预应力混凝土管桩粘皮、麻面的成因及处理.pdf

2 0 1 3年第 5期 5月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C ONCR ET E AND C EMEN T P RODUC T S 2 01 3 No 5 M a v 预应力混凝土管桩粘皮、 麻面的成因及处理 蒋元海 ， 刘红飞 ， 薛力梨 ， 黄发军 ， 吴金砖 ， 曾少雷 ( 1 嘉兴学 院建筑工程学院， 3 1 4 0 0 1 ； 2 马鞍山宏泰建材股份有限公司， 2 4 3 1 0 0 ) 摘要 ： 分析 了预应 力混凝 土管桩 生产 中发 生桩 身混凝 土粘皮 、 麻面等影响产 品外观质量的主要成 因， 并提 出了 相应 的预 防措施 。 关键 词 ： 管桩 ； 粘皮 ； 麻 面； 混凝土强度 ； 脱模 剂 Ab s t r a c t ： T h e ma i n r e a s o n s o f a f f e c t i n g t h e a p p e a r a n c e q u a l i t y o f p r e s t r e s s e d c o n c r e t e p i l e b o d y s u c h a s i x o d e r m， p o c k ma r k ， e t e a r e a n a l y z e d d u r i n g t h e p r o d u c t i o n o f p i l e s ，a n d e f f e c t i v e p r e v e n t i o n me a s u r e s t o s o l v e t h e q u a l i t y d e f e c t s a r e p u t f o r w a r d Ke y wo r d s ： P i l e s ； I x o d e r m； P o c k ma r k ； C o n c r e t e s t r e n g t h ； Re l e a s e a g e n t 中图分类号 ： T U 5 2 5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 2 0 1 3 ) 0 5 2 7 0 4 0前 言 自2 O世 纪 9 O年代 以来 ，预应 力混凝 土管桩 ( 以下简称管桩)在我国沿海地区的基础建设 工程 中得到 了大力 的推广应用 ，生产技术已比较成熟 ， 产 品质量也得到了很大提升 。然而 ， 一些内陆地 区 新建 的管桩生产企业 ， 尤其是一些北方地区新建企 业 ， 在管桩生产 中经常发生桩身混凝土粘皮 、 麻面 等外观质量问题 ，从而影 响了管桩产 品的质量 ， 给 管桩产品的使用单位带来建设工程质量隐患 ， 甚至 影响管桩产品的耐久性【 l - 2 ， 也给管桩产品销售带来 一 定 的困难 。 粘皮是指在管桩生产 的常压养护作业中 ， 桩身 外表面混凝土与钢模 内壁粘结 ， 在脱模 时管桩局部 混凝土从桩身撕裂 ， 桩身外表 的部分水泥砂浆层被 钢模粘去 ， 桩身外表面 的混凝土呈现出凹凸不平的 结构层现象。麻面是指管桩脱模后桩身外表面混凝 土呈现密集 的细小孔洞 ， 孔径 一般小 于 5 mm， 同时 麻 面处的混凝土色泽与周围混凝土有差异 ， 呈浅黄 色、 砂粉状 ， 且无强度。 