免蒸压无余浆混凝土预制桩关键技术的研发与应用.pdf

2 0 1 3 年 第 3期 (总 第 2 8 1 期 ) N u mb e r 3 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No ．2 8 1 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 混凝土制品 CONCRETE PR0DUCTS d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ／j ． i s s n ． 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ． 2 0 1 3 ． 0 3 ． 0 3 1 免蒸压无余浆混凝土预制桩关键技术的研发与应用 苟德胜 ，李斌斌 ( 建华管桩集 团技术中心 ，江苏 镇江 2 1 2 4 1 3 ) 摘要： 一种新型混凝土预制桩生产方法的研制与开发 ， 其主要技术核心在于使用 了一种 自主研制的高活性增效剂 G M． 0 1 等量 代替部分胶凝材料， 结合特定的混凝土配合 比、 离心工艺及养护制度， 在低水胶 比常压蒸汽养护的条件下即可达到出厂要求。 其创新 点包括 ： ①免蒸压 ， 即混凝土预制桩在离心成型后直接进行常压蒸汽养护即可 ， 较传统生产工艺节省 6 O ％蒸汽用量 ， 降低能源消耗及 c 、 S O 、 NO 的排放 ； ②无余浆 ， 即混凝土预制桩离心成型后， 管桩 内壁光滑平整， 无多余浆体 。 在达到以上要求及效果的同时 ， 混凝 土预制桩性能与常规技术所生产的桩相 比， 除各项质量指标达到相关标准要求外 ， 在混凝土耐久性等方面具有优势明显。 关键词： 混凝土预制桩；免蒸压；无余浆；力学性能 ；耐久性 ； 中图分类号： T U 5 2 8 ． 7 3 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 3 — 0 1 l 1 — 0 4 Res ea r c h and a ppl i c at i on of ke y t ec hnol ogy i n pr e f abr i c a t e d c oncr e t e pi l e s wi t h n on-au t oc l ave c ur i ng and non—r edundant s l ur r y GOU De — s he n g， LI Bh l — b i n ( T e c h n d o y C e n t e r o f J i a n h u a C o n c r e t e P i l e s G r o u p ， Z h e n j i a n g 2 1 2 4 1 3 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： I t wa s a bo ut t h e r e s e a r c h a nd de v e l o pme n t o ft h e me t h o d o fp r o d uc i n g a n e w t y pe o fp r e f a b r i c a t e d c o n c r e m pi l e s who s e ma i n t e c h n o l o g y l a y i n r e p l a c i n g p a r t i a l b o n d mat e r i a l w i t h s e l f - d e v e l o p i n g h i 曲l y a c t i v e s y n e r g i s t i c a g e n t - G M- 0 1 i n e q u i v a l e n t a mo u n t ． I t c o m — bi n e d s pe c i fic c o n c r e ~ f o r mu l a， c e n t r i f u ga l p r o c e s s an d c ur i n g s y s t e m whi c h c o u l d me e t t he pr o d u c t i o n r e q u i r e me n t s un d e r l o w w／ c r a t i o a n d a t mo s ph e ric s t e a m c ur i n g c o n di t i o n ． The i I mo v ati o n p oi n t s i n c l u de d： 1 ． n o n — a u t o c l a ve c u r i ng， i ． e ． o nly a tm os p h e r i c s t e a m c u r i n g a fte r c e n t r i fug a l c a s t i n g p r e f a b r i c a t e d c o nc r e t e pi l e s wh i c h c o ul d s a ve 6 0 ％ s t e am an d r e d u c e t he c o n s u mp t i o n o f e n e r gy a n d e mi s s i o n o f C ， S ( ) 工 a n d NO c o mp a r e d wi t h t r a d i t i o n a l p r o d u c t t e c hn i q u e s ； 2 ． n o n - r e d un d a n t s l u r r y， i ．