北美PCCP的發(fā)展與現(xiàn)狀 —專訪ACPPA主席兼CEO 穆勒先生（Richard I. Mueller，P.E.）

  穆勒先生簡介

  理查德·穆勒（Richard I. Mueller，P.E.）：美國混凝土壓力管道協(xié)會(huì)主席兼CEO；Ameron供水集團(tuán)前任主席；美國預(yù)應(yīng)力鋼絲標(biāo)準(zhǔn)和混凝土壓力管標(biāo)準(zhǔn)的起草人；管道物流概念的倡導(dǎo)者；具有40年的混凝土壓力管設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、運(yùn)營和維護(hù)/保養(yǎng)方面的經(jīng)驗(yàn)。

  【編者按】自上篇"對(duì)話沈之基先生”的文章11月18日發(fā)表后，在業(yè)內(nèi)及許多PCCP應(yīng)用部門引發(fā)了強(qiáng)烈反響。許多讀者希望編者發(fā)表更多此類文章，以客觀、真實(shí)地了解PCCP。本文是中國混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)陳輝博士收集整理了困擾中國PCCP應(yīng)用發(fā)展的一些傳聞和疑問、對(duì)美國混凝土壓力管道協(xié)會(huì)（ACPPA)主席兼CEO穆勒先生進(jìn)行的書面專訪，由李世龍先生和劉川先生翻譯整理，并經(jīng)穆勒先生同意發(fā)表。通過下面的專訪我們可以了解PCCP在北美地區(qū)的實(shí)際發(fā)展歷程。

  由于原材料控制、生產(chǎn)工藝、成本控制、設(shè)計(jì)理論等多方面因素的影響，PCCP在北美地區(qū)經(jīng)歷過曲折的發(fā)展過程，但隨著對(duì)1970年 - 1985年期間經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的分析總結(jié)，并通過將其納入AWWA和ASTM材料標(biāo)準(zhǔn)，已使PCCP技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量不斷完善，PCCP在美國各種輸水工程中得到更加廣泛地應(yīng)用。中國上世紀(jì)八十年代末從美國引進(jìn)PCCP成套工藝生產(chǎn)技術(shù)，中國的PCCP技術(shù)是建立在北美近半個(gè)世紀(jì)的技術(shù)發(fā)展、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)基礎(chǔ)上的，中國現(xiàn)行產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中也很好的沿用了AWWA C301的條款及試驗(yàn)方法，如果說中國PCCP行業(yè)起步階段就免費(fèi)享用了北美PCCP用痛苦的代價(jià)換來的福利也不為過。早在2000年的山西萬家寨引黃工程就專門針對(duì)鋼絲的氫脆性靈敏度試驗(yàn)和部分區(qū)段的環(huán)氧煤瀝青防腐在工程合同文件里做了專門規(guī)定。經(jīng)過近三十年的技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)創(chuàng)新，中國PCCP從成套裝備、標(biāo)準(zhǔn)化、生產(chǎn)技術(shù)和質(zhì)量控制技術(shù)等都較引進(jìn)PCCP技術(shù)之初更加完善和提升。因此，只要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)PCCP進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)營管理，必將證明PCCP確實(shí)是一種綜合性能優(yōu)良的管材，必將在我國的引調(diào)水重大工程中發(fā)揮更加重要的作用。

  前言

  預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）作為一種綜合性能優(yōu)良的大型壓力輸水管材，已經(jīng)成功應(yīng)用于國內(nèi)南水北調(diào)、引黃入晉等眾多的大型長距離輸水工程。PCCP作為一種國外引進(jìn)技術(shù)的產(chǎn)品，在中國落地近30年，盡管已得到廣泛應(yīng)用，但部分用戶對(duì)PCCP的質(zhì)量和性能仍有一些疑問。在全球范圍內(nèi)，北美地區(qū)是目前PCCP應(yīng)用最多的地區(qū)之一，PCCP的歷史也更長，真實(shí)地了解PCCP在北美的發(fā)展及現(xiàn)狀，有利于國內(nèi)用戶對(duì)PCCP的深入了解，增強(qiáng)對(duì)PCCP產(chǎn)品的信心。為此，2017年8月24日中國混凝土與水泥制品協(xié)會(huì)陳輝博士對(duì)ACPPA主席兼CEO穆勒先生通過電子郵件進(jìn)行了專題書面采訪?，F(xiàn)將這次專訪的詳細(xì)內(nèi)容翻譯整理如下（注：下文中的“問”為陳輝博士提問內(nèi)容，“答”為穆勒先生回答內(nèi)容）：

