浅述提高先张法预应力混凝土管桩质量的主要环节.pdf

浙江建筑， 第 2 7卷 ， 第 3期， 2 0 1 0年 3月 Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n，V o 1 2 7，No 3，Ma r 2 0 1 0 浅述提 高先张法预应 力混凝土管桩质量 的主要环节 On t h e Ma i n S t e p s i n Qu a l it y I mp r o v e me n t o f Pr e t e n s io n e d Pr e S t r e S S e d Co n c r e t e Tu b e Pi l e s 刘 平 LI U Pi n g ( 杭州 国泰工程检测有限公 司， 浙江 杭州 3 1 1 2 0 0) 摘要 ： 通过对影响先张法 预应力混凝土管桩质量的原因进行分 析， 提 出了在生产过程 中如何控制和 改进质量的几个 主要 环 节 ， 包括混凝土配 比、 钢筋笼质量 的控制 ， 预应力主筋张拉应力的控制， 离心以及养护过程 中的质量控制等。 关键词 ： 先张法预应力混凝土管桩 ； 质量 ； 控制 中图分类号 ： T U 7 5 7 1 3 文献标识码： B 文章编号 ： 1 0 0 83 7 0 7( 2 0 1 0 ) 0 3 0 0 6 4 0 3 先 张法 预应力 混 凝 土 管 桩是 由胶 凝 材 料 、 外 加 剂 、 砂 、 石 、 水 经搅拌 、 张 拉 、 离 心 、 养护 等工序 成型 的 一 种预应力混凝土制品。其质量的建立必须具备以 下四个条 件 ： 第 一 、 桩 身 混 凝 土 必 须 具 有 一 定 的 强 良 ； 第二 、 桩身 混凝 土截 面上应 具 有一定 的有 效预 压 ： 力 ； 第三、 管桩必须具有一定的抗弯性能 ； 第 四、 管 注必须具有合格的外观质量和尺寸。在生产过程中 只有这四个条件有机 的结合才 能生产 出合格 的产 品 ， 这就给 生产 过程 中的 质 量 控制 提 出 了更 高 的要 求 。笔者认 为 ， 在先 张 法 预 应力 混 凝 土 管 桩 的生 产 过程 中 ， 应着 重控 制 以下几 个主 要环 节 。 1 混凝土配 比的控制 合理的混凝土配比主要包括三个方面： 第一 、 原 材料质量符合要求且具有相对的稳定性 ； 第二、 合理 的砂率 和水 灰 比 ； 第 三 、 胶 凝 材 料 与 外 加 剂 相 互 匹 配。合格的原材料是生产合格产品的前提 ， 而原材 料的相对稳定则是产品质量稳定的保证 。由于材料 质量的波动 ， 砂率和水 灰比成为影响 日常生产的主 要因素 ， 因此应及时调整这两个参数以适应生产的 要求 。在生产上胶凝材料 一般采用 的是 P 0 4 2 5 硅酸盐水泥外加粉煤灰 、 矿粉或磨细石英砂 ， 并加人 高 效减水 剂 以降低 水 灰 比 ， 增 加 混凝 土和易 性 、 粘 聚 性 。高效 减水 剂 的选 择应 以其 优 质 的性能 和与水 泥 良好 的适 应性 为 前 提 ， 经 多 次试 验 确 定 掺 量 。 由于 材料 的多样性和多变性 ， 决定 了混凝土配比的控制 是一个复杂的过程 ， 因此生产 中不可千篇一律 ， 应从 实 际 出 发 。 例 如 ： 永 利 管 桩 厂 生 产 的 P C A 6 0 0 ( 1 0 0 ) 管桩 用混凝 土 ， 胶凝 材料掺 量 在 4 8 0 k g m 左 右， 水灰比在 0 3 2左右 ， 高效减水剂 ( MD1 5 0 ) 为胶 凝 材 料 的 1 4 一1 5 ， 细度 模 数 为 2 83 2的 砂 ， 砂率一般 为 0 3 50 3 8 。