国家标准 G B 1 3 4 7 6 -2 0 0 9 ( 先张法预应力混凝 土管桩 中第 5 4条规定 ： “ 局部粘皮和麻面累计面 积不应大于桩总外表面的 0 5 ， 每处粘皮和麻面的 深度不得大于 5 m m， 且应修补” 。 粘皮和麻面是评价 管桩质量水平的主要技术指标 。 本文结合管桩生产企业发生的多起粘皮 、 麻面 的质量事故 ， 分析粘皮和麻面形成的原因 ， 提出了 有效的处理办法和可采取的措施。 基金项 目： 浙江省 自然科学基金资助 ( L Y1 2 E 0 8 0 1 3 ) 。 1 桩身 粘皮 的原 因 1 1 脱模剂质量 根据 J C 厂 I 9 4 9 -2 0 0 5 混凝土制 品用脱模剂 标准规定 ， 脱模剂是 指喷涂 ( 刷涂 ) 于模具工作 面 ， 起隔离作用 ，在拆模 时能使混凝土与模具顺利脱 离 ， 保持混凝土形状完整及模具 无损的材料 ( 液体 或可溶解成液体 的固体材料 ) ； “ 匀质性质量技术指 标” 主要包括 ： 密度 、 粘度 、 P H值 、 固体含量 、 稳定性 5项内容 ； “ 施工性能质量技术指标” 主要包括 ： 干燥 成膜时间、 耐水性能 、 对钢模具锈蚀作用 、 极 限使用 温度等 5项内容【 3 。 目前 ， 我国虽然 已经制定了 J C T 9 4 9 -2 0 0 5行 业 标准 ， 但是很少有脱模剂生产企业对 “ 匀质性质 量技术指标 ” 和“ 施工性能质量技术指标” 开展常态 化 的质量检测 ， 脱模剂使用单位又不具备 日常检测 条件。因此 ， 大多情况是凭着脱模剂使用者的经验 ， 还未 能按 照标准具体 可以量化 的技术指标来指导 脱模剂生产和使用 ， 即使脱模剂产品出了问题 或脱 模剂在使用 中发生 管桩桩身混凝土粘皮等质量事 故 ，也说不 出脱模剂质量 的具体控制技术指标要 求。 1 2脱模剂喷涂状况 目前 ， 管桩生产时主要采用 2种方式喷涂脱模 剂 ： 用拖把将脱模剂涂刷 于管桩钢模 的上 、 下模 具 内壁 ； 用 喷雾器喷涂管桩 钢模 的上 、 下模具 内 壁。在采用拖把涂刷钢模内壁时 ， 尚未成膜 的多余 脱模剂会聚集到模具 内壁的底部 ， 使模具底部脱模 剂 的数量过多 ， 堆积起来难 以成膜 ； 在采用翻模架 一 2 7 2 0 1 3年第 5期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 5期 清模时 ，喷雾器将脱模剂喷涂在钢模 的上半模 内 壁 ， 脱模剂在钢模上半模底部的数量可能偏少或成 膜量不足 ( 脱模剂可能会发生沿模具内壁流淌 ) ， 从 而造成脱模剂在钢模 内壁喷涂不均匀 ， 尤其在钢模 上半模的顶部等部位 。 1 3 布料时管桩钢模温度 在管桩生产 中， 由于生产频率较高 ， 钢模周转 很快 ， 空模具停放的时间很短 ， 易造成模具 刚脱下 就转入下一个生产环节。尤其是夏季 ， 在清模后钢 模 内壁的温度尚很高的情 况下 ， 很快对钢模 内壁进 行涂膜或喷涂脱模剂 ， 此时钢模的温度可能超出脱 模剂的 “ 极限使用温度” ，可能会使脱模剂部分挥 发 。 