南水北調(diào)用PCCP原材料控制探討

　　南水北調(diào)中線工程北京段決定采用直徑4m的預(yù)應(yīng)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(chǎn)工藝和質(zhì)量控制方面,我國的技術(shù)都有了長足的進(jìn)步,但也必須承認(rèn)差距仍然存在。只有正視這種差距才能不斷改進(jìn)國內(nèi)現(xiàn)有的生產(chǎn)條件和質(zhì)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(nèi)、外PCCP質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)

由于國情的原因,美國目前只有一個水泥標(biāo)準(zhǔn)ASTMC150《StandardSpeoificationForPortlandCement》,即通常所說硅酸鹽水泥。美國水泥不分標(biāo)號,配制不同標(biāo)號混凝土?xí)r,靠調(diào)整水泥用量和外加劑實(shí)現(xiàn)。我國的現(xiàn)行硅酸鹽水泥標(biāo)準(zhǔn)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(yīng),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(nèi)大部分PCCP的生產(chǎn)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(rèn)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(chǎn)可采用其標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)為,在選用水泥品種時要非常慎重。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)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(yù)應(yīng)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(jīng)參加過水管爆裂事故的責(zé)任認(rèn)定會,正是由于使用了硫鋁酸鹽水泥制管,且對管線的鋪設(shè)環(huán)境了解不充分,造成預(yù)應(yīng)力鋼絲銹蝕斷裂。因此,在采用非硅酸鹽水泥生產(chǎn)PCCP時,應(yīng)首先進(jìn)行鋼筋銹蝕試驗(yàn),在有數(shù)據(jù)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(yīng)速度快、水化熱高等特點(diǎn)?？煊菜嘀型黾悠浜约涌炷Y(jié)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(diǎn)是極易與硫酸根SO4-2(如石膏或環(huán)境中的硫酸鹽)反應(yīng)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(jié)晶體,在硬化水泥石中生成可產(chǎn)生很大的結(jié)晶壓力,最后導(dǎo)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(dāng)鋪設(shè)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(dāng)硫酸濃度小于2g/L時,C3A小于8%；當(dāng)硫酸濃度大于2g/L時,C3A應(yīng)小于5%。美國的著名PCCP生產(chǎn)企業(yè)普萊斯兄弟公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,只能使用Ⅱ型水泥生產(chǎn)PCCP。我國水泥標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)采用C3A小于8%的限制。

2砂、石集料

從標(biāo)準(zhǔn)的角度分析,美國標(biāo)淮和我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)沒有本質(zhì)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(shí)。PCCP管芯中的鋼筋不多(有時會有加強(qiáng)鋼絲網(wǎng)片),可根據(jù)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(nèi)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(shè)計(jì)壽命為50年,因此對骨料活性要求非常嚴(yán)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(diào)中線工程標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)防混凝土工程堿骨料反應(yīng)技術(shù)條件》(討論稿)中規(guī)定,PCCP中不宜使用堿—硅酸鹽反應(yīng)疑似活性骨料,即對有潛在活性的骨料也不能使用。標(biāo)準(zhǔn)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(yù)制構(gòu)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(dá)到。由于工作壓力及覆土深度的原因,PCCP混凝土的設(shè)計(jì)標(biāo)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。

本新聞共3頁,當(dāng)前在第1頁123