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      免壓蒸管樁混凝土原材料及養(yǎng)護(hù)制度分析★

      2016-11-25 06:29:46
      山西建筑 2016年13期
      關(guān)鍵詞:礦渣管樁減水劑

      蔣 麗 燕

      (浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江 杭州 311231)

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      免壓蒸管樁混凝土原材料及養(yǎng)護(hù)制度分析★

      蔣 麗 燕

      (浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江 杭州 311231)

      結(jié)合免壓蒸管樁混凝土的研究現(xiàn)狀,從原材料選用與養(yǎng)護(hù)制度兩方面,探討了免壓蒸管樁混凝土的質(zhì)量控制措施,并分析了免壓蒸管樁的經(jīng)濟(jì)性,指出采用免壓蒸養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)工藝,既降低了管樁的生產(chǎn)能耗,又提高了管樁混凝土的耐久性。

      PHC管樁,混凝土,養(yǎng)護(hù)制度,經(jīng)濟(jì)性

      0 引言

      PHC(Pretensioned High-strength Concrete)管樁是一種應(yīng)用廣泛的樁基材料,PHC管樁的使用可縮短建設(shè)周期,同時(shí)節(jié)約大量能源消耗。隨著我國(guó)大規(guī)?;A(chǔ)建設(shè)的發(fā)展,PHC 管樁需求量迅速增大[1,2]。而目前PHC管樁生產(chǎn)多以磨細(xì)砂為集料,采用蒸養(yǎng)+壓蒸二次水熱養(yǎng)護(hù)工藝,高溫高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)不僅投入成本高、能耗高,同時(shí)也是造成PHC管樁耐久性能降低的主要原因。因此,從技術(shù)上優(yōu)化PHC管樁生產(chǎn),降低生產(chǎn)能耗與成本,同時(shí)提高PHC管樁混凝土耐久性具有重大經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

      1 研究現(xiàn)狀

      目前,國(guó)內(nèi)大部分學(xué)者主要從改變?cè)牧辖M成、改變生產(chǎn)工藝兩個(gè)方面來解決這一技術(shù)問題:1)以粉煤灰、礦渣、偏高嶺土等為摻合料,與高性能外加劑復(fù)摻,替代部分水泥;2)采用蒸汽一次養(yǎng)護(hù)替代蒸養(yǎng)+壓蒸二次水熱養(yǎng)護(hù)。盧迪芬等[3]以粉煤灰、礦渣和極少量的激發(fā)劑為摻合料,替代30%水泥,同時(shí)采用免高溫高壓養(yǎng)護(hù)制度,僅在蒸汽養(yǎng)護(hù)條件下就能達(dá)到管樁出廠強(qiáng)度。徐志平等[4]以S95級(jí)礦渣微粉為摻合料,以20%,25%摻合料等量取代水泥,經(jīng)24 h蒸養(yǎng)后抗壓強(qiáng)度均超過80 MPa,強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。田寅等[5]以高活性粒化高爐礦渣為摻合料,調(diào)節(jié)一次蒸汽養(yǎng)護(hù)制度生產(chǎn)出免蒸壓C80高強(qiáng)混凝土管樁,發(fā)現(xiàn)免壓蒸管樁有效降低了樁身脆性,未出現(xiàn)打裂打爆現(xiàn)象,滿足施工要求。曾俊杰等[6]以偏高嶺土、粉煤灰、礦粉為摻合料,以不超過10%的摻量取代水泥,采用一次養(yǎng)護(hù)制度制備的高強(qiáng)混凝土1 d抗壓強(qiáng)度超過80 MPa,28 d抗壓強(qiáng)度超過90 MPa,滿足PHC管樁的強(qiáng)度要求。

