泵送混凝土離心工藝優(yōu)化的研究

孫常杰

（建華建材中國投資有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212413）

0 引言

現(xiàn)有的預(yù)制PHC管樁采用塑性混凝土生產(chǎn)，對離心工藝研究的文獻(xiàn)較多，而采用泵送混凝土生產(chǎn)的PHC管樁大都是大流動度混凝土，對離心工藝研究的文獻(xiàn)較少。在勞動力資源日益緊張的大環(huán)境下，泵送線和自動化的推廣應(yīng)用勢在必行。同樣，泵送混凝土在實際生產(chǎn)的過程中面臨諸多難題，保持泵送混凝土的穩(wěn)定性是開展泵送混凝土離心研究的前提。影響泵送混凝土離心效果的因素很多，而要獲得最佳的離心工藝，需要在實際生產(chǎn)條件下通過試驗確定。

泵送混凝土技術(shù)的應(yīng)用日漸成熟，而離心工藝又是管樁內(nèi)在質(zhì)量的重要一環(huán)。以Φ500×125樁為例，管樁內(nèi)的混凝土料較多，離心成型難度大。目前，泵送混凝土離心成型后料分層嚴(yán)重、質(zhì)量不穩(wěn)定，對泵送混凝土離心工藝的研究，可以有效改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少混凝土的分層現(xiàn)象，利于密實度的改善，有效提高管樁的耐打性。本文主要淺談Φ500×125泵送混凝土離心試驗的一些經(jīng)驗，為生產(chǎn)廠家提供借鑒。

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與試驗方法

1.1 原材料

黃砂：采用連續(xù)級配，細(xì)度模數(shù)2.6-2.9，屬中粗砂，含泥量≦1.0%，質(zhì)量符合《建設(shè)用砂》GB∕T14684—2011要求。

碎石：采用連續(xù)級配5～20 mm，含泥量≦0.5%，針片狀含量≦5%，符合Ⅰ類Ⅱ區(qū)級配，質(zhì)量符合《建設(shè)用卵石、碎石》GB∕T14685—2011標(biāo)準(zhǔn)要求。

水泥：水泥標(biāo)號 P·Ⅱ52.5R，比表面積為422 m2/kg，80 um篩余為0.6%，水泥凈漿流動度為240 mm,標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為131.4 g，標(biāo)準(zhǔn)稠度為26.3%，初凝時間為134 min，終凝時間為172 min，質(zhì)量符合《通用硅酸鹽水泥》GB175—2007標(biāo)準(zhǔn)要求。

硅砂粉：質(zhì)量符合《預(yù)應(yīng)力高強混凝土管樁用硅砂粉》JC/T950—200標(biāo)準(zhǔn)要求，比表面積不低于380 m2/kg。

減水劑：萬邦聚羧酸高性能減水劑，含固量20%，凈漿流動度為240 mm，質(zhì)量符合《聚羧酸系高性能減水劑》JG/T223—2007標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 坍落度控制

坍落度攪拌機出料時宜保證在120～180 mm，泵口處宜控制在60～120 mm之間；管模返流的混凝土料少，直徑在50 cm內(nèi)。

1.3 混凝土配合比（表1）

表1 混凝土配合比 單位：kg/m2

2 試驗方法

建華某企業(yè)前期的離心試驗采用小模試驗，混凝土結(jié)構(gòu)中沒有籠筋，不符合實際生產(chǎn)情況，數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確，沒有代表性。經(jīng)過分析確定Ф500× 125試驗采用車間試樁生產(chǎn)，直接鋸樁采集數(shù)據(jù)。

第一步：離心試驗采用低速、中速、高速三級離心參數(shù)，找出影響管樁離心成型主要參數(shù)，為下一步工藝參數(shù)調(diào)整找出方向。

第二步：針對影響離心效果最重要一級參數(shù)進(jìn)一步分解優(yōu)化，采取四級離心試驗。制定嚴(yán)密的試驗計劃，進(jìn)行車間實際生產(chǎn)。

第三步：選出較為成熟的離心工藝參數(shù)，在車間進(jìn)行批量生產(chǎn)驗證，驗證離心工藝參數(shù)的可行性及可操作性。

第四步：推廣優(yōu)化后的Ф500×125離心工藝參數(shù)。

3 試驗過程

依據(jù)試驗思路，整合集團內(nèi)其他企業(yè)的離心工藝設(shè)計思路，采用三級工藝進(jìn)行離心。表2為前期的鋸樁數(shù)據(jù)。

綜合數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)原有的離心工藝，管樁的內(nèi)分層嚴(yán)重（圖1）。

圖1 原離心參數(shù)的鋸樁截面圖

3.1 影響內(nèi)壁及分層的重要因素

通過對建華某車間實際生產(chǎn)工藝調(diào)整后隨機抽取15條樁，進(jìn)行鋸樁，表3為鋸樁后的數(shù)據(jù)，砂漿層厚度變化較大，且較厚。

表2 前期鋸樁數(shù)據(jù)

