免压蒸预应力离心桩用C80高强混凝土的配制及其力学性能研究.pdf

2 0 1 4年第 8期 8月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PR0DUC r S 2 01 4 No 8 Aug us t 免压蒸预应力离心桩用 C 8 0高强混凝土的 配制及其力学性能研究 王朝强 ， 朱建舟 。 ， 谭克锋 1 , 2 ， 刘东升 1 , 2 ， 张韶华 1 , 2 ， 丁文文 ( 1 西南科技大学材料科学与工程学院 ， 绵阳 6 2 1 0 1 0 ； 2 四川省非金属复合 与功能材料重点实验室一 省部共建国家重点实验室培育基地 ， 绵 阳 6 2 1 0 1 0 ； 3 上海中技桩业股份有限公司 ， 2 0 0 4 3 4 ) 摘要 ： 研 究了水胶 比、 砂 率及蒸养制度对免压蒸桩用 C 8 0高强混凝土力学性能的影响 。结果表明 ， 免压蒸桩 用 C8 0高强混凝土最佳水胶 比和砂 率分别为 O 2 4和 3 6 ， 水 泥含 量为 4 0 0 k g m ， 矿粉 与硅 灰互掺近 1 ： 1 ， 此 时混凝土 力 学性能和工作性 能均满足标准要 求； 蒸养恒 温静停 时间也制约 着免压 蒸预 应力桩用 C8 0混凝土的 力学性能 ， 通过 实 验研 究得 到 了一个最佳 蒸养制度 。 关键词 ： 水胶 比； 砂率 ； 蒸养 制度 ； 力学性能 Ab s t r a c t ：T h e e f f e c t s o f wa t e r b i n d e r r a t i o s a n d r a t i o a n d s t e a m c u ri n g s y s t e m o n t h e me c h a n i c a l p r o p e r t y o f n o n - a u t o c l a v e d C 8 0 c o n c r e t e u s e d i n p r e s t r e s s e d c e n t rif u g a l p i l e a r e s t u d i e d T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t t h e b e s t v a l u e s o f w a t e r b i n d e r r a t i o a n d s a n d r a t i o a r e 0 2 4 a n d 3 6 r e s p e c t i v e l y ， a n d t h e c e me n t c o n t e n t i s 4 0 0 k g m 。t h e mi x i n g a mo u n t r a t i o o f mi n e r a l p o wd e r a n d s i l i c a f u me i s c l o s e t o 1 ： 1 Un d e r t h e s e c o n d i t i o n s t h e me c h a n i c a l p r o p e r t y a n d w o r k i n g p e r f o r ma n c e o f t h e n o n a u t o c l a v e d C8 0 c o n c r e t e c a n a l l me e t t h e s t a n d a r d r e q u i r e me n t s I n a d d i t i o n t h e r mo s t a t i c r e s t p e r i o d a l s o r e s t r i c t s t h e me c h a n i c a l p r o p e r t y o f t h e n o n - a u t o c l a v e d C8 0 c o n c r e t e ， a n d t h e o p t i ma l s t e a m c u r i n g s y s t e m i s o b t a i n e d b y e x p e r i me n t s t u dy Ke y wo r d s ： W a t e r - b i n d e r r a t i o ； S a n d r a t i o ； S t e a m c u r i n g s y s t e m； Me c h a n i c a l p r o p e rt y 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 4 ) 0 8 3 8 0 4 0前 言 预应 力高强混凝 土离心桩是一种桩 身采用高 强混凝土再配以高强度 、低松 弛率预应力 钢筋 ， 离 心成 型 后经 特殊 养护 工艺 制成 的桩 基材 料 。 