免蒸壓phc管樁工藝技術(shù)的研究

免蒸壓phc管樁工藝技術(shù)的研究

目前，國(guó)內(nèi)phc管樁制造商通常使用兩種蒸汽保護(hù)（蒸汽保護(hù)和高壓蒸汽保護(hù)，簡(jiǎn)稱蒸汽保護(hù)）將phc管樁生產(chǎn)，這樣phc管樁就可以在短時(shí)間內(nèi)獲得工作強(qiáng)度[1.3]。常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)是在溫度低于100℃條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù),包括靜停、升溫、恒溫、降溫過(guò)程;而蒸壓養(yǎng)護(hù)需在蒸汽壓力0.95~1.0MPa和溫度170~180℃的條件下,養(yǎng)護(hù)10~20h。蒸壓養(yǎng)護(hù)是耗能與耗時(shí)最多的工序,一般來(lái)說(shuō),以燃油鍋爐為例,每蒸壓養(yǎng)護(hù)1m3混凝土約耗油25kg,且耗用時(shí)間較多。此外,蒸壓養(yǎng)護(hù)需要高壓釜,生產(chǎn)投入比較高;PHC管樁出釜時(shí)溫度很高,若不經(jīng)過(guò)有效的降溫處理,則溫差足以使樁身混凝土產(chǎn)生裂縫,給PHC管樁的耐久性帶來(lái)不利影響。PHC管樁因其具有優(yōu)異的力學(xué)性能、制樁周期短、價(jià)格低而在工業(yè)民用建筑、市政工程、港口碼頭以及跨海大橋等大型工程中得到廣泛的應(yīng)用。隨著水運(yùn)工程建設(shè)的高速發(fā)展,PHC管樁的需求量逐年增加,同時(shí)國(guó)家、業(yè)主以及設(shè)計(jì)單位也對(duì)PHC管樁的節(jié)能環(huán)保、性能、質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求。本文通過(guò)混凝土配合比和養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究并充分利用環(huán)境溫度對(duì)PHC管樁蒸養(yǎng)后所產(chǎn)生的作用,開(kāi)展免蒸壓PHC管樁性能研究,開(kāi)發(fā)出一次蒸汽養(yǎng)護(hù)PHC管樁工藝技術(shù),并選擇具體工程開(kāi)展應(yīng)用性試驗(yàn)。開(kāi)發(fā)一次蒸汽養(yǎng)護(hù)PHC管樁免蒸壓工藝可簡(jiǎn)化施工環(huán)節(jié)、節(jié)約成本、對(duì)PHC管樁產(chǎn)品節(jié)能減排和保護(hù)環(huán)境具有重要意義。1試驗(yàn)與研究1.1物理力學(xué)性能(1)水泥:安徽產(chǎn)52.5Ⅱ型硅酸鹽水泥,其物理力學(xué)性能指標(biāo)如表1所示。(2)摻合料:S95?；郀t礦渣粉,其物理力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表2。(3)細(xì)骨料:細(xì)度模數(shù)為2.6的中砂,含泥量0.6%,泥塊含量0.2%。(4)粗骨料:5~25mm連續(xù)級(jí)配的碎石(由5~10mm和10~25mm兩級(jí)配配制而成,5~10mm和10~25mm的比例為1:4),含泥量為0.4%,泥塊含量為0.1%。(5)減水劑:上海產(chǎn)HP400高效減水劑(6)拌合水:普通自來(lái)水。1.2s95?；郀t礦渣粉、砂料、減水劑用量采用活性較高的粒化高爐礦渣粉作為礦物摻合料,本研究選用S95?；郀t礦渣粉,水膠比為0.25~0.30,S95?；郀t礦渣粉摻量為10%~40%,膠凝材料用量為470~550kg/m3,用水量為125~145kg/m3,砂用量為640~730kg/m3,粗骨料用量為1100~1200kg/m3,減水劑用量為4.0~5.5kg/m3。1.3混凝土力學(xué)性能和養(yǎng)護(hù)制度(1)力學(xué)性能試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)按JTJ270-98《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。