      2 PHC混凝土質(zhì)量控制

      免壓蒸管樁混凝土的性能主要取決于水泥、外加劑、摻合料等原材料的性能、配比及管樁養(yǎng)護(hù)工藝等?;炷亮己霉ぷ餍院蛷?qiáng)度等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的獲得必須通過綜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先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁中規(guī)定水泥宜采用強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和礦渣水泥。但普通硅酸鹽水泥及質(zhì)量低劣的硅酸鹽水泥經(jīng)蒸汽養(yǎng)護(hù)后雖可達(dá)到較高強(qiáng)度(60 MPa~70 MPa),但在后期自然或標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)情況下,強(qiáng)度幾乎沒有增長(zhǎng),很難達(dá)到80 MPa 基本要求。主要因?yàn)樗嗷旌喜牡幕钚晕茨馨l(fā)揮,混凝土后期強(qiáng)度提高很小。此外,粉磨較細(xì)的水泥強(qiáng)度富余系數(shù)和后期強(qiáng)度增長(zhǎng)也不能達(dá)到配制高強(qiáng)混凝土的要求。因此,配制免壓蒸管樁混凝土應(yīng)選用質(zhì)量穩(wěn)定、強(qiáng)度富余系數(shù)較高的優(yōu)質(zhì)硅酸鹽水泥。

      另外,馬國(guó)寧等[7]從調(diào)整水泥凝結(jié)時(shí)間、控制水泥細(xì)度、水泥粉磨工藝等三方面對(duì)免壓蒸PHC水泥的生產(chǎn)進(jìn)行了控制,同時(shí)認(rèn)為需要合理設(shè)計(jì)水泥熟料的礦物組成,如水泥熟料中C3A能夠大量吸附減水劑而降低混凝土的流動(dòng)性能,應(yīng)盡可能減少C3A的含量。就此,盧迪芬等[3]認(rèn)為需要保證C3A含量低于7%和合理的顆粒級(jí)配,以改善水泥與減水劑的相容性。

      2)外加劑。PHC管樁混凝土水膠比一般為0.29~0.30,免壓蒸PHC管樁混凝土水膠比在0.24~0.25或更低,因此要求減水劑要有很高的減水效果,目前多采用聚羧酸系超塑化劑。聚羧酸減水劑具有早強(qiáng)、高減水、增強(qiáng)等優(yōu)異性能,但價(jià)格昂貴,同時(shí)存在一定程度引氣、緩凝作用,不利于蒸壓養(yǎng)護(hù)。采用聚羧酸系減水劑與消泡劑復(fù)合使用,則會(huì)造成新拌管樁混凝土工作性較差,比如骨料外露、不易鏟動(dòng)等。此外,單方混凝土用水量對(duì)聚羧酸系減水劑摻量較為敏感,易造成管樁混凝土工作性不可控。

      聚羧酸減水劑除減水率大,還可以顯著改善混凝土的抗裂性能。這是由于聚羧酸減水劑易與氫氧化鈣反應(yīng),形成穩(wěn)定的羧酸鈣鹽,降低混凝土中界面過渡區(qū)中氫氧化鈣濃度,增大膠凝材料和粗骨料的粘結(jié)力,提高混凝土力學(xué)性能及耐久性能。

      3)摻合料。免壓蒸PHC管樁用摻合料主要由粉煤灰、礦渣、硅灰、偏高嶺土、激發(fā)劑等組合而成。使用摻合料既可節(jié)能利廢,降低成本,同時(shí)又可利用上述摻合料的火山灰效應(yīng)、形貌效應(yīng)和微集料效應(yīng),增加水化產(chǎn)物含量,細(xì)化混凝土孔結(jié)構(gòu),提高混凝土耐久性。

      魏宏超[8]通過大量的試驗(yàn)驗(yàn)證以磨細(xì)礦渣微粉為摻合料,部分替代水泥配制免壓蒸PHC是可行的。僅以25%和35%的磨細(xì)礦渣微粉等量替代水泥,每立方米混凝土分別可降低材料費(fèi)近15元和21元?;挛木闧9]以超細(xì)粉煤灰為免壓蒸混凝土摻合料,研究其摻量對(duì)PHC管樁混凝土流動(dòng)性、力學(xué)性能的影響,結(jié)果表明摻量為16%時(shí),管樁混凝土脫模強(qiáng)度和28 d均滿足生產(chǎn)要求。

