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1、“科隆杯”混凝土外加剂征文协会第十二次会员代表大会论文集免压蒸管桩混凝土试验研究宋德强1 ，严志隆2 ，仲以林L 2 ，高仁辉1 2( 1 广东瑞安科技实业有限公司，广东佛山5 2 8 0 0 0 ；2 佛山市高性能混凝土外加剂工程技术研究开发中心，广东佛山5 2 8 0 0 0 )摘要；本文对聚羧酸系超塑化剂和萘系高效减水剂应用于免压蒸管桩混凝土进行了研究，对混凝土配合比进行了优化：同时研究了静停时间长短对不同配比免压蒸管桩混凝土蒸养强度的影响，考察了P 0 4 2 5 R 配制免压蒸管桩混凝土的可能性。试验结果表明胶凝材料总量为4 6 0 5 0 0k g r n 3 的管桩经普通蒸养脱膜
2、后经过3 至7 天的养护，强度可满足设计要求：$ 9 5 级磨细矿渣等量取代2 0 以下的水泥亦可满足要求。应用L S - J S聚羧酸系超塑化剂生产免压蒸P H C 管桩的技术、经济效益明显优于萘系高效减水剂。静停时间对蒸养效果影响非常显著，应根据不同混凝土的凝结硬化情况，确定最佳静停时间。生产免压蒸P H C 管桩则不宣采用普通硅酸盐水泥。关键字：免压蒸；管桩混凝土；聚羧酸系超塑化剂；静停时间1 月I J 吾上世纪8 0 年代末，我国从日本全套引进预应力高强混凝土管桩( 简称P H C 管桩) 生产线，并加以消化吸收，自主开发了国产化的预应力高强混凝土管桩。从9 0 年代中期开始，我国相关
3、专家学者提出了用磨细砂等量替代部分硅酸盐水泥的技术思路，管桩厂开始采用磨细砂作掺合料，采用蒸养+ 压蒸二次水热养护工艺：在7 5 士5 的饱和蒸汽中初级蒸养6 h ，达到脱模强度后，置于蒸压釜中，在1 8 0 1 2 蒸汽、I M P a 压强下进行6 h 的压蒸养护，出釜后达到设计强度。此工艺不但降低了管桩生产成本，而且大大缩短了P H C 管桩的制作时间，质量及其稳定性得到显著提高，是P H C 管桩生产的一次革命。但该工艺对技术要求高，在高温高压蒸气养护过程中，过快的升温和降温将造成管桩混凝土强度降低，管桩桩身开裂，给管桩的产品质量带来严重的隐患，管桩锤击施工的耐打性和管桩结构的长期耐久
4、性下降。随着建材行业P H C 管桩应用范围的扩大，以及对节能、节材、降耗及循环经济发展的要求不断提高，如沿海港口、船用构筑物、桥梁等工程发展，其基础工程对大管桩的需要量日益突出1 】【2 1 。但高压、高温、超长、超大等工艺要求限制了管桩的发展，同时对P H C 管桩及混凝土的耐久性提出更高的要求【3 】；采用免压蒸养护工艺技术，可减少高温高压蒸气养护工艺手段，不需要制作特大、特长的蒸压釜，节省投资，降低管桩生产中的蒸气养护能耗，同时也有利于管桩混凝土的耐久性的提高。随着混凝土外加剂技术不断发展，特别是聚羧酸系超塑化剂生产与应用技术的成熟；通过降低混凝土的水灰比，大幅度提高混凝土的强度，采用
5、免压蒸养护工艺生产P H C 管桩成1“科隆杯”混凝土外加剂征文协会第十二次会员代表大会论文集为可能。采用免压蒸养护工艺有以下优点：减少设备投资，减少或消除安全隐患，大大简化生产直径大于1 0 0 0 m m 、长度大于3 0 m 的P H C 管桩的工艺，管桩混凝土强度高、质量稳定，同时提高管桩混凝土的耐久性。本文对L S J S 聚羧酸系超塑化剂和L S I I 高强混凝土专用高效减水剂应用于免压蒸管桩混凝土的可行性，不同胶凝材料用量对免压蒸管桩混凝土性能的影响，静停时间的长短对不同体系胶凝材料的免压蒸管桩混凝土强度的影响进行了研究；L S J S 聚羧酸系超塑化剂在佛山管桩厂以及越南两家