如果 用此 配方生产 P T C 4 0 0 ( 6 0 ) 管桩 ， 则会 出现严重 的露石现象。而 如 果用 生产 P T C 4 0 0 ( 6 0 ) 的混 凝 土 配方 去 生 产 P C 桩则会 出现 内壁挂浆 ， 而生产 5 5 0、 6 0 0桩有些还会 出现粘 皮现 象 。混凝 土 配 比 的控 制 应 据材 料 、 生产 要 求 、 生产 条件 不 同 随机 调 整 ， 不 可 照 搬 ， 应 重 视生 产实 际。 2 钢 筋笼质 量的控 制 钢 筋笼 的质量 对管 桩质 量影 响很 大 。笼子 的外 径影响着管桩的保护层 ， 外径偏大或偏小管体 的保 收稿 日期 ： 2 0 0 91 1 2 6 作者简介： 刘平 ( 1 9 7 3 一 ) ， 女 ， 黑龙江鸡东人 ， 工程师 ， 从事建材检测工作 。 第 3期 刘 平： 浅述提高先张法预应力混凝土管桩质量的主要环节 6 5 护层就偏 薄或偏 厚 ， 管桩 抗 弯 能力 就偏 大 或偏 小 ( 一定范围内) 。管桩是轴 向受压制品 ， 但 由于泊桑 比， 侧 向也必须限制 ， 生产上通常采用加螺旋筋 的方 法对 混凝 土侧 向进行 限制 。螺 旋筋 附 近 的混凝 土 受 到小小的预压应力 ， 如果螺旋筋分布很密 ， 在纵 向较 大 的预应 力 作用 下 混 凝 土 同样 会 建 立 侧 向预 应 力 ， 成为三向受压混凝土 ， 越靠近钢筋处应力传递越好 ， 距钢 筋远 ， 应 力就 衰 减 。 当远离 钢 筋直 径 5倍 以上 ， 混凝土上应力几乎等于 0， 因此 螺旋筋 的配筋 率和 螺距大小不容忽视 ， 尤其是桩头部分 。因为桩 头本 身受 力 复杂 ， 又受 施 工 时 强 大 的 锤 头 冲 击 力 或 静 压 力 ， 极 易 破 损 。 例 如 ： 永 利 厂 送 往 滨 海 开 发 区 的 P c A 4 0 0 ( 7 5 ) 管桩 ， 在 该 地 区 的 地 质 条 件 下 ， 管 桩 需穿 透 2 m左 右 的密 实 砂 层 才 可 进 入 持 力 层 ， 因 此 管桩桩头破损率极 高。针对该地 区的情况 ， 我们决 定把该批管桩桩两端 1 5 m范围的螺旋筋螺距 由以 往 的 6 0 mm调 整 为 3 5 mm， 虽 然增 加 了成 本 ， 但 效 果 非 常明 显 。可见 ， 钢 筋 笼 质 量控 制 在 实 际 应 用 中 的 重要 性 。 3预应 力主筋张拉应 力的控制 P C预应力钢棒 是使混凝 土获得预压应力 的唯 一 来源 ， 它改进了混凝土的结构性能 ， 依靠混凝土对 预应 力 钢筋 的握 裹 力来 锚 固 钢 筋 ， 建 立 预 应 力 。 由 混凝 土 预压 应力 加 上混 凝 土 自身抗 拉 强度 来抵 抗 在 管桩 制 造 、 起 吊 、 运 输 中引 起 的弯 矩 ； 抵 抗 施 工 弯 矩 和冲击波反弹拉应力 ； 抵抗使用 中地震引起 的弯矩 。 日本工业标准 J I S A 5 3 3 7 1 9 9 3中第 7 5 ( 2 ) 指 出“ 初 始张 拉力 的量值 仅 供 获 得 规 定 的有 效 应 力 ， 且 尾 随 张拉 力作 业 后 的预 应 力 钢 筋 ， 其 拉 应 力 强度 应 在抗 拉强 度 的 0 7倍 以下 或 屈 服 点 的 0 8倍 以下 ， 以 值 小者为准。 ” 而国标 先张法预应力混凝土管桩 ( G B 1 3 4 7 6 1 9 9 9 ) 中未明确提出要求。但预应力钢筋在 张拉作业 中不应有拉断 的危险 ， 因此作业中容许拉 应力 定得 比破坏 强 度 低些 是 必要 的 。另 外 ， 锚 固 后 的拉 应力 过 高 ， 离 屈 服点 就 近 ， 松 弛引 起 的张拉 力 损 失很大 ， 因此 ， 必须根据屈服点的高低下调锚固后的 应力 。故仍建议将纵向张拉力控制系数定为抗拉强 度 的 0 7倍或 屈 服点 的 0 8倍 ， 取其 中小 的值 为 准 。 在管桩生产实际中， 镦 头强度不 均匀和钢筋定 长切 断不准 确 、 超 张 拉 等 问题 经 常 引 起 断 筋 。笔 者 在 钱 宏 管桩 厂 时 ， 曾在 张拉 过程 中 实行 张拉 双 控制 ， 以油 压 为准 ， 伸 长为辅 ， 两 个 数 据 都 记 录备 查 ， 这 样 就 尽 可能 地避 免 了 张拉 过 程 中断 筋 的发 生 ， 使 预 应 力 主 筋 的张拉 力 得 到 了更 好 的控 制 。 4 离心过 程 中的质量控 制 离心 成 型对 于制 造 预应 力混 凝 土管 桩来 说 是一 个 十分重 要 的工 序 ， 它 会 影 响 管桩 混 凝 土 强 度 和 沿 整根管桩长度上混凝土的均匀性 。离心作用一般通 过 慢 速 、 中速 、 高 速三 个 阶段 来完 成 混凝 土分 布 密实 的过 程 。 ( 1 ) 慢速 阶段 的主要作用 是在离心力作 用下 ， 使 投 入管 模 内 的混凝 土 混合 料进 行 均匀 分 布 。转 速 的确定是根据物质旋转时产生的离心力与物体重力 平 衡 时 ， 物料 在旋 转 过程 中不致 落下 ， 但 还要 考 虑物 料 粘 性 而适 当增 大一 些 。另 外 ， 慢速 转数 、 时 间与混 凝土混合料的坍落度 、 制 品直径、 混凝土强度有关。 由于搅拌站拌出的料坍落度有时会有波动 ， 而坍落 度 偏 大则 会 影 响混凝 土 强度 。笔 者 在生 产 实际 中大 都 采 用增 加 慢速 离 心 转 速 或 缩 短 慢 速 离 心 时 间 ， 来 保 证 混凝 土 强度 的相 对 稳定 。 ( 2 ) 中速 阶段是承上启 下 的过 渡阶段 ， 主要 是 使混合物 中固相颗粒分 布更均匀 更稳定 。但 中速 阶段 的作用 往往 容 易被 忽视 ， 甚 至认 为仅 仅是从 慢 速 到高 速 满 足 调 速 而 已。 如 果 没 有 中速 离 心 时 间 ， 由于 离 心力 突 增 ， 则 旋 转 速 度 就 发 生 急 剧 的 变 化 ， 使混合料不 能很 好地分 布就位 ， 而影响密 实度 和抗 渗 性 。 因 此 中 速 阶 段 不 容 忽 视 ， 最 好 应 分 中 低 速 、 中高 速 两 个 阶 段 来 完 成 中 速 阶段 混 凝 土 的 分 布 、 密 实 过程 。 ( 3 ) 高 速 阶段 的 目的就 是 在 离 心 力 作用 下 使 混 凝 土 混合 物更 加 密实 。但并 不是 速 度越 高越 好 。速 度高 、 时间长不但 易发生跑浆 ， 浪费电能 ， 对设备使 用耐久性也不利 ， 而且还会使原已密实的混凝土 ， 由 于过 高 的转 速和 过长 的时 间使 结 构 又被 振 “ 散 ” ， 甚 至还会有飞模 的危险。