研發(fā)中心免蒸壓文章

1、免蒸壓無余漿混凝土預制樁關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用來源：建華管樁集團技術(shù)中心 茍德勝 李斌斌中國混凝土與水泥制品網(wǎng)2012/11/13建華管樁集團技術(shù)中心茍德勝前言預應(yīng)力混凝土預制樁由于其技術(shù)先進、生產(chǎn)工業(yè)化程度高、質(zhì)量穩(wěn)定、施工周期短和資源消耗少等技術(shù)、經(jīng)濟優(yōu)勢，在國內(nèi)外得到較快發(fā)展，已成為基礎(chǔ)工程的重要樁基材料。目前預制樁企業(yè)主要生產(chǎn)工藝流程：配料攪拌布料合模預應(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。其中“倒余漿”的過程，不僅影響了生產(chǎn)效率，同時產(chǎn)生了大量不易處理的廢棄漿體?！案邏赫麴B(yǎng)”的過程需要用到特種設(shè)備“蒸壓釜”，不僅成本投資大，而且因其屬于壓力容器，必然存在一定的安全隱患。同時，

2、此養(yǎng)護過程時間長、需蒸汽量大，影響了效率，浪費了能源。本文所述的一種免蒸壓無余漿技術(shù)生產(chǎn)PHC預制樁的技術(shù)，將有效的省去“倒余漿”、“高壓蒸養(yǎng)”這兩個工藝環(huán)節(jié)，從而節(jié)省資源、保護環(huán)境，同時能獲得更好的經(jīng)濟效益。因此，此項技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。1  技術(shù)路線混凝土預制樁的混凝土強度要求大于C80，屬于高強混凝土?，F(xiàn)有技術(shù)一般通過添加磨細砂，在1.0MPa，150以上的條件下激發(fā)其活性，與水泥水化形成的Ca(OH)2發(fā)生化學反應(yīng)，生成強度很高的托勃莫來石。而直接采用常壓蒸汽養(yǎng)護的方式使管樁達到C80等級的要求，那么膠凝材料的水化過程必須在100以下的條件和較短的時間內(nèi)

3、要盡量快速、完全的反應(yīng)。同時膠凝材料應(yīng)該擁有較好的粘聚性與保水性，且在較低水膠比的情況下，才能夠保證管樁在離心后“無余漿”。目前免蒸壓高強混凝土的技術(shù)雖還沒有大規(guī)模的在社會上進行推廣應(yīng)用，但是相關(guān)性的試驗研究已經(jīng)有很多專家學者們在進行。從結(jié)論上看，要達到高強的免蒸壓混凝土可以通過各種不同的途徑。比如：（1）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。在一定配合比，水膠比0.260.30，摻量為30%35%時，蒸養(yǎng)14h，抗壓強度達到86.5MPa，劈裂抗拉強度達到4.4MPa，達到管樁出廠要求1 。（2）通過一定的配合比：水膠比為0.250.30，S95 粒化高爐礦渣粉摻量

4、為10%40%，膠凝材料用量為470550kg/m3。再配合一定的養(yǎng)護工藝，3d后可達到出廠要求2 。（3）摻入一種自制特種摻合料由礦渣微粉、硫酸鹽、活性二氧化硅、氧化鈣和粉煤灰組成，且其占混凝土總重的20%40%。通過一定的配合比、高效減水劑及在8085的條件下蒸汽養(yǎng)護6小時，然后自然養(yǎng)護37天即可達到出廠要求3 。從以上論文及專利觀點不難看出，要達到高強免蒸壓混凝土的技術(shù)途徑包括：（1）需要有較高的膠凝材料比例； (2）需要具有一定激發(fā)作用的活性摻合料； (3)需要高性能減水劑；（4）需要有0.3以下的低水膠比；（5）需要有一定的蒸養(yǎng)工藝及自然養(yǎng)護時間。綜合以上結(jié)論，筆者根據(jù)企業(yè)實際情況出

5、發(fā)，制定了可以使管樁免蒸壓且離心后無余漿的技術(shù)路線，即：（1）研制一種高活性增效劑GM-01；（2）設(shè)定符合實際情況的混凝土配合比；（3）設(shè)計符合免蒸壓混凝土的最佳蒸汽養(yǎng)護工藝。2  試驗過程2.1原材料（1）水泥: 江蘇小野田生產(chǎn)的PII52.5級硅酸鹽水泥，其性能指標見表1。（2）礦粉：江蘇伊蘭特S95級礦渣微粉，其基本性能見表2。（3）摻合料：自制高活性增效劑GM-014 。（4）減水劑：高效萘系減水劑，含固量20%。（5）細骨料：江西贛江砂，細度模數(shù)2.83.0，含泥量1.0%。（6）粗骨料：碎石，粒徑為525mm連續(xù)級配，壓碎值不大于10%，針片狀不大于10%。（7）拌合用

