碎石級(jí)配對(duì)泵送混凝土管樁生產(chǎn)優(yōu)化改進(jìn)的研究

孫常杰

（建華建材中國投資有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212413）

碎石級(jí)配對(duì)泵送混凝土管樁生產(chǎn)優(yōu)化改進(jìn)的研究

孫常杰

（建華建材中國投資有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212413）

隨著泵送混凝土在管樁行業(yè)的應(yīng)用，實(shí)際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)碎石級(jí)配對(duì)混凝土和易性的影響至關(guān)重要。因此，研究碎石級(jí)配優(yōu)化改進(jìn)，對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)具有現(xiàn)實(shí)意義。

碎石級(jí)配；泵送混凝土；優(yōu)化改進(jìn)

0 引言

過去的20年是管樁行業(yè)的黃金發(fā)展期。如今管樁行業(yè)的用工問題日顯突出，成為制約很多管樁廠發(fā)展的重要因素。因此管樁行業(yè)引入新的生產(chǎn)技術(shù)，采用泵送混凝土進(jìn)行閉模喂料，可大幅度減少管樁生產(chǎn)臺(tái)前的用工數(shù)量及勞動(dòng)強(qiáng)度。

泵送技術(shù)的引入是管樁行業(yè)的一重大舉措，帶來便利的同時(shí)也帶來了很多不利的影響，如對(duì)混凝土工作性能要求較高，很多管樁廠由于對(duì)泵送混凝土的性能掌握不到位，致使生產(chǎn)過程面臨諸多的問題，效率、產(chǎn)能低下，嚴(yán)重阻礙了管樁行業(yè)的發(fā)展。

本文就泵送混凝土的工作性能進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)研究，結(jié)合對(duì)管樁生產(chǎn)的原材料進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)因地材類資源限制，致使管樁行業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn)。本文系統(tǒng)研究了碎石對(duì)管樁泵送混凝土的影響，從碎石的級(jí)配進(jìn)行研究，找到適合泵送混凝土碎石的各項(xiàng)指標(biāo)，為實(shí)際管樁生產(chǎn)提供一定的參考。

1 試驗(yàn)研究

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥：蚌埠某水泥廠生產(chǎn)的P·Ⅱ52.5R級(jí)水泥，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量26.0%，3 d抗折強(qiáng)度7.1 MPa，3天抗壓強(qiáng)度32.6 MPa，28 d抗折強(qiáng)度9.2 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度59.7 MPa，初凝時(shí)間130 min，終凝時(shí)間185 min，比表面積400 m2/kg。其它各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合GB/T175-2007《通用硅酸鹽水泥》要求。

摻合料：磨細(xì)砂，比表3 800 cm2/g，0.8 mm篩余百分?jǐn)?shù)1.0%，其它均符合JC/T 950-2005《預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁用硅砂粉》。

細(xì)骨料：江西贛江中砂，細(xì)度模數(shù)為2.6～2.8，屬于Ⅱ區(qū)級(jí)配，表觀密度為2 630 kg/m3，含泥量小于1.0%，經(jīng)檢測(cè)其它均符合GB/T14684-2011《建設(shè)用砂》要求。

粗骨料：安徽蚌埠某公司生產(chǎn)的碎石，表觀密度2 820 kg/m3，碎石分05石（俗稱瓜子石）、12石、13石，分級(jí)堆放。含泥經(jīng)水洗后小于0.5%，經(jīng)檢測(cè)其它均符合GB/T14685-2011《建設(shè)用卵石、碎石》要求。

外加劑：江蘇某外加劑公司生產(chǎn)的高性能聚羧酸類減水劑，固體含量23.08%，密度1.054 g/mL，實(shí)際減水率24.4%，pH值6.3，水泥凈漿流動(dòng)度220 mm。

1.2 試驗(yàn)配合比

依據(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》的要求，配合比設(shè)計(jì)應(yīng)滿足混凝土配置強(qiáng)度及其他力學(xué)性能、拌合物性能、長(zhǎng)期性能和耐久性能的要求；所配置的混凝土具有良好的可泵性能，本次試驗(yàn)采用水膠比為0.30，具體配比見表1。

強(qiáng)度滿足高強(qiáng)混凝土管樁要求，強(qiáng)度等級(jí)不低于C80。配制混凝土的采取管樁廠現(xiàn)場(chǎng)打料，實(shí)際水膠比在0.32～0.35之間。