对于管桩制品桩径小 的高速 速 度 可 比桩 径大 的 高 一 些 ， 以便 达 到 必 要 的离 心 加 速 度 ， 而 大桩 径 的离 心 时间应 t L , b 桩 径 的长 一些 ， 这 是 因为大桩壁厚 、 混合料多。各厂的混凝土配比、 减 水剂品种与用量 、 掺与不掺磨细矿物质 、 离心机与模 具 状 态不 同 ， 很难 有 一个 规定 的离心 制度 ， 最 佳 的离 心制度只能是在实践 中摸索而定 。笔者在生产实际 中总 结 出的做 法 是 ： 在规 定 的离 心 时间 内 ， 停 机后 用 手 按 内壁 是 否密 实 、 观察 内壁 是 否光 洁 为准 ， 调试 出 一 个 高速 离 心制 度 ， 一 般 冬天 比夏天 的 离心 时 间长 。 浙江建筑 2 0 1 0年第 2 7卷 5 养护过程 中的质量控制 预应力 混凝 土管 桩 的养护 对 于确保 管桩混 凝 土 强度 ， 减小 预应 力 损 失 是 至关 重 要 的 。养 护 方 式 和 养护 制度确 立 的依 据 是 ： 在 较短 的 时 间 内使 混 凝 土 达 到规定 的强度 指标 。普 通蒸 汽养 护 由静停 、 升温 、 恒温 、 降温 四个 过程 组成 。而蒸 压养 护则 由升 温 、 恒 温、 降温、 冷却四个阶段组成。 ( 1 ) 静停 就是 将离 心 成 型倒 浆 完 毕后 的带 模管 桩静置， 使其在周 围环境温度下慢慢地起水泥水化 反应 ， 而获 得一 定 的初 始 结 构 强 度 。避 免 升 温 过程 中 由于蒸汽 侵入 混凝 土表 面 而产 生 “ 肿 胀 ” 现 象 ， 使 混 凝 土表 面疏松 、 开 裂 ， 这对 于 敞开 的管桩 内表 面尤 为重 要 。静 停 时 间 与 胶 凝 材 质 组 分 、 品 质 、 数 量 有 关 ， 一 般为 1 5 h左 右 。 ( 2 ) 升温过程促使水泥水化 反应加剧 ， 混凝土 强度也随之提高 ， 但与此同时也伴随着混凝土各组 分材料体积膨胀和水份蒸发。如果升温速率过快 ， 会 造成 混凝 土 内部 结 构缺 陷增加 ， 对最 终 强度不 利 。 对于以纯硅酸盐水泥 为胶凝材料的混合料 ， 升温速 率一般为 2 0 3 0 h ， 对于较大量掺入粉煤灰或磨 细 石英砂 的混 合胶 凝材 料 由于单 位重 量 的水 化热 较 低 ， 升温 速率 一般 为 2 5 4 0 h 。 细石英砂 ， 因磨细石英砂常温下基本是惰性 的， 为保 证一定时间内脱模强度大于4 0 MP a ， 也为后期蒸压养 护提供一 定 的强 度 ， 恒 温 温 度一 般 为 7 0 一8 O。 恒温时间以脱模强度为依据 ， 一般为 3 4 5 h 。 ( 4 ) 降温阶段 以管桩不 出现裂缝 为前提 ， 尤其 在 室 内外 温差 大 的情况 下此 过程 更显 重要 。 以上 四个 阶段 在制 造预 应力 混凝 土管 桩 的过程 中都有着不可替代的作用 ， 在实际操作过程 中， 还应 注意 季节 变化 、 水 泥矿 物组成 变化 、 水 泥与减 水 剂 的 匹配 问题 。对 于硅 酸盐 水泥 混 凝 土 ， 从 2 8 d强 度 来 看还 是标 准养 护强 度 高 ， 因此 选 择 蒸养 制 度 要 弄 清 蒸汽养护的 目的， 是短期 内达到一定的早期强度 ， 还 是追求 2 8 d强度 。 另外 蒸 压 养 护在 生 产 P H C管 桩 工艺 过 程 中起 重要 的作 用 。