预应力高强混凝土管桩工艺技术及发展.pdf

2 0 1 2年第 4期 4月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA C0NCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 01 2 No 4 Ap r i l 预应力高强混凝土管桩工艺技术及发展 纪爱 民 一 ， 任伟 记 ， 李名远 ( 1 沧兴集团管桩有限公 司， 0 6 1 1 0 0； 2 沧兴集团商砼有限公司 ， 0 6 1 1 0 0 ) 摘 要 ： 阐述 了预 应力 高强混 凝土管桩 的工艺技 术原理 、 应 用及 发展 ， 论述 了 C 8 0高强混凝 土配合 比设计 以及 C8 0高强管桩 混凝 土与普通混凝土 离心成 型工艺的特点及发展 。指 出管桩 的工艺技 术主要 涉及 C 8 0高强混凝 土配 制 外加 剂技 术、 预 应力张拉技 术 、 离心 成型工 艺技 术 以及 压蒸养 护工艺技 术 4方 面 内容 ， 其 中， C 8 0高强混凝 土配 制 外加剂技 术和压蒸养护工艺技 术是 管桩 工艺技 术的核心 。 关键词 ： 预应力高强混凝土管桩 ； 工艺技术 ； 发展 Ab s t r a c t ： Th e t e c h n o l o g y p ri n c i p l e a p p l i c a t i o n a n d d e v e l o p me n t o f P HC p i l e s a r e d e s c r i b e d T h e mi x t u r e p r o p o r t i o n d e s i g n o f C 8 0 h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e t h e c e n t ri f u g a l mo l d i n g p r o c e s s c h a r a c t e ri s t i c s a n d t h e d e v e l o p me n t o f C 8 0 g h s t r e n g t h p i l e s c o n c r e t e a n d o r d i n a r y c o n c r e t e a r e d i s c u s s e d I t p o i n t s o u t t h a t t h e P HC p i l e t e c h n o l o gy ma i n l y i n c l u d e s f o u r a s p e c t s w h i c h a r e C 8 0 h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e p r e p a r a t i o n a d d i t i v e s t e c h n o l o gy，p r e s t r e s s e d t e n s i o n t e c h n o l o gy，c e n t ri f u g a l mo u l d i n g t e c h n o l o g y a n d p r e s s u r e s t e a m c u r i n g p r o c e s s t e c h n o l o g y An d C8 0 h i g h s t r e n gth c o n c r e t e p r e p a r a t i o na d d i t i v e s t e c h n o l o gy a n d p r e s s u r e s t e a m c u ri n g p r o c e s s t e c h n o l o gy a r e t h e k e y s o f P HC p i l e s t e c h n o l o g y a mo n g t h e f o u r t e c h n o l o g i e s Ke y wo r d s ： P HC p i l e s ； T e c h n o l o gy ； De v e l o p me n t 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 2 ) 0 4 3 0 0 6 0前 言 先 张 法 预应 力 混 凝 土 管桩 包 括 预 应 力 混 凝 土 管桩和预应力高强混凝土管桩。