免蒸压管桩混凝土的试验研究.pdf

2 0 1 5年 第 1 1期 ( 总 第 3 1 3 期 ) N u mb e r 1 1 i n 2 0 1 5( T o t a l No 3 1 3 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 混凝土制品 CONCRET E P RODUCTS d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 5 1 1 0 3 2 免蒸压管桩混凝 土的试验研 究 詹镇峰 ，陈峭卉 。 李从波 ，陈应钦 ，黄红建 ，赖兆琼 ，何栋 ( 1 广州大学 土木工程学院， 广东 广州 5 1 0 0 0 6 ； 2 广东省建筑材料研究院， 广东 广州 5 1 0 0 0 0 ； 3 江门市新三联管桩有限公司， 广东 江门 5 2 9 0 0 0 ； 4 南宁鸿基水泥制品有限公司， 广西 南宁 5 3 o 1 0 0 ) 摘要 ： 免蒸压管桩生产是管桩行业的未来发展方向， 本试验通过优选掺合料和优化混凝土配合比试验， 得出免蒸压管桩混凝土基础 配合比参数： 水胶比 O 2 3 、 胶材用量4 7 0 n 1 3 、 砂率 3 、 聚羧酸减水剂掺量( 1 o 9 6 浓度) 3 2 - 3 6 ， 由此配制出的混凝土能满足5 d 强度大于 9 o MP a的设计要求， 在此基础上进行了管桩的免蒸压试生产。 试验结果表明管桩的免蒸压生产技术是可行的。 关键词 ： P H C管桩 ； 免蒸压 ； 混凝土 中图分类号： T U 5 2 8 7 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 1 1 0 1 1 8 一 O 3 E x p e r i me n t a l s t u d y ol3 t h e n o na u t o c l a v e d P HC Pi l e c o n c r e t e Z HANZ h e n f e n g ， C HE N Qi a o h u i ， L I C o n g b o ， C HE N Y i n g q i n ， HU ANG Ho n g i i a n ， L AIZ h a o q i o n g。 ， HE Do n g ( 1 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g ， Gu a n g z h o u Un i v e r s i t y， G u a n g z h o u 5 1 0 0 0 6， C h i n a ； 2 Gu a n g d o n g Bu i l d i n g Ma t e r i a l s Re s e a r c h I n s ti t u t e， Gu a n g z h ou 51 0 0 0 0， Chi n a；3 J i a n g me n Ne w S a n l i a n P i p e Co ， Lt d， J i a n g me n 5 2 90 0 0， C h i n a ； 4 N a n n i n g H o n g i C e me n t C o ， L t d ， N a n n i n g 5 3 0 1 0 0 ， C h i n a ) Abst r a c t ： No na u t o c l a v e d PHC p i p e p r o d u c ti o n i s t he f u t u r e d e v e l o p me n t o f t h e p i pe i n d u s t r y Th e f o u nd a tio n p ara me t r e s o f t h e n o n a u t o c l a v e d p i p e c o n c r e m mi x p r o p o r t i o n wa s g a i n e d a fte r a s e r i e s o f th e o p ti m i z a t i o n e x p e rim e n t s o f t h e mi n e r a l a d mi x t u r e a n d c o n c r e mi x p r o p o r t i o n i s wa t e r b i n d e r r a t i o 4 7 0 k g m ， s a n d r a ti o i s 3 6 ， t h e c o nt e n t o f p o l y c a r b o x y l a t e s u p e r p l a s t i c i z e r( c o n c e n V a fi o n o f 1 0 )i s 3 2 3 6 T h u s p r e p a r e d c o n c r e t e S 5 d c o mp r e s s i v e s e n g th i s g r e a t e r t h a n 9 