免压蒸管桩混凝土原材料及养护制度分析★

蒋 丽 燕

(浙江建设职业技术学院，浙江 杭州 311231)



免压蒸管桩混凝土原材料及养护制度分析★

蒋 丽 燕

(浙江建设职业技术学院，浙江 杭州 311231)

结合免压蒸管桩混凝土的研究现状，从原材料选用与养护制度两方面，探讨了免压蒸管桩混凝土的质量控制措施，并分析了免压蒸管桩的经济性，指出采用免压蒸养护生产工艺，既降低了管桩的生产能耗，又提高了管桩混凝土的耐久性。

PHC管桩，混凝土，养护制度，经济性

0 引言

PHC(Pretensioned High-strength Concrete)管桩是一种应用广泛的桩基材料，PHC管桩的使用可缩短建设周期，同时节约大量能源消耗。随着我国大规模基础建设的发展，PHC 管桩需求量迅速增大[1,2]。而目前PHC管桩生产多以磨细砂为集料，采用蒸养+压蒸二次水热养护工艺，高温高压蒸汽养护不仅投入成本高、能耗高，同时也是造成PHC管桩耐久性能降低的主要原因。因此，从技术上优化PHC管桩生产，降低生产能耗与成本，同时提高PHC管桩混凝土耐久性具有重大经济效益与社会效益。

1 研究现状

目前，国内大部分学者主要从改变原材料组成、改变生产工艺两个方面来解决这一技术问题：1)以粉煤灰、矿渣、偏高岭土等为掺合料，与高性能外加剂复掺，替代部分水泥；2)采用蒸汽一次养护替代蒸养+压蒸二次水热养护。卢迪芬等[3]以粉煤灰、矿渣和极少量的激发剂为掺合料，替代30%水泥，同时采用免高温高压养护制度，仅在蒸汽养护条件下就能达到管桩出厂强度。徐志平等[4]以S95级矿渣微粉为掺合料，以20%，25%掺合料等量取代水泥，经24 h蒸养后抗压强度均超过80 MPa，强度满足设计要求。田寅等[5]以高活性粒化高炉矿渣为掺合料，调节一次蒸汽养护制度生产出免蒸压C80高强混凝土管桩，发现免压蒸管桩有效降低了桩身脆性，未出现打裂打爆现象，满足施工要求。曾俊杰等[6]以偏高岭土、粉煤灰、矿粉为掺合料，以不超过10%的掺量取代水泥，采用一次养护制度制备的高强混凝土1 d抗压强度超过80 MPa，28 d抗压强度超过90 MPa，满足PHC管桩的强度要求。

2 PHC混凝土质量控制

免压蒸管桩混凝土的性能主要取决于水泥、外加剂、掺合料等原材料的性能、配比及管桩养护工艺等。混凝土良好工作性和强度等各项技术指标的获得必须通过综合控制各因素才能取得最佳效果。

2.1 原材料

1)水泥。GB 13476—2009先张法预应力混凝土管桩中规定水泥宜采用强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣水泥。但普通硅酸盐水泥及质量低劣的硅酸盐水泥经蒸汽养护后虽可达到较高强度(60 MPa～70 MPa)，但在后期自然或标准养护情况下，强度几乎没有增长，很难达到80 MPa 基本要求。主要因为水泥混合材的活性未能发挥，混凝土后期强度提高很小。此外，粉磨较细的水泥强度富余系数和后期强度增长也不能达到配制高强混凝土的要求。因此，配制免压蒸管桩混凝土应选用质量稳定、强度富余系数较高的优质硅酸盐水泥。

另外，马国宁等[7]从调整水泥凝结时间、控制水泥细度、水泥粉磨工艺等三方面对免压蒸PHC水泥的生产进行了控制，同时认为需要合理设计水泥熟料的矿物组成，如水泥熟料中C3A能够大量吸附减水剂而降低混凝土的流动性能，应尽可能减少C3A的含量。就此，卢迪芬等[3]认为需要保证C3A含量低于7%和合理的颗粒级配，以改善水泥与减水剂的相容性。

2)外加剂。PHC管桩混凝土水胶比一般为0.29～0.30，免压蒸PHC管桩混凝土水胶比在0.24～0.25或更低，因此要求减水剂要有很高的减水效果，目前多采用聚羧酸系超塑化剂。聚羧酸减水剂具有早强、高减水、增强等优异性能，但价格昂贵，同时存在一定程度引气、缓凝作用，不利于蒸压养护。采用聚羧酸系减水剂与消泡剂复合使用，则会造成新拌管桩混凝土工作性较差，比如骨料外露、不易铲动等。此外，单方混凝土用水量对聚羧酸系减水剂掺量较为敏感，易造成管桩混凝土工作性不可控。

聚羧酸减水剂除减水率大，还可以显著改善混凝土的抗裂性能。这是由于聚羧酸减水剂易与氢氧化钙反应，形成稳定的羧酸钙盐，降低混凝土中界面过渡区中氢氧化钙浓度，增大胶凝材料和粗骨料的粘结力，提高混凝土力学性能及耐久性能。