随着市场的发展需 要 ， 预应力高强混凝 土管桩越来越受欢迎 ， 本文主 要阐述预应力高强混凝土管桩( 以下简称“ 管桩” ) 。 管桩是 近 3 0年发展 起来 的一种新 型水 泥制 品 ， 是一种重要的桩基材料 ， 被广泛用于工业与 民 用建筑 、 港 口、 市政 、 桥梁 、 铁路 、 公路 、 水利等基础 工程。与其它桩基相 比， 具有制作工艺简单 、 质量容 易保证 、 植桩方便 、 耐打性好 、 造价便宜 、 检测方便 、 施工速度快、 桩基抗震性能好等优点 。 1 9 8 7年 ， 我国 从 日本引进该生产工艺技术及设备 ， 经过几十年尤 其是最近 1 0年的应用与发展 ，管桩工艺技术得到 了巩 固与提高 ， 并通过对引进的管桩生产线消化吸 收 ， 自主开发 了国产化管桩生产线 ， 生产工装设备 如离心机 、 张拉机 、 模具 、 镦头机 、 钢筋骨架滚焊机 、 计量配料 搅拌机 、 蒸压釜 、 空压站以及打桩机械 ( 如 压桩机) 等都能 自主研制与配套发展。 近年来 ， 随着国家建设工程 的增多以及管桩应 用领域 的扩展 ， 使得对管桩的要求不断提高 。在水 泥制品中 ， 管桩 的技术含量相对较高 ， 生 产过程较 复杂 ， 因此 ， 需要从业人员尤其是技术管理人员具 有一定 的专业技术能力 ， 以技术 、 质量赢得市场和 用户。本文在阐述管桩工艺技术原理的基础上 ， 介 一 3 0一 绍、 分析了管桩工艺技术及发展。 1 工 厂工 艺布局 水 泥制 品 的生 产 工艺 一 般 分 为 3种 ， 即 台座 法 生产工艺 、 机组流水法生产工艺 和流水传送法生产 工艺 。目前 国 内管桩较多采用机组流水法 生产工 艺 ， 也有部分采用流水传送法生产工艺。生产工艺 布局设计的基本原则是工艺流水顺 畅、布置紧凑 、 各生产过程前后呼应 ， 避免出现“ 倒流水” 现象 。机 组流水法的平面工艺布置按管桩在车间内流动时 的方位 可分为横 向工艺( 管桩在车间内横向流动 ) 布置和纵 向工艺 ( 管桩在 车间内纵 向流动 ) 布置两 种 。横 向工艺紧凑 ， 生产线较短 ， 车间跨度大 ， 一般 要在 2 1 m以上 ， 同产量成本较低 、 劳动生产率较高 ， 适合 0 6 0 0 mm以下的管桩生产， 工艺布局较纵 向工 艺顺畅 ； 纵向工艺生产线较长 ， 车间跨度小 ， 在 1 8 m 以上 即可 ， 适合大直径管桩生产 ， 但 因“ 倒流水 ” 存 在一定的交叉作业 。当前国内大多生产 0 6 0 0 mm以 下 的管桩 ， 所 以， 综合 比较 以上两种工艺 ， 较常采用 横 向工艺。 工艺布局设计 的合理 性与顺 畅性对整条生产 线 的产量 、 质量 、 成本 以及安全环保等都会产生很 大影响 。经过 2 0多年 的应用与发展 ，不断得到改 进 、 完善与优化。在消化吸收国外管桩工厂工艺布 局设计的基础上 ， 还结合 了生产线 的实际情况如年 纪爱民 ， 任伟记 ， 李名远 预应力高强混凝土管桩工艺技术及发展 产量 、 厂址地形 以及现有条件( 交通 、 物流方 向等 ) ， 统筹考虑 ， 优化定位 ， 顺畅合理 ， 取得了令人满意的 设计效果。 目前一般采用单层厂房平 面流水布局 ， 同时 ， 也 出现 了少量 的双层立体空 间( 上下行车立 体循环 ) 流水布局。 