表1 基礎(chǔ)混凝土配合比 單位：kg/m3

1.3 生產(chǎn)現(xiàn)狀

某管樁廠在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，采用表1配合比進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)出現(xiàn)諸多問題，混凝土沉降、離析（圖1），泵送效率低下、易堵管、生產(chǎn)產(chǎn)能低。通過分析各生產(chǎn)原材料的各項(xiàng)性能參數(shù)，并沒有發(fā)現(xiàn)有具體的數(shù)據(jù)異常。針對(duì)面臨的生產(chǎn)問題，本文從碎石的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行研究，最終有效改善混凝土的工作性能，成功解決了混凝土沉降、泌水離析等質(zhì)量問題，生產(chǎn)效率大幅提高，產(chǎn)能得到保證。

2 碎石對(duì)泵送混凝土的影響及改進(jìn)分析

圖1 攪拌機(jī)出料口的混凝土沉降、離析

表2 各級(jí)篩余百分?jǐn)?shù)

通過對(duì)碎石的系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)混凝土的可泵性對(duì)于骨料級(jí)配間斷或不均勻的反應(yīng)十分敏感，混凝土的和易性對(duì)碎石的級(jí)配要求苛刻。要求碎石整體大顆粒含量不能過大，并要有良好的連續(xù)性，針片狀含量小于5%，含泥量小于0.5%。

2.1 碎石對(duì)混凝土的影響

同期發(fā)現(xiàn)因?yàn)樵摴軜稄S采用13石進(jìn)行配置混凝土，碎石存在26.5 mm的大顆粒及19.0 mm的大顆粒均較多，碎石篩分級(jí)配見表2。

通過各級(jí)的篩余百分?jǐn)?shù)可以看出，16.0 mm篩檔的累計(jì)百分?jǐn)?shù)達(dá)59%，該碎石的表觀密度遠(yuǎn)大于國家標(biāo)準(zhǔn)2 600 kg/m3，達(dá)到2 820 kg/m3，由于碎石的比重較大，級(jí)配的整體顆粒較大，同時(shí)水泥對(duì)其包裹力有限，不能很好地將碎石裹住浮于混凝土體系中，導(dǎo)致碎石的沉降嚴(yán)重，混凝土嚴(yán)重分層（圖1），極大地影響了混凝土的可泵性，泵送效率低，影響生產(chǎn)產(chǎn)能。

通過文獻(xiàn)查閱得知，碎石最小空隙率對(duì)混凝土的影響至關(guān)重要，從理論層次得出碎石的最小空隙率如何配置的原理，見表3。

文獻(xiàn)建立集料的不均勻系數(shù)，即石料的最大粒徑與最小粒徑的差值，如4.75～9.5 mm不均勻性為4.75。同時(shí)指出連續(xù)級(jí)配的空隙率與各個(gè)級(jí)配的體積百分?jǐn)?shù)有關(guān)，體積系數(shù)越大，空隙率的控制權(quán)重越大。因此在配置適合泵送用混凝土?xí)r考慮最小空隙率時(shí)，應(yīng)考慮各級(jí)配的控制權(quán)重的大小。表3中數(shù)據(jù)表明在空隙率最小的時(shí)候不均勻系數(shù)最大，同時(shí)給出了堆積空隙率與不均勻系數(shù)成線性關(guān)系。

表3 不同級(jí)配石料空隙率

該管樁廠為得到適合泵送混凝土的碎石的級(jí)配，采用了5～16 mm，5～20 mm，5～25 mm的連續(xù)級(jí)配及10～20 mm的單粒徑級(jí)配進(jìn)行試驗(yàn)，數(shù)據(jù)見表4。

通過對(duì)混凝土的和易性及可泵性的判定，結(jié)合混凝土的強(qiáng)度進(jìn)行分析，得到適合泵送用混凝土的理想碎石為5～20 mm的連續(xù)級(jí)配。表5為各個(gè)級(jí)配的篩余百分?jǐn)?shù)。

通過對(duì)比可以看出5～20 mm碎石的各級(jí)篩余百分?jǐn)?shù)，相比正常生產(chǎn)的碎石級(jí)配連續(xù)性更好，各篩檔不間斷，混凝土和易性改變較大。

2.2 碎石的改進(jìn)試驗(yàn)

通過對(duì)碎石的級(jí)配進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)管樁廠的碎石級(jí)配不合理，局部單一，不連續(xù)，造成混凝土易沉降，離析泌水。采取控制進(jìn)廠碎石級(jí)配的合理性，將13石換成12石后，另摻入一定比例的05石進(jìn)行配置混凝土。碎石的各級(jí)配的篩余百分?jǐn)?shù)見表6。

表4 理想級(jí)配的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5 各個(gè)級(jí)配的篩余百分?jǐn)?shù)

