columbus和加拿大的Atomic Energy二個(gè)科研機(jī)構(gòu)，對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絲的“有害拉拔應(yīng)力時(shí)效硬化和氫脆化”做了長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)和研究，他們?cè)谠囼?yàn)室中的觀察結(jié)果和結(jié)論：①氫脆化現(xiàn)象是發(fā)生在預(yù)應(yīng)力鋼絲制造后，在產(chǎn)品使用時(shí)引起的作用；②二個(gè)氫原子如果在預(yù)應(yīng)力鋼絲外面或直接在預(yù)應(yīng)力鋼絲的表面結(jié)合，不會(huì)引起預(yù)應(yīng)力鋼絲的氫脆化；③氫脆化現(xiàn)象的起因是必須有外在因素，也就是需要有氫離子的來(lái)源。

2.1.5美國(guó)對(duì)Interpace公司失效爆管事故的調(diào)查論證

根據(jù)美國(guó)PCCP制造標(biāo)準(zhǔn)AWWA C301對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絲的規(guī)定，在1940～1979年采用ASTM A227標(biāo)準(zhǔn)，1979年后，增加了ASTM A648標(biāo)準(zhǔn)，將預(yù)應(yīng)力鋼絲分為三個(gè)級(jí)別Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)，規(guī)定了不同級(jí)別預(yù)應(yīng)力鋼絲的化學(xué)成分和不同預(yù)應(yīng)力鋼絲直徑的抗拉強(qiáng)度。而Interpace公司自己的Solon公司獨(dú)自開(kāi)發(fā)了Ⅳ級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絲，其中用于內(nèi)襯型PCCP的8號(hào)預(yù)應(yīng)力鋼絲最高的抗拉強(qiáng)度達(dá)到2000MPa。Price Brothers公司也曾用Ⅳ級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絲試生產(chǎn)，但很快放棄了，理由是很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。所有資料表明，只有Interpace公司的PCCP產(chǎn)品采用自己生產(chǎn)的Ⅳ級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絲。

Interpace公司的管子出的問(wèn)題，令美國(guó)供水工程協(xié)會(huì)(AWWA)全體會(huì)員及廣大用戶遭受了巨大的損失，美國(guó)供水工程協(xié)會(huì)認(rèn)為必須明白事故的根源，改進(jìn)生產(chǎn)和安裝技術(shù)，吸取經(jīng)驗(yàn)面對(duì)未來(lái)。經(jīng)過(guò)廣泛檢驗(yàn)，對(duì)Interpace公司的管子事故所得出的結(jié)論是：①在大規(guī)模、連續(xù)生產(chǎn)Ⅳ級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絲時(shí)，拉拔溫度無(wú)法控制在350℉(177℃)上限以內(nèi)，極有可能使預(yù)應(yīng)力鋼絲造成“有害拉拔應(yīng)力時(shí)效硬化”現(xiàn)象，雖然增加了鋼絲的強(qiáng)度，但會(huì)大大降低其延展性，使其更容易受到應(yīng)力腐蝕。②抗拉強(qiáng)度高的預(yù)應(yīng)力鋼絲，易受到氫脆化影響，相反抗拉強(qiáng)度偏低，柔韌性好的預(yù)應(yīng)力鋼絲，對(duì)氫脆化就不會(huì)很敏感。

Ⅳ級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絲雖然其抗拉強(qiáng)度很高，但是卻容易發(fā)生氫脆化現(xiàn)象，試驗(yàn)結(jié)果得出，Ⅳ級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絲比Ⅲ級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絲易受氫脆化的可能性高出20～40倍。鑒于如此，美國(guó)供水工程協(xié)會(huì)于1984年更新了AWWA C301預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管制造標(biāo)準(zhǔn)和ASTM A648預(yù)應(yīng)力混凝土管用冷拔鋼絲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，詳細(xì)規(guī)定了預(yù)應(yīng)力鋼絲的化學(xué)成分、抗拉強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)圈數(shù)等性能指標(biāo)和試驗(yàn)方法。拒絕使用高抗拉強(qiáng)度的預(yù)應(yīng)力鋼絲-Ⅳ級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絲，以此向廣大用戶保證，今后生產(chǎn)的管子會(huì)采用韌性好、強(qiáng)度高又氫脆化敏感性低適的鋼絲。

