免壓蒸管樁混凝土原材料及養(yǎng)護(hù)制度分析★

蔣 麗 燕

(浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 311231)

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免壓蒸管樁混凝土原材料及養(yǎng)護(hù)制度分析★

蔣 麗 燕

(浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 311231)

結(jié)合免壓蒸管樁混凝土的研究現(xiàn)狀，從原材料選用與養(yǎng)護(hù)制度兩方面，探討了免壓蒸管樁混凝土的質(zhì)量控制措施，并分析了免壓蒸管樁的經(jīng)濟(jì)性，指出采用免壓蒸養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)工藝，既降低了管樁的生產(chǎn)能耗，又提高了管樁混凝土的耐久性。

PHC管樁，混凝土，養(yǎng)護(hù)制度，經(jīng)濟(jì)性

0 引言

PHC(Pretensioned High-strength Concrete)管樁是一種應(yīng)用廣泛的樁基材料，PHC管樁的使用可縮短建設(shè)周期，同時(shí)節(jié)約大量能源消耗。隨著我國(guó)大規(guī)?；A(chǔ)建設(shè)的發(fā)展，PHC 管樁需求量迅速增大[1,2]。而目前PHC管樁生產(chǎn)多以磨細(xì)砂為集料，采用蒸養(yǎng)+壓蒸二次水熱養(yǎng)護(hù)工藝，高溫高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)不僅投入成本高、能耗高，同時(shí)也是造成PHC管樁耐久性能降低的主要原因。因此，從技術(shù)上優(yōu)化PHC管樁生產(chǎn)，降低生產(chǎn)能耗與成本，同時(shí)提高PHC管樁混凝土耐久性具有重大經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

1 研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)大部分學(xué)者主要從改變?cè)牧辖M成、改變生產(chǎn)工藝兩個(gè)方面來解決這一技術(shù)問題：1)以粉煤灰、礦渣、偏高嶺土等為摻合料，與高性能外加劑復(fù)摻，替代部分水泥；2)采用蒸汽一次養(yǎng)護(hù)替代蒸養(yǎng)+壓蒸二次水熱養(yǎng)護(hù)。盧迪芬等[3]以粉煤灰、礦渣和極少量的激發(fā)劑為摻合料，替代30%水泥，同時(shí)采用免高溫高壓養(yǎng)護(hù)制度，僅在蒸汽養(yǎng)護(hù)條件下就能達(dá)到管樁出廠強(qiáng)度。徐志平等[4]以S95級(jí)礦渣微粉為摻合料，以20%，25%摻合料等量取代水泥，經(jīng)24 h蒸養(yǎng)后抗壓強(qiáng)度均超過80 MPa，強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。田寅等[5]以高活性粒化高爐礦渣為摻合料，調(diào)節(jié)一次蒸汽養(yǎng)護(hù)制度生產(chǎn)出免蒸壓C80高強(qiáng)混凝土管樁，發(fā)現(xiàn)免壓蒸管樁有效降低了樁身脆性，未出現(xiàn)打裂打爆現(xiàn)象，滿足施工要求。曾俊杰等[6]以偏高嶺土、粉煤灰、礦粉為摻合料，以不超過10%的摻量取代水泥，采用一次養(yǎng)護(hù)制度制備的高強(qiáng)混凝土1 d抗壓強(qiáng)度超過80 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度超過90 MPa，滿足PHC管樁的強(qiáng)度要求。

2 PHC混凝土質(zhì)量控制

免壓蒸管樁混凝土的性能主要取決于水泥、外加劑、摻合料等原材料的性能、配比及管樁養(yǎng)護(hù)工藝等?；炷亮己霉ぷ餍院蛷?qiáng)度等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的獲得必須通過綜合控制各因素才能取得最佳效果。

2.1 原材料

1)水泥。GB 13476—2009先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁中規(guī)定水泥宜采用強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和礦渣水泥。但普通硅酸鹽水泥及質(zhì)量低劣的硅酸鹽水泥經(jīng)蒸汽養(yǎng)護(hù)后雖可達(dá)到較高強(qiáng)度(60 MPa～70 MPa)，但在后期自然或標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)情況下，強(qiáng)度幾乎沒有增長(zhǎng)，很難達(dá)到80 MPa 基本要求。主要因?yàn)樗嗷旌喜牡幕钚晕茨馨l(fā)揮，混凝土后期強(qiáng)度提高很小。此外，粉磨較細(xì)的水泥強(qiáng)度富余系數(shù)和后期強(qiáng)度增長(zhǎng)也不能達(dá)到配制高強(qiáng)混凝土的要求。因此，配制免壓蒸管樁混凝土應(yīng)選用質(zhì)量穩(wěn)定、強(qiáng)度富余系數(shù)較高的優(yōu)質(zhì)硅酸鹽水泥。

