免蒸压管桩混凝土的试验研究

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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;118-120+125

詹镇峰1陈峭卉2李从波1陈应钦2黄红建3赖兆琼3何栋4

（1广州大学土木工程学院，广东广州510006；2广东省建筑材料研究院广东广州510000

3江门市新三联管桩有限公司，广东江门5290005；4南宁鸿基水泥制品有限公司广西南宁530100）

摘要：免蒸压管桩生产是管桩行业的未来发展方向，本文通过优选掺和料和优化混凝土配比试验，得出免蒸压管桩混凝土基础配比参数：水胶比＜0.23、胶材用量≥470kg/m3、砂率36%、聚羧酸减水剂掺量（10%浓度）3.2%~3.6%，由此配制出的混凝土能满足5d强度大于90MPa的设计要求，在此基础上进行了管桩的免蒸压试生产。本文的试验结果表明管桩的免蒸压生产技术是可行的。

关键词：PHC管桩免蒸压混凝土

预应力混凝土管桩（PHC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2011年，全国已经有管桩生产企业500余家，成为全球生产、应用PHC管桩最多的国家[1]。

现有的PHC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]；2）混凝土的压蒸养护工艺能耗占管桩生产成本7%-20%左右，大量消耗不可再生的煤、石油等资源[2]；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。

本文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，使得配制的混凝土带模养护8小时，5d强度达到90MPa，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.Ⅱ42.5R硅酸盐水泥，华润水泥（平南）有限公司生产。水泥物理力学性能见表1

（2）砂：中砂，Ⅱ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5~10mm、10~25mm，含泥量：0.1%，压碎指标：9%。

（4）掺和料：活性掺和料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10%。

1.2实验方法

按现行相关标准进行。

1.3养护制度

55℃蒸汽环境下静停3.5h→按5℃/10min速率升温1h→85℃蒸汽环境下恒温3.5h

2、掺和料的优选试验

在现有的蒸压生产工艺中，管桩混凝土的掺和料基本上为石英砂，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和料替代石英砂，本文选取A、B、C、D四种掺和料，设计L（9）34正交试验，考查掺和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490kg/m3，水胶比为0.24，砂率36%。试验结果如表3

从表3的试验结果和数据处理分析结果可以看出：掺和料对混凝土坍落度影响的大小顺序依次为：C〉B〉D〉A，对1d强度影响大小依次为：C〉B〉D〉A；对3d强度影响大小依次为：B〉C〉D〉A。从坍落度指标考虑，最佳选择为A2B2C1D2，而从强度指标考虑，最佳选择为A1B1C2D3。

3、免蒸压管桩混凝土配比的优化试验

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（0.21、0.23、0.25）进行试验，确定水胶比的可能范围。单方胶材用量为490kg/m3，砂率为36%，减水剂掺量为3.2%，其结果如表4和图1、图2所示。

从试验结果可以看出：水胶比对混凝土性能的影响符合一般规律，即随着水胶比的增大，混凝土强度逐渐降低，坍落度逐渐升高；反之，强度提高，坍落度降低。从本试验结果可知水胶比为0.23和0.25的5d强度分别为85.6MPa和80.2MPa，未能达到本文的强度目标值；而水胶比0.21时，5d强度为93.8MPa，达到本文的强度目标值，但坍落度仅为10mm，因此通过本试验认为要达到强度目标值水胶比应低于0.23，同时适当提高减水剂的掺量以提高混凝土的坍落度。

3.2单方胶材用量的影响

表5和图3、图4为不同胶材用量对混凝土坍落度和强度的影响结果。从结果可以看出：随着单方胶材用量的增加，各龄期的强度逐渐升高；而坍落度的变化是先升后降即在470kg/m3出现最佳值。胶材用量在440kg/m3时，混凝土5d强度为88.7MPa，未能达到本文的要求，而胶材为470kg/m3时，混凝土5d强度达到91.6MPa，满足本文的强度要求，同时也有较好的工作性。因此，通过本试验可以确定胶材用量应不低于470kg/m3。

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。

表6为在相同配合比的条件下，掺不同种类聚羧酸减水剂的试验结果。结果中可以看出掺不同品牌的聚羧酸减水剂表现出的混凝土性能有一定差别，5d强度最大差值6.1MPa，坍落度最大差值为42mm，所选的减水剂中以CM品牌的效果为最佳。

4、免蒸压管桩的试生产

根据以上免蒸压管桩混凝土的试验结果，进行免蒸压管桩的试生产。结合管桩厂的原材料资源，确定免蒸压管桩试生产的混凝土配比如表7所示。生产两根无筋管桩，分别为直径φ400mm、长度3.1m和根直径φ400mm、长度2.4m，拌制0.7m3混凝土，搅拌时间为3分钟。

表7免蒸压管桩试生产的混凝土配比

5、结语

选取四种掺和料，通过正交试验，确定A、C两种为配制免蒸压管桩混凝土的掺和料，通过对免蒸压管桩混凝土的优化试验，确定出在本试验条件下，能满足施工要求和强度要求的混凝土基础配比参数为：胶材用量≥470kg/m3，水胶比＜0.23，砂率36%、聚羧酸减水剂掺量（10%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（85℃蒸汽养护3.5小时）5天强度达到90MPa；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.PHC管桩混凝土免压蒸技术研究，混凝土与水泥制品2012（7），31-33.

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，粉煤灰综合利用.2011（6）44-47,54.