細(xì)磨混合材對免壓蒸PHC管樁水泥性能影響試驗(yàn)研究

謝任芝，張琴琴

（華潤水泥技術(shù)研發(fā)有限公司，廣州 510460）

0 前 言

預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土（PHC）管樁上世紀(jì)70年代開發(fā)，由于其具有強(qiáng)度高、穿透力強(qiáng)、承載力大，施工速度快等一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于鐵路、公路與橋梁、碼頭、水利、市政構(gòu)筑物等的工程基礎(chǔ)。但由于其生產(chǎn)要經(jīng)過常壓蒸養(yǎng)+高壓蒸養(yǎng)的模式，管樁后期強(qiáng)度和耐久性均受到一定程度影響，高壓蒸養(yǎng)設(shè)備投資大，工藝繁瑣，能源消耗和環(huán)境污染也相對比較大。如在PHC管樁生產(chǎn)過程中采用免壓蒸養(yǎng)護(hù)工藝，不僅能提高管樁耐久性，而且能降低設(shè)備投資成本、簡化生產(chǎn)工藝，減小環(huán)境污染，已成為國內(nèi)外PHC管樁生產(chǎn)的重要發(fā)展方向。本課題通過優(yōu)化水泥配比，摻加一定量的細(xì)磨礦粉和粉煤灰進(jìn)行試驗(yàn)，研究分析混合材礦粉和粉煤灰的復(fù)摻對水泥性能的影響規(guī)律，并確定制備高性能免壓蒸PHC管樁水泥的混合材適宜摻量。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料

試驗(yàn)熟料的礦物組成為：C3A≈5%，C3S+C2S≥70%，0.6%＜R2O＜1.0%，選取A公司生產(chǎn)核電水泥用熟料，熟料的率值、礦物組成和物理性能如表1；將A公司提供的脫硫石膏放在馬弗爐內(nèi)，從室溫升至230℃，保溫至物料恒重，烘干脫硫石膏內(nèi)部結(jié)晶水，即為試驗(yàn)要求的石膏；礦粉由B管樁公司提供的S95級粉體；粉煤灰為二級灰。各種原材料的化學(xué)成分如表2。

表1 熟料率值、礦物組成和物理性能

表2 各種原材料化學(xué)成分（%）

1.2 試驗(yàn)方法

（1）樣品的制備。免壓蒸PHC管樁水泥的制備采用實(shí)驗(yàn)室小磨分別粉磨的工藝：按照表3各組配比將硅酸鹽水泥熟料與一定量石膏粉磨至比表面積約為370m2/kg，摻入部分從B管樁公司取得的比表面積約為350m2/kg的礦粉和A公司提供的二級粉煤灰，進(jìn)行均勻混合，即制得所需的水泥樣品。

表3 細(xì)磨混合材制備水泥樣品配合比（%）

（2）性能檢測。膠砂蒸養(yǎng)強(qiáng)度是按現(xiàn)行GB/T17671-1999成型檢測，W/C=0.35，加一定量減水劑。試件蒸養(yǎng)制度為：靜養(yǎng)期（30℃，4h）—升溫期（2h）—恒溫期（85℃恒溫，4h）—降低溫期（2h）四個(gè)階段。

2 結(jié)果與討論

2.1 對免壓蒸PHC管樁水泥基本物理性能的影響

通過1.2提供的試驗(yàn)方法，測得各組配比的水泥樣品的基本物理性能如表4所示。

由以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著混合材摻量的增大，水泥膠砂標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量逐漸增加，初凝和終凝時(shí)間逐漸延長，當(dāng)混合材摻量增加到50%時(shí)，初凝和終凝時(shí)間分別高達(dá)295min和315min。因此，在利用礦粉和粉煤灰作混合材制備免壓蒸PHC管樁水泥時(shí)，須摻入一定量的調(diào)節(jié)劑，來縮短水泥的凝結(jié)時(shí)間。