2工艺技 术原 理 2 1 管桩 的核心技术 由生产实践可知 ，管桩生产工艺主要包含 C 8 0 高强混凝土 ( 外加剂 ) 的配制 、 预应力张拉 、 离心成 型和高温高压蒸汽养护( 简称“ 压蒸养护” ) 4个过 程 ， 即涉及高强混凝土配制 夕 卜 加剂技术 、 预应力 张 拉技术 、离心成型工艺技术和压蒸养护工艺技术 4 个方面 。 其中 C 8 0高强混凝土配制 # t , H N技术和压 蒸 养护工艺技术决定着整个生产工艺 的技术 与质 量 ， 是管桩工艺技术的核心。 由管桩的核心技术可知 ， 管桩混凝土高强的来 源主要有两种途径 ： 一是 混凝 土外加剂 ( 高效减水 剂)技术的应用 ；二是高温高压蒸汽养护技术 ， 此 外 ， 还包括高速离心密实增强作用。 2 2 预应力技术 预应力技术 在水 泥混凝 土制品 中的应用如 预 应力混凝土电杆 、 预应力输水管以及管桩等方 面已 有几 十年的历史 ， 其技术 已经相 当成熟 ， 主要 目的 是 提高产品的抗 裂性 。管桩采用先张法预应力技 术 ， 其基本原理是通过张拉组装于钢模 中的预应力 主筋 ( 钢棒 ) ， 再锚 固在钢模 上 ， 在混凝土达 到放 张 强度 时对 预应力 主筋进行放 张 ， 此 时 ， 钢筋产生收 缩 回弹并对混凝 土施加压应力 ，从而获得预压应 力 。这样制 品或构件在承受外荷载受拉时 ， 就要先 克 服预压应力 ， 推迟 了裂缝 出现 的时间 ， 使受拉 区 的抗裂性提高 、 制 品的承载能力增强 、 刚度提高 、 耐 久 性增 强 。 2 3 混凝土外加剂技术 混凝 土外 加剂 技术的应用开始 于 2 0世纪 6 0 年代 ， 对混凝土性能有较好 的改善作用 ， 尤其是高 效减水剂的应用给混凝土带来 了革命性的变化 。水 泥 或 胶凝 材 料 的用 量 明 显减 少 ， 混 凝 土 的 工作 性 能 大大改善 ， 并 由此发展 了高性能混凝土 、 高强混凝 土 。 因管桩需 要先后经过常压蒸汽养护 和压蒸养 护两次养护工艺 ， 所以必须选用具有优 良蒸养和压 蒸性能的高效减水剂 。我们 曾用聚羧酸系高效减水 剂与萘 系高效减水剂进行对 比蒸养试验 ( 同配合 比、 同条件蒸养 ) ， 结果表 明， 采用聚羧酸系高效减 水剂混凝土试件 的蒸养强度 明显低 于萘 系高 效减 水剂混凝土试件的蒸养强度 。因此 ， 高效减水剂投 入使用前必须经过实验室检测或进行蒸养 、 压蒸等 试 验 。 2 - 4 离心成型工艺技术 2 4 1 离 心成 型工 艺原 理 和过去相 比， 现在 的管桩离心成型工艺 已发生 很大的变化 ， 尤其是离心工艺制度变化较大 ， 已由 三阶段改进成 四阶段 ， 甚至有的已执行 五阶段。但 无论 怎样 变化 ， 其原 理是 一样 的 。 离心脱水密实成型工艺简称为离心成型工艺 其原理是 ： 将喂好混凝土混合料 的管模平卧在离心 机上 ， 通过离心机 的旋转 ， 使混凝 土混合料受到离 心力作 用 ， 并 沿管壁 圆周均匀分布 ， 逐步形成环形 中空管状结构 。随着旋转速度的不断增快 ， 混凝土 中的粗 细集料 、 胶凝 材料( 水泥 、 矿粉 、 磨细砂等掺 合料 ) 或其 它细粉粒子沿着离心力方向沉降 ， 从而 排 出混凝土中的空气和多余的水分 ， 使混凝土达到 密实 。 2 4 2 离心成型工艺技术特点分析 由于管桩采用离心成型且需 为 C 8 0高强混凝 土 ， 所 以， 必须 同时具备高强混凝土 和离心成型工 艺的双重特点。表 1为一般离心工艺与管桩离心工 艺特点对照表。 由表 1可知 ， 管桩生产所采用的离心工艺与其 它传统水泥制品的离心工艺如电杆 、 离心水泥管等 有所不同 ：所采用 的混凝土已不再是 塑性混凝土 ， 水胶 比小 、砂率低 、坍落度从 5 0 7 0 m m变成 1 0 - 3 0 mm，基本上已属干硬性或半干硬性范畴 ； C 8 0高 强混凝土掺用了高效减水剂 ，存在坍落度损失 ， 尤 其是在夏季 。这些特点是设计管桩混凝土配合比和 制定离心工艺制度 以及进行质量控制等的基本 依 据和准则。 2 5 压蒸养护工艺技术原理 压蒸条件下水 化产 物的性 能与常压蒸 汽养 护 下 的产物有本质上的不 同， 而且压蒸养护机理有不 同的观 点 。 