同成微珠在免蒸壓管樁中的研究與應(yīng)用-副本

1、 同成微珠在免蒸壓管樁中的研究與應(yīng)用 （深圳同成新材料科技有限公司天津筑成分公司） 摘要：利用微珠減水、降粘、增強(qiáng)性能，配制管樁混凝土， 85，蒸養(yǎng) 56h，得到了出池強(qiáng)度在 80MPa以上的高性能混凝土管樁，經(jīng)測(cè)試， 23天達(dá)到出廠(chǎng)要求，混凝土的力學(xué)性能、樁身耐打性能、耐久性能均得到提高，所制管樁的性能 均優(yōu)于普通管樁，且該工藝免除了管樁生產(chǎn)過(guò)程中的蒸壓過(guò)程， 降低了生產(chǎn)成本。其工程應(yīng)用效果良好?？傊摷夹g(shù)為混凝土應(yīng)用開(kāi)拓了一條省資源、低成本、 與環(huán)境相協(xié)調(diào)的低碳環(huán)保新途徑。 聯(lián)系人：羅鈞廠(chǎng)址：天津塘沽臨港經(jīng)濟(jì)區(qū) 0 前言 傳統(tǒng)的 C80預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁生產(chǎn)是

2、以高標(biāo)號(hào)水泥與磨細(xì)石英砂為膠 凝材料配制混凝土， 離心成型后通過(guò)普通蒸氣養(yǎng)護(hù) (初蒸 )，一般蒸養(yǎng)溫度為 85，恒溫 45h ，使管樁混凝土的強(qiáng)度達(dá)到 40MPa以上，才能脫模；然后進(jìn)入高壓蒸養(yǎng)， 185，恒溫 78 h，使磨細(xì)砂與水泥水化時(shí)放出的 Ca(OH)2 反應(yīng)生成托勃莫米石，建立更高強(qiáng)度。 整個(gè)管樁主要生產(chǎn)工藝流程為： 配料攪拌布料合 模預(yù)應(yīng)力張拉離心成型倒余漿常壓蒸養(yǎng)脫模高壓蒸養(yǎng)成品，因此 現(xiàn)有的 C80混凝土管樁生產(chǎn)必須通過(guò)初蒸與蒸壓才能完成。而 “高壓蒸養(yǎng)”的過(guò)程需要用到特種設(shè)備“蒸壓釜” ，不僅成本投資大，而且因其屬于壓力容器，存在一定的安全隱患，同時(shí)，此養(yǎng)護(hù)過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)、需蒸

3、汽量大，影響了效率，浪費(fèi)了能源。 現(xiàn)免蒸壓高強(qiáng)管樁的實(shí)現(xiàn)方法需有以下特點(diǎn)：(1)較高的膠凝材料比例； (2)具有一定激發(fā)作用的活性摻合料； (3)使用高性能減水劑，降低水膠比； (4)需要有合適的蒸養(yǎng)工藝及一定的自然養(yǎng)護(hù)時(shí)間。 本課題以以上特點(diǎn)為基礎(chǔ)，研究利用超細(xì)粉體同成微珠的降粘性、減水性、高增強(qiáng)特性，配合高效減水劑配制出免蒸壓高強(qiáng)管樁， 探索出了一條免蒸壓高強(qiáng)混凝土管樁的生產(chǎn)工藝路線(xiàn)， 省去管樁生產(chǎn)過(guò)程中的高壓蒸養(yǎng)環(huán)節(jié)， 從而節(jié)約了能源、降低了成本，獲得了更好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。 1 試驗(yàn)過(guò)程 1.1 原材料 15%-20%4-5 ； 1.水泥：冀東 PO42.5級(jí)水泥； 2.細(xì)骨料：河砂，

4、細(xì)度模量2 6 3 0，屬中偏粗砂，級(jí)配合格； 3.粗骨料：花崗巖碎石，級(jí)配約為5 25mm(70)； 0 5mm(30)； 4.同成微珠：微珠是一種新品種的超細(xì)粉，平均粒徑2m，具有特殊的物理化學(xué) 性能，對(duì)水泥混凝土具有填充效應(yīng)、降粘效應(yīng)、減水效應(yīng)、增強(qiáng)效應(yīng)及耐久性效 應(yīng)，與其他的超細(xì)摻合料相比， 微珠在兼顧填充與增強(qiáng)的同時(shí)，為低水膠比混凝 土帶來(lái)極好的降粘、減水作用，提高混凝土的和易性、操作性； 5.礦粉：S95級(jí)礦渣微粉； 6.高效減水劑：聚羧酸高效減水劑； 7.拌和用水：自來(lái)水。 1.2 免蒸壓管樁配合比 1 湯小平等研究了免壓蒸管樁混凝土的主要原材料對(duì)管樁混凝土的工作性 和強(qiáng)度的影響