在冬季或严寒 地区 ，钢模涂刷 或喷涂脱模 剂 后 ， 由于环境温度较低 ， 将 大大延长脱模剂 的成膜 质量 ， 脱模剂成膜时 间延长甚至超过 1 h ， 而管桩生 产 因模具数量少 ， 或模具快速周转 的需要 ， 来不及 等待脱模剂的成膜效果 ， 由此而造成脱模剂尚未在 钢模内壁成膜就开始混凝土 的布料作业 ， 使管桩在 离心成 型密实过程中 ， 涂刷或喷涂 的脱模剂未能起 到脱模剂 的隔离作用 ， 这些将会成为粘皮 、 麻面等 质量事故发生的不利因素。 1 4 常压蒸汽养护制度 一 些管桩生产企业为了片面提高生产效率 ， 在 没有大量实验验证 的情况下 ， 就随意调整常压蒸汽 养护制度 ， 缩短静停 时间 ， 甚至取消静停时间 ， 特别 是在北方或南方地 区的冬季 ，周 围环境温度偏低 ， 在管桩生产中， 混凝土配制时已经掺人大量掺合料 的情况下 ， 混凝土 的初始结构形成很 慢 ， 部分混凝 土掺合料还处于“ 夹生” 状态 ， 没有达到一定的水化 程度。若将离心后带模管桩放置于养护池后 ， 立 即 通人高温水蒸气进行常压养护 ，则可能会造成粘 皮 。 1 5 混凝土脱模强度 管桩生产时在掺人大量掺合料的情况下 ， 每 m。 混凝土中的水泥用量降低 ， 而且 目前我国大多数水 泥生产企业 在水 泥生产时 已经掺人 了大量的水泥 混合材 ，致使每 m 。 混凝土中实际熟料的比例偏低 ， 混凝土 中的碱度偏低 ， 进而造成混凝土的脱模强度 偏低。 大量 的试验研究及工程实践表明 ， 管桩脱模时 若混凝土强度偏低 ， 则发生桩身混凝土粘皮的概率 大大增加 ； 若强度控制在 4 5 M P a以上时 ， 管桩桩身 粘皮发生的概率将会降低。 1 6 砂 、 石含泥量 一 28一 管桩生产用混凝土的砂 、 石等主要原材料的质 量波动也会诱发桩身混凝土粘 皮的形成 ，特别 当 砂 、 石 的含泥量过高时 ， 将很大程度上降低减 水剂 的减水作用 ，促使混凝土 的凝结时间大大缩短 ， 混 凝土 的坍落度损失加大， 甚至产生新拌混凝土混合 料的“ 假凝” 、 “ 死料 ” 等现象 ， 新拌混凝土拌合料流 动性 和离心成型效果变差 ， 从而降低混凝土的密实 度和脱模强度 ， 由此增加 了管桩桩身混凝土产生粘 皮的隐患 。 1 7 水泥 近年来 ， 水泥生产中的一个重要技术手段是超 细磨技术 ( 包括辊压磨技术 、 助磨剂技术 、 闭路选分 技术等) ， 使水泥细度大大增加 ， 水泥的比表面积达 3 8 0 m V k g以上 ， 有些企业 甚至超过 4 0 0 m2 k g ， 特别 是水泥 中 1 0 m以下颗粒 的数量大大增加 。 水泥中 超细颗粒大量增加 ， 在一定程度上增加了常压蒸 汽 养护过程中水泥 与钢模 内壁的粘结力 。 水泥的细度 增加 ， C S 、 C 含量增 多 ，也将引起水泥 的初凝 时 间和终凝时间大大缩短 ， 从 而使新拌混凝土拌合料 的凝结时间缩短 ，带来桩身混凝土粘皮 的质量隐 患 。 1 8 低速离心时间 混凝 土拌合料布料完成后 ，进行离心成型作 业 ， 随着钢模 的转动 ， 混凝土拌合 料在钢模 内重新 分 布 ， 同时 ， 离心转动使混凝土拌合 料将 与钢模 内 壁产生相对滑动 ， 促使混凝土拌合料与钢模 内壁产 生摩擦。若管桩低速离心时间偏长 ， 可能会将模具 内壁 已经成膜的脱模剂磨损加剧 ，破坏成膜质量 ， 从而降低脱模剂 的隔离效果。 2 桩 身麻面 的原 因 2 1 管桩钢模内壁不平 、 不光洁 管桩钢模出厂时 ， 钢模 内壁的不平整 、 不光洁 ， 客观上增加了钢模与水泥砂浆的粘结力 ， 从而大大 增加了管桩粘皮与麻面的隐患。 