  問：最近關(guān)于美國PCCP生產(chǎn)和應(yīng)用有各種傳說，為此我們想了解一下：PCCP是否仍然是美國公用事業(yè)局感興趣的產(chǎn)品？目前是否有部分公用事業(yè)局決定不使用PCCP了？或大多數(shù)公用事業(yè)局還在使用？換句話說，PCCP是否仍然是輸水工程的好產(chǎn)品？

  答：是的，他們對(duì)PCCP仍然很感興趣。和其他管材一樣，PCCP也必須要經(jīng)過正確的設(shè)計(jì)、正確的制造、正確的安裝和正確的運(yùn)營管理，PCCP管線才能運(yùn)行良好。我喜歡將PCCP與公路、橋梁或其他構(gòu)筑物的預(yù)應(yīng)力混凝土梁進(jìn)行比較，沒有人建議不使用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)梁。以上兩者都是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，但工程師必須明確材料面臨的環(huán)境條件，然后作出相應(yīng)設(shè)計(jì)。

  問：如何評(píng)價(jià)PCCP在美國50多年來的表現(xiàn)？

  答：注意到PCCP在美國的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)是非常重要的。在1970年之前，大多數(shù)PCCP生產(chǎn)商都非常重視技術(shù)，并努力生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。1970年以前，用于PCCP的預(yù)應(yīng)力鋼絲采用的是彈簧絲（高強(qiáng)鋼絲）的標(biāo)準(zhǔn)，并規(guī)定了鋼絲的抗拉強(qiáng)度上限。同樣在1970年之前，用于PCCP保護(hù)層的拌合砂漿是保證了足夠的含水率的，當(dāng)砂漿噴射在旋轉(zhuǎn)的管身上時(shí)，由于砂漿拌合物的濕度可以降低砂漿中顆粒的內(nèi)部摩擦，并使砂漿中骨料顆粒聚集得更緊密，從而使砂漿保護(hù)層具有非常低的吸水率。因此，1970年以前生產(chǎn)的PCCP至今的表現(xiàn)仍然很好。

  在20世紀(jì)70年代，我們經(jīng)歷了“工商管理”的一代畢業(yè)生，他們對(duì)PCCP的技術(shù)方面一無所知，但卻運(yùn)營著Interpace公司這樣世界上最大的PCCP制造商。 Interpace公司決定制作自己的預(yù)應(yīng)力鋼絲，而實(shí)際上他們對(duì)鋼絲性能的掌握并不專業(yè)，他們雖然制定了通過ASTM批準(zhǔn)的專門用于PCCP的預(yù)應(yīng)力鋼絲標(biāo)準(zhǔn)，但該標(biāo)準(zhǔn)卻并沒有對(duì)鋼絲的抗拉強(qiáng)度設(shè)置上限。因?yàn)樵撲摻z的使用在AWWA C301標(biāo)準(zhǔn)中是被允許的，所以其他PCCP制造商也使用了這種鋼絲，同樣他們也不了解鋼絲的性能。這導(dǎo)致鋼絲生產(chǎn)商開始使用快速拉拔法生產(chǎn)鋼絲，從而引起鋼絲過熱并產(chǎn)生“動(dòng)態(tài)應(yīng)變老化”。這種鋼絲對(duì)普通的腐蝕比較敏感，而對(duì)氫脆性異常敏感。有時(shí)，鋼絲開始僅受到一般腐蝕，之后鋼絲腐蝕點(diǎn)處聚集的氫原子會(huì)產(chǎn)生氫脆和造成鋼絲脆斷。

  另外一些情況是，一些對(duì)產(chǎn)品不甚了解的防腐工程師將陰極保護(hù)放在PCCP上，他們并不了解過強(qiáng)的陰極保護(hù)將會(huì)導(dǎo)致PCCP鋼絲表面產(chǎn)生氫原子，反而使具有陰極“過保護(hù)”的管道受到破壞，有的破壞甚至在管道投入使用前就發(fā)生了。在相同的時(shí)間內(nèi)，有幾家PCCP制造商并未采用專業(yè)的制造工藝，而是采用含水率較低的拌合砂漿噴射保護(hù)層生產(chǎn)管道，這些砂漿保護(hù)層比以前的保護(hù)層更多孔，使土壤中的腐蝕性物質(zhì)更容易地侵入到預(yù)應(yīng)力鋼絲。低質(zhì)量的砂漿和易腐蝕的鋼絲，這兩個(gè)主要因素的結(jié)合導(dǎo)致了在20世紀(jì)70年代在美國生產(chǎn)的PCCP有著顯著更高和更快的失效，尤其是由Interpace公司生產(chǎn)的管道。