0 MPa， me e t t he d e s i g n r e q u i r e me n t s Ba s e d o n a bo v e， the p i l e o f n o na u t o c l a v e d t r i a l p r od u c tio n wa s t a k e n The e x p e rime n t al r e s u l t s s h o w tha t the n o n a u t o c l a v e d p i l e pr od uc tio n t e c hn o l o g y i s f e a s i b l e Key wor ds： P HC p i l e； n o na u t o c l a v e d； c o n c r e t e 0 引 言 预应力混凝 土管桩 ( P H C 管桩 ) 由于其单 桩承 载力 高 、 穿透能力强 、 施工方便 、 节省工程造价 ， 在 我 国建筑工 程 中得到越来越多的应用 。 随着我国基础设施建设的快速 发展 ， 管桩企业也随之快 速发展 ， 到 2 0 1 1年 ， 全 国已经有 管桩生产企业 5 0 0余家， 成为全球生产、 应用 P H C管桩最 多的国家 。 现有的 P H C管桩生 产采用两段式 的养护工艺 ， 即常 压蒸养和高压蒸养 。 该工艺 可使管桩 短期 内达到设计 强 度 ， 提高生产效率 ， 但 同时也存在诸多弊端 ： ( 1 ) 压蒸养护工艺使混凝土 内部结构形成 速度加快 ， 晶体结构中粗大 晶粒 占大多数 ， 导致 内部 晶胶 比偏 大 ， 混 凝土脆性大 ， 长期耐久性差 ； ( 2 ) ? 昆 凝 土 的压蒸 养 护工 艺 能耗 占管 桩 生产 成 本 7 2 0 左右， 大量消耗不可再生的煤、 石油等资源 ； ( 3 ) 高压蒸养需要大型高压釜 ， 设备投入大 、 维修成本 高 、 生产安全性差。 随着 我国低碳节能 经济发展模式的提 出， 高压蒸养工艺正逐步受到限制 ， 因此发展免 压蒸工艺 是众多管桩生产企业面临的迫切问题。 本试验从混凝土配制技术出发 ， 通过优选原材料和优 化混凝土配合 比， 使得配制 的 昆 凝土带模养护 8 h ， 5 d强 度达到 9 0 SP a ， 并进行免蒸压管桩的试生产 。 1 原材料及试验 方法 1 1 原材料 ( 1 ) 水泥 ： P 1 1 4 2 5 R级水泥 ， 华润水泥 ( 平南) 有限公 司生产 。 水泥物理力学性能见表 1 。 表 1 水泥物理力学性能 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 1 2 1 9 基 金项 目 ： 南宁市科学研 究 与技术 开发计划项 目( 2 0 1 3 1 2 9 0) ； 广东省重大科技专项 ( 2 0 1 2 A 0 1 0 8 0 0 0 2 9) 11 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m ( 2 ) 砂 ： 中砂 ， I I 区， 含泥量 0 7 ， 细度 模数 2 8 ， 产地 ： 广西藤县 。 ( 3 ) 碎石 ： 花 岗岩碎石 ， 新会大泽砂石厂生产 。 双级配 5 1 0 mm、 1 0 - 2 5 mm， 含泥量 ： 0 1 ， 压碎指标 ： 9 。 ( 4 ) 掺合料 ： 活性掺合料 A、 B、 c 、 D。 ( 5 ) 减水剂 ： 聚羧酸减水剂 ， 江 门强力建材科技有限公 司生产 ， 含固量 1 0 。 1 2试 验 方 法 按现行相关标准进行 。 1 3 养护制度 5 5蒸汽环境下静停 3 5 h 一按 5 o C 1 0 rai n速率升 温 1 h 培 5蒸汽环境下恒温 3 5 h 。 2 掺合料 的优 选试验 在现有的蒸压生产工艺中， 管桩混凝土的掺合料基本 上为石英砂 ， 石英砂在高温高压条件下与氢氧化钙反应生 产水化硅酸钙 ， 赋予混凝土强度 。 但取消蒸压工艺后 ， 石英 砂的活性无法在常压 蒸养条件下体 现出来 ， 因此 ， 必须选 用活性较高的掺合料替代石英砂 ， 本试 验选取 A、 B 、 C 、 D 四种掺合料 ， 设计 L 3 正交试验 ， 考查掺合料对混凝土 强度和工作性 的影响。 正交设计见表 2 ， 试验所用 的胶材用量为 4 9 0 k g m ， 水胶 比为 0 2 4 ， 砂率 3 6 。 试验结果如表 3 。 表 2正交设计试验表 表 3 正交试验结果 从表 3的试验结果和数据处理分析结果可以看出 ： 掺 合料对混凝土坍落度影响的大小顺序依次为 ： C BD A， 对 1 d强度影响大小依次 为 ： CB DA； 对 3 d强度 影响大小依次为 ： BC D A。 从 坍落度 指标考 虑 ， 最佳 选择为 A 2 B 2 C 1 D 2 ， 而 从 强 度 指 标 考 虑 ， 最 佳 选 择 为 A1 B1 C2 D3。 掺合料掺量变化对混凝土性 能影 响因种类而异 ， 掺合 料 C掺量增加， 坍落度明显增大， 但强度下降； 掺合料 B 则呈现相反的结果， 掺量增加， 坍落度下降， 但强度提高； 而掺合料 A掺量变化 对混凝 土性 能 的影 响最不显著 。 