另外，馬國(guó)寧等[7]從調(diào)整水泥凝結(jié)時(shí)間、控制水泥細(xì)度、水泥粉磨工藝等三方面對(duì)免壓蒸PHC水泥的生產(chǎn)進(jìn)行了控制，同時(shí)認(rèn)為需要合理設(shè)計(jì)水泥熟料的礦物組成，如水泥熟料中C3A能夠大量吸附減水劑而降低混凝土的流動(dòng)性能，應(yīng)盡可能減少C3A的含量。就此，盧迪芬等[3]認(rèn)為需要保證C3A含量低于7%和合理的顆粒級(jí)配，以改善水泥與減水劑的相容性。

2)外加劑。PHC管樁混凝土水膠比一般為0.29～0.30，免壓蒸PHC管樁混凝土水膠比在0.24～0.25或更低，因此要求減水劑要有很高的減水效果，目前多采用聚羧酸系超塑化劑。聚羧酸減水劑具有早強(qiáng)、高減水、增強(qiáng)等優(yōu)異性能，但價(jià)格昂貴，同時(shí)存在一定程度引氣、緩凝作用，不利于蒸壓養(yǎng)護(hù)。采用聚羧酸系減水劑與消泡劑復(fù)合使用，則會(huì)造成新拌管樁混凝土工作性較差，比如骨料外露、不易鏟動(dòng)等。此外，單方混凝土用水量對(duì)聚羧酸系減水劑摻量較為敏感，易造成管樁混凝土工作性不可控。

聚羧酸減水劑除減水率大，還可以顯著改善混凝土的抗裂性能。這是由于聚羧酸減水劑易與氫氧化鈣反應(yīng)，形成穩(wěn)定的羧酸鈣鹽，降低混凝土中界面過渡區(qū)中氫氧化鈣濃度，增大膠凝材料和粗骨料的粘結(jié)力，提高混凝土力學(xué)性能及耐久性能。

3)摻合料。免壓蒸PHC管樁用摻合料主要由粉煤灰、礦渣、硅灰、偏高嶺土、激發(fā)劑等組合而成。使用摻合料既可節(jié)能利廢，降低成本，同時(shí)又可利用上述摻合料的火山灰效應(yīng)、形貌效應(yīng)和微集料效應(yīng)，增加水化產(chǎn)物含量，細(xì)化混凝土孔結(jié)構(gòu)，提高混凝土耐久性。

魏宏超[8]通過大量的試驗(yàn)驗(yàn)證以磨細(xì)礦渣微粉為摻合料，部分替代水泥配制免壓蒸PHC是可行的。僅以25%和35%的磨細(xì)礦渣微粉等量替代水泥，每立方米混凝土分別可降低材料費(fèi)近15元和21元?；挛木闧9]以超細(xì)粉煤灰為免壓蒸混凝土摻合料，研究其摻量對(duì)PHC管樁混凝土流動(dòng)性、力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明摻量為16%時(shí)，管樁混凝土脫模強(qiáng)度和28 d均滿足生產(chǎn)要求。

張建綱等[10]利用fuller曲線研究了各種摻合料對(duì)于優(yōu)化顆粒級(jí)配的作用，認(rèn)為越接近fuller曲線混凝土用水量越少，越能改善混凝土流變性能。

因此，如何充分發(fā)揮摻合料的火山灰效應(yīng)是摻合料利用于免壓蒸PHC的重要技術(shù)問題。一般通過以下途徑解決這一問題[11]：a.化學(xué)活化；b.高溫養(yǎng)護(hù)；c.機(jī)械活化，如將粉煤灰磨細(xì)成粉煤灰微珠應(yīng)用于免壓蒸混凝土中具有較好的作用；d.復(fù)合作用，Bakharev．T[12]分別用Na2SiO3和NaOH激發(fā)摻礦渣粉的混凝土，結(jié)果表明在常溫下強(qiáng)度有較大增長(zhǎng)，但干縮較大；采用水熱養(yǎng)護(hù)后，激發(fā)劑效果更明顯，混凝土強(qiáng)度有較大增長(zhǎng)，同時(shí)混凝土干縮得到很大降低。

