pccp發(fā)展的現(xiàn)狀與未來

1、PCCP在中國(guó)的現(xiàn)狀與未來編輯課件鋼筒混凝土管芯預(yù)應(yīng)力鋼絲水泥砂漿保護(hù)層第二層預(yù)應(yīng)力鋼絲第二層水泥砂漿保護(hù)層PCCP標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)示意圖編輯課件 PCCP是預(yù)應(yīng)力混凝土鋼筒（Prestressed Concrete Cylinder Pipe）的英文縮寫，起源于法國(guó)。1894年法國(guó)Bonna公司的創(chuàng)始人Aime Bonna發(fā)明了帶鋼筒的混凝土管，并申請(qǐng)了專利。1900年世界博覽會(huì)上此項(xiàng)發(fā)明獲得兩項(xiàng)金獎(jiǎng)。PCCP的起源編輯課件PCCP的早期發(fā)展 1940年以后代，歐美各國(guó)競(jìng)相研制開發(fā)。國(guó)際主要制造商有：美國(guó)Ameron公司、Price Brothers公司、法國(guó)Bonna公司、德國(guó)Dyckerhoff

2、Wildman公司、意大利Casagrande公司、Vianini公司等。編輯課件PCCP在中國(guó)的誕生 上世紀(jì)80年代末，當(dāng)時(shí)的水電部為解決電廠的冷卻水循環(huán)管道問題特成立了“大管組”，負(fù)責(zé)研發(fā)生產(chǎn)大口徑循環(huán)水管。 “大管組”通過對(duì)美國(guó)的考察一致認(rèn)為PCCP是最適合中國(guó)國(guó)情及工程要求的管材。 之后，山東電力管道工程公司和無錫華毅管道公司通過引進(jìn)部分設(shè)備的方法，從美國(guó)AMERON引進(jìn)了生產(chǎn)技術(shù)，從此中國(guó)有了PCCP。編輯課件PCCP在中國(guó)的誕生 更有代表性的是1992在深圳成立了中美合資的深圳太陽(yáng)管道有限公司，全套引進(jìn)了PRICE BROTHERS 公司生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)，也標(biāo)志著中國(guó)產(chǎn)PCCP走向了

3、國(guó)際水平。編輯課件PCCP在中國(guó)的誕生 本人參加了我國(guó)第一條PCCP生產(chǎn)線的引進(jìn)工作，并赴美國(guó)接受質(zhì)量管理的培訓(xùn)。 早些時(shí)候還參加了南京水泥制管廠研發(fā)自己的PCCP。編輯課件 經(jīng)過20多年的發(fā)展PCCP已經(jīng)成為應(yīng)用最廣輸水管材。據(jù)中國(guó)水泥制品協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，目前PCCP的年使用量已經(jīng)超過1500km，幾乎所有大型水利調(diào)水工程都采用了PCCP。編輯課件 代表性工程1.山西省萬(wàn)家寨引黃工程（一期、二期）2.哈爾濱磨盤山引水工程（一期、二期）3.遼寧大伙房水庫(kù)引水工程（一期、二期）4.北京市南水北調(diào)京石段應(yīng)急供水工程5.南水北調(diào)河北段、河南段配套工程編輯課件在施項(xiàng)目和正在啟動(dòng)的項(xiàng)目1.遼西供水工程2.鄂

4、西供水工程3.吉林省中部城市引松供水工程 編輯課件工程特點(diǎn)1.輸水線路長(zhǎng)。上述每一工程都在百公里 以上，最長(zhǎng)的達(dá)900多公里；2.管道口徑大。PCCP常用的輸水口徑為DN1600-3000，最大的達(dá)DN4000；3.覆土深。以上工程的平均覆土都在4米以上，有些區(qū)段覆土達(dá)10米。編輯課件轟轟烈烈背后 美國(guó)水工協(xié)會(huì)（AWWA）下面的一個(gè)基金會(huì)（AWWARF）曾對(duì)PCCP在美國(guó)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了調(diào)研，結(jié)果是60年（從1940年代開始）累計(jì)30000km PCCP中發(fā)生爆管或滲漏需要更換管道的事故435次。假設(shè)爆管和滲漏各占50%，爆管頻率大約每百公里0.7次。還有傳言說美國(guó)已經(jīng)全面停用PCCP等。編輯