通過對比分析發(fā)現(xiàn)中速階段對管樁的分層影響較大，分層數(shù)據(jù)從22 mm到35 mm，因此對中速進(jìn)行進(jìn)一步分解優(yōu)化試驗。

3.2 四級工藝摸索

由三級的離心工藝知道中速的影響較大，實驗過程中不斷摸索，對數(shù)據(jù)分析，總結(jié)出以下試驗參數(shù)進(jìn)行試驗。表4為四級的工藝參數(shù)數(shù)據(jù)。

通過對四級工藝的進(jìn)一步優(yōu)化，查找各個階段轉(zhuǎn)速及時間的合理匹配，找到最佳的離心參數(shù)，不斷摸索試驗和總結(jié)分析，通過實地拍攝離心成型視頻，得到如下初步結(jié)論：

（1）建華某企業(yè)前期的管樁密實度較差，混凝土砂漿余漿層厚度達(dá)35 mm。試驗樁密實度較好，混凝土砂漿余漿層厚度22 mm，降低了13 mm；

（2）在三級離心參數(shù)試驗的基礎(chǔ)上，找出影響混凝土成型的最主要因素，即中速轉(zhuǎn)速度對離心內(nèi)壁影響較大，高速對離心分層影響較大；

（3）在離心第二階段時，砂漿的分離很明顯，因此降低第二階段的離心轉(zhuǎn)速，能夠有效解決混凝土的內(nèi)分層；

（4）提高第三階段的轉(zhuǎn)速，適當(dāng)增加第三階段的時間，混凝土結(jié)構(gòu)的密實性得到明顯改善；

（5）進(jìn)一步適當(dāng)降低高速轉(zhuǎn)速，適時延長高速時間，管樁內(nèi)壁質(zhì)量效果較好；

（6）后期還需進(jìn)一步批量試驗，驗證新工藝的合理性和適應(yīng)性。

3.3 試驗驗證

優(yōu)化后的工藝具有一定的先進(jìn)性，因此在建華某企業(yè)B車間進(jìn)行批量試驗，陸續(xù)生產(chǎn)20 d，在車間調(diào)整了3臺離心機的離心參數(shù)，另外3臺離心機的參數(shù)還設(shè)定原參數(shù)進(jìn)行對比，通過隨機抽取離心實驗樁進(jìn)行鋸樁，具體試驗數(shù)據(jù)見表5。

表3 鋸樁后數(shù)據(jù)

表4 四級工藝參數(shù)數(shù)據(jù)

表5 離心實驗參數(shù)數(shù)據(jù)

共鋸樁55條，砂漿余漿層厚度平均22 mm，密實度均較好（圖2），有效地改善了管樁混凝土的分層問題，密實度得到有效提高，提高了管樁的耐打性。

圖2 試驗驗證的離心參數(shù)的鋸樁截面圖

4 結(jié)論

根據(jù)建華某企業(yè)現(xiàn)有的原材料情況及混凝土的狀態(tài)，優(yōu)化后的離心工藝具有砂漿層分層現(xiàn)象較低，密實度較好，有效改善混凝土結(jié)構(gòu)，提高管樁的耐打性等特點。針對Φ500×125樁型，結(jié)論如下：

（1）優(yōu)化后的離心工藝參數(shù)為第一階段管模轉(zhuǎn)速70 r/min，離心加速度為1.36 g，時間3 min；第二階段管模轉(zhuǎn)速130 r/min，離心加速度為4.69 g，時間1 min；第三階段管模轉(zhuǎn)速340 r/min，離心加速度為32 g，時間2 min；第四階段管模轉(zhuǎn)速400 r/ min，離心加速度為44.44 g，時間5 min。

（2）在離心第二階段時，砂漿的分離很明顯，因此降低第二階段的離心轉(zhuǎn)速，能夠有效解決混凝土的內(nèi)分層問題。

（3）提高第三階段的轉(zhuǎn)速，適當(dāng)增加第三階段的時間，混凝土結(jié)構(gòu)的密實性得到明顯改善。

（4）進(jìn)一步適當(dāng)降低高速轉(zhuǎn)速，適時延長高速時間，管樁內(nèi)壁質(zhì)量效果較好。

（5）調(diào)整后的砂漿層厚度在23 mm，密實度較好。

5 結(jié)語

本文主要闡述離心工藝參數(shù)設(shè)置的新思路，在試驗過程中以原材料的性能為依據(jù)，不斷試驗驗證。管樁行業(yè)屬于勞動密集型產(chǎn)業(yè)，新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用是引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的動力源泉。泵送生產(chǎn)線具有用工少、勞動強度低等優(yōu)點。泵送混凝土應(yīng)用技術(shù)的成熟將推動整個行業(yè)的快速發(fā)展。

[1]阮起楠.預(yù)應(yīng)力混凝土管樁［M］.北京：中國建材工業(yè)出版社，2000.

[2]嚴(yán)志隆.關(guān)于管樁離心成型工藝參數(shù)的確定［J］.混凝土與水泥制品，2011，（1）:40-42.