在 国内 ， 管桩养护基本上均采用先常压蒸汽养 护再压蒸养护两次蒸养工艺。常压( 0 1 MP a ) 蒸汽养 护一般在蒸养坑 池或蒸养窑 中进行 ； 高压蒸汽养护 是在 1 MP a 、 1 8 0 C 左右 的饱和蒸汽条件下于蒸压釜 中进行 ， 制品经过蒸养脱模后转入压蒸养护 。按 升 压方法的不同 ， 压蒸养护 可分为排气法 、 真空法和 快速升压法等 ， 管桩一般采用快速升压法。 活性硅质材料的添加能提高混凝土的强度 ， 因 此 ， 进行压蒸养护的混凝土构成组分必须含有钙质 一 31 2 0 1 2年第 4期 混凝土与水泥制 品 总第 1 9 2期 材料和 S i O 含量较高 ( 9 0 以上 ) 的硅质材料 ， 因为 低活性 S i O z 只有在高温下才能与钙质材料 发生火 山灰反应 ， 起到火 山灰作用 。钙质材料来源于普通 ( 常压 ) 蒸 汽养护水化反应生成的 C ， S ： H 。 ( 水化硅酸 钙胶凝物) 和 C a ( O H ) ： 或材料中的 C a O； 硅质材料来 源 于磨 细石 英砂 、矿 粉等 矿物 掺 合料 。两者 在 1 MP a 、 1 8 0 左右 的饱和蒸 汽养护条件下 ， C 3 S ： H。 很 大程度地转化为 C S 6 H ( 托勃莫来石 ) 结晶体 ， 同时 水泥 中 C s S 、 C ， S的水 化产物 C ， S H 3 也 与 S i O 起反 应 ， 生成 c s S 6 H ， 而 C s S 6 H 具有很高的强度 ， 因此 ， 混 凝土强度得到了明显的提高。 压蒸条件下 ， 主要化学反应式为 ： C 3 s + H 2 O C 3 S 2 H3 + C a ( O H) 2 C 2 S + H 2 O C 3 S 2 H3 + C a ( O H) 2 C a ( O H) 2 + S i 0 2 - - - C 6 H5 C 3 S 2 H3 + S i 02 - - - * C 5 S 6 H5 + CS H 由此可见， 压蒸养护是对常压蒸汽养护胶凝材 料 的水化硬化 、 固化反应这一物理化学过程的促进 与继续 。 压蒸养护的 目的是加速 硬化 ，增加混凝土强 度 ， 1 d即可获得 自然养护 2 8 d龄期 的强度。 压蒸养护的条件为 ： 必须有钙质材料和硅质 一 3 2一 材料 ； 高温高压 ， 即 1 MP a 、 1 8 0 C 左右的高温。 压蒸养护 的实质是在 1 MP a 、 1 8 0 C 左右 的饱 和 蒸汽介质中进行水热合成反应 ，生成结晶度较好 、 强度较高的 C s S 6 H ，是蒸汽养护过程中水化反应产 物胶凝物质的进一步硬化 。压蒸过程既有水化 ( 液 相) 反应( 简称水化) ， 又有 固相反应 ( 简称固化) 。饱 和蒸汽的温度 t ( o c) 与压力 P ( MP a ) 的关系可按 P = 0 0 9 6 5 ( 9 1 0 0 ) 。因此 ， 只要有效地控制饱和蒸汽压 力 ， 就可 以保证 所需 的 温度 。 压蒸养护制 品的强度主要来 自钙与硅 的水热 反应 ， 钙是 C a ( O H) ， 硅主要是矿粉、 磨细石英砂 等。 国外对压蒸材料 的研究结 果是 ：当钙硅 比等于 1 时 ， 压蒸强度较高。压蒸强度主要取决于胶凝材料 的矿物组成 、 细度 、 化学成分、 压蒸制度以及水泥品 种 、 混凝土品种和配合 比等。 压蒸养护强度形成机理 目前有三种观点 ： 在 高温高压下 ，水与胶凝物质直接进行化学反应 生 成坚硬 的石料 ； 在 高温 高压条件下 ， 在水或水蒸 汽参与下 ， 原料混凝土细粒组分之间发生固相反应 而生成坚硬石料 ； 高温高压给胶凝物质的急剧硬 化提供 了必要条件 ， 原料混合物组分之间或亚稳态 的新生成物和原料混合物原始 组分之间的固相直 纪爱民 ， 任伟记 ， 李名远 预应力高强混凝土管桩工艺技术及发展 接进行化学反应。 将压蒸机理的这三种 观点统一起来 ， 则为 4个 要素 ： 高温一高压一时间一饱和蒸汽 。