Iterpace公司生產(chǎn)的PCCP失效管道項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)圖

  注：圖中為Interpace公司生產(chǎn)/安裝的4500萬英尺（13720km）PCCP管道總計(jì)11500個(gè)項(xiàng)目中出現(xiàn)問題的管道項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)（數(shù)據(jù)來源：J.S. Clift, “PCCP – A Perspective on Performance”,presented at the AWWA National Conference, 1991）

  同樣在20世紀(jì)70年代，美國西部的沙漠地區(qū)鋪設(shè)了一大批PCCP。沙漠地區(qū)的問題是，在有河流和小溪的區(qū)域，土壤是飽和的，當(dāng)管道從干燥土壤環(huán)境鋪設(shè)到潮濕土壤的環(huán)境中時(shí)，會(huì)有一個(gè)邊界區(qū)域，其中的鹽會(huì)從潮濕土壤擴(kuò)散到邊界區(qū)域，這時(shí)鋪設(shè)的管道在砂漿保護(hù)層中就會(huì)由于鹽的濃度產(chǎn)生吸附作用。在密實(shí)的砂漿保護(hù)層中，吸附作用雖然需要很長時(shí)間，但是最終在砂漿保護(hù)層中將聚集足夠的氯化物（氯離子），使預(yù)應(yīng)力鋼絲鈍化層破壞，使其生銹甚至斷裂。在大約1980年之前，基于當(dāng)時(shí)管道按照鹽霧試驗(yàn)2.5年是不會(huì)發(fā)生腐蝕的認(rèn)識(shí)，PCCP行業(yè)的期望是只要制造合格的PCCP則可以永久抵抗土壤鹽浸蝕。但不幸的是，鹽霧試驗(yàn)需要持續(xù)很多年才能顯示開始腐蝕，即使在合格地制造和安裝的管道上也是如此。結(jié)果，由于美國東部地區(qū)Interpace公司的“不合格產(chǎn)品”的管道問題，以及美國西部大型PCCP管道出現(xiàn)的一些意想不到的腐蝕問題，使許多客戶對(duì)PCCP的應(yīng)用產(chǎn)生了懷疑。

  從教訓(xùn)中走出，美國PCCP行業(yè)學(xué)習(xí)了很多有關(guān)鋼絲、鋼絲動(dòng)態(tài)應(yīng)變老化機(jī)理以及如何預(yù)防它的知識(shí)。當(dāng)管道鋪設(shè)在干濕交替的環(huán)境中時(shí)，我們學(xué)會(huì)了如何保護(hù)管道免受高濃度鹽的影響，掌握了如何制造始終致密的砂漿保護(hù)層的方法。我們將有關(guān)知識(shí)寫進(jìn)AWWA和ASTM的升級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中，建立了PCCP工廠質(zhì)量審核體系作為美國混凝土壓力管協(xié)會(huì)所有成員的要求，以更好地保證美國和加拿大所有PCCP生產(chǎn)商按照正確的方法生產(chǎn)PCCP。所有這些努力的結(jié)果是，自1984年以來生產(chǎn)的PCCP的失效率已經(jīng)下降到幾乎為零，表現(xiàn)可能比1970年之前更好。PCCP行業(yè)經(jīng)歷了客戶在過去的采購標(biāo)準(zhǔn)中不接受使用PCCP到現(xiàn)在重新使用PCCP的過程。

  問：保護(hù)管道免受開裂和腐蝕的有效措施是什么？

  答：我不知道你提到的是什么樣的開裂。我假設(shè)裂縫是存在于砂漿外保護(hù)層上，因?yàn)楣茏觾?nèi)壁的開裂通常不會(huì)造成失效。為了避免外部裂縫，必須嚴(yán)格遵循AWWA C301和AWWA C304中關(guān)于設(shè)計(jì)和砂漿保護(hù)層的技術(shù)要求（包括在高溫炎熱地區(qū)防止太陽暴曬），如果不按照上面的要求做，是有可能出問題的。此外，我知道在美國某個(gè)大的公用事業(yè)局對(duì)他們的管道進(jìn)行流量測(cè)試時(shí)，他們當(dāng)時(shí)沒有注意到閥門是關(guān)閉的，不斷增加管道壓力，直至部分管道發(fā)生爆裂時(shí)，才意識(shí)到已經(jīng)有相當(dāng)多的管道承受了超高壓力，我們確信這些管道外壁砂漿保護(hù)層已經(jīng)開裂，所以最終他們不得不將整條管線增加了陰極保護(hù)設(shè)施。