(2)耐久性試驗(yàn)電通量試驗(yàn)按ASTMC1202《混凝土抗氯離子滲透性標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》進(jìn)行;氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)按NTBUILD443《硬化混凝土:快速氯離子侵蝕試驗(yàn)方法》進(jìn)行。(3)養(yǎng)護(hù)制度按設(shè)計(jì)的養(yǎng)護(hù)制度采用蒸汽養(yǎng)護(hù),控制升降溫速率和恒溫時(shí)間,混凝土蒸養(yǎng)后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),到規(guī)定齡期進(jìn)行混凝土力學(xué)性能和耐久性試驗(yàn)。(4)掃描電子顯微鏡采用日本產(chǎn)JSM-5600LV低真空掃描電子顯微鏡觀察混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)形貌,掃描電子顯微鏡分辨率為3.5nm,儀器的加速電壓為20kV。2試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1混凝土彈性模量所開(kāi)發(fā)的免蒸壓PHC管樁和蒸壓PHC管樁混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下的抗壓強(qiáng)度如表3、圖1所示。從表3和圖1可以看出,經(jīng)過(guò)免蒸壓的PHC管樁混凝土3d抗壓強(qiáng)度已大于80MPa,28d抗壓強(qiáng)度大于90MPa,表明在一定溫度作用下,免蒸壓PHC管樁混凝土在較短的時(shí)間能滿足有關(guān)規(guī)范要求;在90d齡期,免蒸壓養(yǎng)護(hù)、蒸壓養(yǎng)護(hù)混凝土抗壓強(qiáng)度增幅分別為27.0%、8.3%,蒸壓混凝土抗壓強(qiáng)度增幅較小。由此可見(jiàn),免蒸壓PHC管樁混凝土后期強(qiáng)度持續(xù)增加。(2)彈性模量免蒸壓和蒸壓PHC管樁混凝土同條件蒸養(yǎng)后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下的彈性模量如表4所示。表4的3d和90d的彈性模量測(cè)試結(jié)果表明,免蒸壓PHC管樁混凝土的彈性模量高于蒸壓PHC管樁。(3)脆性混凝土抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度之比(簡(jiǎn)稱拉壓比)常作為宏觀上衡量混凝土脆性的一項(xiàng)最簡(jiǎn)便、適用的指標(biāo),拉壓比值降低就意味著混凝土的脆性增加[5~6]。免蒸壓和蒸壓樁節(jié)切割混凝土90d抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、拉壓比以及彈強(qiáng)比的測(cè)試結(jié)果如表5所示。從表5可以看出,與免蒸壓混凝土相比較,蒸壓混凝土的拉壓比和折壓比較小,表明蒸壓混凝土的脆性稍大。(4)抗氯鹽侵蝕性能在南京分公司預(yù)制廠分別制作免蒸壓和蒸壓PHC管樁,切割符合規(guī)范要求的試件進(jìn)行電通量和氯離子擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn),測(cè)試結(jié)果如表6所示。從表6可以看出,PHC管樁28d的電通量為719C,56d的電通量為585C,均小于1000C,且小于蒸壓PHC管樁混凝土,免蒸壓PHC管樁混凝土具有較高的耐久性。此外,表6的氯離子擴(kuò)散系數(shù)還表明,免蒸壓PHC管樁混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)較低,小于蒸壓PHC管樁混凝土,具有較高抗氯鹽侵蝕能力。