温度与压力 体 现在固相反应 ； 时间体现在必要 的过程 ； 饱和蒸 汽体现在必要 的介质。因此 ， 压蒸 的机理是 ： 高温压 蒸 为使混凝土制品获得高强早强而提供 了必要 的 条件 ， 使混凝 土制 品既能发生水化 反应 ， 又能直接 进行 固相反应 ， 产生 的胶凝物质填充于游离水和骨 料的空隙 中， 使混凝 土中的空隙进 一步减少 ， 密实 度进一步增加 ， 从而具有高强度。 经过 压蒸 后 ，混凝 土 能在 较 短 时间 内达 到 C 8 0 高强度， 但同时也决定了它的特性或特点： 2 4 h 混 凝 土的强度与室温养护 2 8 d的强度相当 ； 收缩和 徐变显著减小 ； 抗 硫酸盐性 能增 强 ； 含水量较 小 ； 避免风化 ； 压蒸混凝土 比普通混凝土更脆 ； 混凝土和钢筋之间的粘结强度通常很低 ( 比普通 混凝土大约低 5 0 ) 。常压蒸养和压蒸养护的 2次 养护工艺决定 了管桩的能耗很大 ， 所 以人们一直在 探索免压蒸养护工艺技术。 2 6 免压蒸养护工艺技术 随着混凝土外加剂技术的不断发展 ， 特别是 聚 羧酸系超塑化剂生产与应用技术 的成熟 ， 通过降低 水灰 比，大幅度提高混凝土强度还是较为可行的 ， 即采用免压蒸养护工艺技术生产高强管桩应值得 推广 与应 用 。 3管桩混凝土配合 比设计 3 1 设计思路 高强管桩混凝土的设计强度等级为 C 8 0 。高强 混凝 土主要是高效减水剂的配制技术 ： 减水剂掺量 高 、水胶 比小、砂率低 、坍落度小 ，通常只有 1 0 - 3 0 mm。所以其和易性特点是 ： 粘度大 、 流动性差、 粘 聚性 较好 、 保水性好 ( 一般不会出现泌水 ) 。这些特 点则决定 了管桩混凝土的外观状态 ： 近看混凝土呈 现出发亮 、 闪光 ， 尤其在灯光照射下 ， 更加“ 亮 丽” ； 仔细看混凝土如胶体 ， 粘稠 、 粘度大 ， 用手掌按压混 凝土不粘手 、 坍落度损失快。由于采用离心成型工 艺 ， 必然会有离心排水过程 ， 且 在钢 模 内随着旋转 翻拌 ， 起 到“ 再搅拌” 的作用 ， 坍 落度 损失能得到恢 复。管桩要想满足 C 8 0高强且外观漂亮 、 新拌混凝 土的和易性好 ， 应在允许范围内尽量增加减水剂的 掺量 、 减少用水量 ， 使粘度增加。因此 ， 管桩混凝土 配合 比设计要以高强和离心工艺为主。 混凝土获得高强的另一技术是 高温高压蒸 养 技术 ， 即在高温高压条件下 ， 水泥初 养水化产物胶 凝物质的进一步硬化即二次水化固化。这两种技术 的同时应用保证了 C 8 0高强混凝土。因此 ， 我们在 进行混凝土配合 比设计与调整时必须 同时对其加 以综合考虑。减水剂掺量要尽量掺到最大 ， 用水量 尽量减少 ， 它既是高强 的技术要求 ， 又是内壁效果 等外观质量的要求 。此外 ， 钙质材料与硅质材料 的 矿物成分有效含量或化学成分及搭 配比例也决定 着压蒸 强度的高低 。因此 ， 在配合 比设计 时还应考 虑矿物掺合料的矿物成分及火 山灰二次反应活性 ， 另外 ， 还需考虑其技术和经济性能。 3 2 材料 选用 材料质量和其成 型工艺对 高强 混凝 土有很大 的影响， 所以材料的选择与普通混凝土有所不同。 3 2 1 水泥 对 于高强混凝土 ， 原则上应尽可能选用 C ， A含 量低且强度较高的水泥。另外 ， 水泥与所用高效减 水 剂 的 相容 性也 非 常 重要 。 因此 ， 需 要 进行 一 系列 的试验( 包括离心 ) ，选择 1种或 2种最适宜的水 泥 。 3 2 1 1 水泥 品种 管桩 生 产初 期 ，一 般选 用 P I 或 P 5 2 5级 硅酸盐水泥 ， 随着混凝土外加剂( 高效减水剂) 技术 在管桩生产中的成功运用 ，现也常采用 P 0 4 2 5 R 普通硅酸盐水泥 。生产实践已经证 明， P 0 4 2 5 R普 通硅酸盐水泥也能满足 C 8 0以上高强混凝土的技 术要求 ， 生产出优质的管桩。 3 2 1 2 水泥 的 “ 离 心性 ” 实践证 明， 同品种 、 同强度等级 、 同掺量 、 同型 号减水剂 ， 由于使用不同生产厂家的水泥 ， 效果相 差很大 ， 这说明对离心工艺来说水泥至关重要 。