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1、70试验研究 Experimental ResearchCHINA CONCRETE 2013.10 NO.52前言随着工程建设技术的快速发展， 以及地基处理工程施工工艺和机械设备的不断更新， 高强混凝土预应力静压管桩在大中城市高层建筑工程的地基处理中， 以其在质量、成本等方面具有的优势， 已经得到广泛应用。 但管桩企业在生产过程中普遍采用两次蒸养工艺， 才能满足放张强度要求， 如此导致生产成本高， 资源利用低， 环境污染重。天然硬石膏粉作为一种新型的矿物掺和料， 在单掺矿物掺和料的高性能管桩混凝土中， 尤其是掺矿渣微粉的高强混凝土中， 适量掺入有利于提升管桩高性能混凝土的工作性能、 力学性能
2、和长期耐久性能的。 本文主要探讨硬石膏粉在管桩混凝土中的早期强度和后期耐久性， 通过调节混凝土配合比， 采取一次常压蒸养， 即可满足C80混凝土强度的生产要求。1 原材料与试验方法1.1 试验原材料 水泥： 上海金山P.O 52.5普通硅酸盐水泥；砂子： 普通河砂， 最大粒径小于5mm， 细度模数在2.5左右， 含泥量0.8%， II区中砂； 石子： 碎石， 5mm31.5mm连续级配， 含泥量0.2%， 表观密度2700kg/m3；矿物掺合料： 试验中采用的掺合料分别为硬石膏粉、矿渣粉、 粉煤灰。 硬石膏粉取自皖北煤电集团， 细度为200目， 比表面积400m2/kg以上， 过0.08mm筛
3、余小于0.1%，矿渣粉取自上海宝钢公司生产的S95纯矿渣粉， 比表面积419m2/kg， 粉煤灰采用级F类粉煤灰， 细度为0.045mm晒余10.2%， 取自上海宝钢电厂有限公司；减水剂： 上海宏韵建材聚羧酸高效减水剂， HY-400固含量40%， 减水率20%30%；蒸汽养护箱： 苏州市东华试验仪器有限公司生产的ZKY-400B 型蒸汽快速养护箱。1.2 试验方法与方案对细度为200目的硬石膏粉， 测试不同掺量（0%、5%、 10%）硬石膏粉分别对基准混凝土 （配合比见表1） 以及掺矿渣粉（0%、 10%、 20%、 30%、 40%、 50%）或粉煤灰的管桩高强混凝土的工作性能以及标养和蒸
4、养条件下强度性能的影响； 试验时， 保持胶凝材料总用量不变， 水灰比不变， 以及砂石用量不变， 蒸汽养护试件组1d脱模之硬石膏制备PHC免压蒸管桩混凝土及 后期耐久性评价王 浩1 蒋正武2 （ 1. 皖北煤电集团含山恒泰非金属材料分公司 安徽马鞍山 238171； 2. 同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室 上海 200092）摘 要：混凝土管桩在生产过程中由于早强的要求， 需要进行两次蒸养才能达到出厂强 度， 因此浪费了 大量的能源。 而提高其早期强度， 减少蒸养次数， 可以有效地降低管桩生产 成本， 节约能源。 通过改善硬石膏的活性并利用其生产混凝土管桩， 即可达到这一要求。 实验结果
5、表明， 在合适的混凝土配比中 ， 用5%的硬石膏粉和30%矿渣粉等量代替水泥， 常 压蒸汽养护6小时后， 1天强度达到了75MPa， 3天强度达到了85.4MPa， 可满足C80管桩混 凝土的强度要求， 实现硬石膏在管桩混凝土中的应用， 以及免高压蒸养制备工艺。关键词： 硬石膏； 矿渣； 高效减水剂； 蒸养； 管桩混凝土收稿日期：2013-08-2871Experimental Research试验研究总52期 2013.10 混凝土世界后放进标准养护室继续养护。 随后进行3d、 7d、 28d、 90d强度及后期耐久性测试。2 试验结果与讨论2.1 不同掺量硬石膏与粉煤灰混凝土标养强度试验，
6、见表2（a）2.2 不同掺量硬石膏与矿渣粉混凝土标养强度试验，见表2（b）测试不同掺量硬石膏粉（0%、 5%、 10%）分别对基准混凝土以及掺量为0%、 10%、 20%、 30%、 40%、 50%矿渣粉的管桩高强混凝土的工作性能及标养和蒸养条件下强度性能对比试验， 通过正交试验， 得出早期强度最好的一组矿物掺和料配合比， 如图2所示。2.3 不同掺量硬石膏分别掺入30%矿渣粉与粉煤灰对混凝土工作性及混凝土强度的影响由图1、 图2可知， 200目以上硬石膏粉有利于管桩高性能混凝土工作性的改善， 加入硬石膏粉， 对新拌混凝土浆体， 由于硫酸根离子的释放， 增大初始塌落度和流动表 2（a） 硬石