5、課件 PCCP能夠承受高工壓和深覆土其中的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲起著至關(guān)重要的作用，PCCP爆管必然與鋼絲有關(guān)，也是需要引起高度重視的部件。編輯課件美國(guó)混凝土壓力管協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)資料（ACPPA）編輯課件 1970年代由于使用一種被稱為級(jí)的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絲，使爆管頻率大幅增加。這種鋼絲的強(qiáng)度很高，同時(shí)拉拔溫度也很高。后期的研究發(fā)現(xiàn)，過度的拉拔雖然使鋼絲的強(qiáng)度大幅度增加，同時(shí)也使韌性下降。級(jí)鋼筋出現(xiàn)氫脆的可能性是級(jí)鋼絲的20-40倍。編輯課件 在1984年版AWWA C301和ASTM A648標(biāo)準(zhǔn)中不允許再將級(jí)鋼絲用于PCCP管的生產(chǎn)，同時(shí)增加了相應(yīng)的試驗(yàn)程序，如增加了鋼絲扭轉(zhuǎn)、徑縮等試驗(yàn)內(nèi)容。編輯課件美國(guó)A

6、WWA組織及標(biāo)準(zhǔn) AWWA是American Water Works Association的簡(jiǎn)稱，在中國(guó)稱美國(guó)水工協(xié)會(huì)。 AWWA C301就是PCCP的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)于我國(guó)的協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)。 AWWA C301標(biāo)準(zhǔn)第一版是1949年制定的，隨后52年、55年、63年、72年、79年、84年、92年、99年、2007年、2014年，目前最新版是2014版編輯課件 除去由于劣質(zhì)鋼絲引起的爆管因素，PCCP在美國(guó)的爆管率大約為0.45次/100km，與其他類型的管道相比并不高。我國(guó)絕大部分管廠都是90年以后的，應(yīng)該說免費(fèi)享用了別人用代價(jià)換來的福利。編輯課件 2013年加拿大PURE TECHNOLOG

7、IES公司應(yīng)邀來華對(duì)某工程的管道進(jìn)行檢測(cè)，所采用的方法是電磁回波法。發(fā)現(xiàn)一條使用了近10年的PCCP管線部分管節(jié)綱絲出現(xiàn)了腐蝕。為了證實(shí)檢測(cè)結(jié)果將一根腐蝕嚴(yán)重的管道挖出，證明了檢測(cè)結(jié)果的正確。編輯課件 電磁波無損檢測(cè)技術(shù)以前這種技術(shù)就被廣泛應(yīng)用于鋼管的檢測(cè)中，現(xiàn)在已屬于比較成熟的檢測(cè)方法。但是把這種技術(shù)應(yīng)用于PCCP的檢測(cè)乃是近幾年的事，準(zhǔn)確率也還不能令人滿意。PCCP中的鋼筒、雙層纏絲、陰極保護(hù)鋼帶、鋼絲接頭和錨固、以及承插口附近電磁信號(hào)的不連續(xù)性都會(huì)造成測(cè)量錯(cuò)誤。編輯課件 為了驗(yàn)證電磁無損檢測(cè)斷絲的準(zhǔn)確率，特邀請(qǐng)加拿大PURE TECHNOLOGIES公司到北京韓建河山管業(yè)股份有限公司北京

8、事業(yè)部進(jìn)行實(shí)地測(cè)量。具體做法是：在測(cè)量人員不知情的情況下將幾根作為樣品陳列的PCCP預(yù)先在不同的位置切斷鋼絲，之后用水泥砂漿覆蓋。編輯課件 測(cè)量結(jié)果顯示電磁回波方法的檢測(cè)的斷絲準(zhǔn)確率約70-80%，斷絲位置的的準(zhǔn)確率還要低一些，這種方法還在不斷的該進(jìn)和提高當(dāng)中。下圖是一個(gè)典型的檢測(cè)圖形，箭頭指出為斷絲部位。編輯課件預(yù)應(yīng)力鋼絲斷絲對(duì)PCCP究竟有多大影響？編輯課件 據(jù)PURE TECHNOLOGIES公司介紹，2010年新疆一條正在使用PCCP管道發(fā)現(xiàn)有斷絲現(xiàn)象，并在2年之后再次測(cè)量，發(fā)現(xiàn)斷絲現(xiàn)象有緩慢進(jìn)展，在此期間管道一直處于運(yùn)行狀態(tài)。編輯課件 2008年在國(guó)家科技部“十一五”的一個(gè)攻關(guān)項(xiàng)目中