6、水：自來水。2.2 配制高活性增效劑GM-01為了使混凝土能達到C80等級且能夠應(yīng)用于實際生產(chǎn)的要求，筆者認為高活性增效劑GM-01應(yīng)具有下列特性：1.激發(fā)膠凝材料活性的功能；2.能夠促進早期強度的發(fā)展；3.保證混凝土擁有較好的和易性；4.增效劑本身具有較強的減水功能。根據(jù)查閱相關(guān)資料及研究經(jīng)驗，選取相應(yīng)“激發(fā)劑”以使礦物摻合料在較短時間內(nèi)能激發(fā)其潛在活性，加速其反應(yīng)。同時摻入了新型“納米級”高活性硅質(zhì)材料，在C-S-H體系中迅速參加反應(yīng)，以提高混凝土的早期強度，并在混凝土反應(yīng)較快的情況下，改善其和易性，控制較低水膠比?？紤]到高活性增效劑GM-01會使膠凝材料反應(yīng)加速，導致混凝土塌落度損失較快

7、，最終可能會影響混凝土的實際操作性能，我們在以上材料的基礎(chǔ)之上，又復配并摻入具有一定“緩凝效果”的材料，以起到使混凝土緩凝的效果，同時也具有了一定的增強改性作用，為混凝土提供了較好的工作性能。在荷載作用下，混凝土內(nèi)部最薄弱的部位在骨料與水泥的膠結(jié)面上，這個界面也被稱為水泥漿與骨料的過渡區(qū)。相關(guān)研究論文指出：在同一混凝土的截面上Ca(OH)2的結(jié)晶程度與所在的環(huán)境的空間有關(guān)，結(jié)晶比較完整的Ca(OH)2一般在過渡區(qū)和混凝土中的氣孔中5 。高活性增效劑GM-01中的“納米級”SiO2在早期就可與混凝土中的Ca(OH)2發(fā)生快速完全的反應(yīng)，使得Ca(OH)2數(shù)量明顯降低（一定摻量下，理論上可以完全消

8、除Ca(OH)2）。Ca(OH)2轉(zhuǎn)化為內(nèi)表面積大、膠結(jié)力強的C-S-H凝膠，使得膠體的強度提高，混凝土中過渡區(qū)的富集的Ca(OH)2降低，改善了過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)。同時混凝土氣孔中的Ca(OH)2也得到轉(zhuǎn)變，增強了混凝土的密實度。如此，混凝土的早期強度可以得到明顯提高。同時為了保證預制樁離心后“無余漿”，免蒸壓混凝土應(yīng)擁有良好的粘聚性與保水性。由于高活性增效劑GM-01含有大量“納米級”SiO2，其平均粒徑遠遠小于水泥粒子的平均粒徑且具有極高的活性，它們能填充于水泥粒子之間的空隙中，提高混凝土的粘聚性和保水性。當“納米級” SiO2達到一定數(shù)量時，其比水泥更容易形成絮凝結(jié)構(gòu)，包裹一定水分，使得水泥

9、漿變的粘稠。由于“納米級”SiO2屬于非晶態(tài)玻璃體結(jié)構(gòu)，雖在某種程度上增加了水泥凈漿的稠度，但由于其自身晶體結(jié)構(gòu)所帶來的“滾珠”效應(yīng)，使得混凝土整體和易性能得到改善。對于管樁的生產(chǎn)具有很大的可操作性。免蒸壓混凝土因具有以上特性，經(jīng)離心工藝成型方后出現(xiàn)“無余漿”或“極少量余漿”。試驗初期筆者設(shè)定了混凝土基準配合比及蒸養(yǎng)工藝進行試驗，確定了摻合料各成份的基本范圍。然后采用正交試驗法，對結(jié)果進行了極差與方差分析，確定了增效劑的最佳配比。2.3 免蒸壓無余漿混凝土配合比的確定考慮到在混凝土中加入礦物摻合料，可以降低水化熱，改善工作性，增強后期強度，并可改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高抗腐蝕能力。是高性能（不