四 种掺合料中， A为常见的掺合料 ， 来源广泛 ， 而且材料价格相 质， 能改善混凝土的工作性 ， 在低水胶 比的混凝土 中掺入适 量的 C是非常必要的； B的比表面积高， 能提高混凝土的强 度但同时也容易影响工作性 ， 可根据具体情况确定掺加 ； D 对 昆 凝土的性能影响不如 B C， 以下试验中不予选用。 3 免 蒸压管桩混凝 土配合 比的优化试验 3 1 水胶 比的影响 水胶 比是影响混凝土强度的主要 因素 ， 考虑混凝 土的 工作性和强度指标要求 ， 初步选定三个水胶 比( 0 2 1 、 0 2 3 、 0 2 5 ) 进行试验 ， 确定水胶 比的可能范围。 单位立方米胶材 用量为 4 9 0 k g m ， 砂率为 3 6 ， 减水剂掺量为 3 2 ， 其结 对便宜， 掺入 A可改善混凝土的耐久性 ； C是一种球状的物 果如表 4和图 1 、 2 所示 。 表 4 水胶比对混凝土性能的影响 注 ： 胶材组成为 ： 水泥 ： 掺合料 A： 掺合料 C= 5 3 ： 3 5 ： 1 2 。 下同。 从试验结果可以看出 ： 水胶 比对混凝土性能的影 响符 坍落度逐渐升高 ； 反之 ， 强度 提高 ， 坍落度降低 。 从 本试验 合一般规律 ， 即随着水胶比的增大 ， 混凝土强度逐渐降低 ， 结果 可 知 水 胶 比为 0 2 3和 0 2 5的 5 d强 度 分 别 为 11 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 5 6 MP a 和 8 0 2 MP a ， 未能达到本试验 的强度 目标值 ； 而 水胶 比0 2 1 时 ， 5 d强度为 9 3 8 MP a ， 达到本 试验的强度 目标值 ， 但坍落度仅为 1 0 m m， 因此通 过本试 验认 为要达 到强度目标值水胶比应低于0 2 3 ， 同时适当提高减水剂的 掺量以提 高混凝土 的坍落度 。 0 2 3 0 2 5 水 胶 比 图 1 水胶比与坍落度的关系 9 5 90 85 吾 8 0 罾 s 7 0 65 60 O 2 3 O 2 5 水 胶 比 图 2水胶 比与抗 压强 度的关 系 度的影响结果 。从结果可以看出 ： 随着单位立方米胶材用 量的增加， 各龄期的强度逐渐升高； 而坍落度的变化是先 升后降即在4 7 0 k g m 出现最佳值。 胶材用量在4 4 0 k g m 时 ， 混凝土 5 d强度为 8 8 。 7 MP a ， 未能达到本试验的要求 ， 而胶材为 4 7 0 k g m 时， 混凝土 5 d强度达到 9 1 6 MP a ， 满 3 2 单位立方米胶 材用量的影响 足本试验的强度要求， 同时也有较好的工作性。 因此， 通过 表5 和 图3 、 4 为不 同胶材 用量对 混凝 土坍落 度和 强 本试验可 以确定胶材用量应不低于 4 7 0 k g m 。 表 5 胶凝材料用量对混凝土性能的影响 4 9 0 4 7 0 4 4 0 胶材用量 ( k g m ) 图3胶材用量与坍落度的关系 3 3 聚羧酸减水剂种类 低水胶 比下配制一定流动度的混凝土 ， 减水剂起到关 键的作用。 聚羧酸减水 剂作 为第三代 减水剂具 有减水率 高、 环保的性能特点 已成为 主流的减水剂 ， 但不 同厂家生 产的减水剂性能上会有所差别 。 本试验 比较不同品牌的聚 羧酸减水剂性能， 确定用于免蒸压混凝土配制。 l 00 90 乏 8 0 营 7 0 6 O 5 0 胶材 用量 ( k g m ) 图4胶材用量与抗压强度的关系 水剂的试验结果 。 结果 中可以看出掺不 同品牌的聚羧酸减 水剂表现出的 昆 凝土性能有一定差别 ， 5 d强度最大差值 6 1 MP a ， 坍落度 最大差 值为 4 2 m m， 所 选 的减水剂 中以 C M 品牌的效果为最佳。 通过以上 的试验可 以得 出免蒸 压管桩混凝土基础配 合 比参 数 ： 水 胶 比 4 7 0 k g m ， 水胶 比 0 2 3 ， 砂率 3 6 、 聚羧酸减水剂掺量 ( 1 0 浓度) 3 2 - 3 6 。 由此配制 的免蒸压管桩混凝土在 蒸养条件下 ( 8 5蒸汽养护 3 5 h ) 5 d 强度达 到 9 0 MP a ； 试生产试验表明管桩外观质量 良好 ， 强度能满足要求 。 参考 文献 ： 1 张建纲， 毛永琳 ， 乔敏 P H C管桩混凝土免压蒸技术研究 J 混凝土与水泥制品， 2 0 1 2 ( 7 ) ： 3 1 3 3 2 周栋梁， 张建纲， 毛永琳， 等 免压蒸管桩混凝土的制备与性能 研究 J 粉煤灰综合利用 ， 2 0 1 1 ( 6 ) ： 4 4 4 7 ， 5 4 第一作者 联 系地 址 联系电话 詹镇峰( 1 9 6 4一) ， 男， 硕士 ， 高级工程师 ， 从事水泥基 材料的研究工作。 广州市天寿路 1 1 6号 水利院宿舍 5 栋 8 0 6室( 5 1 0 6 3 0 ) 1 3 71 01 8 7 2 7 0 1 25 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m