9、對(duì)PCCP的斷絲數(shù)量及對(duì)管道的影響進(jìn)行了研究。編輯課件 將成品管的保護(hù)層剔除一部分，讓鋼筋外露，在管道受外（內(nèi)）壓力的條件下逐根切斷鋼絲，通過檢測(cè)管體整體變形情況判斷鋼絲斷絲數(shù)量對(duì)管體的影響。編輯課件 結(jié)論 鋼絲被切斷25根以后，管內(nèi)壁出現(xiàn)了一條細(xì)小的裂縫。編輯課件 2014年在另外一個(gè)科研項(xiàng)目中進(jìn)行的內(nèi)水壓斷絲試驗(yàn)得到了相同的驗(yàn)證編輯課件 2014年中國(guó)水泥與混凝土制品協(xié)會(huì)組織相關(guān)企業(yè)去美國(guó)考察PCCP的生產(chǎn)情況，據(jù)美國(guó)混凝土壓力管協(xié)會(huì)主席Richard L. Mueller先生介紹，美國(guó)也有不少正在運(yùn)行的管道被查出有斷絲現(xiàn)象，但一般并不被重視。只有兩種情況才需要特別重視，1.斷絲數(shù)量很多；

10、2.連續(xù)斷絲（發(fā)展很快）。編輯課件鋼絲腐蝕（斷絲）微觀機(jī)理的研究編輯課件 為了弄清綱絲腐蝕的原因，特邀了國(guó)家新材料領(lǐng)域“863”專家、鋼鐵研究總院專家、特殊鋼研究所和中國(guó)建筑材料研究總院的幾位專家對(duì)有關(guān)問題進(jìn)行了會(huì)診，并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。 所有腐蝕鋼絲的樣品均取自前面提到的那條使用了近十年的管道。編輯課件問題鋼絲腐蝕外觀編輯課件編輯課件編輯課件新舊鋼絲橫截面金相照片編輯課件新舊鋼絲縱截面金相照片編輯課件鋼絲腐蝕（斷裂）微觀原因分析 綜合考慮鋼絲服役環(huán)境對(duì)其斷裂原因進(jìn)行推斷，氫致延遲斷裂的可能性最大。編輯課件什么是氫致延遲斷裂 氫不僅在晶格間隙存在，還以原子形態(tài)存在于空位、位錯(cuò)、晶界、第二相微粒

11、和微孔洞等組織缺陷處，這些缺陷位置作為氫陷阱捕獲侵入材料內(nèi)部的氫，鋼中的位錯(cuò)等缺陷濃度越高吸氫量越大編輯課件 氫原子在缺陷處聚集結(jié)合將形成氫分子，氫原子結(jié)合成氫分子時(shí)體積急劇增加，從而產(chǎn)生很大內(nèi)壓，當(dāng)該壓力超過材料強(qiáng)度極限時(shí)，將在該處形成裂紋核，由于氫致裂紋存在這種氫的擴(kuò)散、聚集，需要一定的時(shí)間，因此這種氫導(dǎo)致的開裂被稱為氫致延遲斷裂。編輯課件CSiMnPSH問題鋼絲0.840.250.800.0100.00380.0001新鋼絲0.790.250.760.0140.0060.0000預(yù)應(yīng)力鋼絲化學(xué)成分（wt%）編輯課件 當(dāng)處于張應(yīng)力作用下時(shí)，氫的擴(kuò)散將被加速，將進(jìn)一步促進(jìn)和加速氫致延遲斷裂的

12、發(fā)生。編輯課件鋼絲腐蝕（斷絲）宏觀成因分析編輯課件一、砂漿保護(hù)層1.水泥砂漿的高堿度是防止鋼絲 銹蝕非常有效的保護(hù)措施；2. 防止鋼絲機(jī)械損傷。缺點(diǎn)： 砂漿保護(hù)層置于鋼絲之外，沒有預(yù)壓應(yīng)力，屬于PCCP最薄弱的部分，在制作、運(yùn)輸和安裝過程中都有可能損壞，使其失去功能。編輯課件二、土壤中的腐蝕介質(zhì) 完好的高堿度砂漿保護(hù)層在干凈的地下水環(huán)境能夠給PCCP提供非常好的保護(hù)，卻無法抵御帶有酸性的腐蝕性介質(zhì)，因?yàn)樗嵝阅軌蚺c砂漿中的堿發(fā)生反應(yīng)，破壞砂漿自身致密結(jié)構(gòu)和鋼絲所處的堿性環(huán)境，鋼絲很快就暴露在腐蝕環(huán)境中。 通常酸根離子濃度超過2000ppm就需要采取除保護(hù)層以外的防腐措施了。編輯課件三、雜散電流