(5)抗凍性切割免蒸壓和蒸壓PHC管樁試件,按照規(guī)范進(jìn)行了PHC管樁抗凍性試驗(yàn),經(jīng)歷400次凍融循環(huán),免蒸壓混凝土相對(duì)動(dòng)彈性模量為99%,重量損失率為0,經(jīng)歷1000次凍融循環(huán),其相對(duì)動(dòng)彈性模量仍為97%,重量損失率仍為0;蒸壓混凝土經(jīng)歷400次凍融循環(huán)相對(duì)動(dòng)彈性模量為92%,重量損失率為0.21%,經(jīng)歷1000次凍融循環(huán),其相對(duì)動(dòng)彈性模量為90%,重量損失率為1.20%。圖2和圖3分別為免蒸壓和蒸壓PHC管樁混凝土1000次凍融循環(huán)后的外觀,圖2和圖3清楚表明,蒸壓混凝土已發(fā)生剝落,而免蒸壓混凝土外觀良好。因此,免蒸壓混凝土和蒸壓混凝土均具有比較高的抗凍性,但免蒸壓混凝土的抗凍性相對(duì)較好。2.2高溫養(yǎng)護(hù)對(duì)免蒸壓混凝土結(jié)構(gòu)的影響分別對(duì)免蒸壓和蒸壓后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d混凝土取樣,進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀察,測(cè)試照片分別如圖4和圖5所示。從圖4顯微照片可以看出,免蒸壓混凝土骨料與水泥水化產(chǎn)物的界面較為緊密,但局部也存在微裂縫,這表明,高溫養(yǎng)護(hù)對(duì)免蒸壓混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生一定的影響。從圖5中的照片可以看出,蒸壓混凝土骨料表面附著一層水泥水化產(chǎn)物,但骨料與水化產(chǎn)物存在明顯的微裂縫,且結(jié)構(gòu)較為酥松,180℃高溫作用對(duì)蒸壓混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響。從兩種養(yǎng)護(hù)制度對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)比較可以發(fā)現(xiàn),蒸壓對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定破壞,導(dǎo)致混凝土的耐久性下降,蒸壓PHC管樁混凝土耐久性低于免蒸壓PHC管樁混凝土。3技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析與應(yīng)用前景3.1免蒸壓和蒸壓phc管樁的特點(diǎn)表7為免蒸壓PHC管樁與蒸壓PHC管樁主要技術(shù)指標(biāo)比較。從表7的比較可以看出,兩種PHC管樁的抗壓強(qiáng)度均能滿足規(guī)范要求;蒸壓PHC管樁彈性模量較低,其抗氯鹽侵蝕以及抗凍性等耐久性比免蒸壓PHC管樁要差。因此,當(dāng)采用免蒸壓方式生產(chǎn)PHC管樁時(shí),對(duì)提高PHC管樁混凝土的耐久性有利。根據(jù)免蒸壓和蒸壓PHC管樁性能指標(biāo),表8列出了免蒸壓和蒸壓PHC管樁的特點(diǎn)。從表8可以看出,當(dāng)采用免蒸壓方式生產(chǎn)PHC管樁時(shí),應(yīng)注意控制養(yǎng)護(hù)制度,保證混凝土獲得一定的脫模強(qiáng)度;當(dāng)采用蒸壓生產(chǎn)PHC管樁時(shí),應(yīng)嚴(yán)格控制蒸壓的養(yǎng)護(hù)制度,保證其耐久性。3.2增加phc管樁的成本采用免蒸壓工藝可以省略蒸壓環(huán)節(jié),蒸壓環(huán)節(jié)需高壓釜、人工并消耗大量的能源,會(huì)增加PHC管樁的成本。表9為每mPHC管樁蒸壓所需的成本,采用免蒸壓工藝,每mPHC管樁可節(jié)約成本15元。因此采用免蒸壓PHC管樁可以大量節(jié)約能源和成本,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)還可減少?gòu)U氣排放,有利于環(huán)保。3.3研究推廣phc管樁PHC管樁的免蒸壓技術(shù)可以節(jié)約PHC管樁生產(chǎn)過(guò)程中蒸壓養(yǎng)護(hù)的成本,符合“節(jié)能減排”的戰(zhàn)略要求,能夠給企業(yè)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。