预应力蒸养混凝土管桩的研制.pdf

2 0 1 1年 9月 第 8卷 第 3期 朵圳土木与律翁 预应力蒸养混凝土管桩的研制 冯乃谦陈乐雄叶浩文李浩徐勋龙陈潮龙周奇明齐世坤 ( 深 圳市正强投资发展有 限公 司) 1问题 的提 出 传统 的C 8 0 预应力高强混凝土管桩生产是 以高 标号水泥与磨细石英砂为胶凝材料配制混凝土，离 心成型后通过普通蒸气养护 ( 初蒸)，一般蒸养温 冯乃谦，深圳市正强投资发展有限公司 地址：深翊I市福永街道新和社区西海堤路正强码头 2 6号 Ema i h s z z q c c l 1 63 c o m 度为8 5 。 C ，恒温 4 5 ，使管桩混凝土 的强度达到 4 0 MP a 以上， 才 能脱模；然后进入高压蒸养，温度 1 8 5 。 C ，恒温 7 8 ，使磨细砂与水泥水化时放 出 的C a ( O H ) 反应生成托勃莫米石，管桩混凝土强度 才能达到 9 0 MP a 以上 ( 达到 C 8 0的强度等级 )。 即现有 的C 8 0 混凝土管桩生产必须通过初蒸与蒸压 才能完成，初蒸使管桩混凝土具有脱模强度及支撑 ； ； ； ； ； ； ； 3 处理效果与工法对比 洞内 填充效果还是比 较理想。 由于在施工过程 中，项 目组根据先易后难和分 散施工 ( 施工有溶洞桩时应分散施工，避免集中施 工 以最大程度上减小因塌孔造成的影 响)的原则， 并成 立专 门的应急指挥小组 处理施 工过程 中 出现 的问题，因而对抛填法和钢护筒跟进法 的处理均有 效快速，没有 出现重大伤亡事故。灌注混凝土法是 在桩基施工之前实施 的，是特别针对本工程 串珠状 溶洞提出的新型工法，因而项 目组对其进行了填充 效果检验 。一般作抽芯检验，在原有灌注孔和排气 孔往下抽芯，可以减少工作量 。芳村逸彩新世界经 图 6抽芯芯样照片 三种串珠状溶洞填充施工工法优缺点对 比，见 填充处理效果如 图 6 ，可以发现岩样虽不完整，溶 表 1 。 表 1 串珠状溶洞填充施工工法对比 4结语 该场地因为存在较为复杂的岩溶发 育现象，且 与珠江水系有较大的水力联系 ，加上在断裂带的控 制下 ，使得溶洞处理异常艰难。但 只要能较准确的 预测溶洞 的分布、形状、大小及充填物的类型，就 能根 据不 同复杂 的地质情况对 串珠状溶洞选用不 同的处理方案，从而得到较好 的处理效果，为桩基 施工打下结实的基础 。施工实践表明，抛填片石 、 黄土，钢护筒跟进法和灌注混凝土法对于有一定水 力联系 的串珠状溶洞具有较好的处理效果，能保证 施工安全和质量，为类似复杂岩溶地区的溶洞处理 40 提供工程经验 。 最后 ，感谢广东基础工程公司机施分公司全体 同事为本论文提供素材和资料 。 参考文献 ： 1 何 华 岩 溶 地 区 钻 孔 桩 基 础 旋 工 疑 难 处 理 措 施 f J 1 铁 道 建 筑 2 0 0 6 ( 9 ) ： 4 5 2 】温汉德 张所邦 深圳葵涌西立交桥桩基溶洞的处理方法U 】 探矿工 程 2 O 0 S ( 7 ) ： 3 6 3 7 3 陈亮，彭小林， 钟晓晖等具有动水条件 下的多层溶洞填充处理施工工 法【 P J 中国专利： G D G F 1 1 4 - 2 0 0 9 ， 2 0 0 9 一 先张法预应力的强度；而蒸压使磨细砂与C a ( O H) 2 反应，使管桩具有 C 8 0 等级的强度。这种两段式管 桩生产工艺，能源消耗大 。本课题 的目的是研究探 索一条免蒸压的高强混凝土管桩的生产工艺，达到 节省资源和能源的 目的。 