10、僅高強）混凝土不可缺少的組分。筆者認為在免蒸壓混凝土中同樣也需要摻入活性礦物摻合料，如粒化高爐礦渣粉、火山灰質(zhì)材料、粉煤灰、硅灰等。根據(jù)現(xiàn)有原材及工藝設(shè)計了基準配方見表3。2.4 最佳蒸汽養(yǎng)護條件的確定在預制樁生產(chǎn)過程中，蒸汽養(yǎng)護階段一般分為靜停階段升溫階段恒溫階段降溫階段。見表4。通過對比試驗，可以看出：1.升溫時間過短，不利于強度的發(fā)展；2.恒溫時間越長，越利于強度的發(fā)展；3.恒溫溫度越高，越利于強度的發(fā)展。由以上結(jié)論，結(jié)合生產(chǎn)工藝流程及生產(chǎn)效率，最終確定M5為免蒸壓蒸汽養(yǎng)護制度。2.5 試驗結(jié)果根據(jù)初期理論與實際的結(jié)合，免蒸壓混凝土的試驗工作分別在試驗室與生產(chǎn)車間進行。（1）試驗室主要進

11、行GM-01及混凝土配方的優(yōu)化工作，優(yōu)化混凝土試配強度見表5。（2）在生產(chǎn)車間進行中試試驗采用試驗室中的優(yōu)化方案在車間進行試樁，整個試樁過程中，免蒸壓混凝土平均塌落度35cm，和易性能良好，擁有相當強的可操作性。試樁混凝土強度見表6：從試樁結(jié)果可以看出，免蒸壓樁混凝土水膠比普遍較低，1d強度已滿足C80等級要求，且后期強度呈持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展趨勢。（3）試樁內(nèi)壁成型由于試樁過程中，水灰比控制穩(wěn)定，試樁離心后“無余漿”，內(nèi)壁成型良好。見圖1。3  性能試驗3.1免蒸壓樁力學性能試驗隨機抽取Ø400×95×12m AB，Ø400×95×

12、;09m B兩根試樁，進行抗彎試驗，見圖2。3.2 免蒸壓混凝土耐久性能試驗根據(jù)標準GB/T 50082-2009對免蒸壓混凝土進行抗凍試驗，抗氯離子滲透試驗，抗硫酸鹽侵蝕試驗。實驗結(jié)果見表7。4  工程應(yīng)用4.1 靜壓沉樁2010年9月，在揚州某房地產(chǎn)樁基現(xiàn)場進行了免蒸壓樁的實際應(yīng)用。現(xiàn)場采用靜壓方式進行壓樁，抱壓600噸，樁長19m，送樁7m。配備12套400×95×09 B樁，每套樁長為19m，共計228m。整個壓樁過程與普通樁操作無異，且試驗樁沒出現(xiàn)任何質(zhì)量問題。現(xiàn)場施工情況見圖3。4.2 錘擊沉樁2011年2月，在揚州某企業(yè)生產(chǎn)廠房工程中使用了免蒸壓樁，

13、現(xiàn)場采用錘擊沉樁的施工方法，配備20套500×125×14 AB，每套樁長28m，共計560m。錘擊過程采用D60錘型，錘擊數(shù)1253，免蒸壓樁全部順利打入，貫入度滿足設(shè)計要求，樁身全部完好。5  總結(jié)（1）通過采用有機與無機材料復合的技術(shù)，在混凝土中摻入10%20%自主研發(fā)的GM-01增效劑，結(jié)合免蒸壓混凝土配合比、優(yōu)化設(shè)計的常壓蒸汽養(yǎng)護及離心工藝，可以生產(chǎn)出1d強度83.5MPa，離心后無余漿的C80等級混凝土預制樁。（2）經(jīng)檢測，免蒸壓樁的力學性能及混凝土耐久性能優(yōu)于同級別常規(guī)預制樁，且均符合國家相關(guān)標準。在實際工程應(yīng)用過程中，表現(xiàn)出低脆性、高耐打性的優(yōu)越性能，用戶反映良好。（3）企業(yè)使用免蒸壓無余漿技術(shù)生產(chǎn)高強混凝土預制樁，可以節(jié)約蒸汽60%以上，減少大量原煤使用，降低污染氣體的排放。同時降低了生產(chǎn)成本，讓利于客戶和社會。據(jù)不完全預算，此技術(shù)的應(yīng)用使企業(yè)一年將新增利潤1500萬左右。具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。參考文獻1 盧迪芬，胡海鷗，王秀龍，徐志芳.免蒸壓高性能混凝土管樁摻合料的試驗研究J.混凝土，2007，（