4)集料。粗細(xì)骨料對(duì)免壓蒸PHC管樁混凝土性能的影響主要為兩方面：混凝土單方用水量和力學(xué)強(qiáng)度。試驗(yàn)證明，聚羧酸系減水劑對(duì)砂含泥量、粗集料石粉含量的敏感性遠(yuǎn)大于萘系減水劑，因此，對(duì)于粗細(xì)集料潔凈程度要求應(yīng)更為嚴(yán)格[13]。粗集料一般選用天然巖石[14]，其粒形特征(粒形、粒徑、表面形狀、級(jí)配等)對(duì)新拌混凝土性能和后期力學(xué)強(qiáng)度影響更大。細(xì)集料宜選用石英含量高、含泥量低、篩分曲線平滑、細(xì)度模數(shù)在2.6～3.2 之間的中粗砂。嚴(yán)格控制砂的含泥量以確?；炷恋馁|(zhì)量。

周棟梁等[15]研究了粗細(xì)骨料性能對(duì)混凝土性能的影響，結(jié)果表明機(jī)制砂表面粗糙，有吸漿現(xiàn)象；閩江砂的含泥量大，嚴(yán)重影響混凝土的工作性能；細(xì)度模數(shù)與顆粒級(jí)配良好的海砂能提高混凝土早期抗壓強(qiáng)度。

2.2 養(yǎng)護(hù)制度

傳統(tǒng)的PHC管樁以磨細(xì)砂為摻合料，采用二次水養(yǎng)制度，其養(yǎng)護(hù)制度為成型后靜停2 h，再進(jìn)行常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)4.5 h，高溫高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)6 h。常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)過程是85 ℃恒溫下養(yǎng)護(hù)4.5 h，蒸壓養(yǎng)護(hù)為180 ℃，0.9 MPa蒸汽下養(yǎng)護(hù)6 h。

3 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

將免壓蒸技術(shù)應(yīng)用于PHC混凝土既減少了水泥用量，有效利用了固體廢棄物，同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本，表1～表3以廣東某管樁廠生產(chǎn)為例，對(duì)免壓蒸技術(shù)與傳統(tǒng)二次蒸養(yǎng)制備PHC管樁混凝土進(jìn)行的經(jīng)濟(jì)性比較。傳統(tǒng)PHC管樁與新型PHC管樁配合比及原材料價(jià)格如表1及表2所示，混凝土各參數(shù)對(duì)比見表3。

表1 混凝土配合比 kg/m3

表2 混凝土原材料單價(jià) 元/t

表3 混凝土性能參數(shù)及總成本對(duì)比

從表3得出，生產(chǎn)新型PHC管樁混凝土的成本比傳統(tǒng)PHC管樁成本要高14.8元/m3。但免蒸壓PHC管樁有以下優(yōu)勢(shì)：

1)無(wú)高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)過程，節(jié)省生產(chǎn)設(shè)備、維修等成本；2)養(yǎng)護(hù)時(shí)間縮短約40%，生產(chǎn)效率大幅提高，并且混凝土經(jīng)養(yǎng)護(hù)坑養(yǎng)護(hù)后的脫模強(qiáng)度超過80 MPa，節(jié)約了自然養(yǎng)護(hù)時(shí)間，從而可減少成品堆場(chǎng)面積；3)加入摻合料后，混凝土拉壓比顯著增大，混凝土脆性降低，耐久性能提高，同時(shí)達(dá)到節(jié)能減排的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合考慮影響PHC管樁混凝土工作性、強(qiáng)度要求和后期耐久性指標(biāo)的各種因素，采用較高質(zhì)量水泥，選用合適的減水劑及礦物摻合料，利用一次蒸汽養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)工藝，可使得免壓蒸PHC管樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到生產(chǎn)及建筑施工要求，較大限度的利用了固體廢棄物，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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Analysis on non-autoclave pipe pile concrete raw material and maintenance system★

Jiang Liyan

(ZhejiangVocationalCollegeofConstruction,Hangzhou311231,China)

Combining with non-autoclave pipe pile concrete research status, starting from two aspects of raw material selection and maintenance system, the paper explores quality control measures of non-autoclave pipe pile concrete, analyzes the economy of non-autoclave pipe pile, and finally points out that: it not only reduces pipe pile producing energy consumption, but also improves pipe pile concrete durability through applying non-autoclave maintenance technology.

PHC pipe pile, concrete, maintenance system, economy

1009-6825(2016)13-0114-02

2016-02-27★:智能混凝土裂縫自修復(fù)材料的試驗(yàn)研究(項(xiàng)目編號(hào)：2015R444003)

蔣麗燕(1981- )，女，碩士，講師

TU528

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