2预应力蒸养管桩混凝土的研制 本研究的技术路线是：研制合适 的矿物超细粉 作混凝土的掺合料 ，采用 自行研发的新型高效减水 剂 ，通过合理的生产工艺，免除原管桩生产中的高 压蒸养和初蒸工序 。本研究课题分两步进行：免 除高压蒸养，通过初蒸能达到要求的管桩混凝土的 强度；在条件许可下，进一步试验以太阳能养护 代替初蒸，达到要求管桩混凝土的强度。本文所述 为第一阶段成果，即免除高压蒸养工序已研制成功。 试验研制用原材料： 水泥 ：金鹰 5 2 S R早强型水泥 ； 细骨料：水洗海砂，细度模量 2 8 3 2 ，属 中 偏粗砂，级配合格。 粗 骨 料 ： 花 岗 岩 碎 石 ， 2 级 配 ； 5 2 5 6 mm( 7 0 ) ； O 5 mm( 3 0 ) ； 纳米微珠： 微珠是一种新 品种的超细粉， 具有特 殊 的物理化学性能，对水泥混凝土具有填充效应、 减水效应 、增强效应及耐久性效应 ； 天然沸石超细粉：比表面积 6 0 0 0 c m a，由浙 江金华沸石粉厂供应，广州、惠州也有类似产品； 复合超细粉：以微珠与天然沸石粉 复合而成； 高 效减 水 剂 ：萘 系 、氨 基 系 复 合 的减 水 剂 HR W A： 经多次反复试验 ，最后确定混凝土配合 比如下： 水泥 ：3 4 0 k g m0 复合超细粉：8 0 k g m0 砂 ：7 5 0 k g m。 碎石：1 3 0 0 k g m。 水 ：9 0 k g m。 复合高效减水剂：水泥用量 的 2 6 本试验共成型了 l 0组混凝土试件。全部试件 与初蒸 同条件养护 ，出池后进行抗压试验，试验结 果强度平均值为1 I O MP a ，均方差为4 8 9 MP a ，说 明试验混凝土的质量稳定，强度高，达到了管桩要 求的强度。 3 压预应力蒸养管桩的生产试验 在蒸养管桩混凝土研制成功的基础上，深圳市 正强管桩厂共进行了8 次免蒸压预应力管桩的生产 试验 ，共生产管桩约l O 0 0 m，进行了性能检测和运 送到工地进行施打试验 。 本 次 试 验 共 生 产 了 4 o 09 5 A- 9 m 及 5 0 0 x 1 2 5 A 1 l m两种桩型，混凝土配合 比根据生 产实际情况作了如下调整： 水泥 3 4 0 k g m。 复合超细粉：8 0 k g m 砂 ：7 5 0 k g m。 碎石 ：1 3 0 0 k g m。 水：9 2 k g m。 复合高效减水剂：水泥用量的 2 6 混凝土搅拌工艺搅拌工艺如图 l所示 。 水泥 砂 磨细砂 卜水及减水剂 搅拌 ( 3 0 s e c ) 水泥砂浆 粗骨料 图 1 生产试验时混凝土拌合工艺流程 混凝土喂料及 离心成型如图 2所示 ，与原车间 生产工艺相同。 管模 合模 ( 螺丝拧紧) 张拉预应力 ( 根据工艺参数 ) 离心 中高速 ( 1 5 rain) 高速 ( s S tai n) 混凝土喂料 图 2 喂料及离心成型工艺流程 养护工艺如图 3所示 。 个阶段 41 _ 闲 心 成 型 后 臀 桩 入池静停 ( 3 0 rai n ) 升温至 8 0 C + 5 。 c ( i 0 1 S h ) 维持恒温 ( 4 h S h ) 降温( 3 0 rai n ) 出池 1l ( 强 度 4 o 4 5 M P 口 ) 脱模 刷商标全检 图3 试验管桩养护工艺流程 在 制 桩 过 程 中 ， 取 混 凝 土 试 样 ， 成 型 1 0 0 x l 0 0 xl 0 0 mm， 三联模 1 2条， 6 条同条件蒸养， 6 条蒸养箱蒸养 ( 8 5 。 C ，6 h )。