因 此 ，我们 在选择水泥 时既要从离心工艺的基本原 理 、 特点 以及适应性等方面加以考虑 ， 又要考虑水 泥本身的细度 、 标准稠度 、 用水量 、 凝结时间以及保 水性或泌水性等技术性能特点。在生产实践中 ， 我 们观察到 2种( 分别以 A、 B表示 ) 水泥的离心效果 相差很大 ， A水泥离心后排出的基本是清水 ， 余浆或 浮浆 量 很 少 ， 即水 泥 流 失 量 很 少 ； 而 B水 泥 排 出的 是混浊浓 稠的水 泥浆 ， 余浆或浮浆量很多 ， 即水泥 流失量较多。可见 A水泥适合离心 ， 具有优 良的“ 离 心性” ( 水泥能否适合离心工艺的性能) 。因此 ， 在满 足水泥 国标要求的前提下我们选择水泥时， 首要考 虑水泥的“ 离心性” ， “ 离 心性 ” 佳的水泥 ， 既可保证 制品强度 ， 又可保证其外观尤其是 内壁美观。 3 2 1 3 水泥中 C 含量及矿物组成 C A含量对管桩混凝土配合 比及其生产质量 控制等有许多影响 ， 如 内壁起浪挂浆 、 坍落度损失 一 3 3 2 0 1 2年第 4期 混凝土与水泥制品 总第 1 9 2期 大 、 对减水剂的吸附性大而消耗减水剂量多 以及水 化需水量多等都是因 C 含量高而 引起的。因此 ， 要严格控制其含量 ，一般选用 C A含量在 8 以下 的水泥 ， 以 6 7 为佳 ； C ， A含量高 ， 对蒸养 、 压 蒸养护均不利 ； 对于压蒸养护工艺而言 ， 水 泥的 矿物成分非常关键 ， 它是管桩强度 的来源之一。 3 2 1 4细 度 水泥的细度除满足国标 的技术要求外 ， 考虑 离心工艺 ， 更应关 注细度对管桩 内壁 的影响 ： 水泥 过细 ， 离心后 内壁浮浆增 多， 导致离心效果差 ； 细 度对高效减水剂需求量 的影响 ： 水 泥越细 ， 高效减 水 剂 的掺量 越大 。 3 2 2 粗集 料 高强混凝土通常需选用优质集料 ， C 8 0高强混 凝土最好选用结构致密坚硬 、强度高的花岗岩 、 辉 绿岩 、 大理石、 石灰岩、 硬质砂岩等碎石。 ( 1 ) 要严格控制石子 、 岩石的强度 ， 经常有些 风 化 石 或 软 石 ( 如 白色 石 子 掺 杂 在 硬 质 石 子 中 ， 严 重 影响整体强度 ) 造成混凝土强度大大降低。 ( 2 ) 颗粒形状要好 、 且表面粗糙 ， 以利于与水泥 浆的粘结。理想的粗骨料应是干净 、 粗糙 、 等径 、 有 棱角 、 无扁平或细长颗粒 。一般认为高强混凝土的 强度随集料粒径 的增大而减小 ， 因此 ， 粒径宜小 不 宜大， 最大粒径以 2 5 mm为宜 ， 通常选用 5 - 2 5 m m连 续级配。母体岩石的立方体抗压强度要 比混凝土配 制强度高 2 O 以上 。 ( 3 ) 粗骨料 的含泥量要严格 控制 ， 尤其是 雨季 含泥粉高的石子 ， 一定要在湿润时及时冲洗合格后 才使用 ， 否则天晴石子风干后泥粉粘结在石子表面 上非常难冲洗干净。 3 2 3 细集料 砂 的细度模数一般选用 2 5 3 2 ， 且应尽量取上 限 ； 含泥量要尽量 小 ； 颗粒外形 宜为 圆形 、 表面光 滑 、 需 水性 较小 。 3 2 4 矿物掺合料 硅质材料 中 S i O 的有效含量非常关键 ， 对于高 强 C 8 0混凝 土， 其 S i O ： 有效含量不宜低 于 9 0 。另 外 ， 要充分考虑掺合料的活性效应 、 形貌效应 、 微集 料效应和加速效应 ， 其种类和掺量应经试验确定。 3 2 5 高效减水剂 配制高强混凝土 的高效减水剂应满 足以下要 求 ： 高减水率 ， 减水率不宜小于 2 0 ； 新拌混凝 土 的坍落度经时损失小 ； 与所用水泥的适应性 ( 相容性 ) 好 ， 一般应用较多的是 F D N、 U N F等型号 。 目前 ，管桩生产 厂家多数 采用萘系高效减水 一 3 4一 剂 。因要进行高温高压蒸养 ， 所以 ， 其蒸养性必须 好 。 3 2 6 钢棒 成盘成卷钢棒打开后要挺直 ，伸直性要好 ， 每 米长钢棒的最大弯曲度( 矢高) 不应超过 2 mm。 