道特沉珠在免蒸压管桩中的研究与应用
2017-11-23 14:11阅读：
道特沉珠在免蒸压管桩中的研究与应用
摘要：利用道特沉珠减水、降粘、增强性能，配制管桩混凝土，85℃，蒸养5～6h，得到了出池强度在80MPa以上的高性能混凝土管桩，经测试，2~3天达到出厂要求，混凝土的力学性能、桩身耐打性能、耐久性能均得到提高，所制管桩的性能均优于普通管桩，且该工艺免除了管桩生产过程中的蒸压过程，降低了生产成本。其工程应用效果良好。总之，该技术为混凝土应用开拓了一条省资源、低成本、与环境相协调的低碳环保新途径。
0
前言
传统的C80预应力高强混凝土管桩生产是以高标号水泥与磨细石英砂为胶凝材料配制混凝土，离心成型后通过普通蒸气养护(初蒸)，一般蒸养温度为85℃，恒温4～5h
，使管桩混凝土的强度达到40MPa以上，才能脱模；然后进入高压蒸养，185℃，恒温7～8
h，使
磨细砂与水泥水化时放出的
Ca(OH)2
反应生成托勃莫米石，建立更高强度。整个管桩主要生产工艺流程为：配料→搅拌→布料→合模→预应力张拉→离心成型→倒余浆→常压蒸养→脱模→高压蒸养→成品，因此现有的C80混凝土管桩生产必须通过初蒸与蒸压才能完成。而
“高压蒸养”的过程需要用到特种设备“蒸压釜”，不仅成本投资大，而且因其属于压力容器，存在一定的安全隐患，同时，此养护过程时间长、需蒸汽量大，影响了效率，浪费了能源。
现免蒸压高强管桩的实现方法需有以下特点：
(1)较高的胶凝材料比例；
(2)具有一定激发作用的活性掺合料；
(3)使用高性能减水剂，降低水胶比；
(4)需要有合适的蒸养工艺及一定的自然养护时间。
本课题以以上特点为基础，研究利用超细粉体同成道特沉珠的降粘性、减水性、高增强特性，配合高效减水剂配制出免蒸压高强管桩，探索出了一条免蒸压高强混凝土管桩的生产工艺路线，省去管桩生产过程中的高压蒸养环节，从而节约了能源、降低了成本，获得了更好的经济、社会效益。
1
试验过程
1.1原材料
1.水泥：冀东P·O42.5级水泥；
2.细骨料：河砂，细度模量2．6～3．0，属中偏粗砂，级配合格；
3.粗骨料： 花岗岩碎石，
级配约为
5～25mm(70％)；0～5mm(30％)；
4.道特沉珠：道特沉珠是一种新品种的超细粉，平均粒径2μm，具有特殊的物理化学性能，对水泥混凝土具有填充效应、降粘效应、减水效应、增强效应及耐久性效应，与其他的超细掺合料相比，道特沉珠在兼顾填充与增强的同时，为低水胶比混凝土带来极好的降粘、减水作用，提高混凝土的和易性、操作性；
5.矿粉：
S95级矿渣微粉；
6.高效减水剂：聚羧酸高效减水剂；
7.拌和用水：自来水。
1.2
免蒸压管桩配合比
汤小平等[1]研究了免压蒸管桩混凝土的主要原材料对管桩混凝土的工作性和强度的影响，提出了水泥、外加剂、掺合料和砂石等原材料的选用要求，指出了水泥和外加剂的性能是决定免压蒸管桩混凝土性能的关键因素，根据已有的相关资料及试验研究经验，道特沉珠免蒸压管桩体系中，水泥用量为310-330kg/m3；
当水泥掺量确定后，混凝土的强度主要决定于水胶比。为了使拌合物获得更好的流动性，一般需要较多的水，也即较大的水胶比。但过多的水在混凝土硬化后会残留在结构中形成水泡或蒸发后形成气孔，且可能在孔隙周围产生应力集中，大大地减少了混凝土抗荷载的有效断面，。因此在水泥标号相同时，水胶比越小，水泥石强度越高，与骨料粘结力也越大，混凝土的强度就越高，因此比较合理的免蒸压管桩水胶比应在0.25-0.27。
为了满足较低的水胶比，高效减水剂的使用显得十分的关键，本研究采用聚羧酸减水剂，固含量掺量占总胶材的0.20%-0.22%[2-3]；
王成启等人研究得出，当水胶比为0.25～0.30，S95