6、管桩公司进行了生产试验。2 试验原材料与配合比2 1 试验原材料水泥采用珠江水泥有限公司生产的粤秀P 1 1 4 2 5 R 和华润水泥有限公司生产的华润P 1 1 4 2 5 R ；矿渣采用韶钢嘉羊新型材料有限公司生产$ 9 5 级，；砂采用细度模数为2 7 的中砂；碎石采用5 - 2 5 m m 连续级配的花岗岩碎石；水为自来水；外加剂采用本公司生产的L S J S聚羧酸系超塑化剂和L S I I 高强混凝土专用高效减水剂( 萘系) ，其匀质性和主要性能指标见表l 。表1L S - 4 S 与L S - I I 的匀质性和主要性能指标检测项外观固含量密度初凝时间C l - 含量碱含量含气量
7、减水率目g c m a差r a i nL S J S浅棕色2 01 0 6 0+ 5 2|0 4 61 33 3 2L S I I浅褐色3 01 1 6 0+ 2 40 0 25 61 22 6 42 2 试验配合比在脱模强度达到7 0 M P a ，7 d 强度达到8 5 M P a 的前提下，尽量优化混凝土配合比和养护制度，以及选择适宜的原材料，使之最为经济，更具竞争力。本文中研究的混凝土配合比列于表2 中。其中D 、E 是最初尝试免压蒸可能性时所用，后因强度保证率过高未再考虑。表2 管桩混凝土试验配合比k g m 3编号水泥磨细矿渣砂碎石水外加剂A4 6 007 0 01 2 2 01
8、1 56 0 ( L S J S )B4 8 006 8 01 2 2 01 1 86 0 ( L S - J S )C4 1 07 06 8 01 2 2 01 1 56 0 ( L S J S )D5 0 006 6 01 2 2 01 2 06 0 ( L S - J S )E5 0 0O6 5 01 2 0 01 3 01 2 0 ( L S - i i )3 试验结果及分析3 1 采用L S J S 配制免压蒸混凝土试验采用配合比A D 进行试验，其中前四组为粤秀P I I4 2 5 R 水泥，后四组为华润P I I4 2 5 R水泥，用量从4 6 0k m 3 增加至5 0 0k
9、g m 3 ，其中C 为磨细矿渣等量取代1 5 的水泥；L S J S2“科隆杯”混凝土外加剂征文协会第十二次会员代表大会论文集的用量不变，掺量从1 3 降至1 2 ；水灰比在0 2 4 “ q 2 2 5 之间。配制的混凝土和易性良好，易于成型。养护制度：试件在室温为2 9 。C 的环境中静停3 h 后，开始蒸汽养护，1 5 h 升至设定温度7 5 。C ，保温6 小时后降温，冷却后进行脱模强度测定。试验结果见表3 。表3 应用L S - J S 配制免压蒸管桩混凝土试验结果抗压强度M P a 配比编号坍落度m m 脱模3 d7 d2 8 dA2 56 4 67 7 98 7 19 0 8B
10、1 57 1 98 0 68 5 29 2 6C3 57 0 87 8 58 6 29 1 8D1 57 6 58 1 18 9 69 5 2A3 06 6 57 6 88 3 68 9 3B2 57 1 87 9 58 4 89 0 6C3 57 0 27 7 98 5 09 0 5D2 07 4 68 0 88 8 49 3 8注：试件尺寸为l O O m m 立方试块，强度换算系数取0 9 2 ，下同。由表3 中试验结果可知，当胶凝材料用量在4 6 0 , - - 5 0 0k g m 3 ，水胶比控制在0 2 4 以下时，管桩经普通蒸养脱膜后经过3 至7 天的养护，强度满足设计要求，均
11、达到8 5 M P a 以上：当胶凝材料用量大于4 8 0k g m 3 ，$ 9 5 级磨细矿渣等量取代1 0 , - - 2 0 的硅酸盐水泥，亦可满足设计要求。3 2 采用L S I I 配制免压蒸混凝土试验采用配合比E ，进行了L s I I 不同掺量试验。养护制度：试件在室温为2 9 。C 的环境中静停3 h 后，开始蒸汽养护，1 5 h 升至设定温度7 5 。C ，保温6 小时后降温，冷却后进行脱模强度测定。混凝土试验结果见表4 。表4 应用L S - I I 配制免压蒸管桩混凝土试验结果用水量坍落度抗压强度M P a掺量 k g m 3m m脱模3 d7 d2 8 d2 41 3