e ． the i n t e rna l wa l l o f p i l e s k e p t s mo o t h a ft e r c e n t r i f u - g a l c a s t i n g p r e f a b r i c a t e d c o nc r e t e p i l e s wi t ho ut r e d u nd a nt s l u r r y ． W h i l e me e t i n g the r e q u i r e me nt a n d e ffe c t s a b o ve， c o mp are d wi th the b e — h a v i o r o fp i l e s p r o d uc e d wi th c o n v e nti o n a l t e c hn o l o gy ， b e s i d e s me e t i ng the v ari ou s q ua l i t y r e q ui r e me n t s o fr e l a t e d s t an d a r ds ， the be ha vi o r of n e w t y pe pi l e s we r e s o me t i me s pr i o r i n d ur a bi l i t y a nd S O o n ． Ke y wo r d s ： p r e f a b r i c a t e d c o n c r e t e p i l e s ； n o n - a u t o c l a v e c u r i n g ； n o n -r e d u n d ant s l u r r y； me c h a n i s m b e h a v i o r ； d u r a b i l i ty 0 引言 预应力混凝土预制桩 因其技术先进 、 生产工业化程度 高 、 质量稳定 、 施工周期 短和资 源消耗少等 技术 、 经 济优 势 ， 在 国内外得 到较快发展 ， 已成为基础工程的重要桩基 材料。 目前预制桩企业 主要生产工艺流程 ： 配料一搅拌一布 料 一合模 一预应 力 张拉 一离 心成 型一 倒余 浆一 常 压蒸 养一脱模一高压蒸养一成 品。 其 中“ 倒余 浆” 的过程 ， 不仅 影响 了生产效率 ， 同时产 生了大量不 易处理的废弃浆体 。 “ 高压蒸养 ” 的过程需要用到特种设 备“ 高压釜” ， 不仅成本 投资大 ， 而且 因其属于压力容器 ， 必然存 在一定的安全隐 患。 同时 ， 此养护过程 时间长 、 需蒸 汽量大 ， 影响了效率 ， 浪 费 了能源 。 本研究是一种 免蒸压无余浆 技术生产 P H C预 制桩 的技术 ， 将有效 的省 去“ 倒 余浆 ” 、 “ 高压蒸 养” 这两个 收稿 日期 ：2 0 1 2 - 0 9 — 1 3 工艺环节 ， 从而节省资源 、 保护环境 ， 同时能获得更好的经 济效益。 因此 ， 此项技术的研发与应用具有显著 的经济和社 会效益。 1 技 术路 线 混凝土预制桩 的混凝土强度要求大于 C 8 0 ， 属于高强 混凝 土。 现有技术一般通过添加磨细砂 ， 在 1 ． 0 MP a ， 1 5 0℃ 以上 的条件下激发其活性 ， 与水泥水化形成的 C a ( O H) ： 发 生化学反应 ， 生成强度很高 的托勃莫来石 。 而直接采用常 压蒸汽养护的方式使管桩达到 C 8 0 等级的要求 ， 那么胶凝 材料的水化过程必须在 1 0 0℃以下 的条 件和较短 的时 间 内要 尽量快速 、 完全 的反应 。 同时胶凝材料应该拥有较好 的黏聚性与保水性 ， 且在较低水胶 比的情况下 ， 才能够保 证管桩在离心后“ 无余浆” 。 目前免蒸压高 强混凝 土的技术虽还 没有大规模 的在 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 社会上进行推广应用 ， 但是相关性 的试验研究 已经有很多 专家学者们在进行 。 从结论上看 ， 要达到高强的免蒸压混凝 土可以通过各种不同的途径 。 比如 ： ( 1 ) 掺人一种免蒸压掺合料 ， 其 主要成分是粉煤灰 、 矿 渣和极少量的激发剂。 在一定配合比， 水胶 比0 ．2 6 ~ 0 ． 3 0 ， 当矿 粉掺量为 3 0 ％ ～ 3 5 ％时 ， 蒸养 1 4 h ， 抗压强度达到 8 6 ． 5 MP a ， 劈裂抗拉强度达到 4 ． 4 MP a ， 达到管桩出厂要求Ⅲ 。 ( 2 ) 通过一定的配合 比： 水胶比为 0 ． 2 5 ～ 0 ．3 0 ， $ 9 5 粒化高 炉矿渣粉掺量为 1 0 ％ 4 0 ~／ 0 ， 胶凝材料用量为 4 7 0 ～ 5 5 0 k g ／ m 。 再配合一定 的养护工艺 ， 3 d 后可达到出厂要求圆 。 ( 3 ) 掺人一种 自 制特种掺合料由矿渣微粉、 硫酸盐 、 活性 二氧化硅 、 氧化钙和粉煤灰组成 ， 且其 占混凝土总重的 2 0 0 ／ 0 ~ 4 0 ％。 通过一定 的配合 比、 高效减水剂及在 8 0 ～ 8 5 ℃的条件 下蒸汽养护 6 h ， 然后 自然养护 3 ～ 7 d即可达到 出厂要求[3 1 。 从 以上论文及专利观点不难看 出， 要达到高强免蒸压 ( 1 ) 需要有较高的胶凝材料 比例； ( 2 ) 需要具有一定激发作用的活性掺合料 ； ( 3 ) 需要高性能减水剂 ； ( 4 ) 需要有 0 ． 3以下的低水胶 比； ( 5 ) 需要有一定的蒸养工艺及 自 然养护时间。 综合 以上结论 ， 笔者根据混凝 土预制桩的生产实际情 况出发 ， 制定 了可以使管桩免蒸压且离心后无余浆的技术 路线 ， 即 ： ( 1 ) 研制一种高活性增效剂 G M． 0 1 ； ( 2 ) 优化混凝土配合比； ( 3 ) 设计符合免蒸压混凝土的最佳蒸汽养护工艺。 2试 验 过 程 2 ． 1 原材料 ( 1 ) 水泥 ： 江苏小野 田生产的 P I I 5 2 ． 5 级水泥 ， 其性能 混凝 土的技术途径包括 ： 指标见表 1 。 表 1 水泥 性能指 标 ( 2 ) 矿粉 ： 江苏伊兰特 $ 9 5 级矿渣微粉 ， 其基 本性能见 表 2 。 表 2 矿粉性能指标 ( 3 ) 掺合料 ： 自制高活性增效剂 G M 0 1 E 4 ] 。 ( 4 ) 减水剂 ： 长江建材生产 的高效萘系减水剂 ， 含 固量 2 0 ％ 。 ( 5 ) 细骨料 ： 江西赣江砂 ， 细度模数 2 ． 8 ～ 3 ． 0 ， 含泥量 ≤ 1 ． 0 ％。 ( 6 ) 粗骨料 ： 碎石 ， 粒径为 5 ～ 2 5 mm连续级配 ， 压碎值 不大于 1 0 ％， 针片状不大于 1 0 ％。 ( 7 ) 拌和用水 ： 自来水。 2 ． 2 配制高活性 增效剂 GM- 0 1 为了使混凝土能达到 C8 0等级且能够应用 于实际生 产的要求 ， 笔者认为高活性增效剂 G M． 0 1 应具有下列特性 ： ( 1 ) 激发胶凝材料活性 的功能 ； ( 2 ) 能够促进早期强度 的发展 ； ( 3 ) 保证混凝 土拥有较好 的和易性 ； ( 4 ) 增效剂本身具有较强 的减水功能。 根据查 阅相关 资料及研究经验 ， 选取相应“ 激发剂” 以 使矿物掺合料在较短时间 内能激发其潜在活性 ， 加速其反 应 。 同时掺入 了新 型“ 纳米级” 高活性硅质材料 ， 在 C ． S ． H 体系中迅速参 与反应 ， 以提 高混凝 土的早期强度 ， 并在水 化反应较快 的情况下 ， 改善其和易性 ， 控制较低水胶 比。 考 虑到高活性增效剂 G M． 0 1 会使胶凝材料反应加速 ， 导致混 凝土坍落度损失较快 ， 最终可能会影响混凝 土的实际操作 性能 ， 我们在 以上材料 的基础之上 ， 又复配并 “ 植入 ” 具有 l 1 2 一 定 “ 缓凝效果” 的材料 ， 以起 到使混凝 土缓凝 的效果 ， 同 时也具有 了一定 的增强改性作用 ， 为混凝土提供 了较好 的 工作性能 。 在荷载作用下 ， 混凝土 内部最薄弱的部位在骨料与水 泥的胶结面上 ， 这个界面也被称为水泥浆与骨料的过渡区。 相关研究指 出： 在 同一混凝土的截面上 C a ( O H) 的结晶程 度与所在的环境 的空间有关 ， 结晶比较完整的 C a ( O H) 一 般在过渡 区和混凝 土中的气孔中旧 。 高活性增效剂 G M． 0 1 中的“ 纳米级 ” S i O 在早期就可与混凝 土中的 C a ( O H) ： 发 生快速完全 的反应 ， 使得 c a ( 0 H) 数量 明显降低( 一定掺 量下 ， 理论上可以完全消除 C a ( O H) ： ) 。 C a ( O H) ： 转化为 内 表面积大 、 胶结力强的 C — S — H凝胶 ， 使得胶体的强度提高 ， 混凝土中过渡 区的富集的 C a ( 0 H) ： 降低 ， 改善了过渡区的 结构 。 同时混凝土气孔 中的 C a ( O H ) 也得到转变 ， 增强了混 凝土的密实度。 如此 ， 混凝土的早期强度可以得到明显提高。 同时为了保证预制桩离心后 “ 无余浆 ” ， 免蒸压混凝土 应拥有 良好的黏聚性与保水性 。 由于高活性增效剂 G M． 0 1 含有大量“ 纳米级 ” S i O ， ， 其平均粒径远远小于水 泥粒子 的 平均粒径且具有极高 的活性 ， 它们能填充于水泥粒子之间 的孔隙中 ， 提高混凝土的黏聚性和保水性。 当“ 纳米级” S i O ： 达到一定数量 时 ， 将 比水泥更容易形成絮凝结构 ， 包裹一 定水分 ， 使得水 泥浆变 的黏稠 。 由于 “ 纳米级” S i O 属 于非 晶态玻璃体结构， 虽在某种程度上增加了水泥净浆的稠度 ， 但 由于其 自身晶体结构所带来 的“ 滚珠” 效应 ， 使得混凝土 整体和易性 能得到改善 。 对于预制桩的生产具有很大的可 操作性。 混凝土因具有以上特性 ， 经离心工艺成型方后出现 “ 无余浆” 或“ 极少量余浆 ” 。 试验初期 笔者设定 了混凝土基准配合 比及蒸养工艺 进行试验 ， 确定 了掺合料各成分的基本范围。 然后采用正交 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m