南水北调中线工程北京段决定采用直径4m的预应力钢筒混凝土管(pccp)。pccp在中国发展已有十几年的历史。十几年来无论从生产工艺和质量控制方面, 我国的技术都有了长足的进步, 但也必须承认差距仍然存在。只有正视这种差距才能不断改进国内现有的生产条件和质量控制方法, 中国的pccp行业才能真正与国际接轨。

本文将以原材料控制为例, 对比国内、外pccp质量标准的差别并探讨这些差别背后存在的深层次问题。

1 水泥

1.1 水泥标准

由于国情的原因, 美国目前只有一个水泥标准astm c150《standard speoification for portland cement》, 即通常所说硅酸盐水泥。美国水泥不分标号, 配制不同标号混凝土时, 靠调整水泥用量和外加剂实现。我国的现行硅酸盐水泥标准为gb175-1999《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》。美国的波特兰水泥与我国的硅酸盐水泥基本相对应,都允许在水泥熟料中掺加5%以下的混合材料(如石灰石、粒化高炉矿渣等)。但目前国内大部分pccp的生产企业由于成本等问题普遍采用普通硅酸盐水泥, 这种水泥允许掺入6%—15%的混合材料。硅酸盐水泥与普通硅酸盐水泥对pccp的耐久性影响目前尚无定论, 笔者认为影响不大。

1.2 水泥品种

pccp可采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥。美国的awwa c301中规定,pccp的生产可采用其标准中的Ⅰ型或Ⅱ型水泥, 其中Ⅱ型水泥主要用于有弱硫酸盐侵蚀的环境中。

笔者认为, 在选用水泥品种时要非常慎重。根据有关数据和过去的研究成果, 我国的抗硫酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥的碱度(指氢氧化钙的溶出量)比硅酸盐水泥低。众所周知, 高碱性环境能够在预应力钢丝表面生成一层钝化膜, 防止或阻止钢筋锈蚀。碱度越高, 防锈的效果越好。笔者曾经参加过水管爆裂事故的责任认定会, 正是由于使用了硫铝酸盐水泥制管, 且对管线的铺设环境了解不充分,造成预应力钢丝锈蚀断裂。因此, 在采用非硅酸盐水泥生产pccp时, 应首先进行钢筋锈蚀试验, 在有数据的支持下方可使用。

1.3 水泥中铝酸三钙的含量(c3a)

c3a是水泥熟料中的一个主要矿物组成, 它是有反应速度快、水化热高等特点。快硬水泥中往往要增加其含以加快凝结速度；低热水泥中又必须限制其含量,以降低水化热。c3a的另一个特点是极易与硫酸根so4-2(如石膏或环境中的硫酸盐)反应生成水化硫铝酸钙, 亦称钙矾石。钙矾石是一种针状或柱状的结晶体, 在硬化水泥石中生成可产生很大的结晶压力, 最后导致混凝土胀裂。美国的Ⅱ型水泥中c3a的含量要求小于8%。在美国的压力管手册(concrete pressare pipe awwa m9)中规定当铺设环境中发现有硫酸盐侵蚀时, 需限定水泥中c3a的含量。具体说, 当硫酸浓度小于2g/l时,c3a小于8%；当硫酸浓度大于2g/l时, c3a应小于5%。美国的著名pccp生产企业普莱斯兄弟公司的企业标准中规定, 只能使用Ⅱ型水泥生产pccp。我国水泥标准中尚无c3a的限制, 如果工程有要求, 需专门与水泥厂商协商。山西万家寨联接段工程所用pccp的生产采用c3a小于8%的限制。

2 砂、石集料

从标准的角度分析, 美国标淮和我国现行标准没有本质的区别。

2.1 集料粒径

建筑工程通常要求粗集料的最大粒径不超过钢筋最小间距的1/3, 以避免集料过大卡在钢筋之间无法振捣密实。pccp管芯中的钢筋不多(有时会有加强钢丝网片), 可根据具体的管子壁厚按上述要求确定最大粒径。对于直径4m的pccp来说, 钢筒与内模之间的距离约为9cm,建议骨料最大粒径不要超