国家水泥混凝土制品质量监督检验中
苏州混凝土水泥制品研究院检测中心心
田 华
前言
自上世纪80年代中期，我国开始研究预应力钢筒混凝土管（简称PCCP），并先后向美国Ameron公司、Pric,e Brothers公司等国外制造商引入PCCP生产线，至今已30年了。中国的PCCP行业从成套装备的设计制造、产品标准及设计施工规范的配套齐全到产品规格、型号、系列标准化等都经历了从无到有、从有到好令人难忘的过程：部分关键设备自行设计、制造达到了国际水平；部分重要配套装置自主研发设计，获得了专利授权，填补了国内的空白；4家PCCP产品制造商进人证券交易市场融资（还有一家也即将上市），获得了进一步的发展动力；每年PCCP产量达数千公里，最大口径已至4000mm，PCCP产品以其高工压、高抗渗、大口径、长距离输送等显著优势广泛应用于南水北调、大型引水供水工程等国家重点工程。这些辉煌的成就无疑值得在中国PCCP的发展史上浓墨重彩并予以记载。
当我们还沉浸在PCCP成为许多重点工程首选管材的喜悦时，关于PCCP质量问题、PCCP发现断丝、使用单位对PCCP缺乏信心等负面消息开始出现，“PCCP成长的烦恼”来了。回顾我国PCCP的成长史，“山西万家寨引黄工程”是我国最早使用PCCP管材的重点工程，2002年建成通水，至今不过13载。从上世纪40年代初国外开始生产PCCP至今已有70多年，它也经历了“成长期的烦恼”，但依然健在。我们坚信PCCP有更好的未来，但同时也应坦诚地面对PCCP当前出现的问题，检讨过去工作的不足，探索更有效的途径去完善和提升PCCP产品质量，细心呵护PCCP健康成长。
我国的PCCP行业发展确实很快，甚至可以说快到有些令人始料未及，快到我们以及业主可能真的都还没有做好充分准备就匆匆“上阵”了。因此，当期盼着“又快又好”的结果，却不得不接受“快但不那么好”的结局时，我们都必须有担当，并为此寻找到适宜的解决办法。
一、PCCP成长期的隐忧
我国PCCP行业起步较晚。1996年建材行业标准《预应力钢筒混凝土管》(JC 625-1996)问世时，生产企业屈指可数。近10年来，随着PCCP系列技术和装备在国内的不断完善以及南水北调工程、水利枢纽引水配套工程、城市供水工程等全国各地诸多重大工程建设对高工压、高抗渗、大口径、长距离输送管材的巨大需求，生产企业数量已超百家。PCCP最大口径4000mm，最大工作压力1.6MPa，最大覆土深度已超过lOm，每年生产数量已达数千公里。
PCCP行业和企业的快速发展，时常让我们来不及细看走过的路上留下了什么样的痕迹。那些曾经认为不足挂齿、视而不见的问题，经过慢慢地沉淀，终于有一天我们可能为它付出沉重的代价。自揭伤疤需要勇气，抚平伤痕需要能力，通过揭示问题倒逼PCCP行业更大的改进，这才是我们的目的。
【问题一】谁给PCCP质量保证的可信度打了折扣
通常我们会说：PCCP设计寿命是50年，国外已经使用了60年、70年的PCCP现在仍然完好，因此，PCCP使用寿命50年没问题。
PCCP在国外的应用历史及结果让我们有理由相信PCCP是长寿的，至少可以50岁。但长寿是有条件的，如果PCCP完全没有或部分没有在那个让它能活50岁的设计环境条件下生产和生活，它能活到50岁吗？因此，要让PCCP寿命达到50年，就要保证PCCP的设计、制造、运输、安装、使用及维护等各个环节的各个细节都要满足相应规定要求；否则，就会使PCCP减寿。我们通常信誓旦旦地保证自己的PCCP产品质量多么好、多么可靠，但是否真的都做到了呢？
企业质量保证首先是为客户提供一种信任，让客户可以充分相信企业为其提供的产品满足了明示的、不言而喻的或必须履行的需求或期望。除了企业在人、机、料、法、环、测等方面必须具有满足产品质量需求或期望的能力外，企业领导的质量意识、法律意识、识别问题、评估风险、持续改进的能力更为重要。
