南水北調(diào)中線北京段全長約80km，其中惠南莊-大寧段采用PCCP管道輸水，線路總長56.359km，占北京段總干渠全長的70%.PCCP輸水管道工程設計自流流量20m3/s，加壓流量60m3/s.管道由2排并行DN4000PCCP管道構成，管道中心線距離為6.1m. PCCP是預應力鋼筒混凝土管（PrestressedConcreteCylinderPipe）的英文縮寫。PCCP由鋼筒、混凝土、高強預應力鋼絲、砂漿保護層構成。
由于南水北調(diào)是國家重點工程，對原材料的要求非常嚴格。根據(jù)南水北調(diào)中線干線工程建設管理局制定的《預防混凝土工程堿骨料反應技術條例》規(guī)定，PCCP工程屬Ⅲ類潮濕環(huán)境工程，混凝土中總堿含量不得大于2.5kg/m3.砂、石骨料必須采用非堿活性骨料。PCCP的最高工作壓力為0.8MPa，水錘壓力為0.32MPa，檢驗壓力為1.12MPa.覆土深度深達10m，管溝鋪設包角90°，附加荷載20kPa.根據(jù)對PCCP結(jié)構優(yōu)化設計的結(jié)果，生產(chǎn)能夠滿足以上要求的PCCP需采用C60混凝土，管芯壁厚380mm，同時需要纏繞雙層高強預應力鋼絲，整管重量達77t.生產(chǎn)大口徑PCCP場地是制約生產(chǎn)效率的一個關鍵問題。AWWAC301中規(guī)定，PCCP的纏絲強度為混凝土強度的70%，如果成型的管芯不能達到纏絲強度（420kg/cm2）就需要在場地進行臨時周轉(zhuǎn)堆放，等待強度達到設計要求。由于管體巨大，按3天的臨時堆放時間考慮就需5000m2的周轉(zhuǎn)場地。因此，要求管芯脫模后就必須達到纏絲強度。
通常混凝土制品的蒸養(yǎng)溫度在80℃～85℃之間。AWWAC301中雖然允許對管芯進行蒸養(yǎng)，但要求蒸養(yǎng)溫度不得超過52℃。這一規(guī)定也為盡量提高混凝土的早期強度增加了難度。
管芯壁厚達380mm，管長5m，工藝要求混凝土的坍落度必須保證在5cm～8cm之間。坍落度過小，不易振到密實，產(chǎn)生麻面；坍落度過大，上層混凝土易產(chǎn)生離析，水泥漿上浮。
混凝土澆筑為露天作業(yè)，攪拌樓距最遠一個工位約150m，因此要求在夏季最熱的天氣（室外溫度高于45℃）時，30分鐘坍落度損失不能超過2cm.由于工程的特殊性，所有管芯混凝土強度的保證率必須達到100%.考慮到原材料的正常波動和人為因素，混凝土配合比設計按C65進行。
1.養(yǎng)護制度。根據(jù)AWWAC301的要求，設計養(yǎng)護制度如下：升溫1.5h，恒溫8h，降溫2h，升溫速度每小時不超過22℃，恒溫溫度為50℃～52℃之間。
2.試配。混凝土在強制式攪拌機中攪拌3min后，出機檢驗混凝土的坍落度及和易性，用來評定混凝土的工作性。將拌勻后的混凝土裝入150mm×150mm×150mm試模中，后移入標養(yǎng)室靜停1h后，按蒸養(yǎng)制度進行養(yǎng)護。試件共3組，一組測試蒸養(yǎng)強度；另兩組轉(zhuǎn)入標準養(yǎng)護室中分別養(yǎng)護7天和28天，測試其強度。
3.初步篩選結(jié)果。雖然水泥用量在500kg/m3以上時配制出的混凝土大都能夠滿足強度要求，但在進行堿含量計算時發(fā)現(xiàn)均超過了2.5kg/m3的工程規(guī)定。假設所有水泥的堿含量均≤0.6%，每立方米混凝土中的水泥用量不能超過416kg.此計算尚未包括粉煤灰和外加劑中的堿含量。在我們選定的4種水泥中，北京地區(qū)產(chǎn)的水泥由于礦山地質(zhì)條件等原因，堿含量偏高，實測結(jié)果甚至超過0.6%的規(guī)定值。振興水泥和冀東水泥堿含量較低，實測結(jié)果分別為0.48%和0.49%.考慮到水泥生產(chǎn)的波動性及工程要求的99%以上的保證率，在進行生產(chǎn)廠考察時查閱了有關生產(chǎn)檢驗臺賬，發(fā)現(xiàn)天津振興水泥3年內(nèi)堿含量檢測結(jié)果無一超過0.54%.從而確定了水泥的供應商，并確定以0.55%作為水泥中堿含量的計算值。