      張建綱等[10]利用fuller曲線研究了各種摻合料對(duì)于優(yōu)化顆粒級(jí)配的作用,認(rèn)為越接近fuller曲線混凝土用水量越少,越能改善混凝土流變性能。

      因此,如何充分發(fā)揮摻合料的火山灰效應(yīng)是摻合料利用于免壓蒸PHC的重要技術(shù)問題。一般通過以下途徑解決這一問題[11]:a.化學(xué)活化;b.高溫養(yǎng)護(hù);c.機(jī)械活化,如將粉煤灰磨細(xì)成粉煤灰微珠應(yīng)用于免壓蒸混凝土中具有較好的作用;d.復(fù)合作用,Bakharev.T[12]分別用Na2SiO3和NaOH激發(fā)摻礦渣粉的混凝土,結(jié)果表明在常溫下強(qiáng)度有較大增長(zhǎng),但干縮較大;采用水熱養(yǎng)護(hù)后,激發(fā)劑效果更明顯,混凝土強(qiáng)度有較大增長(zhǎng),同時(shí)混凝土干縮得到很大降低。

      4)集料。粗細(xì)骨料對(duì)免壓蒸PHC管樁混凝土性能的影響主要為兩方面:混凝土單方用水量和力學(xué)強(qiáng)度。試驗(yàn)證明,聚羧酸系減水劑對(duì)砂含泥量、粗集料石粉含量的敏感性遠(yuǎn)大于萘系減水劑,因此,對(duì)于粗細(xì)集料潔凈程度要求應(yīng)更為嚴(yán)格[13]。粗集料一般選用天然巖石[14],其粒形特征(粒形、粒徑、表面形狀、級(jí)配等)對(duì)新拌混凝土性能和后期力學(xué)強(qiáng)度影響更大。細(xì)集料宜選用石英含量高、含泥量低、篩分曲線平滑、細(xì)度模數(shù)在2.6~3.2 之間的中粗砂。嚴(yán)格控制砂的含泥量以確?;炷恋馁|(zhì)量。

      周棟梁等[15]研究了粗細(xì)骨料性能對(duì)混凝土性能的影響,結(jié)果表明機(jī)制砂表面粗糙,有吸漿現(xiàn)象;閩江砂的含泥量大,嚴(yán)重影響混凝土的工作性能;細(xì)度模數(shù)與顆粒級(jí)配良好的海砂能提高混凝土早期抗壓強(qiáng)度。

      2.2 養(yǎng)護(hù)制度

      傳統(tǒng)的PHC管樁以磨細(xì)砂為摻合料,采用二次水養(yǎng)制度,其養(yǎng)護(hù)制度為成型后靜停2 h,再進(jìn)行常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)4.5 h,高溫高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)6 h。常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)過程是85 ℃恒溫下養(yǎng)護(hù)4.5 h,蒸壓養(yǎng)護(hù)為180 ℃,0.9 MPa蒸汽下養(yǎng)護(hù)6 h。

      3 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

      將免壓蒸技術(shù)應(yīng)用于PHC混凝土既減少了水泥用量,有效利用了固體廢棄物,同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本,表1~表3以廣東某管樁廠生產(chǎn)為例,對(duì)免壓蒸技術(shù)與傳統(tǒng)二次蒸養(yǎng)制備PHC管樁混凝土進(jìn)行的經(jīng)濟(jì)性比較。傳統(tǒng)PHC管樁與新型PHC管樁配合比及原材料價(jià)格如表1及表2所示,混凝土各參數(shù)對(duì)比見表3。

      表1 混凝土配合比 kg/m3

      表2 混凝土原材料單價(jià) 元/t

      表3 混凝土性能參數(shù)及總成本對(duì)比

      從表3得出,生產(chǎn)新型PHC管樁混凝土的成本比傳統(tǒng)PHC管樁成本要高14.8元/m3。但免蒸壓PHC管樁有以下優(yōu)勢(shì):