蒸 压 养护是 把 经普通 蒸 汽养护 过 的管 桩脱模后送入蒸压釜 内， 使 已生成的水化硅酸钙很 大程度 地 转 化 为 托 勃 莫 来 石 结 晶体 ； 另 外 C S和 c s的水化 产 物 c s H 也 能 在 蒸 压 条 件 下 与 S i O 反应 ， 生成托勃莫来石 ， 使混凝土强度有 了明显的提 高嵋 。另外 ， 还要注意管桩出釜时不应与环境温差 过大 ， 以免 由于 温度 应力 引起 裂缝 。 6 产 品质量的检验与分析 ( 3 ) 恒温阶段是对混凝土持续加热 ， 促 使水泥 产品质量检验是按国家标准 G B 1 3 4 7 6 1 9 9 9有 进 一步水 化 的阶段 ， 也是 混 凝 土 获 得规 定 脱 模 强 度 关 规定 ， 对 先 张 法 预 应 力 混 凝 土 管 桩 混 凝 土 强 的主要阶段。笔者在温岭厂时生产的 P C 、 P T C桩用 度 、 外观质量 、 抗弯性能、 混凝 土截 面上有效预压应 胶凝材料是 P 0 4 2 5硅酸盐水泥 ， 内掺 1 5 2 0 力进行检验 ， 严把质量关。为进一步提高产品质量， 电厂干排粉煤灰 ， 一般恒温温度 6 0 c I = 7 0 ， 因为 必须对检验中出现的缺陷和产生的原因进行分析 、 汇 粉煤 灰在 常温下 也 有一定 活性 ； 而生产 P H C桩 用 胶 总 ， 找 出症结所 在 ， 并 制 定 整改 措施 。管 桩 生产 中经 凝材料是 P 0 4 2 5硅酸盐水泥， 内掺 3 0 一 3 5 磨 常出现的问题及产生原因、 解决方法见表 1 。 表 1 管 桩 生 产 中 的缺 陷产 生原 因 与解 决 方 法 缺 陷 产生的主要原 因 解决方法 合缝漏浆 麻面 粘皮 端板倾斜 内壁露石 内壁挂浆 裙板处露浆 桩身纵裂 桩身环裂 1 合缝处未清理干净2 管模螺丝未打紧 3 钢模 合 口处 变形4 垫条不佳 1 混凝 土和易性 不好2 钢模过热 1 脱模剂选择不 当2 脱模强度过低3 水泥 与外加剂适应性差 1 钢筋下料不准2 张拉丝杆倾斜3 端头板 沉头凹坑深浅不一 1 混凝 土配比不 当2 离心制度不当 1 混凝土配 比不 当2 离心制度不当3 水 泥 中 C A含量过高 裙板尺寸偏差大与桩模匹配不 良 1 预应力过大2 脱模强度偏低3 壁 薄 1 张拉力过小2 配筋率低 1 彻底清理合 口处污垢2 拧紧螺栓3 维 修钢模 4 放置合适的垫条 1 调整混凝土配比2 钢模冷后再用 1 选择合适 的脱模 剂2 提 高脱模强 度 3 做 水泥 与 外加剂匹配试 验 1 控制钢筋下料2 停用偏 心拉杆 和端 面 内孔 径偏 大 的管模3 做好端板进厂检验 1 调整混凝土配 比2 调整离心制度 1 调整混凝土配 比2 调整离心 制度 3 做水 泥与外 加 剂匹配试验 1 加强端板进厂检验2 修理管模 1 控制张拉力2 提高脱模 强度3 均匀布料 1 控制张拉力2 提高配筋 率 ( 下转第7 5页) 第 3期 张佩东等： 辐射冷顶板供冷量与表面温度的模拟分析 7 5 冷量下 降。因此 ， 在辐射冷 顶板空调系统设计过程 中， 只要保证肋基温度在露点温度 以上 ， 尽量降低进 水温度。在供水温度相 同情况下 ， 通过比较不 同 d值 的曲线 ， 可以看 出随着 d值 的增大， 肋基温度有升高 的趋势 ， 但幅度较小 ， 而供冷量随 d值的增大而增大。 ( 5 ) 流量 的影 响 ： 当管 径 不 变 时 ， 流 量 的变 化 可 以通 过流 速来 反 应 ， 流量 ( 也 就 是 流 速 的影 响 ) 与肋 基温 度 和供 冷量 的关 系见 图 1 0和 图 1 1 。 