PCCP管壁厚達380mm，混凝土中需摻入適量的粉煤灰以改善其水化熱與合易性性能。《水工混凝土摻用粉煤灰技術規(guī)范》DL/T5055-1996定義Ⅰ級和Ⅱ級粉煤灰的堿含量必須≤1.5%.由此估算，粉煤灰?guī)氲膲A約0.3kg/m3.要達到2.5kg/m3總堿含量控制指標，減水劑中的堿含量必須嚴格限制。聚羧酸減水劑含堿量很低，天津雍陽外加劑廠生產(chǎn)聚羧酸類AST系列減水劑經(jīng)實測只有0.41%.與其他減水劑類似，聚羧酸減水劑也有與水泥適應性的問題。主要表現(xiàn)為坍落度損失過快，攪拌后很短時間出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。試驗中發(fā)現(xiàn)有的水泥品種攪拌后靜停15min后便失去流動性，再次攪拌后流動性恢復。通過初步試驗選定了用于PCCP管芯混凝土的主要原材料。
4.優(yōu)化配合比。根據(jù)以上分析，粉煤灰和減水劑中的堿含量已經(jīng)無法再進一步減少，降低混凝土中的堿含量只能靠盡量減少水泥用量、優(yōu)化配合比、提高混凝土強度來實現(xiàn)。為此在以下幾方面對配合比進行了優(yōu)化。（1）改善碎石級配。根據(jù)緊密堆積法試驗結(jié)果，將碎石改為人工二級級配，在現(xiàn)有石料中加入25%的5mm~10mm小顆粒碎石。（2）調(diào)整砂率。將砂率從40%降低至32%左右。（3）適當降低減水劑摻量。聚羧酸減水劑摻量過高時會造成拌合料發(fā)黏，坍落度損失過快，不利于混凝土澆筑。經(jīng)反復試配，將其摻量從1.9%降至1.6%.通過優(yōu)化配合比，混凝土的流動性顯著增加，其他工作性也得到明顯改善。在保證5cm～8cm坍落度的條件下，混凝土強度大幅度提高。最終確定了分別用于夏季（編號2）和春、秋季（編號1）PCCP管芯混凝土的配合比。
通過對PCCP管芯混凝土配合比的研究和試驗對聚羧酸減水劑的使用有如下體會：
1 在對堿骨料反應有特殊要求的重要工程中，利用聚羧酸減水劑堿含量低的特性可以有效地解決北方地區(qū)由于水泥含堿量較高造成的混凝土中總堿含量超過規(guī)定值問題。
2 實踐證明，利用聚羧酸類高效減水劑，采用合理的混凝土配合比配制高強混凝土，混凝土外觀質(zhì)量光潔平滑，色澤一致，完全可以滿足高強混凝土施工要求。
3 在保證混凝土強度的前提下，盡量減少減水劑的摻量，既能改善拌合物的性能，又不失為一種經(jīng)濟的做法。
4 冬季施工時，其水溫不要超過60°，如水溫過高也會影響減水效果。
5 外加劑存儲容器最好使用不銹鋼或塑料容器。如使用鐵罐，外加劑會對罐體進行腐蝕，同時也影響外加劑本身的性能。
由于南水北調(diào)是國家重點工程，對原材料的要求非常嚴格。根據(jù)南水北調(diào)中線干線工程建設管理局制定的《預防混凝土工程堿骨料反應技術條例》規(guī)定，PCCP工程屬Ⅲ類潮濕環(huán)境工程，混凝土中總堿含量不得大于2.5kg/m3.砂、石骨料必須采用非堿活性骨料。PCCP的最高工作壓力為0.8MPa，水錘壓力為0.32MPa，檢驗壓力為1.12MPa.覆土深度深達10m，管溝鋪設包角90°，附加荷載20kPa.根據(jù)對PCCP結(jié)構優(yōu)化設計的結(jié)果，生產(chǎn)能夠滿足以上要求的PCCP需采用C60混凝土，管芯壁厚380mm，同時需要纏繞雙層高強預應力鋼絲，整管重量達77t.生產(chǎn)大口徑PCCP場地是制約生產(chǎn)效率的一個關鍵問題。AWWAC301中規(guī)定，PCCP的纏絲強度為混凝土強度的70%，如果成型的管芯不能達到纏絲強度（420kg/cm2）就需要在場地進行臨時周轉(zhuǎn)堆放，等待強度達到設計要求。由于管體巨大，按3天的臨時堆放時間考慮就需5000m2的周轉(zhuǎn)場地。因此，要求管芯脫模后就必須達到纏絲強度。
通常混凝土制品的蒸養(yǎng)溫度在80℃～85℃之間。AWWAC301中雖然允許對管芯進行蒸養(yǎng)，但要求蒸養(yǎng)溫度不得超過52℃。這一規(guī)定也為盡量提高混凝土的早期強度增加了難度。
管芯壁厚達380mm，管長5m，工藝要求混凝土的坍落度必須保證在5cm～8cm之間。坍落度過小，不易振到密實，產(chǎn)生麻面；坍落度過大，上層混凝土易產(chǎn)生離析，水泥漿上浮。
混凝土澆筑為露天作業(yè)，攪拌樓距最遠一個工位約150m，因此要求在夏季最熱的天氣（室外溫度高于45℃）時，30分鐘坍落度損失不能超過2cm.由于工程的特殊性，所有管芯混凝土強度的保證率必須達到100%.考慮到原材料的正常波動和人為因素，混凝土配合比設計按C65進行。