      1)無(wú)高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)過程,節(jié)省生產(chǎn)設(shè)備、維修等成本;2)養(yǎng)護(hù)時(shí)間縮短約40%,生產(chǎn)效率大幅提高,并且混凝土經(jīng)養(yǎng)護(hù)坑養(yǎng)護(hù)后的脫模強(qiáng)度超過80 MPa,節(jié)約了自然養(yǎng)護(hù)時(shí)間,從而可減少成品堆場(chǎng)面積;3)加入摻合料后,混凝土拉壓比顯著增大,混凝土脆性降低,耐久性能提高,同時(shí)達(dá)到節(jié)能減排的目的。

      4 結(jié)語(yǔ)

      綜合考慮影響PHC管樁混凝土工作性、強(qiáng)度要求和后期耐久性指標(biāo)的各種因素,采用較高質(zhì)量水泥,選用合適的減水劑及礦物摻合料,利用一次蒸汽養(yǎng)護(hù)生產(chǎn)工藝,可使得免壓蒸PHC管樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到生產(chǎn)及建筑施工要求,較大限度的利用了固體廢棄物,具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

      [1] 金 舜,匡紅杰,周 杰.我國(guó)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁的發(fā)展近況和方向[J].混凝土與水泥制品,2004(1):27-29.

      [2] 楊德章.預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁的開發(fā)與應(yīng)用[J].福建地質(zhì),2005(3):183-187.

      [3] 盧迪芬,胡海鵬,王秀龍,等.免壓蒸高性能混凝土管樁摻合料的試驗(yàn)研究[J].混凝土,2007(4):80-82.

      [4] 徐志平,陳 誠(chéng),萬(wàn)立華,等.預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁免壓蒸技術(shù)研究[J].商品混凝土,2013(3):31-33,47.

      [5] 田 寅,匡紅杰,石明正,等.采用萘系高效減水劑試制免蒸壓高強(qiáng)混凝土管樁[J].混凝土與水泥制品,2012(10):27-29.

      [6] 曾俊杰,水中和,王勝年,等.摻偏高嶺土免壓蒸高強(qiáng)管樁混凝土的制備與性能研究[J].硅酸鹽通報(bào),2013,32(4):577-582.

      [7] 馬國(guó)寧,劉 云,葉曉林.免壓蒸預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁生產(chǎn)用水泥的研究與應(yīng)用[J].水泥,2010(7):28-30.

      [8] 魏宏超.磨細(xì)礦渣微粉在PHC管樁生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].混凝土與水泥制品,2006(2):33-36.

      [9] 宦文娟.可泵送免壓蒸C80 PHC混凝土制備、養(yǎng)護(hù)與性能研究[J].混凝土與水泥制品,2015(3):21-26.

      [10] 張建綱,周棟梁,毛永琳,等.預(yù)應(yīng)力管樁用C80混凝土免壓蒸制備方法[A].2011年混凝土與水泥制品學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C].2011:410-415.

      [11] 劉寶舉.粉煤灰作用效應(yīng)及其在蒸養(yǎng)混凝土中的應(yīng)用研究[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué)土木工程學(xué)院,2007.

      [12] Bakharev. T.Effect of elevated temperature curing on properties of alkali-activated slag concrete[J].Cement and Concrete Reaserch,1999,29(10):1619-1625.

      [13] 湯小平,李培鵬,孫延慶.免壓蒸管樁混凝土原材料的選用[J].混凝土與水泥制品,2009(5):31-32.

      [14] 吳 寅,尚曉琳,趙德深.C80高性能泵送混凝土的配制技術(shù)[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2004(5):627-629.

      [15] 周棟梁,張建綱,毛永琳,等.免壓蒸管樁混凝土的制備與性能研究[J].粉煤灰綜合利用,2011(6):46-47.

      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★:智能混凝土裂縫自修復(fù)材料的試驗(yàn)研究(項(xiàng)目編號(hào):2015R444003)

      蔣麗燕(1981- ),女,碩士,講師

      TU528

      A

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