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)會主席兼CEO；Ameron供水集團前任主席；美國預應力鋼絲標準和混凝土壓力管標準的起草人；管道物流概念的倡導者；具有40年的混凝土壓力管設計、生產、安裝、運營和維護/保養(yǎng)方面的經驗。

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

  由于原材料控制、生產工藝、成本控制、設計理論等多方面因素的影響，PCCP在北美地區(qū)經歷過曲折的發(fā)展過程，但隨著對1970年 - 1985年期間經驗和教訓的分析總結，并通過將其納入AWWA和ASTM材料標準，已使PCCP技術、標準和質量不斷完善，PCCP在美國各種輸水工程中得到更加廣泛地應用。中國上世紀八十年代末從美國引進PCCP成套工藝生產技術，中國的PCCP技術是建立在北美近半個世紀的技術發(fā)展、經驗總結基礎上的，中國現(xiàn)行產品標準中也很好的沿用了AWWA C301的條款及試驗方法，如果說中國PCCP行業(yè)起步階段就免費享用了北美PCCP用痛苦的代價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鋼絲的氫脆性靈敏度試驗和部分區(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。經過近三十年的技術進步和技術創(chuàng)新，中國PCCP從成套裝備、標準化、生產技術和質量控制技術等都較引進PCCP技術之初更加完善和提升。因此，只要嚴格按照標準和規(guī)范對PCCP進行設計、制造、安裝和運營管理，必將證明PCCP確實是一種綜合性能優(yōu)良的管材，必將在我國的引調水重大工程中發(fā)揮更加重要的作用。

  前言

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

  問：最近關于美國PCCP生產和應用有各種傳說，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品？

  答：是的，他們對PCCP仍然很感興趣。和其他管材一樣，PCCP也必須要經過正確的設計、正確的制造、正確的安裝和正確的運營管理，PCCP管線才能運行良好。我喜歡將PCCP與公路、橋梁或其他構筑物的預應力混凝土梁進行比較，沒有人建議不使用預應力混凝土結構梁。以上兩者都是預應力混凝土結構，但工程師必須明確材料面臨的環(huán)境條件，然后作出相應設計。

  問：如何評價PCCP在美國50多年來的表現(xiàn)？

  答：注意到PCCP在美國的經驗教訓是非常重要的。在1970年之前，大多數(shù)PCCP生產商都非常重視技術，并努力生產出優(yōu)質的產品。1970年以前，用于PCCP的預應力鋼絲采用的是彈簧絲（高強鋼絲）的標準，并規(guī)定了鋼絲的抗拉強度上限。同樣在1970年之前，用于PCCP保護層的拌合砂漿是保證了足夠的含水率的，當砂漿噴射在旋轉的管身上時，由于砂漿拌合物的濕度可以降低砂漿中顆粒的內部摩擦，并使砂漿中骨料顆粒聚集得更緊密，從而使砂漿保護層具有非常低的吸水率。因此，1970年以前生產的PCCP至今的表現(xiàn)仍然很好。

  在20世紀70年代，我們經歷了“工商管理”的一代畢業(yè)生，他們對PCCP的技術方面一無所知，但卻運營著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應力鋼絲，而實際上他們對鋼絲性能的掌握并不專業(yè)，他們雖然制定了通過ASTM批準的專門用于PCCP的預應力鋼絲標準，但該標準卻并沒有對鋼絲的抗拉強度設置上限。因為該鋼絲的使用在AWWA C301標準中是被允許的，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。這導致鋼絲生產商開始使用快速拉拔法生產鋼絲，從而引起鋼絲過熱并產生“動態(tài)應變老化”。這種鋼絲對普通的腐蝕比較敏感，而對氫脆性異常敏感。有時，鋼絲開始僅受到一般腐蝕，之后鋼絲腐蝕點處聚集的氫原子會產生氫脆和造成鋼絲脆斷。

  另外一些情況是，一些對產品不甚了解的防腐工程師將陰極保護放在PCCP上，他們并不了解過強的陰極保護將會導致PCCP鋼絲表面產生氫原子，反而使具有陰極“過保護”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。在相同的時間內，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層生產管道，這些砂漿保護層比以前的保護層更多孔，使土壤中的腐蝕性物質更容易地侵入到預應力鋼絲。低質量的砂漿和易腐蝕的鋼絲，這兩個主要因素的結合導致了在20世紀70年代在美國生產的PCCP有著顯著更高和更快的失效，尤其是由Interpace公司生產的管道。