【案例一】某企业与客户商谈一份PCCP采购合同，客户由于初次选用PCCP，对PCCP选型与其设计及使用工况之间的关系不太了解，只知道PCCP要符合标准要求。企业代表在此情况下，没有与客户进行深入沟通及说明，顺水推舟地按照客户的描述选用了产品标准里的一个规格型号，把产品卖给了客户。后来因为质量问题，客户请专家对产品质量进行鉴定，当检查企业的PCCP结构配筋设计计算书时，发现产品设计与使用工况不符。这时，客户反映当时企业没讲清楚，而企业说客户自己搞不清楚要求，就只好按产品标准选用了一个规格型号。
分析这个案例可以看出，首先是企业代表与客户代表没有进行充分沟通，以便明确客户的需求。客户不是PCCP专家，想要用这个产品，只想这个产品质量是安全的、不会出问题，但怎么才算安全、怎么可以不出问题？他是不知道的。企业作为PCCP制造商，有责任、有义务弄清楚客户的需求和期望，从专业的角度向客户进行说明，再根据客户在此基础上的书面意见作为其PCCP设计、选型的依据；其次是企业对与客户的沟通过程及结果没有适当的记录，—方面不能保证该合同能够得到全面评审，另一方面也使自己在发生质量争议时虽然感觉委屈但还处于被动地位；最后是企业对PCCP质量安全保证的源头即结构设计把关不严，没有对PCCP结构配筋设计计算书进行必要的专业审核，以便及早发现问题。本案例显示出企业对产品质量安全意识比较淡薄、合同评审不充分、专业能力不足、对供货合同的技术和法律风险评估不充分，导致严重影响了客户对该企业的能力和信誉的信任度。
【案例二】某建设工程质量监督站到一家大口径PCCP企业生产现场检查产品质量，发现PCCP内壁出现一些环向裂缝，企业将每日混凝土立方体抗压强度检测报告、混凝土强度等级评定结果给检查组看，并解释PCCP存在环向裂缝不可避免，标准上也允许，现在裂缝宽度没有超标。检查组怀疑管芯混凝土强度不够，要求用回弹仪或钻取芯样检测混凝土强度。
面对检查组的疑问，企业通过出示混凝土抗压强度检测合格报告及抗压强度等级评定结果来为自己辩护是没有问题的。但从本质问题来看，混凝土强度以及管芯混凝土实体强度真的满足要求吗？产生疑问的原因有几点：其一，混凝土强度试块的制作方法、养护环境、试验方法是否真正符合标准规范要求？抗压强度检测结果是否足够原始、未经过修改？其二，大口径PCCP管芯立式成型后是立式放置，高度有5m~6m，脱模后进行洒水养护时，外壁混凝土可以得到定时洒水养护，内壁混凝土由于人工操作时高度的局限，通常不能将养护水喷洒在内壁混凝土的全部表面，因此，管芯内壁混凝土强度的养护条件不符合技术规范要求，其内壁混凝土实体抗压强度等级是否可以用同批次混凝土强度等级评定结果来表征就会存在问题。当然，对采用回弹法或钻取芯样评定管芯混凝土强度，若数据仅供参考没有问题，若作为技术执法的依据或法庭上的“呈堂证供”，那笔者持保留态度，因为我们必须有法可依。
类似的问题同样会发生在PCCP工程业主或其代表方。例如：因为PCCP工程工期紧张，或因为生产场地不足够大等原因，往往业主方或企业要求PCCP提前出厂。产品标准《预应力钢筒混凝土管》(GB/T 19685-2005)及相关技术规范等都明确规定混凝土抗压强度等级的评定是采用龄期为28天的混凝土标准试件抗压强度结果来进行，而管芯混凝土抗压强度等级是在产品标准中规定的出厂检验项目。产品在管芯混凝土28天龄期之前就运到工地上了，甚至已经埋进管沟里了，如果后补混凝土强度评定结果为“不合格”如何处理？混凝土强度不合格的产品是否会导致PCCP在运输过程、转运过程、吊装过程、铺设填埋过程中更易受损呢（同样的问题也适用于PCCP砂浆保护层龄期不足）?虽然PCCP受损情况的发生通常是偶然的，但由于混凝土强度评定不合格时，PCCP产品质量的综合判定结果为“不合格”，因此如果受损情况发生在混凝土强度评定不合格的产品中，这会被认为是必然的。有的业主代表说后补混凝土强度评定结果不合格时由企业负全责，如何负责呢？把管子全部挖出来负面影响太大、经济代价也不小，不挖出来又怕有“后遗症”。