13、管道鋪設(shè)在干燥的土壤中或在地面之上、或管道上面有高壓線或走電車等情況都是容易產(chǎn)生雜散電流的環(huán)境。在這種環(huán)境下PCCP中的金屬與土壤形之間產(chǎn)生電勢(shì)差，從而形成電流。電流會(huì)帶走金屬中賴以平衡的電子，即金屬被氧化。這是一種電化學(xué)腐蝕，與保護(hù)層是否完好基本無關(guān)。編輯課件四、管道安裝 每一節(jié)PCCP都是根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)出來的，其中的某些參數(shù)是對(duì)管道安裝提出的要求，如管溝的支撐角。如果管溝墊層厚度不夠或管“腋下”不能有效回填都可能達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的支撐角度，結(jié)果就是PCCP兩側(cè)90度處砂漿被拉裂，失去對(duì)鋼絲的保護(hù)作用。（例)編輯課件1600280036004000很難夯實(shí)編輯課件不同管溝支撐角與管體底部受力

14、示意圖編輯課件五、鋼絲的質(zhì)量 84版AWWA C301不允許再將級(jí)鋼絲用于PCCP管的生產(chǎn)后同時(shí)對(duì)鋼絲增加了氫脆試驗(yàn)的內(nèi)容，目的在于促使鋼絲的生產(chǎn)廠家對(duì)其原材料、生產(chǎn)過程進(jìn)行嚴(yán)格控制。造成金屬容易發(fā)生氫脆有很多原因，用于拉拔鋼絲的原材料、拉拔過程造成的金屬晶格變形的嚴(yán)重程度（過度拉拔）、拉拔鋼絲時(shí)的溫度等。 另外，金屬在高應(yīng)力狀態(tài)對(duì)氫離子特別敏感，氫脆速度也較無應(yīng)力狀態(tài)快得多。編輯課件防止鋼絲腐蝕的基本對(duì)策編輯課件提高砂漿保護(hù)層的制作質(zhì)量通過改進(jìn)噴射輥輪結(jié)構(gòu)、提高電機(jī)功率的方提高了砂漿保護(hù)層的密實(shí)度；保護(hù)層砂漿的配合比建議不要大于1:2.5（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不大于1:3），水泥用量增加不但有利于提高保

15、護(hù)層的密實(shí)度，還能提高鋼絲外部的堿性環(huán)境，加厚鈍化膜的厚度；盡量避免在低溫下進(jìn)行保護(hù)層的制作；堅(jiān)決杜絕使用硫鋁酸鹽水泥制作保護(hù)層。編輯課件強(qiáng)化管道安裝的質(zhì)量要求 溝槽的平整穩(wěn)定、墊層的厚度、回填土的均勻及夯實(shí)都必須嚴(yán)格要求。 施工現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量監(jiān)管比工廠更難實(shí)施。因此，有些工程會(huì)把施工中的一些無法控制的因素變成對(duì)管道的過度要求，這是一種非常錯(cuò)誤的做法。（例）編輯課件最先進(jìn)的管溝基礎(chǔ)制作方式編輯課件增加環(huán)氧煤瀝青防腐涂層 在有腐蝕介質(zhì)存在或土壤條件可能變壞的情況下強(qiáng)烈建議增加環(huán)氧煤瀝青防腐涂層。 環(huán)氧煤瀝青涂層具有比較高的機(jī)械強(qiáng)度，附著力好，極限延伸率是水泥砂漿的十幾倍到幾十倍。高質(zhì)量的環(huán)氧煤瀝青涂