  問：大直徑的和較高的工作壓力（超過0.8MPa）的PCCP是否會(huì)更容易導(dǎo)致砂漿保護(hù)層表面的開裂？

  答：不會(huì)的！管道只要合理地設(shè)計(jì)、制造、安裝和操作運(yùn)行， PCCP在超過2MPa的壓力下依然表現(xiàn)良好。

倒虹吸管，直徑6.4m，覆土深度7.6m

圖中PCCP項(xiàng)目地址：美國亞利桑那州

  問：在美國水廠管線中采用PCCP有什么趨勢(shì)，最重要的原因是什么？

  答：在美國，人工成本昂貴，所以即使每英尺PCCP材料成本比鋼管少，但PCCP需要比鋼管更多的人工，所以PCCP的出廠價(jià)格要比鋼管貴。此外，由于鋼管更輕，可以比PCCP具有更大的運(yùn)輸量，因此每英尺PCCP的運(yùn)輸成本高于鋼管。目前至少有一家PCCP制造商重新設(shè)計(jì)了他們的管道生產(chǎn)線，使其具有較高自動(dòng)化的PCCP生產(chǎn)水平，同時(shí)仍然保持嚴(yán)格的質(zhì)量控制，因此他們對(duì)鋼管仍具有成本競爭力，但這家只是特例而非普遍現(xiàn)象。此外，在有些情況下，設(shè)計(jì)工程師允許PCCP鋪設(shè)在低成本的基礎(chǔ)上，而在另一些情況下則不允許，所有這些問題都會(huì)影響PCCP的成本競爭力。雖然目前仍然有個(gè)別公用事業(yè)局由于過去的管道出現(xiàn)的問題而不使用PCCP，但是這個(gè)數(shù)字正在減少。

  問：請(qǐng)問你可以給我發(fā)送你在兩年前（編者注：2015年10月）在中國做的演講嗎？是pdf格式的。我們將組織一個(gè)關(guān)于PCCP發(fā)展的論壇，并希望邀請(qǐng)您出席和發(fā)表演講，我們也可以先訪問您，以便對(duì)PCCP的問題進(jìn)行深入的交流。

  答：非常感謝您的時(shí)間和考慮。不知道我還能再提供什么信息，我力爭囊括我演講中的所有內(nèi)容，并在這里重復(fù)了很多。無論如何，我都可以提供你所需要的任何信息。您也可以查看我們的acppa.org <http://acppa.org/>網(wǎng)站的“Technical Resources”頁面。所有的信息都是最新的，相當(dāng)全面的。

  我再補(bǔ)充我的一些看法，這并不意味著要有意貶低，而是要直面事實(shí)。以我40年的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，以及從至少三家美國的PCCP廠訪問中國后了解到的第一手觀察資料，我略有知曉中國PCCP面臨的困境。美國和加拿大PCCP生產(chǎn)商在1970 - 1985年間走過彎路，我們已經(jīng)撰寫了這些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并將其納入了AWWA和ASTM材料標(biāo)準(zhǔn)以及ACPPA網(wǎng)站。PCCP絕不允許存在不合格的材料或制造技術(shù)，如果PCCP行業(yè)在中國要繼續(xù)良性發(fā)展，PCCP制造商需要審視每一個(gè)細(xì)節(jié)。不要讓20世紀(jì)70年代的美國歷史在中國重演。

  后記

  （本文經(jīng)整理后，我們?cè)僖淮瓮ㄟ^郵件和穆勒先生就譯文的準(zhǔn)確性進(jìn)行了溝通，穆勒先生請(qǐng)他懂中文的同事對(duì)本譯文進(jìn)行了認(rèn)真審核。經(jīng)穆勒先生本人同意，本文內(nèi)容可以公開發(fā)表?。┠吕障壬诨貜?fù)郵件時(shí)最后說到：

  需要強(qiáng)調(diào)的是如果經(jīng)過了正確的制造、安裝和操作運(yùn)行，PCCP將在非常長的時(shí)間內(nèi)運(yùn)行良好。 兩年前我做的報(bào)告列出了多年來隨著美國PCCP安裝環(huán)境（和數(shù)量）的增加遇到的許多不可預(yù)見的問題。 另外，AWWA規(guī)范和腐蝕性環(huán)境設(shè)計(jì)程序的變化于20世紀(jì)90年代初開始發(fā)布實(shí)施（此時(shí)我們還對(duì)所有PCCP生產(chǎn)線進(jìn)行了強(qiáng)制性審核，以確保每個(gè)都符合最低質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)），從那時(shí)開始， 除了由于安裝錯(cuò)誤（如管道鋪設(shè)在大型巖石上），PCCP的失效現(xiàn)象沒有再次發(fā)生。