从法律角度上说业主代表的口头“让步放行”也是要负法律责任的，因为这种口头约定偏离了现行产品标准和规范的要求，有可能给PCCP产品质量安全留下严重隐患，业主代表也需要承担一定的责任。当然，如果没有证据证明存在上述口头协议，但有证据证明业主代表在实际操作中默认了上述行为，我想在法律上也是要担责的。上述观点不意味着笔者吁请PCCP工程业主放慢工程进度、延长工程期限，因为这不太符合国情，但把相应的责任都“转嫁”给企业来承担也是不合理的。我们希望业主在进行项目规划和项目预算时，充分考虑到相关因素不满足可能导致的法律风险，并评估所能够承担风险的程度，因为现在举国强调“依法治国”，我们相关各方的行为要经得起法律和时间的考验。
因此，企业不要沾沾自喜与客户已建立了多么“铁”的关系，企业与客户建立起彼此不需要互担风险的持久的相互信任，才是我们追求的目标。
【问题二】产品质量好坏的标准是什么
《质量管理体系基础和术语》(GB/T 19000-2008/IS0 9000: 2005)关于“质量”、“要求”、“程度”是这样定义的：
质量——一组固有特性满足要求的程度。可使用形容词，如差、好或优秀来修饰。“固有的”是指本来就有的，尤其是那种永久的特性。
要求——明示的、通常隐含的或必须履行的需求或期望。“通常隐含”是指组织、顾客和其他相关方的惯例或一般做法，所考虑的需求或期望是不言而喻的。“特定要求”可使用限定词表示，如产品要求、质量管理体系要求、顾客要求；“规定要求”是经明示的要求，如在文件中阐明。
程度——事物所达到的境界。
根据上述定义，可以这样来理解PCCP产品质量，PCCP产品的物理力学性能、外观及尺寸等特性满足客户书面明示的要求、法律法规要求、企业对社会的承诺以及企业内部要求所达到的程度。PCCP产品质量相对于它的产品要求可以用差、好或优秀来修饰。
因此我们可以看到，PCCP产品质量好坏的标准并不局限于产品标准。产品标准通常只作为产品允许出厂的最低要求，或行政主管部门进行统一的产品质量监督检验的最低要求。当有人对产品质量提出质疑时，不少企业会拿出产品标准说“我们的产品满足国家标准要求，所以产品是合格的，没有问题”。严格意义上这句话是有问题的，因为判断产品质量好坏的标准应该这样理解：在该产品制造之前由企业与客户先达成一个关于产品质量期望的详细要求，企业同时也要检查与PCCP及其用途有关的不用相关各方明说也应满足的那些法律法规要求，还有企业是否对社会公众有公开的关于PCCP质量的承诺，这些要求都是企业在进行PCCP制造时要满足的要求。满足的程度越低，质量就越差；满足的程度越高，质量就越好；全部满足，就可以认为产品质量在那些要求下是优秀的。由于企业与客户之间对于产品质量的约定要求可能是低水平的，也可能是高水平的，因此，产品质量好不等于产品质量水平高。就像大学生考试，相同课程，在清华大学得80分与在一所普通大学得80分，同样的分数，但其水平可能相差很大。
【案例三】某企业为A工程生产了一批PCCP，由于当时工程设计变更，A工程不需要这个规格的管子了。这批管子在企业堆场上放了3年多后，有的管子砂浆保护层开始开裂或局部剥落，有的管子预应力钢筋有局部暴露已经锈蚀，也有一些管子外表看没什么损伤。企业希望能尽快将这批管子有效利用、减少浪费和损失，找到了当年的业主，恰好业主有一个B工程需要一批相同规格型号的PCCP管，于是双方商议从这批管子中挑选质量好的直接使用，对有问题的进行甄别后，能修补的修补后使用，不能修补的予以报废。
这个案例中要挑出好管子，挑选的标准是什么？这里涉及到几个问题：一是这批管子虽然没有出厂，但已露天放置了3年多，是否可单纯使用产品标准《预应力钢筒混凝土管》(GB/T 19685-2005)来检查验收？二是这批管子是按A工程使用工况来进行结构设计的，现在B工程是否有相同的使用工况？三是假设使用工况相同，现在放置了3年多，其原来的结构设计计算是否需要修正？四是这批管子中砂浆保护层外表面看上去有些开裂的管子，内部预应力钢丝有没有锈蚀？即使钢丝没有锈蚀，产品标准规定砂浆保护层不允许开裂，那这些管子允许修补使用吗？五是砂浆保护层外表面看似没有问题的管子如何才能确定其真的没有问题？