2.1.6 二篇報(bào)告的最終結(jié)論

通過(guò)匯總AWWARF報(bào)告的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(見(jiàn)表2)可以看出，采用Ⅳ級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絲是爆管事故的主要原因。必須指出的是AWWARF報(bào)告的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中沒(méi)有因設(shè)計(jì)失誤產(chǎn)生爆管事故(關(guān)于美國(guó)PCCP設(shè)計(jì)，在今后的文章中著重闡述)。

表2 AWWARF報(bào)告的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

Interpace公司所出的問(wèn)題給美國(guó)PCCP行業(yè)帶來(lái)了難以挽回的影響。美國(guó)劉易斯工程咨詢股份有限公司(Lewis Engineering and Consulting Inc)于2002年又選取了1973～2001年間不同廠家生產(chǎn)的Ⅲ級(jí)和InterpaceⅣ級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絲樣品進(jìn)行系統(tǒng)性氫脆性實(shí)驗(yàn)，作出了“提高PCCP預(yù)應(yīng)力鋼絲可靠性的報(bào)告”。而在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)的一些PCCP管材的文章中，在強(qiáng)調(diào)爆管時(shí)卻忽略了一個(gè)重要因素，即Ⅳ級(jí)預(yù)應(yīng)力鋼絲的問(wèn)題。

2.2 利比亞人工大運(yùn)河工程中的PCCP失效爆管

2.2.1 工程簡(jiǎn)介

圖9所示為利比亞人工大運(yùn)河工程，美國(guó)Brice Brothers公司負(fù)責(zé)制造管材，整個(gè)工程分五期工程建設(shè)，第一期工程從庫(kù)夫拉到北部的艾季比耶，輸水距離1872km，主管道采用兩條直徑為4m的預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，1992年建成通水；第二期工程從邁爾祖克到首都的黎波里，輸水距離1750km，主管道采用兩條直徑為4m的PCCP，1998年竣工；第三期開(kāi)發(fā)庫(kù)夫臘水源地，同時(shí)將第一、二期聯(lián)接起來(lái)，管線長(zhǎng)1370km，2006年竣工；第四期、第五期由于海水淡化技術(shù)的快速發(fā)展，只實(shí)施了部分工程。

圖9 利比亞大人工河工程

2.2.2 事故原因

在北京市水務(wù)局、北京水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院的考察報(bào)告中明確指出：利比亞人工大運(yùn)河一期工程爆管事故真正的的原因是出于降低工程造價(jià)的考慮，“大運(yùn)工河”一期工程按照利比亞方面的要求，只有30%的PCCP作環(huán)氧煤瀝青保護(hù)層，全都沒(méi)有采用陰極防腐，結(jié)果導(dǎo)致運(yùn)行過(guò)程中管道被腐蝕而引起爆管，造成嚴(yán)重?fù)p失。二期工程吸取一期工程的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，PCCP全部做環(huán)氧煤瀝青保護(hù)層，一期工程PCCP陰極防腐是后補(bǔ)作的，二期工程則是邊安裝邊做陰極防腐，盡管這些設(shè)計(jì)和措施增加PCCP工程造價(jià)，但為保證工程質(zhì)量和安全運(yùn)行提供了有力保障。

美國(guó)Ameron公司在推廣他們生產(chǎn)的Amercaot 1972B環(huán)氧煤瀝青涂料時(shí)，提供了利比亞人工大運(yùn)河一期5處爆管位置并標(biāo)有爆管時(shí)間，與利比亞大人工河管理局提供的數(shù)據(jù)相同，事故點(diǎn)都在一期的管線上，如圖10所示，爆管都是未使用外防腐涂料的管子。