改進(jìn)后的混凝土有效解決了混凝土的分層離析、泌水等質(zhì)量問題（圖2），使得混凝土的泵送效率大幅提升，生產(chǎn)產(chǎn)能得到明顯提高，生產(chǎn)質(zhì)量也得到明顯提高。由此可知碎石的級(jí)配對(duì)于泵送混凝土的敏感性較強(qiáng)。

表6 改變后的碎石各級(jí)篩余百分?jǐn)?shù)

另外，改造進(jìn)廠碎石的大小，分開堆放，便于生產(chǎn)搭配。圖3為分開堆放的碎石，碎石采用三級(jí)搭配滿足泵送生產(chǎn)要求。

3 結(jié)論

圖2 級(jí)配改善圖

圖3 三級(jí)碎石搭配

通過改善后的混凝土發(fā)現(xiàn)，混凝土的可泵性對(duì)于骨料級(jí)配間斷或不均勻的反應(yīng)十分敏感。因此本文從兩個(gè)方面闡述了碎石的級(jí)配對(duì)泵送混凝土影響的重要性。一方面是碎石的級(jí)配，另一方面是碎石的最小空隙率。在滿足最小空隙率的前提下，有效較低了砂率，降低了水泥的用量。同時(shí)合理的碎石級(jí)配保證了混凝土的工作性能，使得泵送混凝土的和易性較好，避免了生產(chǎn)出現(xiàn)的質(zhì)量問題。

通過對(duì)碎石級(jí)配的研究，得出了一些結(jié)論：

（1）碎石級(jí)配、規(guī)格、粒徑對(duì)管樁泵送混凝土影響至關(guān)重要，碼頭配料需要提出更精細(xì)化的要求。針片狀、含泥量要嚴(yán)格控制，粒徑不能偏大，必須有良好的連續(xù)性。建議在后期新線設(shè)計(jì)時(shí)砂、石能夠按照粗細(xì)和不同大小石子在拌合樓上分別計(jì)量搭配，以滿足泵送混凝土穩(wěn)定性要求。砂石堆場(chǎng)最好采取防雨措施以免砂石含水率變化難以控制。

（2）碎石的級(jí)配滿足連續(xù)級(jí)配要求。如根據(jù)該管樁廠碎石質(zhì)量水平，宜控制19.0 mm約占14%，16.0 mm約占16%，9.5 mm約占48%，4.75 mm約占20%，2.36 mm約占1%，小于2.36 mm約占1%，以碎石最小孔隙率為控制原則，嚴(yán)格控制碎石級(jí)配。

（3）砂率不能過高。低砂率有利于離心效果，減少分層現(xiàn)象，但必須在合理的碎石級(jí)配基礎(chǔ)上。如根據(jù)該管樁廠原材料情況，砂率由原來41%左右調(diào)整為現(xiàn)在38%左右，有效降低成本，降低砂率3個(gè)點(diǎn)，降低成本2.1元。統(tǒng)計(jì)1～8月份的混凝土方量224 366方，可節(jié)約47萬元，按照現(xiàn)有產(chǎn)能，一年可節(jié)約72萬元左右。

（4）在碎石整體顆粒偏大時(shí)宜適當(dāng)增加砂率，以改善可泵性。碎石顆粒整體偏小、級(jí)配連續(xù)性較好，可適當(dāng)降低砂率。

（5）砂含泥量嚴(yán)格控制在1.0%之內(nèi)。含泥量超出1.0%，造成泵送混凝土粘稠，泵送困難，影響泵送效率，還易造成離心內(nèi)壁成型差。

（6）坍落度攪拌機(jī)出料時(shí)宜保證在120～180mm，泵口處宜控制在60～120 mm之間。

（7）在環(huán)境溫度在35℃以上，坍損較大時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加砂率、減水劑摻量以改善可泵性。

（8）生產(chǎn)的連續(xù)性要嚴(yán)格控制，防止等料造成泵送困難及出現(xiàn)多、少料現(xiàn)象。

（9）砼料嚴(yán)禁加入生水進(jìn)行再次攪拌，保證混凝土的均勻性。

4 結(jié)語

泵送技術(shù)的引入帶來了很多便利，給管樁行業(yè)帶來新的一次技術(shù)革新。本文針對(duì)泵送混凝土生產(chǎn)面臨的一些問題，進(jìn)行管樁廠實(shí)地跟蹤解決問題，通過對(duì)碎石級(jí)配的研究，成功改善混凝土的工作性能。

作者：孫常杰（1986-），男，本科，助工，土木工程專業(yè)。

With the application of pump concrete in the pipe industry,in the actual production process，the gravel gradation effect on the workability of concrete is found.Therefore，research on aggregate gradation optimization is of practical significance to guide the production improvement.

aggregate gradation；pump concrete；optimization and improvement

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2014-7-2)