3)掺合料。免压蒸PHC管桩用掺合料主要由粉煤灰、矿渣、硅灰、偏高岭土、激发剂等组合而成。使用掺合料既可节能利废，降低成本，同时又可利用上述掺合料的火山灰效应、形貌效应和微集料效应，增加水化产物含量，细化混凝土孔结构，提高混凝土耐久性。

魏宏超[8]通过大量的试验验证以磨细矿渣微粉为掺合料，部分替代水泥配制免压蒸PHC是可行的。仅以25%和35%的磨细矿渣微粉等量替代水泥，每立方米混凝土分别可降低材料费近15元和21元。宦文娟[9]以超细粉煤灰为免压蒸混凝土掺合料，研究其掺量对PHC管桩混凝土流动性、力学性能的影响，结果表明掺量为16%时，管桩混凝土脱模强度和28 d均满足生产要求。

张建纲等[10]利用fuller曲线研究了各种掺合料对于优化颗粒级配的作用，认为越接近fuller曲线混凝土用水量越少，越能改善混凝土流变性能。

因此，如何充分发挥掺合料的火山灰效应是掺合料利用于免压蒸PHC的重要技术问题。一般通过以下途径解决这一问题[11]：a.化学活化；b.高温养护；c.机械活化，如将粉煤灰磨细成粉煤灰微珠应用于免压蒸混凝土中具有较好的作用；d.复合作用，Bakharev．T[12]分别用Na2SiO3和NaOH激发掺矿渣粉的混凝土，结果表明在常温下强度有较大增长，但干缩较大；采用水热养护后，激发剂效果更明显，混凝土强度有较大增长，同时混凝土干缩得到很大降低。

4)集料。粗细骨料对免压蒸PHC管桩混凝土性能的影响主要为两方面：混凝土单方用水量和力学强度。试验证明，聚羧酸系减水剂对砂含泥量、粗集料石粉含量的敏感性远大于萘系减水剂，因此，对于粗细集料洁净程度要求应更为严格[13]。粗集料一般选用天然岩石[14]，其粒形特征(粒形、粒径、表面形状、级配等)对新拌混凝土性能和后期力学强度影响更大。细集料宜选用石英含量高、含泥量低、筛分曲线平滑、细度模数在2.6～3.2 之间的中粗砂。严格控制砂的含泥量以确保混凝土的质量。

周栋梁等[15]研究了粗细骨料性能对混凝土性能的影响，结果表明机制砂表面粗糙，有吸浆现象；闽江砂的含泥量大，严重影响混凝土的工作性能；细度模数与颗粒级配良好的海砂能提高混凝土早期抗压强度。

2.2 养护制度

传统的PHC管桩以磨细砂为掺合料，采用二次水养制度，其养护制度为成型后静停2 h，再进行常压蒸汽养护4.5 h，高温高压蒸汽养护6 h。常压蒸汽养护过程是85 ℃恒温下养护4.5 h，蒸压养护为180 ℃，0.9 MPa蒸汽下养护6 h。

3 经济性评价

将免压蒸技术应用于PHC混凝土既减少了水泥用量，有效利用了固体废弃物，同时也降低了生产成本，表1～表3以广东某管桩厂生产为例，对免压蒸技术与传统二次蒸养制备PHC管桩混凝土进行的经济性比较。传统PHC管桩与新型PHC管桩配合比及原材料价格如表1及表2所示，混凝土各参数对比见表3。

表1 混凝土配合比 kg/m3

表2 混凝土原材料单价 元/t

表3 混凝土性能参数及总成本对比

从表3得出，生产新型PHC管桩混凝土的成本比传统PHC管桩成本要高14.8元/m3。但免蒸压PHC管桩有以下优势：

1)无高压蒸汽养护过程，节省生产设备、维修等成本；2)养护时间缩短约40%，生产效率大幅提高，并且混凝土经养护坑养护后的脱模强度超过80 MPa，节约了自然养护时间，从而可减少成品堆场面积；3)加入掺合料后，混凝土拉压比显著增大，混凝土脆性降低，耐久性能提高，同时达到节能减排的目的。

4 结语

综合考虑影响PHC管桩混凝土工作性、强度要求和后期耐久性指标的各种因素，采用较高质量水泥，选用合适的减水剂及矿物掺合料，利用一次蒸汽养护生产工艺，可使得免压蒸PHC管桩混凝土强度达到生产及建筑施工要求，较大限度的利用了固体废弃物，具有良好的社会效益和经济效益。

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Analysis on non-autoclave pipe pile concrete raw material and maintenance system★

Jiang Liyan

(ZhejiangVocationalCollegeofConstruction,Hangzhou311231,China)

Combining with non-autoclave pipe pile concrete research status, starting from two aspects of raw material selection and maintenance system, the paper explores quality control measures of non-autoclave pipe pile concrete, analyzes the economy of non-autoclave pipe pile, and finally points out that: it not only reduces pipe pile producing energy consumption, but also improves pipe pile concrete durability through applying non-autoclave maintenance technology.

PHC pipe pile, concrete, maintenance system, economy

1009-6825(2016)13-0114-02

2016-02-27★:智能混凝土裂缝自修复材料的试验研究(项目编号：2015R444003)

蒋丽燕(1981- )，女，硕士，讲师

TU528

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