5、，提出了水泥、外加劑、摻合料和砂石等原材料的選用要求，指出 關(guān)資料及試驗(yàn)研究經(jīng)驗(yàn)，微珠免蒸壓管樁體系中，水泥用量為310-330kg/m3； 當(dāng)水泥摻量確定后， 混凝土的強(qiáng)度主要決定于水膠比。 為了使拌合物獲得更好的流動(dòng)性， 一般需要較多的水， 也即較大的水膠比。 但過(guò)多的水在混凝土硬化后會(huì)殘留在結(jié)構(gòu)中形成水泡或蒸發(fā)后形成氣孔，且可能在孔隙周?chē)a(chǎn)生應(yīng)力集 中，大大地減少了混凝土抗荷載的有效斷面， 。因此在水泥標(biāo)號(hào)相同時(shí)，水膠比越小，水泥石強(qiáng)度越高，與骨料粘結(jié)力也越大，混凝土的強(qiáng)度就越高，因此比較合理的免蒸壓管樁水膠比應(yīng)在 0.25-0.27。 為了滿(mǎn)足較低的水膠比， 高效減水劑的使用顯得十分的

6、關(guān)鍵， 本研究采用聚羧酸減水劑，固含量摻量占總膠材的 0.20%-0.22%2-3； 王成啟等人研究得出，當(dāng)水膠比為0.250.30，S95 粒化高爐礦渣粉摻量為 10%40%，膠凝材料用量為 470550kg/m3，配合一定的養(yǎng)護(hù)工藝， 3d后可達(dá)到 出廠(chǎng)要求；盧迪芬等人研究得出， 摻入一種免蒸壓摻合料， 其主要成份是粉煤灰、礦渣和極少量的激發(fā)劑，其摻量為 30%35%，水膠比 0.260.30時(shí)，蒸養(yǎng) 14h，抗壓強(qiáng)度達(dá)到 86.5MPa，劈裂抗拉強(qiáng)度達(dá)到 4.4MPa，達(dá)到管樁出廠(chǎng)要求；通過(guò)兩人對(duì)摻合料的研究發(fā)現(xiàn)，高爐礦渣粉可以作為一種活性礦物摻合料使用， 價(jià)格便宜，且效果顯著，綜合試驗(yàn)

7、研究其用量占總膠材的 砂率的變動(dòng)會(huì)使骨料的空隙率和骨料的表面積顯著改變， 因而對(duì)混凝土拌合物的和易性產(chǎn)生顯著影響。 砂率過(guò)大，骨料的總表面積及空隙率都會(huì)增大， 在水泥漿含量不變的情況下， 水泥漿相對(duì)減少， 減弱了水泥漿的潤(rùn)滑作用， 使混凝土拌合物的流動(dòng)性減少。如砂率過(guò)小，又不能保證在粗骨料之間有足夠的砂漿層， 也會(huì)降低混凝土拌合物的流動(dòng)性， 而且會(huì)嚴(yán)重影響其粘聚性和保水性， 容易造成離析、流漿等現(xiàn)象。因此，砂率要有一個(gè)合理值，取這個(gè)值時(shí)，在用水量及水泥用量一定的情況下， 能使混凝土拌合物獲得最大的流動(dòng)性， 且保持良好的粘聚性和保水性，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，砂率一般在 34%-36%6 ； 通過(guò)前期大量

8、的試驗(yàn)摸索與研究， 我們對(duì)微珠本身的特性有了相當(dāng)深刻的認(rèn)識(shí)，大量的試驗(yàn)與工廠(chǎng)實(shí)例證明了微珠在免蒸壓管樁中應(yīng)用的可行性， 同時(shí)積累、總結(jié)了大量微珠在免蒸壓管樁中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。 首先，利用微珠降粘、 減水的特性與高效減水劑配合使用，解決了低水膠比條件下混凝土粘度大、硬度高的難題， 降低工人的操作施工難度， 滿(mǎn)足在較低水膠比下的正常生產(chǎn)； 其次，微珠作為一種微米級(jí)高活性材料，其在管樁生產(chǎn)過(guò)程中的“攪拌物料”與“布料”階段的反應(yīng)相對(duì)較低，筆者稱(chēng)之為微珠活性的“緩釋階段” ，其活性在管樁蒸養(yǎng)階段才得到充分釋放， 因此微珠活性的 “緩釋” 避免了混凝土塌落度損失過(guò)快造成的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)又不影響混凝土后續(xù)強(qiáng)度