粒化高炉矿渣粉掺量为10%～40%，胶凝材料用量为470～550kg/m3，配合一定的养护工艺，3d后可达到出厂要求；卢迪芬等人研究得出，掺入一种免蒸压掺合料，其主要成份是粉煤灰、矿渣和极少量的激发剂，其掺量为30%~35%，水胶比0.26~0.30时，蒸养14h，抗压强度达到86.5MPa，劈裂抗拉强度达到4.4MPa，达到管桩出厂要求；通过两人对掺合料的研究发现，高炉矿渣粉可以作为一种活性矿物掺合料使用，价格便宜，且效果显著，综合试验研究其用量占总胶材的15%-20%[4-5]；
砂率的变动会使骨料的空隙率和骨料的表面积显著改变，因而对混凝土拌合物的和易性产生显著影响。砂率过大，骨料的总表面积及空隙率都会增大，在水泥浆含量不变的情况下，水泥浆相对减少，减弱了水泥浆的润滑作用，使混凝土拌合物的流动性减少。如砂率过小，又不能保证在粗骨料之间有足够的砂浆层，也会降低混凝土拌合物的流动性，而且会严重影响其粘聚性和保水性，容易造成离析、流浆等现象。因此，砂率要有一个合理值，取这个值时，在用水量及水泥用量一定的情况下，能使混凝土拌合物获得最大的流动性，且保持良好的粘聚性和保水性，根据现场情况，砂率一般在34%-36%[6]；
通过前期大量的试验摸索与研究，我们对道特沉珠本身的特性有了相当深刻的认识，大量的试验与工厂实例证明了道特沉珠在免蒸压管桩中应用的可行性，同时积累、总结了大量道特沉珠在免蒸压管桩中的应用经验。首先，利用道特沉珠降粘、减水的特性与高效减水剂配合使用，解决了低水胶比条件下混凝土粘度大、硬度高的难题，降低工人的操作施工难度，满足在较低水胶比下的正常生产；其次，道特沉珠作为一种微米级高活性材料，其在管桩生产过程中的“搅拌物料”与“布料”阶段的反应相对较低，笔者称之为道特沉珠活性的“缓释阶段”，其活性在管桩蒸养阶段才得到充分释放，因此道特沉珠活性的“缓释”避免了混凝土塌落度损失过快造成的经济损失，同时又不影响混凝土后续强度的增长与提高；道特沉珠有很好的“微填充”效应，增加混凝土密实度、减少有害毛细孔，降低管桩桩身脆性，提高管桩的耐打性和耐久性能。
根据现有原材料及工艺设计了以下基准配方见表1：
表1 免蒸压管桩基准配方
胶凝材料
|
水胶比
|
砂率
|
减水剂
|
420—440kg/m3
|
0.25—0.27
|
34%—36%
|
0.20%—0.22%
（固含量掺量）
|
水泥
|
矿粉
|
道特沉珠
|
74%
|
18%
|
8%
|
1.3
最佳蒸养条件
免蒸压管桩蒸养阶段与普通管桩蒸养阶段类似，分为静停、升温、恒温、降温四个阶段，这里着重对升温时间、恒温时间、恒温温度进行考察，分析其对混凝土强度的影响，结合生产工艺中实际情况，以确定一个最佳蒸养条件。通过实验发现，最佳的蒸养制度需满足：
1.合理的静停时间。其对管桩强度的发展有促进作用，静停不够，在混凝土未初凝条件下蒸养，温度使混凝土产生塑性膨胀，破坏混凝土原先密实结构，造成强度破坏，静停时间过长，降低生产效率，实验室静停在3h，生产车间1h；
2.合理的升温时间。升温过快对混凝土强度发展最不利，升温过快可能造成最终强度不高和强度倒缩等不利影响，因此升温时间为1.5h-2h；
3.合理的恒温时间。其对管桩强度的影响是时间越长强度越高，考虑到生产能耗与生产效率，恒温时间大致在3.5h-4h；
4.合理的恒温温度。其越高，对混凝土强度发展越有利，恒温温度85℃-90℃较好。
因此，最佳蒸养制度如表2所示：
表2 免蒸压管桩最佳蒸养制度
静停
|
升温时间
|
恒温时间
|
恒温温度
|
实验室-3h
|
1.5h-2h
|
3.5h-4h
|
85℃-90℃
|
生产车间-1h
|
根据初期理论与实际的结合，免蒸压混凝土的试验工作分别在试验室与生产车间进行。实验室主要对基准配比进行优化试验，控制成本，车间验证实验室优化方案试桩，免蒸压混凝土塌落度保持在5~8cm，和易性、操作性能良好，现场工人接受度高。
2
性能试验
2.1力学性能
对两次免蒸压管桩中试生产抽查的强度测试结果如表3所示：
表3 免蒸压管桩各龄期强度测试
编号
|
1d
|
3d
|
7d
|
28d
|
MZY1-1
