改善工藝與養(yǎng)護條件解決預應力管樁制作中出現(xiàn)的問題之實踐

宋炳武

(淮北礦業(yè)相山水泥有限責任公司,安徽淮北 235043)

改善工藝與養(yǎng)護條件解決預應力管樁制作中出現(xiàn)的問題之實踐

宋炳武

(淮北礦業(yè)相山水泥有限責任公司,安徽淮北 235043)

自收縮是引起高性能混凝土早期開裂與粘皮的主要原因。不同的水灰比、不同的材料取代率、不同的養(yǎng)護條件對高性能混凝土的強度、收縮性能和抗剝裂性能起著重要的影響。

改善工藝 管樁 粘皮

我公司水泥粉磨生產(chǎn)能力為400萬噸/年，各項指標連續(xù)多年被國家權(quán)威機構(gòu)質(zhì)量檢驗，合格率為100%，客戶信譽度良好。自2011年開發(fā)管樁客戶以來，用戶反映管樁在拆模后樁身出現(xiàn)裂縫與粘皮現(xiàn)象，影響了管樁質(zhì)量。了解實際情況后，我們對生產(chǎn)工藝諸方面進行了優(yōu)化?，F(xiàn)就出現(xiàn)的問題及優(yōu)化措施進行一些簡要的介紹。

1 預應力管樁簡介

先張法預應力混凝土管樁水灰比較低，一般原始水灰比在0.30左右，用離心方法來實現(xiàn)制品成型，制品混凝土的最終剩余水灰比在0.24左右，密度在2.6t/m3左右，當前國內(nèi)絕大多數(shù)采用初級蒸養(yǎng)+壓蒸養(yǎng)護來實現(xiàn)混凝土的設計強度，從混凝土攪拌到滿足混凝土設計強度要求一般不會超過36h，強度等級達到C80以上。

2 出現(xiàn)的問題及原因分析

水泥混凝土施工期是非常脆弱的，建筑結(jié)構(gòu)中約80%的裂縫與粘皮是由于混凝土收縮、不均勻變形等引起的非載荷裂縫。如果選材不當，或者施工養(yǎng)護不當，將會對混凝土施工期性能產(chǎn)生很大的影響。管樁用戶反映管樁在經(jīng)過蒸養(yǎng)脫模后，樁身表面出現(xiàn)裂縫及粘皮現(xiàn)象，見圖1所示，嚴重影響管樁的外觀質(zhì)量，且初次蒸養(yǎng)后的脫模強度低，如果延長30min的蒸養(yǎng)時間，就不會出現(xiàn)粘皮現(xiàn)象。所以首先可以判定粘皮問題與初次蒸養(yǎng)后的脫模強度低有直接關系。

GB13476—2009《先張法預應力混凝土管樁》標準中規(guī)定，局部粘皮和麻面累計面積不大于管樁總外表面的0.5%，每處粘皮和麻面的深度不大于10mm，且應修補。

表1 水灰比不同的混凝土配合比

3 試驗

我們選擇本公司生產(chǎn)的P·O42.5硅酸鹽水泥，粉煤灰采用淮北大唐電廠Ⅰ級粉煤灰，外加劑選用某公司生產(chǎn)的PCA聚羧酸高效減水劑進行混凝土(試塊)試驗。

3.1 水灰比不同的收縮率

按表1配合比拌制混凝土拌合物，在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護(20℃± 2℃，濕度為95%以上)，測其3天、28天強度和1天、3天收縮率，如表2。

表2 水灰比不同的混凝土的性能檢測

3.2 粉煤灰取代率不同的收縮率

按表3配合比拌制混凝土拌合物，在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護(20℃± 2℃，濕度為95%以上)，測其3天、28天強度和1天、3天收縮率，如表4。

表3 不同粉煤灰取代率的混凝土配合比

3.3 養(yǎng)護條件不同的收縮率

按表5基準配合比拌制混凝土拌合物，在標準環(huán)境在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護(20℃±2℃，濕度為95%以上)，對混凝土分別采取了密封養(yǎng)護、早期保濕養(yǎng)護，并將其中一組在露天進行自然養(yǎng)護，測其3天、28天強度和1天、3天收縮率，如表6。

3.4 數(shù)據(jù)分析及結(jié)論

由表2可以看出：三個水灰比的高性能混凝土試塊在標準養(yǎng)護條件下其28天強度均滿足設計要求，并且隨著水灰比的增大強度是逐漸降低的。同時，高性能混凝土早期自收縮隨水灰比的減小而增大。這是由于水灰比降低，混凝土中總用水量減少，高性能混凝土中自干燥現(xiàn)象提前發(fā)生，而且因水灰比降低使混凝土中孔隙細化，混凝土中產(chǎn)生毛細管張力增大，因而導致混凝土自收縮增加。若混凝土處于約束條件下，此收縮量將使混凝土中產(chǎn)生很大的收縮應力，從而會導致混凝土中產(chǎn)生粘皮與早期微裂縫，并影響后期性能及耐久性。