16、層在管外能夠形成一個(gè)完整的隔離層，將腐蝕介質(zhì)與高強(qiáng)鋼絲隔離開。 編輯課件關(guān)于陰極保護(hù)措施的采用 陰極保護(hù)是一種電化學(xué)的防腐措施,在金屬管道中已經(jīng)普遍采用，但在PCCP中使用還不成熟。在這種情況下陰極保護(hù)措施要慎重采用，因?yàn)椋煌椎年帢O保護(hù)非但不能防止鋼絲腐蝕還有可能加速腐蝕。編輯課件提高鋼絲本身質(zhì)量 幾乎所有招標(biāo)文件中都詳細(xì)寫明了鋼絲氫脆試驗(yàn)的方法及判定標(biāo)準(zhǔn)，但很少有人了解其真正含義，執(zhí)行時(shí)也存在偏差。 建議有關(guān)鋼絲生產(chǎn)廠家與管道生產(chǎn)廠家聯(lián)合組成專題研究小組對(duì)鋼絲的氫脆性能進(jìn)行研究.編輯課件使用了30年后PCCP中的鋼板 2022/7/30編輯課件管道運(yùn)行及維護(hù)綜合成本比較2022/7/30編

17、輯課件中國(guó)的PCCP工業(yè)在不斷的進(jìn)步中1.標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)步 作為指導(dǎo)PCCP生產(chǎn)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19685 “預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管”從92年第一版行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開始就擯棄了以往國(guó)家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的書寫方法，注重了過程控制的環(huán)節(jié)，并跟隨了國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的“步伐”，非常有效地避免了PCCP曾經(jīng)走過的彎路。（此標(biāo)準(zhǔn)獲國(guó)標(biāo)委和質(zhì)監(jiān)總局聯(lián)合頒發(fā)的“中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新貢獻(xiàn)將”）編輯課件中國(guó)的PCCP工業(yè)在不斷的進(jìn)步中2.鋼絲品質(zhì)的提升 由于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的引導(dǎo)，我國(guó)絕大部分PCCP廠從一開始就執(zhí)行相當(dāng)于92版的AWWA C301的要求，擯棄了過去“三階段”管所用的調(diào)直回火鋼絲，要求鋼絲必須通過扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)和頸縮試驗(yàn)。 鋼絲標(biāo)準(zhǔn)GB/T52

18、23中增加了拉拔溫度180的要求。同時(shí)增加了氫脆試驗(yàn)的內(nèi)容。編輯課件中國(guó)的PCCP工業(yè)在不斷的進(jìn)步中3.砂漿質(zhì)量提高 AWWA C301要求保護(hù)層砂漿的吸水率9%，這一指標(biāo)在初期生產(chǎn)PCCP很難達(dá)到，現(xiàn)在通過設(shè)備的改進(jìn)已經(jīng)沒有問題了。編輯課件中國(guó)的PCCP工業(yè)在不斷的進(jìn)步中4.檢測(cè)手段的進(jìn)步 前面提到的PURE TECHNOLOGIES公司已經(jīng)在中國(guó)安裝了第一臺(tái)管道斷絲檢測(cè)設(shè)備（SoundPrint）能夠有效地檢測(cè)PCCP的斷絲情況，及時(shí)預(yù)警，避免災(zāi)難發(fā)生，這一點(diǎn)PCCP比其他管道更有優(yōu)勢(shì)。據(jù)我所知目前國(guó)內(nèi)廠家也在開發(fā)相應(yīng)設(shè)備。編輯課件中國(guó)的PCCP工業(yè)在不斷的進(jìn)步中5.其他進(jìn)步 例如纏絲機(jī)的進(jìn)步。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定纏絲機(jī)應(yīng)力波動(dòng)10%，我們現(xiàn)在的纏絲機(jī)已經(jīng)能夠做到3%了。 高效外加劑的進(jìn)步。作為管芯混凝土使用高效外加劑后達(dá)到C60已經(jīng)是很容易的事了。 承插口精度的提高。由于PCCP產(chǎn)量的增加，較大型軋鋼廠介入承插口生產(chǎn)，使軋制精度大幅度提高，達(dá)到了同類國(guó)外產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。編輯課件 2014年10月中國(guó)水泥與混凝土制品協(xié)會(huì)組織相關(guān)企業(yè)去美國(guó)考察PCCP的生產(chǎn)情況，代表團(tuán)一行在美國(guó)混凝土壓力管協(xié)會(huì)主席Richard L. Mueller先生的陪同下參觀了位于紐約州的VIANINI