圖10 利比亞大人工河工程一期管道破裂處

美國(guó)Brice Brothers公司也曾說(shuō)明事故原因是咨詢公司對(duì)管線上的某區(qū)域的地質(zhì)條件估計(jì)不足，當(dāng)時(shí)考慮資金因素，對(duì)部分PCCP管未做防腐處理，與美國(guó)Ameron公司指出的問(wèn)題原因相同，損壞的管子很快都做了更換處理，后面再?zèng)]有出現(xiàn)爆管事故。

2.3 康復(fù)計(jì)劃

事故原因確定后，隨之制定了康復(fù)計(jì)劃，采用電磁檢查2092.5km，超聲波監(jiān)控318.2km，更換管子18921根，波斯特方法施加預(yù)應(yīng)力修復(fù)856根，采用陰極保護(hù)(鋅陽(yáng)極)421.9km。經(jīng)過(guò)康復(fù)計(jì)劃，2001年5月后未出現(xiàn)爆管事故，二期、三期工程順利展開(kāi)。

3 我國(guó)PCCP的發(fā)展

3.1 引進(jìn)之路

我國(guó)引進(jìn)PCCP是1992年后，當(dāng)時(shí)美國(guó)已全面啟用了AWWA C304設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，AWWA C301- 92制造標(biāo)準(zhǔn)和AWWA M9手冊(cè)(第二版)《混凝土壓力管》，我國(guó)在引進(jìn)PCCP制造設(shè)備和AWWA C304、C301、M9外，還同時(shí)引進(jìn)了ASTM648《預(yù)應(yīng)力混凝土管冷拔鋼絲》等51個(gè)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，為PCCP行業(yè)日后的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2 我國(guó)的PCCP標(biāo)準(zhǔn)體系

隨著PCCP在我國(guó)的快速發(fā)展，20世紀(jì)90年代中期制定的JC625行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已無(wú)法適應(yīng)行業(yè)的需要，迫切需要制定完整的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，2005年參照AWWA C301標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，相關(guān)部委頒布了GB/T19685- 2005《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》標(biāo)準(zhǔn)，2011年對(duì)比美國(guó)AWWA C304設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)頒布了CECS140- 2011《給水排水工程埋地預(yù)應(yīng)力混凝土管和預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》，其他引用標(biāo)準(zhǔn)也結(jié)合美標(biāo)相繼頒布。2014、2015年城鄉(xiāng)建設(shè)部和水利部也先后分別頒布了CJJ224- 2014《城鎮(zhèn)給水預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道工程技術(shù)規(guī)程》和SL702- 2015《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管道技術(shù)規(guī)范》，至今我國(guó)已形成一整套以我為主，完整的PCCP標(biāo)準(zhǔn)體系。

4 我國(guó)PCCP生產(chǎn)和使用中應(yīng)改進(jìn)的方面

PCCP在美國(guó)已經(jīng)使用了近80年，我國(guó)從引進(jìn)到現(xiàn)在廣泛用于各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域也近30年。在肯定的同時(shí)，仍需要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

4.1 砂漿保護(hù)層

水泥砂漿保護(hù)層對(duì)PCCP管材的防腐起到極為關(guān)鍵的作用，其防腐機(jī)理比埋地鋼管要復(fù)雜的多。水泥砂漿保護(hù)層通過(guò)兩個(gè)重要的防腐機(jī)理來(lái)保護(hù)PCCP中的預(yù)應(yīng)力鋼絲，一是屏障保護(hù)外殼，另一個(gè)是通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)使鋼材鈍化。形成鋼材鈍化的主要原因是水泥砂漿中pH值高達(dá)12.5，造成如此高的堿性主要是氫氧化鈣，而氫氧化鈣產(chǎn)生于水泥中的游離石灰(Na2O、K2O)與砂漿中的水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