2.2 對膠砂標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度的影響

在相同的水膠比條件下，摻入不同配比的礦粉和粉煤灰對水泥膠砂抗壓強(qiáng)度的影響如圖1～圖6所示。

從圖1～3的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著混合材礦粉和粉煤灰摻量的增加，水泥膠砂早期強(qiáng)度逐漸下降；當(dāng)粉煤灰摻量一定時(shí)，隨著礦粉摻量增加，水泥28d、90d的抗壓強(qiáng)度逐漸增大，且當(dāng)?shù)V粉摻至25%、粉煤灰為5%和礦粉摻至35%、粉煤灰為10%時(shí)，水泥28d和90d抗壓強(qiáng)度均達(dá)到最大值，與空白樣強(qiáng)度值相近。從圖4～6可以看出，當(dāng)?shù)V粉和粉煤灰摻量比﹤3.5時(shí)，水泥膠砂28d、90d抗壓強(qiáng)度隨摻量比的增大逐漸升高的趨勢比較明顯，當(dāng)摻量比＞3.5時(shí)，強(qiáng)度升高趨于平緩。因此，在利用細(xì)磨混合材礦粉和粉煤灰復(fù)摻制備免壓蒸PHC管樁水泥時(shí)，應(yīng)控制礦粉和粉煤灰摻量比＞3.5。

2.3 對膠砂蒸養(yǎng)強(qiáng)度的影響

按照表2配比，在W/C=0.35條件下進(jìn)行成型，在設(shè)定的蒸養(yǎng)制度下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，脫模后檢測，得出混合材對水泥膠砂蒸養(yǎng)強(qiáng)度的影響如圖7、圖8所示。

圖1 對水泥3d膠砂抗壓強(qiáng)度的影響

圖2 對水泥28d膠砂抗壓強(qiáng)度的影響

圖3 對水泥90d膠砂抗壓強(qiáng)度的影響

圖4 對水泥3d膠砂抗壓強(qiáng)度的影響

圖5 對水泥28d膠砂抗壓強(qiáng)度的影響

圖6 對水泥90d膠砂抗壓強(qiáng)度的影響

從試驗(yàn)結(jié)果圖7～8可以看出，混合材礦粉和粉煤灰對免壓蒸PHC管樁水泥蒸養(yǎng)抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律同對其28d、90d膠砂抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律相似，均是在粉煤灰摻量一定時(shí)，隨著礦粉摻量的增加，蒸養(yǎng)強(qiáng)度提高，隨著礦粉和粉煤灰的摻量比的增大，蒸養(yǎng)強(qiáng)度逐漸升高，當(dāng)?shù)V粉和粉煤灰摻量比為3.5時(shí)，蒸養(yǎng)強(qiáng)度達(dá)到最大值；當(dāng)摻量比＞3.5時(shí)，蒸養(yǎng)強(qiáng)度變化平緩，均接近空白樣值。因此，綜合混合材對膠砂抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律分析可知，在制備免壓蒸PHC管樁水泥時(shí)，細(xì)磨混合材礦粉和粉煤灰復(fù)摻時(shí)，當(dāng)總摻量不超過50%的范圍時(shí)，礦粉與粉煤灰的摻比宜為3.5～5.0，所制備出的水泥樣品性能較優(yōu)良。

表4 細(xì)磨混合材對水泥基本物理性能的影響

圖7 礦粉和粉煤灰對水泥蒸養(yǎng)強(qiáng)度的影響

圖8 礦粉和粉煤灰摻比對水泥蒸養(yǎng)強(qiáng)度的影響

3 結(jié) 論

（1）在制備免壓蒸PHC管樁水泥時(shí)，隨著混合材摻量的增加，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量和凝結(jié)時(shí)間逐漸增大，因此，用礦粉和粉煤灰制備免壓蒸PHC管樁水泥時(shí)，應(yīng)加入一定量的調(diào)節(jié)劑，控制凝結(jié)時(shí)間。

（2）利用礦粉和粉煤灰復(fù)摻制備免壓蒸PHC管樁水泥時(shí)，礦粉對水泥性能的改善效果比較明顯。當(dāng)粉煤灰摻量一定時(shí)，隨著礦粉含量的增加，水泥28d、90d膠砂抗壓強(qiáng)度和膠砂蒸養(yǎng)抗壓強(qiáng)度均逐漸增大；當(dāng)混合材摻入總量控制在50%范圍內(nèi)時(shí)，礦粉和粉煤灰的摻量比控制為3.5～5.0，制備出的水泥膠砂強(qiáng)度和蒸養(yǎng)強(qiáng)度相對優(yōu)良。

（3）礦粉對改善水泥早期性能作用比較明顯，粉煤灰的改善作用不明顯。因此，在利用礦粉和粉煤灰制備免壓蒸PHC管樁水泥時(shí)，為了滿足管樁出廠時(shí)的強(qiáng)度要求，應(yīng)將粉煤灰的摻量控制在較小的范圍內(nèi)，適當(dāng)增加細(xì)磨礦粉的摻量。