9、的增長(zhǎng)與提高；微珠有很好的“微填充”效應(yīng)，增加混凝土密實(shí)度、減少有害毛細(xì)孔，降低管樁樁身脆性，提高管樁的耐打性和耐久性能。 根據(jù)現(xiàn)有原材料及工藝設(shè)計(jì)了以下基準(zhǔn)配方見(jiàn)表1： 表 1 免蒸壓管樁基準(zhǔn)配方 膠凝材料 水膠比 砂率 減水劑 420 440kg/m3 0.20%0.22% 水泥 礦粉 微珠 74% 18% 0.25 0.27 34%36% （固含量摻量） 8% 1.3 最佳蒸養(yǎng)條件 免蒸壓管樁蒸養(yǎng)階段與普通管樁蒸養(yǎng)階段類(lèi)似，分為靜停、升溫、恒溫、降 溫四個(gè)階段，這里著重對(duì)升溫時(shí)間、恒溫時(shí)間、恒溫溫度進(jìn)行考察，分析其對(duì)混 凝土強(qiáng)度的影響， 結(jié)合生產(chǎn)工藝中實(shí)際情況， 以確定一個(gè)最佳蒸養(yǎng)條件。

10、 通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，最佳的蒸養(yǎng)制度需滿(mǎn)足： 1.合理的靜停時(shí)間。其對(duì)管樁強(qiáng)度的發(fā)展有促進(jìn)作用，靜停不夠，在混凝土 未初凝條件下蒸養(yǎng)， 溫度使混凝土產(chǎn)生塑性膨脹， 破壞混凝土原先密實(shí)結(jié)構(gòu)， 造成強(qiáng)度破壞，靜停時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，降低生產(chǎn)效率，實(shí)驗(yàn)室靜停在 3h，生產(chǎn)車(chē)間 1h；2.合理的升溫時(shí)間。升溫過(guò)快對(duì)混凝土強(qiáng)度發(fā)展最不利，升溫過(guò)快可能造成 最終強(qiáng)度不高和強(qiáng)度倒縮等不利影響，因此升溫時(shí)間為1.5h-2h； 3.合理的恒溫時(shí)間。其對(duì)管樁強(qiáng)度的影響是時(shí)間越長(zhǎng)強(qiáng)度越高，考慮到生產(chǎn) 能耗與生產(chǎn)效率，恒溫時(shí)間大致在3.5h-4h； 4.合理的恒溫溫度。 其越高，對(duì)混凝土強(qiáng)度發(fā)展越有利， 恒溫溫度 85 -90 較好

11、。 因此，最佳蒸養(yǎng)制度如表2所示： 表 2 免蒸壓管樁最佳蒸養(yǎng)制度 靜停 實(shí)驗(yàn)室 -3h 升溫時(shí)間 1.5h-2h 恒溫時(shí)間 3.5h-4h 恒溫溫度 85-90 生產(chǎn)車(chē)間 -1h 根據(jù)初期理論與實(shí)際的結(jié)合， 免蒸壓混凝土的試驗(yàn)工作分別在試驗(yàn)室與生產(chǎn) 車(chē)間進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)室主要對(duì)基準(zhǔn)配比進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，控制成本，車(chē)間驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室優(yōu) 化方案試樁，免蒸壓混凝土塌落度保持在58cm，和易性、操作性能良好，現(xiàn)場(chǎng) 工人接受度高。 2 性能試驗(yàn) 2.1 力學(xué)性能 對(duì)兩次免蒸壓管樁中試生產(chǎn)抽查的強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如表3所示： 表 3 免蒸壓管樁各齡期強(qiáng)度測(cè)試 編號(hào) 1d 3d 7d 28d MZY1-1 80.7 86.1

12、 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 從試樁結(jié)果可以看出，免蒸壓樁混凝土 1d強(qiáng)度已滿(mǎn)足 C80等級(jí)要求，且后期 強(qiáng)度呈持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展趨勢(shì)。 2.2 抗氯離

