原材料對(duì)免蒸壓PHC管樁強(qiáng)度的影響

王武鎖，董福成，宋心*，孫朋偉，包貴安，王鑫

（1. 陜西秦漢恒盛新型建材科技股份有限公司，陜西 西咸新區(qū) 712000；2. 陜西恒盛集團(tuán)新材料研究中心，陜西 西咸新區(qū) 712000；3. 陜西恒盛混凝土有限公司，陜西 西咸新區(qū) 712000）

0 前言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)持續(xù)快速的發(fā)展，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁行業(yè)發(fā)展也很快，管樁企業(yè)正在順著黃河、長(zhǎng)江從沿海地區(qū)向內(nèi)地發(fā)展。目前很多管樁企業(yè)在高溫高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，由于加快了升溫和降溫速度，造成管樁混凝土缺陷增加，長(zhǎng)期耐久性能下降。而在管樁生產(chǎn)中采用免蒸壓工藝，不僅可降低能耗，更有利于管樁混凝土耐久性的提高，因此免蒸壓管樁混凝土受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。但取消了壓蒸工藝后，管樁混凝土的強(qiáng)度和強(qiáng)度發(fā)展方面都出現(xiàn)了問(wèn)題[1]。

為解決該問(wèn)題，我公司在已有免蒸壓管樁技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)使用低壓碎值石子，或在摻合料中引入磨細(xì)礦渣粉或者硅灰[2-4]，對(duì)原材料進(jìn)行優(yōu)化，使管樁蒸汽養(yǎng)護(hù)后 1d 內(nèi)的強(qiáng)度達(dá)到 89～98MPa 以上，滿足出廠要求，并在其他原材料不變的情況下，較大幅度地降低單方水泥用量，從而取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 原材料

（1）水泥：P·Ⅱ52.5 級(jí)水泥，陜西省寶雞市扶風(fēng)縣冀東水泥有限公司，水泥的物理性能和膠凝材料化學(xué)成分如表 1、表 2 所示。

表1 水泥物理性能

表2 膠凝材料的化學(xué)組成 %

（2）砂：粗砂，Ⅱ 區(qū)，含泥量 1.0%，細(xì)度模數(shù)2.4，產(chǎn)地：陜西省寶雞市。

（3）碎石 1：花崗巖碎石，咸陽(yáng)武功生產(chǎn)。5～16mm 和 5～31.5mm 雙級(jí)配，含泥量 0.2%，壓碎指標(biāo) 10.8%。碎石 2：花崗巖碎石，陜西漢中生產(chǎn)。5～16mm 和 5～31.5mm 雙級(jí)配，含泥量 0.1%，壓碎指標(biāo)5.9%。

（4）摻合料：礦粉，陜西韓城大唐盛龍有限公司生產(chǎn) S95 級(jí)，流動(dòng)度比 96%，7 天活性指數(shù) 74%，28d活性指數(shù) 96%。硅灰，北京正源益新材料技術(shù)有限公司生產(chǎn)，7 天活性指數(shù) 93 %，28d 活性指數(shù) 115%。磨細(xì)礦渣粉，陜西韓城大唐盛龍有限公司生產(chǎn)，7 天活性指數(shù) 78%，28d 活性指數(shù) 99 %。

（5）減水劑：早強(qiáng)型聚羧酸減水劑，pH 值 10.3，密度 1.05g/cm3，含固量 13.50%，減水率 26%。

2 試驗(yàn)過(guò)程

以公司現(xiàn)有免蒸壓 PHC 管樁配合比為基準(zhǔn)，使用低壓碎值石子，磨細(xì)礦渣粉或硅灰代替礦粉，單方用水量取 120㎏，砂率 34%，外加劑摻量 2.2%，對(duì)比分析免蒸壓管樁蒸汽養(yǎng)護(hù)后 1d 的強(qiáng)度，根據(jù)前期各組單獨(dú)試驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)化后配比如表 3 所示。

表3 對(duì)比試驗(yàn)配合比 kg/m3

基準(zhǔn)組與各對(duì)比組混凝土出機(jī)狀態(tài)如表 4 所示。

表4 基準(zhǔn)組與各對(duì)比組混凝土出機(jī)狀態(tài)

以上每組試驗(yàn)留置試塊各一組，振動(dòng)成型后放置于室內(nèi)，24h 拆模后放置于蒸汽養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)進(jìn)行蒸養(yǎng)，蒸養(yǎng)制度為：室溫時(shí)將試件放入養(yǎng)護(hù)箱，開啟蒸養(yǎng)，升溫速率為 15℃/h，4h 后升溫至 95℃，恒溫 4h 后取出試件，待試件降至室溫后進(jìn)行抗壓試驗(yàn)，結(jié)果如表 5 所示。