我 国 2 0 世纪 8 O年代后期开始大量应用预应力高强混凝土 管桩。为加快模具周转 ， 缩短 昆凝土制品生产周期 ， 目前大多采用外部热源加热加压养护 ， 加速胶凝材 料水化来提高混凝土早期强度。但 目前预应力离心 桩 的应 用 领 域 和服 役 环境 日益 恶 化 ，研 究 发 现 ， 经 高压釜压蒸养护 以后桩身混凝土 的耐久性 出现 了 不 同程度 的下降 ， 且随着安全环保和生产要求 的提 高 ， 也制约着高压釜的使用【 l n J 。 免压蒸工艺技术可 以取 消现有 生产 工艺过程 中压蒸养护工艺过程 ， 具有节能降耗 、 简化工艺 ， 提 高生产效率等诸多优势。因此 ， 被越来越多地用在 管桩的生产 中。本文采用免压蒸工艺 ， 重点研究水 胶 比、 砂率及蒸养制度对 C 8 0桩用高强混凝土力学 性能的影 响， 以便科学合理地确定 出免压蒸 C 8 0桩 用高强混凝土的最佳配合 比及蒸养制度。 基金项 目： 四川 I 省教育厅项 目( 1 0 z d l 1 0 4 ) 。 一 3 8 1 原材 料 、 样 品制备 及测 试 方法 1 1 原材料 ( 1 ) 水泥 ： 采用浙江产 P 0 5 2 5水泥 ， 其化学组 成见表 l 。经检测其安定性合格 ； 标准胶砂试件 3 d 抗折强度为 6 3 MP a ，抗压强度 为 3 3 MP a ； 2 8 d抗折 强 度 为 9 1 M P a ， 2 8 d抗 压强 度 为 6 2 2 MP a ， 满 足 实验 技术 要 求 。 ( 2 ) 砂子 ： 表观密 度为 2 6 6 0 k g m ， 堆积 密度 为 1 4 5 0 k g m ， 细度模数为 2 8 ， 属 中砂 ， 颗粒级配 良好 ； 含 泥量 为 1 _ 3 ， 属 于 类 。 ( 3 ) 石 子 ： 表 观 密 度 为 2 8 5 0 k g m 。 ， 堆 积 密 度 为 1 5 8 0 k m ， 粒形较好 ， 5 - 2 5 mm连续级配 ， 质量 良好 。 ( 4 ) 矿粉 ： 密度为 2 8 6 k m ， 流动度 比为 1 0 3 ， 7 d 活性指数为 8 3 2 ， 2 8 d活性指数为 9 8 6 ， 满足标准要 求 ， 其化学组成见表 1 。 ( 5 ) 硅 灰 ： S i O 含量 9 O ， 其 化学 组成 见 表 1 。 1 2 测试 方法 表 2为 C 8 0桩用高强混凝土配合 比，其中 ， 试 件成型尺寸为 1 0 0 m mx 1 0 0 m mx 1 0 0 mm，覆盖薄膜 ， 1 d后拆模。 养护制度为： 标准养护： 移人标准养护 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 王朝强， 朱建舟， 谭克锋 ， 等 免压蒸预应力离心桩用 C 8 0高强混凝土的配制及其力学性能研究 表 2 C 8 0桩用 高强 混凝 土配合比 室养护至 7 d和 2 8 d测试龄期 ； 蒸汽养护 ： 需测 1 d 脱模强度 ，再移人标准养护室养护 2 8 d龄期测试 。 混凝土抗压强度试验按照 G B T 5 0 0 8 1 2 0 0 2 普通 混凝土力学性能试验方法标准 进行 。 净浆试件尺寸为 2 0 m mx 2 O mm 2 O m m。成型后 1 d脱模 ，脱模后置于( 2 0 1 ) 、相对湿度不低于 9 5 的养护箱中养护至相应龄期 。净浆试件破型后 用无水乙醇浸泡 ， 然后 磨细后过 2 0 0目筛 ， 并 置于 干燥皿中备用 ， 测其 X R D和 S E M。 2实 验结 果分 析 2 1 水 胶 比对 C 8 0桩 用 高强 混 凝 土 力 学 性 能 的影 响 固定砂 率 3 6 ，设 计 四组 水胶 比 0 2 2 、 0 2 4 、 0 2 6 、 0 2 8 ， 分别对其试块进行 强度测试 ， 结果见 图 富 鼎 图 1 水胶 比 0 2 2 、 砂率 3 6 ， 7 d 、 2 8 d抗压强度 皇 憩 1 图 4。 由图 1 图 4可知 ， 砂率为 3 6 时 ， 随着水胶 比 的逐渐增大 ， 昆凝土 2 8 d抗压强度不断降低 。主要 是普通混凝土中含有未水化的颗粒和大小不一的毛 细孔 ， 水胶 比越大 ， 混凝土孔 隙率越大_4 _ 5 I 。