13、子滲透 對(duì)免蒸壓管樁與普通蒸壓管樁分別測(cè)試混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)， 免蒸壓管樁氯離子擴(kuò)散系數(shù)： 0.1773 10-12m2/s，普通蒸壓樁氯離子擴(kuò)散系數(shù)： 0.2361 10-12m2/s，因此，免蒸壓管樁相比普通蒸壓管樁具有更好的抗氯離子滲透的能 力。 2.3 抗硫酸鹽腐蝕試驗(yàn) 將免蒸壓管樁與普通蒸壓管樁試樣分別浸泡于兩種溶液中： 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(溫度 802 )，冷卻 2h，再放入浸泡液中為一次循環(huán)， 總共 50次循環(huán)后，觀(guān)察試塊變化， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 兩者從外觀(guān)及質(zhì)量上都較以

14、前沒(méi)有發(fā)生明顯變化， 說(shuō)明免蒸壓管樁有很好的抗硫酸鹽腐蝕能力。 3 工程應(yīng)用 3.1 靜壓沉樁 某知名管樁企業(yè)在揚(yáng)州某房地產(chǎn)樁基現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了免蒸壓樁的實(shí)際應(yīng)用。 現(xiàn)場(chǎng)采用靜壓方式進(jìn)行壓樁，抱壓 600噸，樁長(zhǎng) 19m，送樁 7m。配備 12套4009509 B樁，每套樁長(zhǎng)為 19m，共計(jì) 228m。整個(gè)壓樁過(guò)程與普通樁操作無(wú)異，且試驗(yàn)樁 沒(méi)出現(xiàn)任何質(zhì)量問(wèn)題。 3.2 錘擊沉樁 深圳某管樁企業(yè)對(duì)微珠免蒸壓管樁進(jìn)行打樁施工，壓樁深度24m，豎向承載 力 3500kN(老管樁 2700kN) ，錘擊 D50，樁錘升高 3m往下打，共打試驗(yàn)管樁 50m。 結(jié)果顯示新管樁施打效果很好，其較原老式管樁錘擊性

15、能好，豎向承載力高。 某著名管樁企業(yè)生產(chǎn)的微珠免蒸壓樁在揚(yáng)州某企業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)房工程中進(jìn)行使 用，現(xiàn)場(chǎng)采用錘擊沉樁的施工方法，配備 20套 50012514 AB，每套樁長(zhǎng) 28m，共計(jì) 560m。錘擊過(guò)程采用 D60錘型，錘擊數(shù) 1250次，免蒸壓樁全部順利打入，貫入度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，樁身全部完好。 天津永生鑫和管樁有限公司利用微珠生產(chǎn)的免蒸壓管樁競(jìng)標(biāo) 2013年山東某電廠(chǎng)項(xiàng)目，項(xiàng)目施工地表?xiàng)l件惡劣， 巖層較深，因微珠免蒸壓管樁優(yōu)異的性能克服了施工過(guò)程中的不利影響， 充分展現(xiàn)了免蒸壓管樁的耐捶打性能， 滿(mǎn)足了甲方的質(zhì)量要求，最終競(jìng)標(biāo)成功。 4 總結(jié) （1）通過(guò)摻入超細(xì)粉體同成微珠與高效減水劑， 同時(shí)

16、結(jié)合混凝土優(yōu)化設(shè)計(jì)，改善蒸養(yǎng)制度與離心工藝，蒸養(yǎng) 85， 5 6h，得到了出池強(qiáng)度在 80MPa以上的高性能混凝土管樁。 （2）經(jīng)檢測(cè)，免蒸壓樁的力學(xué)性能及混凝土耐久性能優(yōu)于同級(jí)別常規(guī)預(yù)制樁，且均符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際工程應(yīng)用過(guò)程中，表現(xiàn)出低脆性、高耐打性的優(yōu)越性能，用戶(hù)反映良好。 （3）企業(yè)使用免蒸壓 技術(shù)生產(chǎn)高強(qiáng)混凝土預(yù)制樁， 不僅應(yīng)用性能好， 而且該技術(shù)可以節(jié)約蒸汽一半以上， 減少大量原煤使用， 降低了生產(chǎn)成本， 減少污染氣體的排放，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。 最后，天津范圍內(nèi)包括永生管樁等幾家企業(yè)已陸續(xù)開(kāi)展了免蒸壓管樁的試 制，微珠獨(dú)特的性能也實(shí)現(xiàn)了免蒸壓管樁的低成本工業(yè)生產(chǎn)，對(duì)管樁行業(yè)的發(fā)展 起到積極的作用。 參考文獻(xiàn) 1 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 2 王漢立；高效減水劑與管樁混凝土配合比設(shè)計(jì) J. 湖北第二師范學(xué)