3 _ 3 设 计原 理 管桩 的生产属于 C 8 0高强混凝土( 外加剂 技 术) 用 于离 心成型工艺 ， 且要经过常压和高温高压 两次蒸养。因此 ， 作为配合 比设计必须同时考虑这 些工艺特点 ， 把高强一离心一压蒸三者结合起来统 筹考虑 ，设计 出既能满足高强又能达到最佳离心 、 压蒸效果的配合 比。配合 比设计计算应 以 J G J 5 5 2 0 1 1 普通混凝土配合 比设计规程 为依据 ， 结合离 心工艺特点和压蒸工艺原理进行 。高强混凝土的配 制强度应按 J G J 5 5 2 0 1 1 规程要求 ( 厂 ，o = 1 1 5 f。 ) 进 行设 计 。 3 _ 3 1 水胶 比 考虑高强以及管桩离心混凝土的特点等 ， 一般 选 取 0 2 6 - 0 3 2 。 3 _ 3 2 砂率 砂率对混凝土的强度有较大影响 ， 尤其对高强 离心混凝土影 响更大 。一般砂率大 ， 强度低 ； 砂率 小 ， 强度高 。因此 ， 选择砂率既要考虑高强 ， 又要考 虑离心工艺特点及内壁效果。过去多为 C 5 0以下低 强度等级 的离 心工艺 ， 砂率选择可较大 ， 一般可达 4 0 - 4 5 ； 而现在为 C 8 0以上高强度等级 的离心工 艺 ， 且通常高强混凝土的细集料含量要 比普通强度 混凝土的低。因此 ， 砂率要小 ， 一般选 3 0 左右。 3 - 3 - 3 胶 凝材 料用 量 按 J G J 5 5 2 0 1 1规定 ，胶 凝 材料 最少 用量 为 5 2 0 k m。 。但考虑到管桩混凝 土的特点 以及压蒸增 强和离心排水密实增强作用 ， 胶凝材料用量可减少 到 5 0 0 k m 以下。 3 3 4矿物 掺合 料 目前常用 的是磨 细砂和矿粉 ， 其种类和掺量应 经试验确定 ， 一般掺量为 2 5 - 3 0 。 3 3 5 高效减水剂 其种类和掺量应经试验确定 ， 目前管桩厂大多 采用萘系减水剂 ， 一般掺量为 1 7 2 2 。 3 3 6 坍落度 一 般为 1 0 3 0 mm， 经时损失小 ； 坍 落度的大小 必须严格控制 ， 宜小不宜 大。 3 4 试 配与 调整 一 般来说 ， 混凝土配合比较容易做到满足强度 要求 ， 但此外再满足 内壁光 洁 、 无浮浆等美观要求 纪爱民 ， 任伟记 ， 李名远 预应力高强混凝土管桩工艺技术及发展 有一定难度 ，这需要具备较高 的工艺技术能力 ， 需 要结合原材料 、 混凝 土配合 比、 和易性 以及离心工 艺制度等具体情况进行细致全面的试配与调整。 4工艺 技术 的应 用 几十年的生产实践证 明 ， 管桩 的工艺技术 已经 过关 ， 走 向成熟 ， 已经形成包括工厂工艺布局设计 、 高强混凝土 配合 比设计 、 预应力张拉 、 高速离心脱 水密 实成 型以及 高温高压蒸 汽养 护等工艺技术在 内的完 整的技术理论 体系 ，是一 门独立的工艺技 术 。但将其应用于生产企业时 ， 必须结合 自身实际 情况进行一系列的调整 ， 并通过试验确定适合 自己 企业的工艺技术 ( 参数) 。因为砂石 、 胶凝材料 、 工艺 装备 以及气候环境等条件差异 巨大 ， 所 以， 不同区 域厂家的工艺技术 、 工艺制度等情况也不一样 。且 实际生产 中 ， 随着材料 、 季节气候 以及设备等相关 因素的变化 ， 其应用效果也在发生变化 。因此 ， 我们 在应用时需要不断调整 ，必要 时还要重新试验 确 定 ， 以适应或满足变化着的工艺技术需要。 虽管桩工艺技术已经成熟 ， 各管桩厂的产品也 基本都能满足强度要求 。但随着激烈 的市场竞争 ， 用户对产 品外观质量尤其是 内壁美观 的要求越 来 越高 ， 外 观质量瑕疵 如内壁 的起 浪 、 挂浆 、 余浆 、 浮 浆等既影响外观 ， 又影响使用 ( 桩 基顶端与承台连 接需在内壁插入连接钢筋骨架 ) 。而离心工艺的缺 点就是 内壁容易产生浮浆 、 余浆 ， 甚至起浪 、 挂浆 。 所以要根除此缺陷 ， 做到光洁美观 ， 最根本 的是 在 于工艺技术 、 配合 比与离心制度的结合程度 。