|
80.7
|
86.1
|
89.2
|
92.6
|
MZY1-2
|
81.4
|
84.8
|
87.9
|
91.8
|
MZY1-3
|
79.2
|
85.3
|
88.2
|
93.1
|
MZY1-4
|
83.1
|
87.7
|
90.3
|
93.7
|
平均值
|
81.1
|
86
|
88.9
|
92.8
|
MZY2-1
|
83.4
|
87.8
|
91.2
|
94.1
|
MZY2-2
|
82.9
|
87.4
|
88.9
|
93.8
|
MZY2-3
|
83.6
|
88.9
|
89.6
|
94.5
|
MZY2-4
|
84.1
|
87.5
|
90.1
|
93.6
|
平均值
|
83.5
|
87.9
|
90
|
94
|
从试桩结果可以看出，免蒸压桩混凝土1d强度已满足C80等级要求，且后期强度呈持续稳定发展趋势。
2.2抗氯离子渗透
对免蒸压管桩与普通蒸压管桩分别测试混凝土氯离子扩散系数，免蒸压管桩氯离子扩散系数：0.1773×10-12m2/s，普通蒸压桩氯离子扩散系数：0.2361×10-12m2/s，因此，免蒸压管桩相比普通蒸压管桩具有更好的抗氯离子渗透的能力。
2.3抗硫酸盐腐蚀试验
将免蒸压管桩与普通蒸压管桩试样分别浸泡于两种溶液中：Na2S04
（5.0％）溶液；Na2SO4（5.0％）+NaCl（3％）溶液中；夜晚浸泡14h，然后取出晾干2h，烘干6h(温度80℃±2℃)，冷却2h，再放入浸泡液中为一次循环，总共50次循环后，观察试块变化，结果发现，两者从外观及质量上都较以前没有发生明显变化，说明免蒸压管桩有很好的抗硫酸盐腐蚀能力。
3 工程应用
3.1静压沉桩
某知名管桩企业在扬州某房地产桩基现场进行了免蒸压桩的实际应用。现场采用静压方式进行压桩，抱压600吨，桩长19m，送桩7m。配备12套φ400×95×09
B桩，每套桩长为19m，共计228m。整个压桩过程与普通桩操作无异，且试验桩没出现任何质量问题。
3.2锤击沉桩
深圳某管桩企业对道特沉珠免蒸压管桩进行打桩施工，压桩深度24m，竖向承载力3500kN(老管桩2700kN)，锤击D50，桩锤升高3m往下打，共打试验管桩50m。结果显示新管桩施打效果很好，其较原老式管桩锤击性能好，竖向承载力高。
某著名管桩企业生产的道特沉珠免蒸压桩在扬州某企业生产厂房工程中进行使用，现场采用锤击沉桩的施工方法，配备20套φ500×125×14
AB，每套桩长28m，共计560m。锤击过程采用D60锤型，锤击数1250次，免蒸压桩全部顺利打入，贯入度满足设计要求，桩身全部完好。
天津永生鑫和管桩有限公司利用道特沉珠生产的免蒸压管桩竞标2013年山东某电厂项目，项目施工地表条件恶劣，岩层较深，因道特沉珠免蒸压管桩优异的性能克服了施工过程中的不利影响，充分展现了免蒸压管桩的耐捶打性能，满足了甲方的质量要求，最终竞标成功。
4
总结
（1）通过掺入超细粉体同成道特沉珠与高效减水剂，同时结合混凝土优化设计，改善蒸养制度与离心工艺，蒸养85℃，5～6h，得到了出池强度在80MPa以上的高性能混凝土管桩。
（2）经检测，免蒸压桩的力学性能及混凝土耐久性能优于同级别常规预制桩，且均符合国家相关标准。在实际工程应用过程中，表现出低脆性、高耐打性的优越性能，用户反映良好。
（3）企业使用免蒸压
技术生产高强混凝土预制桩，不仅应用性能好，而且该技术可以节约蒸汽一半以上，减少大量原煤使用，降低了生产成本，减少污染气体的排放，具有显著的经济和社会效益。
道特沉珠独特的性能也实现了免蒸压管桩的低成本工业生产，对管桩行业的发展起到积极的作用。
参考文献
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[4]
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