瑚 盆 图 l O不 同流 速 下 温 度 的变 化 v ( m s - t ) 图 l l 不 同流 速下供冷量 的变化 从 图 l 0和 图 1 1 可 以看 出 ， 随着 流速 的增 加 ， 肋 基温度 以及 回水温度都 有不同程度的降低 ， 而供冷 量 随着 增加 。也 可 以看 出 当 流 速 增 大 到 一 定 时 ， 供 冷量的增加越来越小 ， 因此在辐射冷顶板空调系统 设计 中， 经济流速为 =( 0 1 0 4 ) m s 。 3 结 论 提高辐射冷顶板供冷量的途径如下 ： ( 1 ) 镶嵌 在 辐射 板 内水管 直 径 宜取 0 0 0 7 0 0 1 3 m之 间 。 ( 2 ) 降低管间距 ， 可以增大供冷量。 ( 3 ) 在符合舒适性 条件下 ， 设计 时提高室 内设 计 温 度 ， 可 以增 大供 冷量 。 ( 4 ) 设 计 辐 射 冷 板 空 调 系 统 时 ， 应 尽 量 按 照外 墙数和窗墙面积 比系数 d值划分供 回水环路。 ( 5 ) 在保证辐射冷 板不凝露 的情况下 ， 可 以降 低供水温度来提高供冷量 。 参 考 文 献 1 J e o n g J a e We o n ， Mu m ma S A C e i l i n g r a d i a n t c o o l i n g p a n e l c a p a c i t y e n h a n c e d b y mi x e d c o n v e c t i o n i n me c h a n i c a l l y v e n t i l a t e d s p a c e s J Ap p l i e d T h e r m a l n g i n e e r i n g ， 2 0 0 3 ， 2 3 ( 2 ) ： 2 9 3 3 0 6 2 K i l k i s B I ，S a g e r S ，U l u d a g MA s i mp l i f i e d m o d e l f o r r a d i a n t h e a t i n g a n d c o o l i n g p a n e l s J S i m u l a t i o n P r a c t i c e a n d T h e m y， 1 9 9 4 2( 2)： 617 6 ( 上 接 第 6 6页) 7 结 语 由于影 响先 张 法 预应力 混 凝 土管 桩质 量 的 因素 较多 ， 所以提高质量 的途径也很多。在生产过程中， 只有 对这 些 问题 的 成 因进 行 深 人 分 析 研 究 ， 采 取 相 应 的预 防控 制措 施 ， 同 时 不 断提 高 专业 技 术 人 员 业 务素质 ， 完善质量管理体系 ， 不断提高人们的产品质 量意识和操作水平 ， 才能减少 和杜绝各类质量问题 的产 生 ， 切实 抓 好产 品 质量 。 参 考 文 献 1 朱建华 预拌混 凝士 和预制 构件 生产 质量控 制 M 北 京 ： 中 国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 1 ： 2 1 3 2 1 5 2 阮起楠 预应力混 凝土管桩 M 北 京 ： 中国建材工业 出版社 ， 2 0 0 0： 8 6 8 7 3 蒋元海 ， 匡红杰 ， 钱树 清 ， 等 G B 1 3 4 7 6 1 9 9 9先 张法预应 力混 凝土管桩 S 北京 ： 中国标 准出版社 ， 1 9 9 9