Iterpace公司生產的PCCP失效管道項目統(tǒng)計圖

  注：圖中為Interpace公司生產/安裝的4500萬英尺（13720km）PCCP管道總計11500個項目中出現(xiàn)問題的管道項目統(tǒng)計（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70年代，美國西部的沙漠地區(qū)鋪設了一大批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，當管道從干燥土壤環(huán)境鋪設到潮濕土壤的環(huán)境中時，會有一個邊界區(qū)域，其中的鹽會從潮濕土壤擴散到邊界區(qū)域，這時鋪設的管道在砂漿保護層中就會由于鹽的濃度產生吸附作用。在密實的砂漿保護層中，吸附作用雖然需要很長時間，但是最終在砂漿保護層中將聚集足夠的氯化物（氯離子），使預應力鋼絲鈍化層破壞，使其生銹甚至斷裂。在大約1980年之前，基于當時管道按照鹽霧試驗2.5年是不會發(fā)生腐蝕的認識，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。結果，由于美國東部地區(qū)Interpace公司的“不合格產品”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PCCP的應用產生了懷疑。

  從教訓中走出，美國PCCP行業(yè)學習了很多有關鋼絲、鋼絲動態(tài)應變老化機理以及如何預防它的知識。當管道鋪設在干濕交替的環(huán)境中時，我們學會了如何保護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層的方法。我們將有關知識寫進AWWA和ASTM的升級標準中，建立了PCCP工廠質量審核體系作為美國混凝土壓力管協(xié)會所有成員的要求，以更好地保證美國和加拿大所有PCCP生產商按照正確的方法生產PCCP。所有這些努力的結果是，自1984年以來生產的PCCP的失效率已經下降到幾乎為零，表現(xiàn)可能比1970年之前更好。PCCP行業(yè)經歷了客戶在過去的采購標準中不接受使用PCCP到現(xiàn)在重新使用PCCP的過程。

  問：保護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。我假設裂縫是存在于砂漿外保護層上，因為管子內壁的開裂通常不會造成失效。為了避免外部裂縫，必須嚴格遵循AWWA C301和AWWA C304中關于設計和砂漿保護層的技術要求（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，我知道在美國某個大的公用事業(yè)局對他們的管道進行流量測試時，他們當時沒有注意到閥門是關閉的，不斷增加管道壓力，直至部分管道發(fā)生爆裂時，才意識到已經有相當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層已經開裂，所以最終他們不得不將整條管線增加了陰極保護設施。

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

  答：不會的！管道只要合理地設計、制造、安裝和操作運行， 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，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的出廠價格要比鋼管貴。此外，由于鋼管更輕，可以比PCCP具有更大的運輸量，因此每英尺PCCP的運輸成本高于鋼管。目前至少有一家PCCP制造商重新設計了他們的管道生產線，使其具有較高自動化的PCCP生產水平，同時仍然保持嚴格的質量控制，因此他們對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，設計工程師允許PCCP鋪設在低成本的基礎上，而在另一些情況下則不允許，所有這些問題都會影響PCCP的成本競爭力。雖然目前仍然有個別公用事業(yè)局由于過去的管道出現(xiàn)的問題而不使用PCCP，但是這個數(shù)字正在減少。

  問：請問你可以給我發(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。我們將組織一個關于PCCP發(fā)展的論壇，并希望邀請您出席和發(fā)表演講，我們也可以先訪問您，以便對PCCP的問題進行深入的交流。

  答：非常感謝您的時間和考慮。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容，并在這里重復了很多。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/>網站的“Technical Resources”頁面。所有的信息都是最新的，相當全面的。

  我再補充我的一些看法，這并不意味著要有意貶低，而是要直面事實。以我40年的從業(yè)經驗，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生產商在1970 - 1985年間走過彎路，我們已經撰寫了這些經驗教訓，并將其納入了AWWA和ASTM材料標準以及ACPPA網站。PCCP絕不允許存在不合格的材料或制造技術，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細節(jié)。不要讓20世紀70年代的美國歷史在中國重演。

  后記

  （本文經整理后，我們再一次通過郵件和穆勒先生就譯文的準確性進行了溝通，穆勒先生請他懂中文的同事對本譯文進行了認真審核。經穆勒先生本人同意，本文內容可以公開發(fā)表?。┠吕障壬诨貜袜]件時最后說到：

  需要強調的是如果經過了正確的制造、安裝和操作運行，PCCP將在非常長的時間內運行良好。 兩年前我做的報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見的問題。 另外，AWWA規(guī)范和腐蝕性環(huán)境設計程序的變化于20世紀90年代初開始發(fā)布實施（此時我們還對所有PCCP生產線進行了強制性審核，以確保每個都符合最低質量標準），從那時開始， 除了由于安裝錯誤（如管道鋪設在大型巖石上），PCCP的失效現(xiàn)象沒有再次發(fā)生。