南水北調用PCCP原材料控制探討

　　南水北調中線工程北京段決定采用直徑4m的預應力鋼筒混凝土管(PCCP)。PCCP在中國發(fā)展已有十幾年的歷史。十幾年來無論從生產工藝和質量控制方面,我國的技術都有了長足的進步,但也必須承認差距仍然存在。只有正視這種差距才能不斷改進國內現(xiàn)有的生產條件和質量控制方法,中國的PCCP行業(yè)才能真正與國際接軌。

本文將以原材料控制為例,對比國內、外PCCP質量標準的差別并探討這些差別背后存在的深層次問題。

1水泥

1.1水泥標準

由于國情的原因,美國目前只有一個水泥標準ASTMC150《StandardSpeoificationForPortlandCement》,即通常所說硅酸鹽水泥。美國水泥不分標號,配制不同標號混凝土時,靠調整水泥用量和外加劑實現(xiàn)。我國的現(xiàn)行硅酸鹽水泥標準為GB175-1999《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》。美國的波特蘭水泥與我國的硅酸鹽水泥基本相對應,都允許在水泥熟料中摻加5%以下的混合材料(如石灰石、?；郀t礦渣等)。但目前國內大部分PCCP的生產企業(yè)由于成本等問題普遍采用普通硅酸鹽水泥,這種水泥允許摻入6%—15%的混合材料。硅酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥對PCCP的耐久性影響目前尚無定論,筆者認為影響不大。

1.2水泥品種

PCCP可采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥。美國的AWWAC301中規(guī)定,PCCP的生產可采用其標準中的Ⅰ型或Ⅱ型水泥,其中Ⅱ型水泥主要用于有弱硫酸鹽侵蝕的環(huán)境中。

筆者認為,在選用水泥品種時要非常慎重。根據有關數據和過去的研究成果,我國的抗硫酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥的堿度(指氫氧化鈣的溶出量)比硅酸鹽水泥低。眾所周知,高堿性環(huán)境能夠在預應力鋼絲表面生成一層鈍化膜,防止或阻止鋼筋銹蝕。堿度越高,防銹的效果越好。筆者曾經參加過水管爆裂事故的責任認定會,正是由于使用了硫鋁酸鹽水泥制管,且對管線的鋪設環(huán)境了解不充分,造成預應力鋼絲銹蝕斷裂。因此,在采用非硅酸鹽水泥生產PCCP時,應首先進行鋼筋銹蝕試驗,在有數據的支持下方可使用。

1.3水泥中鋁酸三鈣的含量(C3A)

C3A是水泥熟料中的一個主要礦物組成,它是有反應速度快、水化熱高等特點?？煊菜嘀型黾悠浜约涌炷Y速度；低熱水泥中又必須限制其含量,以降低水化熱。C3A的另一個特點是極易與硫酸根SO4-2(如石膏或環(huán)境中的硫酸鹽)反應生成水化硫鋁酸鈣,亦稱鈣礬石。鈣礬石是一種針狀或柱狀的結晶體,在硬化水泥石中生成可產生很大的結晶壓力,最后導致混凝土脹裂。美國的Ⅱ型水泥中C3A的含量要求小于8%。在美國的壓力管手冊(ConcretePressarePipeAWWAM9)中規(guī)定當鋪設環(huán)境中發(fā)現(xiàn)有硫酸鹽侵蝕時,需限定水泥中C3A的含量。具體說,當硫酸濃度小于2g/L時,C3A小于8%；當硫酸濃度大于2g/L時,C3A應小于5%。美國的著名PCCP生產企業(yè)普萊斯兄弟公司的企業(yè)標準中規(guī)定,只能使用Ⅱ型水泥生產PCCP。我國水泥標準中尚無C3A的限制,如果工程有要求,需專門與水泥廠商協(xié)商。山西萬家寨聯(lián)接段工程所用PCCP的生產采用C3A小于8%的限制。

2砂、石集料

從標準的角度分析,美國標淮和我國現(xiàn)行標準沒有本質的區(qū)別。

2.1集料粒徑

建筑工程通常要求粗集料的最大粒徑不超過鋼筋最小間距的1/3,以避免集料過大卡在鋼筋之間無法振搗密實。PCCP管芯中的鋼筋不多(有時會有加強鋼絲網片),可根據具體的管子壁厚按上述要求確定最大粒徑。對于直徑4m的PCCP來說,鋼筒與內模之間的距離約為9cm,建議骨料最大粒徑不要超過3cm。

2.2集料活性

PCCP的設計壽命為50年,因此對骨料活性要求非常嚴格。由于我國北方的集料大部分都具有活性或潛在活性,因此選擇良好集料礦尤為重要。在南水北調中線工程標準《預防混凝土工程堿骨料反應技術條件》(討論稿)中規(guī)定,PCCP中不宜使用堿—硅酸鹽反應疑似活性骨料,即對有潛在活性的骨料也不能使用。標準中還規(guī)定,PCCP屬Ⅲ類工程,屬不允許發(fā)生開裂破壞的工程部位及重要的預制構件；Ⅲ類工程中規(guī)定混凝土中堿含量不大于2.5kg/m3,這樣的要求在PCCP混凝土中很難達到。由于工作壓力及覆土深度的原因,PCCP混凝土的設計標號為C60,其水泥用量多在500kg/m3左右,因此要求水泥中的堿含量小于0.5%,這還未包括外加劑、摻合料中所含的堿。

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