以三航局南京分公司預(yù)制廠年產(chǎn)PHC管樁混凝土7萬(wàn)m3來(lái)計(jì)算,年節(jié)約成本將達(dá)208.6萬(wàn)元。目前,PHC管樁在港口碼頭、橋梁以及工業(yè)民用建筑等工程中獲得廣泛應(yīng)用。通過(guò)本課題研究,系統(tǒng)地解決PHC管樁配合比設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工藝和相關(guān)技術(shù)問(wèn)題,使PHC管樁性能獲得改善并降低成本:(1)可使免蒸壓PHC管樁滿足規(guī)范的各項(xiàng)要求,PHC管樁混凝土的抗氯鹽侵蝕性能、抗凍性等耐久性較高,保證了PHC管樁的產(chǎn)品質(zhì)量,可應(yīng)用于海洋工程和北方等耐久性要求較高的環(huán)境;(2)PHC管樁混凝土脆性有所改善,保證使用性能和耐打性;(3)免蒸壓PHC管樁還可減少制樁的環(huán)節(jié)、降低成本和節(jié)約能源,從而有利于環(huán)保。因此,免蒸壓PHC管樁具有非常廣泛的應(yīng)用前景。4工程應(yīng)用4.1場(chǎng)址3#裝港區(qū)生產(chǎn)的免蒸壓PHC管樁在安徽省蕪湖新聯(lián)造船有限公司三山造船項(xiàng)目2#舾裝碼頭進(jìn)行了應(yīng)用。該工程位于蕪湖市三山區(qū)臨江工業(yè)園,場(chǎng)址上游為在建的華電電廠,下游為在建的蕪湖三山海螺港務(wù)有限公司。本次施工的是2#舾裝碼頭及兩座引橋,總投資3278萬(wàn)元,2009年5月28日開(kāi)工、2010年3月31日竣工。工程共6個(gè)分段,每分段8個(gè)排架,每排架下設(shè)5根直樁(PHCAB800型)和1對(duì)叉樁(PHCC800型),引橋2座(PHCAB800型)。樁型和數(shù)量如表10所示。4.2混凝土養(yǎng)護(hù)試驗(yàn)(1)抗壓強(qiáng)度混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果如表11所示。從表中可以看出,3d自然養(yǎng)護(hù)的PHC管樁混凝土抗壓強(qiáng)度均大于80MPa,平均值達(dá)到84.2MPa,達(dá)到出廠的要求。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)PHC管樁混凝土按統(tǒng)計(jì)方法評(píng)定,評(píng)定結(jié)果如表12所示,表中數(shù)據(jù)表明,28d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土平均抗壓強(qiáng)度達(dá)到90.7MPa,PHC管樁混凝土達(dá)到C80的要求。(2)耐久性成型了兩組電通量和一組氯離子擴(kuò)散系數(shù)試件,試件與免蒸壓PHC管樁同條件養(yǎng)護(hù)后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù),分別測(cè)試混凝土28d和56d的電通量和90d氯離子擴(kuò)散系數(shù),電通量和氯離子擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)試結(jié)果如表13所示。表13中測(cè)試數(shù)據(jù)表明,免蒸壓PHC管樁混凝土28d和56d的電通量均小于1000C,90d的氯離子擴(kuò)散系數(shù)小于1.5×10-12m2/s,具有較高抗氯鹽侵蝕能力。4.3蒸壓phc管樁沉樁由中交二航局施工,采用海盛1#打樁船,樁墊為30cm的紙墊,替打的長(zhǎng)度為1m。不同樁型的免蒸壓PHC管樁的沉樁數(shù)據(jù)和沉樁情況見(jiàn)表14及圖6和圖7所示。從表14的沉樁數(shù)據(jù)及圖6和圖7可以看出,除8-5-B號(hào)樁位外,所有直樁和斜樁全部順利打下,貫入度滿足設(shè)計(jì)要求,樁身完好。8-5-B號(hào)樁樁頭破裂,距離設(shè)計(jì)標(biāo)高1m,但其貫入度滿足設(shè)計(jì)要求,這可能與地質(zhì)條件和打樁等因素影響有關(guān)。5免蒸壓