1.養(yǎng)護制度。根據(jù)AWWAC301的要求，設計養(yǎng)護制度如下：升溫1.5h，恒溫8h，降溫2h，升溫速度每小時不超過22℃，恒溫溫度為50℃～52℃之間。
2.試配。混凝土在強制式攪拌機中攪拌3min后，出機檢驗混凝土的坍落度及和易性，用來評定混凝土的工作性。將拌勻后的混凝土裝入150mm×150mm×150mm試模中，后移入標養(yǎng)室靜停1h后，按蒸養(yǎng)制度進行養(yǎng)護。試件共3組，一組測試蒸養(yǎng)強度；另兩組轉(zhuǎn)入標準養(yǎng)護室中分別養(yǎng)護7天和28天，測試其強度。
3.初步篩選結(jié)果。雖然水泥用量在500kg/m3以上時配制出的混凝土大都能夠滿足強度要求，但在進行堿含量計算時發(fā)現(xiàn)均超過了2.5kg/m3的工程規(guī)定。假設所有水泥的堿含量均≤0.6%，每立方米混凝土中的水泥用量不能超過416kg.此計算尚未包括粉煤灰和外加劑中的堿含量。在我們選定的4種水泥中，北京地區(qū)產(chǎn)的水泥由于礦山地質(zhì)條件等原因，堿含量偏高，實測結(jié)果甚至超過0.6%的規(guī)定值。振興水泥和冀東水泥堿含量較低，實測結(jié)果分別為0.48%和0.49%.考慮到水泥生產(chǎn)的波動性及工程要求的99%以上的保證率，在進行生產(chǎn)廠考察時查閱了有關生產(chǎn)檢驗臺賬，發(fā)現(xiàn)天津振興水泥3年內(nèi)堿含量檢測結(jié)果無一超過0.54%.從而確定了水泥的供應商，并確定以0.55%作為水泥中堿含量的計算值。
PCCP管壁厚達380mm，混凝土中需摻入適量的粉煤灰以改善其水化熱與合易性性能。《水工混凝土摻用粉煤灰技術規(guī)范》DL/T5055-1996定義Ⅰ級和Ⅱ級粉煤灰的堿含量必須≤1.5%.由此估算，粉煤灰?guī)氲膲A約0.3kg/m3.要達到2.5kg/m3總堿含量控制指標，減水劑中的堿含量必須嚴格限制。聚羧酸減水劑含堿量很低，天津雍陽外加劑廠生產(chǎn)聚羧酸類AST系列減水劑經(jīng)實測只有0.41%.與其他減水劑類似，聚羧酸減水劑也有與水泥適應性的問題。主要表現(xiàn)為坍落度損失過快，攪拌后很短時間出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。試驗中發(fā)現(xiàn)有的水泥品種攪拌后靜停15min后便失去流動性，再次攪拌后流動性恢復。通過初步試驗選定了用于PCCP管芯混凝土的主要原材料。
4.優(yōu)化配合比。根據(jù)以上分析，粉煤灰和減水劑中的堿含量已經(jīng)無法再進一步減少，降低混凝土中的堿含量只能靠盡量減少水泥用量、優(yōu)化配合比、提高混凝土強度來實現(xiàn)。為此在以下幾方面對配合比進行了優(yōu)化。（1）改善碎石級配。根據(jù)緊密堆積法試驗結(jié)果，將碎石改為人工二級級配，在現(xiàn)有石料中加入25%的5mm~10mm小顆粒碎石。（2）調(diào)整砂率。將砂率從40%降低至32%左右。（3）適當降低減水劑摻量。聚羧酸減水劑摻量過高時會造成拌合料發(fā)黏，坍落度損失過快，不利于混凝土澆筑。經(jīng)反復試配，將其摻量從1.9%降至1.6%.通過優(yōu)化配合比，混凝土的流動性顯著增加，其他工作性也得到明顯改善。在保證5cm～8cm坍落度的條件下，混凝土強度大幅度提高。最終確定了分別用于夏季（編號2）和春、秋季（編號1）PCCP管芯混凝土的配合比。
通過對PCCP管芯混凝土配合比的研究和試驗對聚羧酸減水劑的使用有如下體會：
1 在對堿骨料反應有特殊要求的重要工程中，利用聚羧酸減水劑堿含量低的特性可以有效地解決北方地區(qū)由于水泥含堿量較高造成的混凝土中總堿含量超過規(guī)定值問題。
2 實踐證明，利用聚羧酸類高效減水劑，采用合理的混凝土配合比配制高強混凝土，混凝土外觀質(zhì)量光潔平滑，色澤一致，完全可以滿足高強混凝土施工要求。
3 在保證混凝土強度的前提下，盡量減少減水劑的摻量，既能改善拌合物的性能，又不失為一種經(jīng)濟的做法。
4 冬季施工時，其水溫不要超過60°，如水溫過高也會影響減水效果。
5 外加劑存儲容器最好使用不銹鋼或塑料容器。如使用鐵罐，外加劑會對罐體進行腐蝕，同時也影響外加劑本身的性能。