表5 同一配合比下采用不同養(yǎng)護條件

表6 不同養(yǎng)護條件的混凝土的性能檢測

表7 水灰比不同的混凝土的抗剝裂性能檢測

圖1 出現(xiàn)粘皮現(xiàn)象管樁

3.5 水灰比不同的抗剝裂性能

按表7配合比拌制混凝土拌合物，在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護(20℃±2℃，濕度為95%以上)，測其抗剝裂性能，如表7。

由表7可以看出：三個水灰比的高性能混凝土抗裂試塊，隨著水灰比的增大，每條裂縫平均開裂面積、單位面積裂縫數(shù)目是逐漸減小的。同時，單位面積的總開裂面積也是減小的。與之前測得的隨著水灰比增大混凝土自收縮是逐漸降低的這一規(guī)律相符。

4 解決措施

減水劑被廣泛應用于硅酸鹽水泥混凝土以減少用水量、改善混凝土和易性。管樁生產(chǎn)使用(聚羧酸)高效減水劑，再加上離心成型，使得管樁混凝土的水灰比大幅降低，強度得到大幅提高。如果水泥與減水劑相容性差，造成管樁離心成型時甩漿困難，減水率降低，管樁脫模強度降低，從而出現(xiàn)樁身粘皮與表觀開裂現(xiàn)象。管樁生產(chǎn)要求水泥凈漿初始流動度大于220m，而我公司的凈漿初始流動度為180mm，低于用戶要求的目標值。為此，根據(jù)以上試驗研究情況與結(jié)論，我們分別從熟料煅燒、熟料礦物組成、調(diào)整石膏品種及摻量這幾個方面進行了優(yōu)化調(diào)整。

(1)熟料煅燒。由于我公司石灰石中MgO含量偏高，造成熟料MgO含量偏高，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)容易長圈、結(jié)蛋，嚴重影響窯內(nèi)通風，還原氣氛較嚴重，此時生產(chǎn)的熟料凈漿流動度較差，熟料結(jié)粒較大，外層黑色致密、內(nèi)層黃褐色結(jié)構(gòu)多孔疏松。為解決窯內(nèi)還原氣氛的問題，我們調(diào)整配料方案，將爐渣的加入比例降低2%，相應提高鐵礦石尾礦的使用比例，調(diào)整后熟料MgO含量降低了0.45%，回轉(zhuǎn)窯長圈、結(jié)蛋現(xiàn)象明顯減少。同時采購優(yōu)質(zhì)原煤，大幅降低了煅燒用煤量。調(diào)整后熟料外觀發(fā)生較明顯變化，熟料結(jié)粒均勻，內(nèi)層結(jié)構(gòu)致密、外層致密有光澤。經(jīng)檢測，連續(xù)5天的熟料凈漿初始流動度平均值由180mm提高到了201mm以上。

(2)熟料礦物組成。C3A水化速度快，水化反應需水量大，減水劑加入后首先被C3A吸附，如果熟料C3A含量大，使硅酸鈣對減水劑的吸附量減少，從而降低混凝土的流動性，為此將熟料C3A含量由原7.5%調(diào)整到6.5%，經(jīng)檢測，連續(xù)5天的熟料凈漿初始流動度平均值由201mm提高到了223mm以上。

(3)在采用以上措施后，在實際生產(chǎn)中，考慮到水泥中SO3含量及石膏形態(tài)對水泥與減水劑相容性的影響，緩凝劑全部使用天然二水石膏，同時對其中的硬石膏含量也做了嚴格限定，在不影響凝結(jié)的前提下，適當提高了石膏摻量，出磨水泥SO3控制指標由原來的2.0%左右調(diào)整為2.3%。

經(jīng)過調(diào)整后，生產(chǎn)的管樁水泥與減水劑的相容性大幅提高，制成的混凝土強度明顯提高，無粘皮現(xiàn)象，用戶反映良好。

5 以砂作混合材生產(chǎn)管樁用水泥的探討

硅砂粉是目前壓蒸養(yǎng)護工藝混凝土制品的常用摻合料。相關標準規(guī)定：合格的硅砂粉應符合GB/T14684—2001《建筑用砂》要求，生產(chǎn)C80預應力高強混凝土管樁要求硅砂粉符合JC/T950—2005標準。硅砂粉在混凝土中可起到填充密實作用并參與反應。實踐證明：摻砂水泥的混凝土強度比摻石灰石水泥的混凝土強度平均要高出近7MPa，同時在流動度、凝結(jié)時間等方面均正常以及混凝土和易性與抗粘皮性等方面也表現(xiàn)較好。

6 結(jié)語

由于預應力管樁生產(chǎn)工藝的特殊性，用戶對水泥性能提出了更高要求，通過工藝調(diào)整能夠很大程度地改善水泥與減水劑的相容性，并加以科學養(yǎng)護，可大大減少構(gòu)件的開裂與粘皮現(xiàn)象的發(fā)生。