前三个问题都涉及产品接收标准的水平问题，如果是低风险的工程可能会采用低质量水平的接收标准，那就容易得出产品质量是“好”的结论，可以接收的产品数量就会比较多；如果是高风险的工程，采用高质量水平的接收标准，那得出产品质量“差”的可能性就增大，可以接收的产品数量就会比较少。后两个问题涉及到PCCP健康诊断、无损检测及结果分析评估技术，这将是今后需要行业重点研究的问题。
【案例四】新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局为掌握PCCP预应力钢丝的锈蚀情况，在2010年3月采用加拿大Pure Technologies公司的P-Wave电磁波探测设备，对已运行5年的新疆某引水工程采用的PCCP预应力钢丝进行了检测，统计结果见表1。通过检测，全面掌握了PCCP运行5年后钢丝的安全状态，同时也为我国检测、安全评估已建成PCCP工程的钢丝断裂情况提供了宝贵经验。
这个案例是采用电磁波无损探测技术检测干管状态下PCCP预应力钢丝的断丝情况，通过定期监测达到预警的目的。该工程自2010年3月检测后，至今过去5年了，没有听闻爆管事故发生。从这个案例中我们可以看到这样的事实：虽然PCCP设计寿命50年，但不意味着服役至50年PCCP才会出现断丝，也不意味着服役年限不足10年时不会出现断丝；2条管线被探测管段分别有99.5%、99.0%的管节未出现断丝现象，说明这个工程的PCCP质量总体是稳定和比较好的；2条管线被探测管段分别有0.5%、1.0%的管节出现了断丝，就像世界名牌豪车也会有“召回”的情况发生一样在所难免，总体来说，算是“小概率事件”。其实，从管道结构设计原则也好、混凝土强度等级评定方法及产品综合判定原则也罢，没有哪一个规范或标准保证产品百分之百没有问题，都是基于一个可接受的概率，既然是概率，肯定就存在不确定性，也就免不了有‘小概率事件”发生，只是其发生后的发展趋势要在我们的掌控之中，其导致风险的可接受程度需要及时评估。
二、我国PCCP未来发展趋势
（一）行业集中度增加，PCCP整体水平进一步提高
目前，PCCP行业具有资本、人才、技术等绝对竞争优势的企业已有数家，例如：PCCP制造商已有4家进入资本市场，还有1家即将进入；有的企业长期重视PCCP相关生产技术的研发，在自己生产PCCP的同时以其独具的技术优势为其他企业提供技术支持；还有以中国水电集团为代表的大型国企以其资金和资源优势进入PCCP行业。这些企业虽然只占PCCP企业总数不足20%，但其产值和规模估计占到我国PCCP重要工程的80%左右，其企业管理水平和产品质量水平普遍较高，体现着PCCP行业的正能量。
随着国家对工程建设项目法制化管理要求的不断加强，以及国家对制造业质量要求的进一步提高，PCCP的“中国精造”将成为主旋律。在这种大背景下，那些经济实力、技术实力、人才实力和生产规模都较弱小的企业将面临严峻考验，竞争能力减弱，更有一些企业会因支撑不下去而关闭。而大型骨干企业因为产业布局、工程项目地域的需要以及生产场地和人力资源的需求等而展开对企业的并购，通过对并购企业复制其母体的管理模式，提高所并购企业的管理水平和质量意识，产品质量水平也将大幅提升。
通过行业的重新洗牌，PCCP企业的数量将大幅减少，行业集中度增加，PCCP行业更加有序，产品质量整体水平将得到进一步提高。
（二）断丝监测技术研究及其应用将迎来春天
国外PCCP的工程应用比我国早几十年，PCCP断丝甚至爆管事故的发生也较我国早几十年，为识别断丝、监测断丝数量变化以便及时预警，催生了包括加拿大PureTechnologies公司的电磁波探测技术以及光纤传感动态实时监测技术。