2 2 布料时混凝土流动性 由于水泥与外加剂 的适应性差 、环境温度偏 高、 水泥细度偏大 、 水泥中 C 含量偏多 、 水泥生产 中采用脱硫石膏等原因， 都将直接导致新拌混凝土 拌合料坍落度损失增加 ， 由此而引起布料 时新拌混 凝土拌合料的流动性变差 ， 甚至产生新拌混凝土拌 合料 “ 假凝” 等现象 ， 造成管桩混凝土离心成型不密 实， 局部管桩桩身混凝土产生麻面。 2 3 布料时管桩钢模温度 混凝土布料时若管桩钢模温度过高 ， 将使 尚未 水化的新拌混凝土拌合料局部 因钢模转热快 、 温度 蒋元海 ， 刘红飞 ， 薛力梨 ， 等 预应力混凝土管桩粘皮 、 麻面的成因及处理 高 等 ， 而产生严重 的失水 、 假 凝 ， 甚 至过早产 生硬 化 、 熟化等 ， 由此而产生局部桩身混凝土的麻面。 2 4 水 泥 同上述 1 7的原 因。 2 5 管桩钢模 内壁混凝土积垢 通常情况下 ， 管桩脱模作业后在钢模内壁局部 位置易形成厚度为 0 1 - 2 0 m m左右的硬化水泥砂浆 层 ， 若不及时清除 ， 这些坚硬的硬化水 泥砂浆 层会 与下一次新拌混凝土中的水泥砂浆结合 ， 继续在离 心作业 中积聚起来 ， 将加剧管桩桩身外表面混凝土 的粘皮及麻面。当管桩钢模 内壁坚硬 的硬化水泥砂 浆层增加 到一定厚度后 ( 2 mm以上 ) 可能会 出现局 部脱落 ， 但若坚硬的硬化水泥砂浆层在管桩钢模内 壁未彻底清除 ， 3 5 d后坚硬 的硬化水 泥砂浆层在管 桩钢模 内壁又会慢慢开始积聚。 如果在混凝土积垢的部位涂刷( 喷涂 ) 脱模剂 ， 往往起不到脱模剂的隔离效果 ， 同时新 旧混凝 土的 粘结力强 ， 经常发生局部钢模 内壁已经硬化的混凝 土积垢不定期脱落 ， 结果在管桩桩身外表面形成凹 凸不平的斑驳麻面。 3桩身 混 凝土粘 皮及 麻 面的 处理措 施 3 1 及时清理钢模 由于管桩钢模上下半模呈半圆形 ， 曲率半径较 大 ，而且管桩桩身混凝土的强度 等级达 C 6 0以上 ， 附着 在管桩钢模 内壁硬化水泥砂浆 的清除难度大 大 高于建筑工 程 中平板钢模 上硬化水泥砂浆 的清 除处理。管桩每次脱模作业后 ， 应及时清理管桩钢 模 ，清除附着在钢模 内壁 已经硬化的混凝土积垢 ， 尤其是管桩钢模张拉端的硬化混凝土积垢 。若采用 钢钎 、 钢丝 、 砂 轮等机械方式打磨还未能彻底清除 混凝土积垢 ， 建议可采取稀酸涂刷清除 ， 或用钢球 ( 或碎石 、 卵石) 离心打磨 、 清除。 3 2 适当增加混凝土中的水泥掺量 北方或南方地 区的冬季 ， 由于环境温度相对较 低 ， 水泥实际 2 8 d强度 可能会 下降 ， 同时混 凝土养 护过程中的水泥水化速度也会下 降 ， 拌制 的混凝土 强度会有一定程度 的降低 。管桩生产 中， 在配制新 拌混凝土拌合料时 ， 适 当增加单方混凝土中的水泥 掺量 ， 以提高混凝土 的脱模强度 ， 可以有效 降低管 桩桩身混凝土粘皮发生的概率。 3 3 延长常压蒸汽养护 的静停时间 延长管桩常压蒸汽养护 的静停 时间， 充分保证 混凝土在终凝后开始通人饱和水蒸气 ， 以提高混凝 土结构的初始强度。 3 4 保证新拌混凝土拌合料的流动度 在满足正常的配料 、 搅拌 、 张拉 、 离心成型等情 况下 ， 新拌混凝土的 W C低 ， 混凝土流动度小 ， 有利 于提高混凝土强度 。