因此 ， ? 昆 凝土强度随水胶 比的增大而不断降低。虽然水胶 比 为 0 2 2时 ， 强度最高 ， 但拌合时坍落度很小 ， 较难成 型 ， 故最佳水胶 比确定为 0 2 4 。 2 2 砂率对 C 8 0桩用高强混凝土力学性能的影响 当水胶 比为 0 2 4时 ， 设计 四组砂率 3 2 、 3 4 、 3 6 、 3 8 ， 分别对其试块进行测试 ， 结果如 图 5 图 8所 示 。 由图 5 图 8可知 ， 随着砂率 的逐渐降低 ， 混凝 土的抗压强度呈先增大后减小的变化趋势 。其原因 主要是砂子的比表面积 比粗骨料大 ， 随着砂率降低 ， 粗细骨料的总表面积减小 ， 当浆体含量一定时 ， 包裹 骨料的浆体 层厚度变厚 ，故砂率从 3 8 降至 3 6 时 ， 强度将会增加 ； 但 当砂率低于 3 6 时 ， 强度出现 下降。主要是此时骨料间的孔隙增大 ， 需要更多 的 浆体填充 ， 需水量显著增加 ， 导致浆体无法完全填充 骨料 间 的孑 L 隙 ， 减 弱 了骨料 间 的胶 结 能力 ， 从 而 强度 下降 。综上所述 ， 可优选 出最佳砂率为 3 6 。 皤 7 d 2 8 d 图 2水胶 比0 2 4 、 砂率 3 6 ， 7 d 、 2 8 d抗压强度 宝 想 7d 2 8 d I l l z 图 3水胶 比 0 2 6 、 砂率 3 6 ， 7 d 、 2 8 d抗压强度 图 4水胶 比0 2 8 、 砂率 3 6 ， 7 d 、 2 8 d抗压强度 一 3 9一 加 o 踟 加 0 鲫 加 0 加 O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 8期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 0期 塞 骥 7 d 2 8 d 图 5水胶 比0 2 4 、 砂率 3 2 ， 7 d 、 2 8 d抗压强度 日 鬟 鼎 7 d 2 8 d 图 7 水 胶 比 0 2 4、 砂 率 3 6 ， 7 d、 2 8 d抗 压 强 度 2 - 3 蒸养制度对 C 8 0桩用高强混凝土力学性能 的 影 响 凸_ 醺 7 d 2 8 d 图 6 水胶 比 0 2 4 、 砂率 3 4 ， 7 d 、 2 8 d抗压强度 山 瞬 7 d 2 8 d 图 8水胶比 0 2 4 、 砂率 3 8 ， 7 d 、 2 8 d抗压强度 当水 胶 比为 0 2 4 、 砂 率 为 3 6 时 ， 对 试块 进行 蒸养 ， 结果见表 3 。 表 3 混凝土蒸养强度结果 从表 3可知 ， 养护制度对 昆 凝土强度影响较大 ， 随着蒸养 8 0 恒温时间的不断延长 ， 混凝土强度先 增后降， 其中， 恒温 4 h时 2 8 d 混凝土强度最好 ， 与标 准养护 2 8 d混凝土强度相当。蒸养条件下 ，硅灰和 矿粉在混凝 土体 系中能发挥 良好 的火山灰效应和 密实作用 ， 优化孔径分布 ， 减少混凝土结构中的连通 孔含量 ， 提高水化产物 的密实度 ， 并减少界面过渡 区 内大尺寸 C a ( O H ) 晶体含量罔 。 但高温养护也可引起 混凝土产生的内部应力 、 水化产物不均匀分布 、 水的 定向迁移以及内部气泡的膨胀与破裂等都对混凝土 强度不利9 - ， 免压蒸下 ， 1 3组 的蒸养8 0 c I 二 恒 温 4 h 时 的桩用 C 8 0高强混凝土 的早期力学强度较好地 满 足 了预应 力离 心桩 的生 产要 求 。 2 4 微 观分析 2 4 1 X RD衍射图谱分析 图 9为 2 8 d不 同养 护 制 度下 第 1组试 块 的 XR D图谱 。 4 0 由图 9可知 ：标养和蒸养体系下 的水化产物 基本一致 ； 蒸养后体系中 A F t 衍射峰 8 0 ( 4 h ) 较 8 O ( 3 h ) 和 8 0 ( 5 h ) 要高 ， 且 8 O ( 5 h ) 最低 ； 随 着蒸养恒温时间的延长 ， C a ( O H) 衍射峰强度逐渐降 低 ， 且标养下 的 C a ( O H ) 衍射峰强度最高 。 蒸养体 系较标养下的 C S H衍射峰强度要高 。 主要原 因是 标养下 ， 水泥中的 C 2 s和 C ， S水化不够充分 ， 而经高 O l 0 2 O 3 O 4 0 5 0 6 O 7 0 8 0 2 0 。 图 9 2 8 d第 1组不同养护制度下 的 X R D图谱 舳 O 鲫 0 舳 加 0 印 加 O 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