鉴于国外PCCP发展所走过的路程和经历的教训，我国相关研究单位几年前开始了关于PCCP断丝检测技术的研究工作。苏州混凝土水泥制品研究院有限公司201 1年承担了科技部专项基金项目“地下工程混凝土制品检测评估技术的研究开发”。该项目重点研究了干管或半干管状态下PCCP断丝检测技术，通过与中电集团所属顶尖电波专业研究所近四年的跨界合作研发，突破了PCCP断丝检测的关键技术，通过试验验证：检测断丝位置误差<0.1米，数量误差约为±5根。该项目已获得实用新型专利授权证书6项，外观设计专利1项，发明专利3项已进入实审；“PCCP断丝检测软件”获得了国家版权局计算机软件著作权登记证书。
国家科技支撑计划项目“南水北调超大口径PCCP管道结构安全与研究”结果：“在断丝数不超过25根的情况时，PCCP管的整体工作性能仍然良好，在内压、外部土荷载、水体和管自重作用下仍处于安全状态，发生爆管的可能性不高；当断丝数超过25根时，仅在外部土荷载、管和流体自重作用，而无内水压作用时，混凝土就已经开裂，当在有内水压作用时，水容易沿着裂缝流至钢筒或钢丝层，从而引起它们的腐蚀，影响PCCP的耐久性。”上述基于实验室的研究结果，涉及到一个很重要的问题：断丝状况的检测和断丝发展状况的监测。我国服役期的PCCP工程有数万公里，要对这些工程进行断丝检测和监测，迫切需要尽快建立一支具有自主知识产权和高科技创新支撑的专业检测队伍，这对于保证PCCP管道工程结构安全具有重要意义。
我们相信，未来数年，对服役期PCCP的检查、监控、状态评估及预警技术将成为PCCP行业应用研究的重点，其研究成果的应用将对保证已建、在建和将建的PCCP管道工程质量安全发挥重要作用。
（三）智能化生产技术将为PCCP质量安全提供更可靠的保障
如何实现PCCP的工业4.0和PCCP的“中国精造”？如果我们将PCCP的制造与物联网、信息技术等有机结合，是否能够整体更好地提升PCCP的产品质量和生产效率？大胆设想—下：通过智能设计，让每节管都与管道工程设计的特定管段相适应；采用物联网技术在原材料配料时，根据原材料输送瞬时监测数据及管子设计要求自动调整配合比；管芯混凝土内部温度、环境温度及风力风向可以自动显示，从而确定最佳脱模时间和存放位置；管芯脱模后的后期养护在“蔬菜大棚”一样的环境中，根据湿度变化自动调节喷淋装置，保证管芯内壁混凝土得到充分养护；管子的缠丝控制参数根据该节管智能设计的参数自动进行，不需要人为干预；保护层砂浆的含水率会根据瞬时测量结果自动调整；保护层砂浆密实度被动态监测，砂浆的辊射速度和辊射距离会得到自动调整；管子的使用工况、结构设计、原材料质量、工艺设计参数及实际操作参数、各工序点的完成时间等信息储存在每节管独有的一个“芯片”内；管子到工地后只要扫描“芯片”，就知道该节管的全部信息，包括应埋置管段的精准位置；管子铺设完成后，将安装施工信息、实际使用工况、瞬时测量的土壤中氯离子和硫酸根离子等对PCCP有害物质的原始信息输入“芯片”中；安装完成后对管子进行断丝检查，在“芯片”中输入相关信息，作为今后定期进行断丝检测的“对比基准”，等等。如果每节管子的上述信息都能自动或部分自动采集齐全，整个工程中PCCP制造过程及使用工况的全部原始数据就可以形成一个大的数据库，这对今后开展PCCP状态监测与故障诊断，进行PCCP剩余寿命的分析评估和预测将起到非常重要的作用。
综上所述，本文希望表达的观点：PCCP进入其成长期出现断丝等问题在所难免，国外也有同样的发展经历；PCCP行业应正视问题，PCCP企业应进一步增强质量意识、忧患意识、法律意识和“精品”意识；鉴于PCCP断丝现象比人们预期来得更早，工程业主有必要对已建在用工程尤其是重要工程的PCCP进行断丝检查以便及时掌握断丝动态；PCCP状态监测与故障诊断技术、剩余寿命的分析评估和预测技术研究及其应用对保证PCCP管道T程结构的质量安全具有重要意义；PCCP的工业4.0值得期待。