劣级配砂石配制PHC管桩高强混凝土的研究.pdf

2 0 1 2 年 第 1期 (总 第 ， 2 6 7 期 ) Nu mb e r 1 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No 2 6 7 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 混凝土制品 CONCRETE P R0DUCTS d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 2 0 1 0 3 4 劣级配砂石配制 P H C管桩高强混凝土的研究 全明 1 ,2 ，侯键频 1 , 2 ，邹 ( 1 四川省富侨工业有 限公司技术中心，四川 乐 山 6 1 4 0 0 0 阳 1 ,2 。汪明 1 1 2 四川省富侨管桩有限公司 ，四川 乐 山 6 1 4 9 0 2 ) 摘要： 以P O4 2 5 级水泥、 高效减水剂和劣级配砂石为原材料， 通过砂石的级配分析， 采用有效砂率的设计思想， 配制了P H C管桩高 强混凝土， 并借助 A n d r e a s e n 方程对混凝土中砂石颗粒的堆积特性进行了探讨。 结果表明： 有效砂率较常规砂率更合理， 可以节省水泥约 8 7 ， 且强度提高 3 9 6 7 。 本试验条件下， 4 6 0 k g m 3 水泥用量时强度可达 9 5 1 0 2 MP a 。 当砂石中4 7 5 9 5 mm颗粒含量较多时， 在合 理范围内需要适当降低有效砂率和砂的细度模数以形成紧密堆积而提高强度。 关键词 ： 劣级配砂石 ；P HC管桩 ；高强混凝土 中图分类号： T U5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 1 0 6 0 3 Res e a r c h on t he hi gh s t r eng t h c onc r e t e o f PHC pi l e s pr e par ed b y t he b ad gr a da t i on s an ds t one QU ANMin g 一 ， HOUJ i a n -p i n ， Z OUY a n g ， WA NGMi n g 。 ( 1 T e c h n o l o g yC e me r o f S i c h u a nF u q i a oI n d u s t r yC o ， L t d ， L e s h a n 6 1 4 0 0 0 ， C h i n a ； 2 S i c h u a n F u q i a oP i l e C o ； L t d ， L e s h a n 6 1 4 9 0 2 ， C h i n a ) Ab s t r ac t ： Us i n g P O 4 25 c e me m ， s u p e r p l a s t i c i z e r a nd b a d g r a d a t i o n s a nd s t o n e ， t h e h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e o f P HC pi l e s we r e p rep are d， wi th the s an d s t o n e g r a d a t i o n a n a l y s i s a n d t h C d e s i g n i d e a o f e ffe c t i v e s a n d r a t e Th e fil l i n g c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e s a n d s t o n e i n the c o n c r e t e we r e d i s c u s s e d b y me an s o ft h e An d r e a s e n e q ua t i o nTh e r e s ul t s i n d i c a t e th at t h e e f f e c t i v e s an d r a t e i S mo r e r e a s o n a b l e t h a n the c o n v e nt i o n a 1 s an d r a t e a s i t C an s a v e the c e me n t c o n t e n t a b o u t 8 7 a n d e n h a n c e t h e s t r e n g t h i n 3 9 - 6 7 Un d e r t h i s e x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n the s t r e n g t h c a n r e a c h 9 5 -1 0 2 MPa wh e n t h e c e me n t c o n t e n t i S 4 6 0 k g m3 I t n e e d s t o r e d uc e t h e e f f e c t i v e s a n d r a t e a n d the s a nd fi n e n e s s mo d u l us i n t h e r e a s o n a b l