表5 蒸養(yǎng)后 1d 抗壓強(qiáng)度

硅灰提升強(qiáng)度的效果顯著，對(duì)此，又進(jìn)行了提高單方硅灰用量和復(fù)合摻加硅灰及磨細(xì)礦渣粉的對(duì)比試驗(yàn)，配合比如表 6 所示。

表6 硅灰的對(duì)比試驗(yàn)配合比 kg/m3

混凝土和易性及試件蒸養(yǎng)后 1d 強(qiáng)度如表 7 所示。

表7 硅灰的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)表 4、表 5 的結(jié)果可以得出：在原有免蒸壓管樁混凝土配比中用低壓碎值石子替換原石子，在摻合料中引入磨細(xì)礦渣粉或硅灰，保持其他原材料質(zhì)量不變，在不改變現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的情況下，免蒸壓管樁在蒸養(yǎng)后 1d 的抗壓強(qiáng)度值均有明顯提高，達(dá)到 89～98MPa 以上，強(qiáng)度提高了 8～15MPa 左右。其中以加入硅灰效果最為明顯，當(dāng)單方硅灰用量達(dá)到 30kg 或復(fù)合使用硅灰和磨細(xì)礦渣粉時(shí)，蒸養(yǎng)后 1d 強(qiáng)度可達(dá)到 93～98MPa 以上，完全滿足免蒸壓 C80 管樁的強(qiáng)度要求。

混凝土的抗壓強(qiáng)度由膠凝材料漿體與碎石的粘結(jié)面的強(qiáng)度決定，混凝土強(qiáng)度等級(jí)較低時(shí)，碎石壓碎值的對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度影響不明顯。但隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提升，膠凝材料漿體與碎石結(jié)合強(qiáng)度逐步提高。進(jìn)行混凝土抗壓試驗(yàn)時(shí)，混凝土試件的破碎面往往貫穿于碎石，致使碎石骨料直接破碎，因此碎石的壓碎值直接影響高強(qiáng)度等級(jí)混凝土抗壓強(qiáng)度的高低，在其他材料相同的情況下，壓碎值越低的碎石配制的混凝土抗壓強(qiáng)度越高[3]。

上述試驗(yàn)表明，在其他原材料不變的情況下，通過(guò)加入硅灰即可實(shí)現(xiàn)試塊強(qiáng)度的大幅度提升，完全滿足免蒸壓管樁的強(qiáng)度要求，無(wú)論礦物摻合料使用礦粉或者磨細(xì)礦渣粉均能滿足強(qiáng)度要求。相比于普通礦粉和磨細(xì)礦渣粉，硅灰有以下好處：（1）硅灰的高細(xì)度、高活性使其在混凝土中有較好的填充作用和火山灰效應(yīng)，使混凝土界面區(qū)晶體數(shù)量和孔隙率減少，在與 Al2O3并存時(shí)，更易生成托博莫來(lái)石相，使其強(qiáng)度增強(qiáng)，可以與水泥水化產(chǎn)物 Ca(OH)2發(fā)生二次水化作用形成膠凝產(chǎn)物，改善漿體的微觀結(jié)構(gòu)，填充水泥石結(jié)構(gòu)，使水泥石更加致密，從而提高硬化體的力學(xué)性能和耐久性。（2）硅灰為無(wú)定型球狀顆粒，可以顯著改善混凝土的和易性，提高混凝土的流變性能，大大降低混凝土粘度，有利于工人施工。（3）雖然目前硅灰價(jià)格過(guò)高，在900～1000 元/噸左右，但在強(qiáng)度不變的前提下，一份硅灰可替代 2～3 份水泥，反而降低了整體膠材成本。

4 結(jié)論

在現(xiàn)有免蒸壓管樁生產(chǎn)配合比和工藝的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)比在原材料中引入高活性的磨細(xì)礦渣粉、硅灰、礦粉、壓碎指標(biāo)值在 6% 以下的石子，均可使免蒸壓管樁在蒸汽養(yǎng)護(hù) 1d 后的強(qiáng)度達(dá)到 89MPa 以上。當(dāng)單方混凝土中硅灰用量達(dá)到 30kg 以上后，無(wú)論使用礦粉或磨細(xì)礦渣粉，管樁混凝土蒸養(yǎng)后強(qiáng)度可達(dá)到 93～98MPa 以上，提升效果尤為顯著，并且大幅度降低了出機(jī)混凝土的粘度，提升混凝土的施工性能。同時(shí)每方混凝土可降低 30～50kg 水泥用量，通過(guò)免蒸壓也可節(jié)約 70% 以上的天然氣用量，具有非常好的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。