12、 43 57 9 28 2 O8 6 28 7 72 71 3 04 07 9 58 2 88 5 99 0 5由表4 可以看出，采用配合比E ，即使用5 0 0 k g m 3 的水泥时，采用L S n 高强混凝土专用高效减水剂也可以满足免压蒸管桩混凝土的要求：脱模强度很高，接近8 0 M P a ，7 d 大于8 5 M P a 。但L S I I 的掺量从2 4 增加至2 7 ，减水效果不明显，水灰比降低小于0 0 1 ，对管桩混凝土的强度影响也不明显。这可以看出，萘系高效减水剂达到定掺量后，减水率增加很小，其极限减水率较聚羧酸系超塑化剂低；较难从增加外加剂掺量，进一步降低用水量和水泥用
13、量的技术角度，配制免压蒸管桩混凝土。尤其当砂石等原材料较差时，混凝土单位用水量增加，达到相同水灰比，需要更高减水率的情况下，应用萘系高效减水剂生产免压蒸管桩存在极限减水率达不到要求的瓶颈。3 3 静停时间对免压蒸管桩混凝土的影响3“科隆杯”混凝- I - 夕t , 加剂征文协会第十二次会员代表大会论文集静停时间的长短对蒸汽养护效果具有决定性影响；当在接近初凝时间或强度达到0 5 M P a 左右后，开始蒸汽养护流程，不但有最佳的早期强度，而且能节约能源和一定的经济效益。本实验在室温2 8 。C 的环境下，对配合比B 和C 进行了不同静停时间后的蒸养试验。养护制度：试件在室温环境中静停至相应时间
14、后，开始蒸汽养护，1 5 h 升至设定温度7 5 。C ，保温6 小时后降温，冷却后进行脱模强度测定。试验结果见表5 。表5 不同静停时间免压蒸管桩混凝土强度结果编号静停时间2 5 h2 O h1 5 h1 O h0 5 h脱模M P a7 4 57 6 47 0 86 1 85 7 2 B 7 d M P a8 6 88 5 58 5 97 9 47 3 3脱模M P a7 5 36 8 76 5 75 6 95 7 7 C 7 d M P a8 7 68 5 78 2 17 6 27 4 5l1 52静停时间，h图1 静停时间对掺与不掺矿渣的免压蒸管桩混凝土7 d 抗压强度的影响由表5 和
15、图1 可知，静停时间对免压蒸管桩混凝土脱模和7 d 抗压强度的影响较大，当静停时间大于某一时间时( 由混凝土初凝时间的长短决定) ，其影响几乎降为零；其中配合比B 为大于1 5 h ，而配合比C 则需大于2 0 h ；也就是说当矿渣取代1 5 的水泥后，延长了混凝土的凝结时间，需适当延长免压蒸管桩混凝土的静停时间，以免蒸汽养护时，造成混凝土结构破坏，强度达不到要求。以上试验结果表明确定静停时间应考虑环境温度、外加剂的缓凝作用混凝土凝结时间、掺合料( 磨细矿渣) 掺量等因素的影响。3 4 普通硅酸盐水泥配制免压蒸管桩混凝土试验海南能源基本靠外省输入，生产管桩的蒸汽费用较高；加之常年气温较高，波动较小，较为适宜采用免压蒸工艺生产P H C 管桩。用海南某管桩公司生产用本地产P 0 4 2 5 R 与粤秀P 1 1 4 2 5 R 进行对比试验。试验配合比与试验结果列于表6 中。4二= 。：1麓博。| | 、| -一一趴。，船拍阱跎鼢弛佰“记曩d芒倒耀坦霸衷6 十【q 水说对比试验的醚台E O H 验结 水泥“，种i 水泥台篆“g 门，静停时M蒸养强度，M P am脱模7 d海南 2O5 25P 0 4 25 R海南 5 0 01 2 360 p 0 4 25 R蝉秀 8 56 P 1 1 4 25 R从灰6 中试赣数推刑看海南P 0 4 25 R IL S J S