e r a n g e t o o b t a i n the d e n s e p a c k i n g a n d t h e h i g h s tr e n gth wh i l e t h e r e a r e mo r e p a r t i c l e s o f s a n d s t o n e i n 4 7 5 - 9 5 mm Ke y wo r d s ： b a d gra d a t i o n s a n d s t o n e ； P HC p i l e s ； h i g h s t r e n gth c o n c r e t e 0 引言 P HC管桩高强混凝土的强度等级一般要求不低于 8 0 MP a E” ， 而对于地质较硬的区域则要求达到 9 0 1 0 0 MP a ， 因此对原材料 的要求较高。 由于混凝土骨料的取材遵循就近原则， 因此对砂石 的选择范围较窄， 通常为人工砂石。 然而， 砂石生产商通常以量 大为 目的， 砂的质量参差不齐 ， 粗颗粒 、 石粉和泥粉含量偏高， 几乎没有中间粒级2 。 对于这种劣级配的砂石， 如果仍按照常规 试验采用 P H C管桩生产上的砂石， 通过级配分析 ， 以一种新的 设计方法配制了P HC管桩高强混凝土， 且与常规方法进行了比 较， 并对混凝土中砂石颗粒的堆积特性进行了探讨。 1 原材料及其性能 水泥采用四川峨胜牌 P O 4 2 5 级水泥， 其化学组成和物理 性能分别列于表 1 、 2 ； 砂石来自乐山某砂石厂， 其颗粒级配分别 如表 3和图 1 所示， 其中粗砂和碎石由卵石破碎而成 ； 减水剂 的混凝土设计方法来配制， 势必会提高水泥用量， 增加成本。 本 为巴斯夫 R h e o b u i l d 1 0 4 0 ( L L ) 高效减水剂； 水为自来水。 表 1 水泥的化 学组成 收稿 日期 ：2 0 1 1 - o 7 _ 0 9 1 06 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 筛孔尺 寸 ram 图 1 碎石的颗粒级配 由图 1 可知， 碎石 A能够满足管桩用粗骨料的理想级配要 求， 但碎石 B不符合。 这主要是由于碎石 B中 1 9 - -2 6 5 ra i n的筛 余量达到了 3 6 4 1 ，而 4 7 5 9 5 mi l l 的筛余量仅占到 5 0 0 。 从 表 3 可知， 粗砂中含有大量的小碎石( 4 7 5 9 5 l n l n ) ， 并且颗粒级 配主要集中在 2 3 6 mm以上， 占7 6 2 7 8 7 6 9 ， 小于 0 6 0 n l m 的颗粒含量很少， 几乎可以忽略。 从细度模数来看， 已经超出了 粗砂 3 1 3 7的范围。 对河砂而言， 颗粒级配主要集中在 0 6 0 mm 以下， 占到 8 8 9 3 。 因此均属于劣级配砂石。 2试 验 方 法 ( 1 ) 混凝土制备及养护。 按设计配合比称量后 ， 于强制式 搅拌机中搅拌 5 mi n ， 然后装入 1 0 0 mmx l 0 0 mmx l 0 0 mm的钢 模 中， 机械振捣 2 mi n ， 刮平表面。 静停 2 h后 ， 放人生产线上 的常压蒸养池养护， 7 h后取出试块脱模 ， 再将试块转入高压 釜中蒸压养护( 最高温度为 1 8 0) ， 两个过程的养护制度如 图 2所示 。 、 、 、 、 、 一 常 压 、 蒸 压 、 、 、 、 、 、 、 、 。 、 、 、 ，： 、 、 、 一 】00 8 O 誊 6 0 撰 藻 o 2 0 O 1 00 8 O 巷 60 躲 蠢 o 20 b a I I 区砂级配下限 b I I 区砂级配上限 一 粗 砂A一 1 0 粗砂A一 2 0 十粗砂A一 3 0 一 粗砂A4 0 b 2 3 4 5 筛孔尺 寸 mm f a ) 粗 砂A a I I 区砂级配 下限 b I I 区砂 级配上 限 o一粗砂B一 1 0 +粗 砂B一 2 0 十粗 砂B一 3 0 夺一 粗 砂B 4 0 0 1 2 3 4 5 筛 L 尺寸 mm f b ) 粗砂B 图 3 混合砂的级配分布 几乎成断级配。 对于此种劣级配砂， 无法以同时满足颗粒级配和 细度模数的条件来设计 P H C管桩高强混凝土。 3 2 配合比及其性能 本试验从砂率、 混合砂细度模数及坍落度对配合比进行设 计， 其结果列于表4 。 具体为： 将粗砂和河砂按不同的比例混合， 获得细度模数分别为 3 0 5 、 2 9 3 、 2 6 3 、 2 4 7的混合砂 ； 根据砂石 的定义 ， 将粗砂中大于 4 7 5 r n m的颗粒计人碎石 ， 由此设计有 效砂率为 3 5 0 和 3 7 0 ， 其计算方法为： L y - 1 0 0 1 肘0 式中： 有效砂率， ； 河砂质量， k g ； 小于 4 7 5 I I I 1T I 的粗砂质量， k g ； 眠 砂石的总质量 ， 。 两组对比试验 HC - b l 和 HC b 2的砂率按常规方法设计为 3 9 O ， 其计算方法为： - 1 0 0 ( 2 ) M0 式中： L 。 常规砂率， ； 粗砂质量 ， 。 表 4配合 比设计 注： s 、 C 、 H分别表示碎石、 粗砂和河砂。 1 O 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 表 5 配合比及其性 能 表 5 为试验的配合比及其性能。 