当材 料性能有变化或波动引起配合 比变化时 ， 就要及 时 根据 当时情况进行适当的调整 ， 通过单独或 同时调 整配合 比、 离心制度来达到要求 ； 不同的配比可以 有不同的离心制度 ， 始终保持两者的完美融合才能 赢得最佳的工艺技术效果 。另外 ， 高强混凝土的脆 性 大易造成管桩施工尤其是锤击时的损坏 ， 这也需 要 我们及时调整混凝土 的配合 比、 蒸养压蒸制度 或 预应 力 张拉 等工艺 技 术 。 5设 备与设 施 管桩 的生产设备最早是从 日本引进 ，经过 2 0 多年的发展 ， 生产设备 已全部国产化 。实践证明， 国 产设 备包括配套设备的技术性能 已达到 国外先进 水平 ， 自主开发研制的国产化管桩生产线的设备 与 设施 已成功应用于管桩行业 ， 而且 国产设备价格低 廉 ， 大大节省了投资建厂费用 。 管桩 的生产设备与设施 主要有搅拌机 ( 站) 、 喂 料机 、 张拉机 、 镦 头机 、 钢筋骨架滚焊机 、 离心成型 机 、 蒸养坑 蒸养窑 、 蒸压釜 、 洗石机 、 模具 、 接桩器 、 空压站和锅炉等 。其中， 搅拌机( 站) 、 喂料机、 张拉 机 、 镦头机 、 钢筋骨架滚焊机 、 离心成型机 、 蒸养坑 蒸养窑、 洗石机 、 模具 、 空压站和锅炉等在其它水泥 制 品中较常用 ， 介绍也较 多 ， 现就接桩器和蒸压釜 进行简单说明。接桩器是用一条模生产两段管桩时 中间部位的连接器具。考虑到管桩 内壁余浆的排出 倒浆 ， 所 以要采用空心接桩器 ， 原来使用的实心接 桩器应逐步淘汰 ； 蒸压釜是管桩实施压蒸 的高压容 器 ， 属于高危险大型设施 。因需要压蒸作业 ， 所 以饱 和蒸汽压的大小及蒸汽量都非常关键 ， 尤其是在压 蒸过程 中汽源的连续稳定供应很重要 ， 它们是恒温 恒压时压力与温度的保障 ， 压蒸制度需要通过试验 确 定 ， 并 根 据情 况 及 时调 整 ， 最 大 限 度 地充 分 利 用 并节约能源。蒸压釜排出的余汽宜回收再利用。 6结 语与 展望 ( 1 ) 管桩工艺技术含量较高 ， 主要涉及 C 8 0高 强混凝土配制 外加剂技 术 、 预应力 张拉技术 、 离心 成型工艺技术和压蒸养护工艺技术 4方面内容 ， 其 中， C 8 0高强混凝土配制 外加剂技术和压蒸养护工 艺技术起着非常关键 的作用 ， 决定着整个生产工艺 技术与质量 ， 是管桩 的核心技术。 ( 2 ) 经过 2 0多年的生产应用与发展 ， 管桩工艺 技术 已经成熟 ， 各管桩厂基本都能满足管桩的强度 要求。但满足市场对外观尤其是 内壁美观度的要求 对多数企业来说还存在一定的困难 ， 需要我们尽快 熟练掌握 过硬的工艺技术 ， 以技术保证质量 ， 从而 赢得用户和市场。 ( 3 ) 管桩 的离心成型工艺 已发生很大变革 ， 不 再是过去传统意义上的普通离心成型工艺 离心制 度 和离心工艺特点与原来相 比也大不一样 ， 且会随 着管桩工艺技术水平 的提升而不断变革。 ( 4 ) 市场或用户对产品质量 的高要求 ， 促 使我 们不断提高生产工艺技术及产品质量。质量提升的 同时促进了管桩工艺技术的发展 ， 而管桩工艺技术 的发 展也 相应 地促进 产 品质量 的提 高 。这样 不断 循 环把管桩工艺技术和产品质量逐步推向更高水平。 ( 5 ) 虽然免压蒸养护工艺技术还不成熟 ， 处于 探索阶段 ， 但随着混凝土外加剂技术 的发展以及管 桩工艺技术水平 的提升与进步 ， 管桩 的免压蒸养护 工艺技术将会有所突破。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 - 0 3 - 0 1 作者简介 ： 纪爱 民( 1 9 6 6 一 ) ， 男 ， 高级工程师 。 通讯地址 ： 河北黄骅市石黄高速黄骅东出 12 1 东行 1 5 k m 联系电话 ： 1 3 9 3 2 7 6 7 0 7 8 E - ma i l ： j i a i mi n 2 0 0 8 s i n a c o m 一 3 5