混凝土抗压强度如 表 1所 示 ： 表 1 混凝土抗压强度 通过试验 ，说明研 究的蒸养混凝土配料，能满 足初蒸条件下混凝土 的强度 ( 同条件蒸养 l O O Mp a ， 蒸养箱蒸养 9 8 Mp a )。 在上述预应力管桩的基础上 ，又多次试验生产 了各种规格的免蒸类预应力混凝土管桩 ， 共计 6批 ， 还有 2批管桩生产试验正在进行中。生产试验 了以 下规格的管桩 ： p 4 0 0 x 9 5 A ( 7根 9 0 筋) p 5 0 0 x 1 2 5 A B ( 1 2根 9 0 筋) p 4 0 0 x 9 5 A B ( 6根p 9 0 筋 ) 共约8 0 0 m，还有1 4 0 0 m管桩正在生产中。 在惠州淡水施工工地打桩试验 2次，都证 明了 预应力高性能超高性能管桩具有优 良性能。 4预应力蒸养混凝土管桩施打报告 上述实验管桩 ( 5 0 0 x1 2 5 A)在惠州淡水，于 2 0 1 0 年 5月6日进行打桩施工应用 。 压桩深度2 4 m， 竖向承载力3 5 0 0 KN( 老管桩2 7 0 O K N) ， 锤击 D5 0 ， 桩锤升高3 m往下打， 共打了试验管桩5 0 m，比原老 式管桩锤击性能好 ，竖向承载力高。 S预应力蒸养管桩混凝土的耐久性 5 1 C I 一 扩散系数 按清华大学建立的 NE L法 ， 对蒸养高强混凝土 42 与初蒸一 蒸压高强混凝土两种试样， 进行 了了混凝土 的C I 扩散系数的快速测定，其结果如下： 氯离子扩散系数 蒸养 高强混凝土0 1 7 6 5 9 8 x 1 0 1 2 m2 S 初蒸一 蒸压高强混凝土0 2 3 5 7 9 1 x 1 0 m S 前者的氯离子扩散系数约为后者的 0 7 S左右， 也即蒸养 高强混凝土的c f 一 扩散系数约为蒸养 蒸压 高强混凝土的 s 4左右。蒸养高强混凝土具有更高 的抗C f 一 渗透性能。 5 2 C r扩散深度 以WZ 取代 1 O 、2 0 的水泥，做成砂浆 ，与 基准砂浆浸入饱和盐水中 ( 常温下)，不 同龄期的 c r扩散深度分别如表 2所示 ： 表 2 漫泡砂浆的 口渗透深度 WZ 取代 1 0 、 2 0 水泥量， 做成的砂浆试件， 在饱和盐水中C r扩散深度约为基准砂浆的 1 2 。 说 明含NMB的砂浆具有更高的抗c r渗透性 。 5 3 抗硫酸盐腐蚀试验 蒸养高强混凝土与初蒸 蒸压高强混凝土试样 ， 分 别 浸 泡 于 两 种 溶 液 中 ：Na 2 S 0 4 5 0 溶 液 ； Na 2 s o 4 s 0 +口 3 溶液 中；夜晚浸泡1 4 h ，然 后取出凉干2 h ， 烘干6 h ( 温度 8 0 。 C +2 。 C) ， 冷却2 ， l ， 再放入浸泡液 中为一次循环。 5 0次循环后 的结果如 表 3所示： 表 3 混凝土试件抗硫酸盐及抗硫酸盐氯盐的综合腐蚀 根据 国外经验 ，粉煤灰抗硫酸盐腐蚀性能与其 化学成分有关，评价粉煤灰抗硫酸盐腐蚀性能的公 式为：尺 =f c 5 ) F _1 0 ，将该种粉煤灰掺入混凝土 中，能有效地提高抗硫酸盐腐蚀性能。 式中C 一粉煤灰 中C a O 含量 F 一粉煤灰 中F P 2 0 3 含量 根据 附件 1中表 1的纳米微珠化学成分中C a O 含量 4 8 ， F e 2 0 3 含量 5 _ 3 ， 代入尺=( c - 5 ) F _1 。 0 式 中，尺 为负值 ，纳米微珠属于粉煤灰系列，故也 有很高的抗硫酸盐腐蚀的性能。 7蒸养高性能混凝土与蒸养一 蒸压高强混凝土 的微结构