由表 5可知， 在 4 6 0 k g ， m 的 水泥用量下， 两种劣级配砂石组合后均能够使混凝土的初蒸强 度大于 6 0 MP a ， 压蒸强度大于 9 0 MP a ， 并且 H C 一 1 至 H C 6的平 均压蒸强度达到 9 6 5 MP a ， 标准差为 4 1 MP a ， 变异系数 = ( 标准 差 平均强度x 1 0 0 ) 为 4 2 。 由此可见， 按照本设计方法， 即使 配合 比出现一定波动时， 也能够保证 P H C管桩的强度等级。 相 比之下， 采用常规方法设计时， 要获得相同强度等级混凝土， 则 需要大大增加水泥用量， 其增幅达 8 7 ， 并且仍比水泥用量为 4 6 0 k g m3 的较优配合比的压蒸强度低 3 9 6 7 。 对于 HC b l和 H C b 2而言 ， 尽管混合砂的细度模数满足 生产要求( 2 5 3 2 ) ， 但是 3 9 0 的常规砂率中 ， 分别含有 1 4 1 和 8 1 的小碎石( 大于 4 7 5 mi l 1 ) ， 实际的砂率则分别为 2 4 9 和 3 0 9 ( 如表 4所示) 。 因此， 要获得 良好和易性和强度 等级的混凝土， 则需要增加水泥用量 以填充砂石间的堆积孔 隙， 造成浪费。 尽管HC 6 与 H C b 2 的混合砂细度模数均为 2 9 3 ， 但前者的有效砂率大于后者， 由此看来 ， 用劣级配砂石配制混 凝土时， 混合砂的细度模数不是影响强度等级的主要因素， 而是 有效砂率。 从表 4 、 5还可知， S A - C A - H的砂石组合下 ， 相同混合砂细度 模数时， 3 5 0 的有效砂率所对应的混凝土强度高于 3 7 0 所 对应的混凝土强度 ； 而相同有效砂率时 ， 细度模数小则混凝土 强度高。 而对于 S B - C 。 H的砂石组合而言， 相同的混合砂细度模 数时， 有效砂率高则混凝土强度高； 相同有效砂率时， 细度模数 大则强度高。 3 3 堆积特性分析 P H C管桩混凝土的砂石原材料为连续级配， 要在低的胶凝 材料用量下获得高强度， 则理论上应满足紧密堆积 ， 符合经典 连续堆积理论的An d r e a s e n方程， 其表达式为l3 J ： D (D 1 o 0 ( L ) f 3 1 Jpma x 式中： 累计筛下百分数， ； D_一最大粒径； g F u 1 1 e r 指数。 q = l 2时为疏填充 ， q = l 3时为最密填充。 图4为混凝土中混合砂石颗粒的An d r e a s e n曲线分布。 由 图4可知， S A - C 一 H体系中HC 1 和 H C 一 2最接近 q = l 3 ， 但其强 度却低于 H C 3 ， 出现与理论相违背的现象。 实际上， H C 1 、 H C 一 2 和 H C 3 混合砂石中4 7 5 9 5 m n l 的含量分别高达3 2 4 、 2 7 9 、 2 1 8 ， 远高于其他级配区的颗粒分布， 因此容易形成单粒径的 疏松堆积， 相比之下， HC 一 3的堆积程度较紧密。 而 H C 2中的有 效砂率为 3 7 0 ， 大于 H C 1 和 H C 一 3 ， 砂石的总比表面积较大， 1 08 l 0 0 8 0 誊 6 0 蠹 4 o 2 0 0 0 2 O 4 0 6 0 8 1 0 D D 图 4 An d r e a s e n曲线分布 在相同水泥用量下其强度较低。 对于 S B - C 旷 H体系而言， 1 6 2 6 5 m r fl的颗粒占到 3 3 6 3 6 5 ， 而 4 7 5 9 5 i n l n的颗粒含量 仅为 s A C A H体系的 1 3 1 2 ， 因此要获得高强度则需要增大砂 率， 此时 3 7 O 的有效砂率就比较合适。 尽管 s 旷 c 旷 H体系因断 级配的关系偏离 q = l 3曲线较远， 但仍可根据接近该曲线的程度而 明显看出紧密堆积程度的关系， 即： HC 6 H C 一 5 HC 4 。 可见， 当 劣级配混合砂石中4 7 5 9 5 m m颗粒含量较多时， 较小的有效砂 率更易形成紧密堆积， 反之则相反。 4结 论 ( 1 ) 用劣级配砂石配制 P HC管桩高强混凝土时， 有效砂率 是影响强度等级的主要因素。 本试验条件下， 采用有效砂率设计 的配合比， 以4 6 0 k g m 的水泥用量便可达到常规砂率设计时 5 0 0 k g m 水泥用量下的强度等级， 且较优配合比的压蒸强度高 出后者 3 9 6 7 。 ( 2 ) 劣级配混合砂石中4 7 5 9 5 m m颗粒含量较多时， 在合 理范围内适当降低有效砂率和砂的细度模数容易形成紧密堆 积而提高强度， 反之则相反。 参考文献 ： 1 】 G B 1 3 4 7 6 -2 0 0 9 ， 先张法预应力混凝土管桩 s 】 - E 京 ： 中国标准出版 社 ， 2 0 0 9 【 2 】夏远英 ， 陈景， 熊骁辉 ， 等 绿色混凝土发展途径的探讨 J 1 混凝土 ， 2 0 1 1 ( 4 ) ： 1 0 1 1 0 3 3 陆厚根 粉体技术导论 M 】 上海 同济大学出版社， 1 9 9 8 ： 3 7 3 8 作者简介 联 系地址 联 系电话 全明( 1 9 8 5 ) ， 男， 硕士， 从事混凝土及制品研究。 四川省乐山市中区翡翠国际二期翡翠路 4 6 1 号 富侨集团 公司科技信息部( 6 1 4 0 0 0 ) 1 8 08 O 6 3 4 7 0 4 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m