但在夏季高温季节 ， 也可能会 造成桩身混凝土粘皮 、 麻面等质量 隐患 。夏季高温 季节 ， 对于一般新拌混凝 土拌合料 的流动度 ， 控制 宜在 3 0 5 0 m m范围内， 是管桩混凝土离心密实的保 障。尤其在掺入高效减水剂后坍落度损失很大的情 况下 ， 要选用适应性较好的水泥或外加剂。 3 5 保证脱模剂的产品质量和涂刷( 喷涂 ) 质量 应按 J C T 9 4 9 -2 0 0 5标准中规定的“ 匀质性技 术指标 ” 和 “ 施工性能技术指标” 要求 ， 开展常态化 的质量测试 ， 及 时掌握脱模剂的质量控制要求。在 脱模剂水乳液的浓度调配时， 应严格按施工质量要 求 比例确定用水量 ， 不能为 了节省成本而随意加 大 用水量 ， 降低涂膜剂的浓度。 涂刷 ( 喷涂 ) 涂膜剂时 ， 应严格按脱模剂产品说 明书的使用要求 ， 控制涂膜剂 的用量 ， 尤其是应尽 量避免用拖把涂刷 时将涂膜剂大量积聚在模具 的 底部。 应定期检查喷涂设施 ，察看喷嘴的畅通情况 ， 保证喷涂作业的正常进行 。 3 6 更换水泥或外加剂 对 于部分新拌混凝土混合料产生快凝 、假凝 、 死料等问题 ，应及时更换水泥品种或外加剂品种 ， 在试验验证的基础上 ， 选用适应性好 的水泥或外加 剂 。 3 7 应保证脱模剂涂刷 ( 喷涂 ) 后的成膜 时间和成 膜 质量 冬季生产作业时，应根据生产时车间的温度 ， 适 当延长脱模剂涂刷 ( 喷涂 ) 与新拌混凝土混合料 布料的时间间隔，充分保证脱模剂的成膜时间； 特 别是在冷钢模生产时 ， 第一模生产作业前脱模剂的 喷涂( 涂刷) 质量 ， 尤其要引起重视。 对于采用 翻模架清模作业方式 ， 其钢模模 口面 倒置指 向地面。脱模后 的上半模 尚处于热模状态 ， 清模作业后 ， 在冬 季或湿度较大 的环境 中， 易在钢 模上半模 的内壁 出现大量的水珠结露。在喷涂 ( 涂 刷) 脱模剂前 ， 应先用拖把或其它清扫用具 ， 将钢模 上半模 内部结露的水珠扫清 ， 待钢模 内壁干燥后再 涂刷( 喷涂) 脱模剂 。 3 8 夏季布料时钢模温度不宜太高 夏季生产作业 时 ，应根据环境温度偏高 的特 点 ， 适 当减慢管桩生产各个工序 的生产节拍 ， 以降 低布料前空置钢模的温度 ， 使钢模 的温度处于在脱 模剂的“ 极限使用温度” 范围内。 一 2 9 2 0 1 3年第 5期 混凝土与水泥制品 总第 2 0 5期 3 9 保证混凝土的预应力放张强度 国标 G B 1 3 4 7 6 2 0 0 9第 5 1 3条要 求 ， 管桩 生产 时混凝土 的预应力放张强度不得低于 4 5 MP a ， 但是在实际生产 中， 当掺人大量混合材 的情况下或 冬季生产作业时 ， 一些企业的混凝土放张强度处于 4 0 4 5 MP a之间， 有些甚至在 4 0 MP a以下。 在 实 际 生 产 中应 确 保 混 凝 土 放 张 强 度 在 4 5 MP a以上 ， 若能控制在 5 0 MP a以上则更加有利 于 预防桩身混凝土粘皮 、 麻面等质量缺陷的发生。 4结语 ( 1 ) 桩身混凝土的粘皮和麻面会影响预应力混 凝土管桩的外观质量 ， 也在一定程度上反应 了一个 企业的管桩产品质量和生产技术控制水平 。桩身混 凝土的粘皮和麻面是管桩生产中的常见现象 ， 但若 不引起重视 ， 也会引起很大的质量问题。 ( 2 ) 大面积的桩身混凝 土粘皮和麻面尤其在有 腐蚀性介质存在的环境中 ， 会给管桩的长期耐久性 带来很大的隐患 ， 应该引起我们工程技术人员 的重 视 。 参考文献 ： 【 1 许强， 殷顺 湖， 袁升存 管桩生产 中质 量缺陷成 因粗探及 防 治【 J 混凝土与水泥制品， 2 0 0 4 ( 5 ) ： 3 6 3 7 2 】 夏 承斌 P H C管 桩常见 外观质 量缺 陷的产生及 预 防措施 【 J 江西建材， 2 0 1 2 ( 2 ) ： 1 1 9 1 2 1 3 中华人民共和国国家发展和改革委员会J C 厂 I 9 4 9 -2 0 0 5 混凝土制品脱模剂f s 中国建材工业出版社， 2 0 0 5 4 】 苏州混凝土水泥制品研究院， 苏州中材建筑建材设计研究 院， 广 东省土木建筑学会， 等 G B 1 3 4 7 6 2 O o 9先张法预应力 混凝土管桩 S 】 中国标准 出版社， 2 0 0 9 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 3 - 2 6 作者简介 ： 蒋元海 ， 男 ， 教 授。 通讯地址 ： 浙江省嘉兴市越秀南路 5 6号 联 系电话 ： 1 3 0 6 7 5 5 2 0 8 8 E - Ma i l ： s z j y h 8 8 8 1 6 3 c o m 提供排水管生产许可证全套试验设备 J S检查井盖试验机 GB T2 3 8 5 8 2 0 0 9 1数字中文显示仪表 2荷载 1 0 0 0 k N变量 2 0 mm 3 显示加载速度、曲线存储打印等 H G一 2刚度试验机 试验机适用外径：O3 0 0 2 0 0 0 m m S S Z渗水砖试验机 用于环保型渗水砖渗水量的测试 G C排水管外压试验成套设备 GB T1 6 7 5 2 2 0 0 6 1 试验直径 D 3 o 0 1 5 O O m3 O O O r I 1 l l 1 ，L 2 0 0 0 4 0 0 0 mm 2眉 置显示峰值、加载速度、曲线、存储打印 D H 电杆荷载位移测试仪 ( 整套检测设备) 量程 1 0 - 2 0 0 k N位移 1 2 m S H - I I 荷载测试仪 ( 峰值保持) 1 适用于排水管、管桩等各种构造物体的测量与分析 2量 程 2 0 、 1 0 0 、2 0 0 、5 0 0 2 0 0 0 k N G C管桩成套测试设备 ( 整套检测设备) 混凝土搅拌站试验检测设备 提供市政项目 检测设备 提供各种建材试验设备 Y D烟道试验机 1 试验机最大承载压力为 3 0 0 k N 2数显仪表精度 1 可显示峰值、加载 曲线、速度、打印、数据存储等 G S I I 型排水管内水压试验机( G B T I 6 7 5 2 - 2 0 0 6 ) 试验机采用电动液压 控制，对水泥混凝土管进 行 内水压试验 。试验直 径 ：D3 0 0 D 3 0 0 0 m m 提供 G S 1手动内水 压设备 厂商：无锡市伟源机械厂 电话：0 5 1 0 - 8 5 0 6 1 2 1 9 传真：[phone] 网址 ：w ww w x w y ,i x c c o m 厂址 ：江苏省无锡市东降 邮编：2 1 4 1 2 1 邮箱：w a n g w e i x i n g 0 1 1 6 3 c o m 联系人：王解元移动电话：1 3 6 0 6 1 8 9 5 1 2 3 0