國(guó)內(nèi)外大量的工程實(shí)踐證明，砂漿保護(hù)層是PCCP管最重要的防腐屏障，只要鋼材保持在堿性環(huán)境中，并且不存在游離氧，即使在很高的氯離子環(huán)境中也不易發(fā)生鋼材的腐蝕。2002～2003年，美國(guó)的麻省辛普森顧問(wèn)工程公司(Simpson Gumpertz&Heger Inc.)資深專家扎米博士(Mehdi S.Zarghamee)等對(duì)美國(guó)懷俄明州(Wyoming)夏尼市(Cheyenne)4條運(yùn)行50年的PCCP管線進(jìn)行了深入的實(shí)地檢測(cè)和研究，包括開(kāi)挖后管道外部檢測(cè)，停水后管道內(nèi)部檢測(cè)，材料試驗(yàn)、化學(xué)分析、結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，最后的結(jié)論是50年運(yùn)行的PCCP情況良好，水泥砂漿保護(hù)層斷面均勻而堅(jiān)硬，鋼絲斷面沒(méi)有減少，沒(méi)有出現(xiàn)危險(xiǎn)的象征，僅個(gè)別接頭處外包砂漿有局部脫落情況。而在個(gè)別損壞的PCCP案例中，均是保護(hù)層沒(méi)有做好，或者損壞所造成。

4.2 管子的外涂層

混凝土管道內(nèi)的鋼材在水泥的高堿性環(huán)境下(pH值為12.5～13.5)會(huì)形成的一層氧化鐵保護(hù)膜。但是，當(dāng)管線長(zhǎng)時(shí)間遭受游離電流或處在含高氯離子的低電阻率土壤下反復(fù)干濕，那么，就需要一種輔助的、高阻抗的屏蔽涂料在管道外壁上。綜合考量，環(huán)氧煤瀝青是比較經(jīng)濟(jì)的選擇，但缺點(diǎn)是環(huán)氧煤瀝青不防紫外線，從PCCP生產(chǎn)到鋪設(shè)后回填土，有一個(gè)比較長(zhǎng)的時(shí)間過(guò)程，會(huì)對(duì)環(huán)氧煤瀝青產(chǎn)生粉化。為此Ameron公司建議用Amercoat 1972B型號(hào)的涂料涂抹的壓力管，需放置在地上高溫下貯藏幾個(gè)月，必須避免陽(yáng)光直曬，或涂上一層反射涂層。我國(guó)沒(méi)有這方面的測(cè)試報(bào)告來(lái)論述露天可放置的具體時(shí)間，但參考利比亞人工大運(yùn)河工程，所有生產(chǎn)出來(lái)的管子放倒后上部都涂有白色石灰，防止紫外線對(duì)環(huán)氧煤瀝青的分解是有益處的。建議我們?cè)谠O(shè)計(jì)中也應(yīng)考慮在環(huán)氧煤瀝青外，再涂淺色防曬涂層。

4.3 使用中的問(wèn)題

任何產(chǎn)品的制造都有一定的科學(xué)依據(jù)，為趕工期而加快生產(chǎn)節(jié)奏以提高產(chǎn)量，在不適宜氣候下生產(chǎn)或者在環(huán)境惡劣的條件長(zhǎng)時(shí)間存管，產(chǎn)品質(zhì)量很難得到保證。無(wú)論是設(shè)計(jì)單位、發(fā)包人還是承包商都應(yīng)該充分地認(rèn)識(shí)這一點(diǎn)。尤其是嚴(yán)格控制成品管子的儲(chǔ)存時(shí)間，在不利環(huán)境中，儲(chǔ)存時(shí)間應(yīng)不超過(guò)90d，在一般環(huán)境中，最長(zhǎng)不應(yīng)超過(guò)270d。

5 結(jié)語(yǔ)

美國(guó)和利比亞PCCP爆管事故確有其事，本文對(duì)其產(chǎn)生的原因和改進(jìn)的措施都給予了充分的論述，我國(guó)也在不斷的完善和提高產(chǎn)品質(zhì)量。眾所周知，無(wú)論哪種管材都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，也都有其適用范圍，長(zhǎng)期的應(yīng)用實(shí)踐已證明，PCCP管特別是大口徑規(guī)格的PCCP管非常適用于跨區(qū)域水源地之間的大型輸水工程。

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