7、膏与粉煤灰标养条件下强度（标养）硬石膏（%）粉煤灰（%）抗压强度（MPa）1d3d7d28d01022.158.164.978.8532.058.563.975.21028.148.953.273.002018.052.960.879.1525.950.459.780.81022.944.446.463.603020.246.059.873.9518.541.446.776.31017.338.641.061.604018.638.852.969.5511.131.840.464.51010.527.133.058.105013.231.241.960.5510.427.535.863.010
8、9.424.228.957.8表 2（b） 硬石膏与矿渣粉标养条件下强度（标养）硬石膏（%）矿渣粉（%）抗压强度（MPa）1d3d7d28d01033.048.367.891.1522.451.367.384.61023.350.457.784.202028.643.971.084.4516.357.676.283.61020.051.363.376.703023.442.568.676.2514.354.875.389.31019.552.169.383.104019.437.566.189.4510.451.974.189.21015.048.668.581.105014.438.564.
9、682.657.946.969.676.21011.254.071.384.5表 1 C80混凝土基准配合比原材料胶凝材料水水灰比硬石膏矿渣粉砂碎石聚羧酸系减水剂掺量用量（kg）430124.70.290072611880.8%72试验研究 Experimental ResearchCHINA CONCRETE 2013.10 NO.52图 1 200目以上硬石膏粉有利于管桩高性能混凝土工作性的改善250200150100500流动度（mm）时间（min）0 30 60粉煤灰 矿渣粉（a）硬石膏掺量0%250200150100500流动度（mm）时间（min）0 30 60粉煤灰 矿渣粉（c）
10、硬石膏掺量10%250200150100500流动度（mm）时间（min）0 30 60粉煤灰 矿渣粉（b）硬石膏掺量5%250200150100500流动度（mm）硬石膏掺入量（%）0 2 4 6 8 10 12粉煤灰30% 矿渣30%（d）不同硬石膏掺量初始流动性时间（天）100806040200抗压强度（MPa）1 3 28粉煤灰 矿渣粉时间（天）120100806040200抗压强度（MPa）1 3 28粉煤灰 矿渣粉时间（天）120100806040200抗压强度（MPa）1 3 28粉煤灰 矿渣粉（a）硬石膏掺量0%（b）硬石膏掺量5%（c）硬石膏掺量10%图 2图 3 矿渣粉的管
11、桩高强混凝土的工作性能及标养和蒸养条件下强度性能对比试验90807060504030抗压强度（MPa）0 2 4 6 8 10硬石膏掺量（%）标养0%矿渣粉 标养30%矿渣粉 蒸养0%矿渣粉 蒸养30%矿渣粉（a）1d抗压强度100908070抗压强度（MPa）0 2 4 6 8 10硬石膏掺量（%）标养0%矿渣粉 标养30%矿渣粉 蒸养0%矿渣粉 蒸养30%矿渣粉（b）28d抗压强度73Experimental Research试验研究总52期 2013.10 混凝土世界性， 由于硫酸钙自身特性， 可以在一定程度上使得浆体塑化， 提高混凝土浆体的黏聚性， 使得混凝土在较大塌落度的情况下， 不
12、容易产生离析和泌水， 使得混凝土的整体和易性提高。 相比矿渣粉， 加入粉煤灰的混凝土， 增大初始流动度。 比较容易产生离析泌水， 而且与硬石膏相互激发， 后期强度发展没有矿渣粉好， 故以矿渣粉与硬石膏双掺， 进行免压蒸正交试验， 并对强度和后期耐久性进行测试。2.4 对管桩混凝土强度方面的影响测试不同掺量硬石膏粉（0%、 5%、 10%）分别对基准混凝土以及掺矿渣粉（0%、 10%、 20%、 30%、 40%、 50%）的管桩高强混凝土标养和蒸养条件下强度性能对比试验，通过正交试验， 得出早期强度最好的一组矿物掺合料配合图 4 不同矿物掺和料掺量混凝土水化28d的XRD图谱（0%石膏+30%
13、矿粉）（5%石膏+30%矿粉）（10%石膏+30%矿粉）图 5 不同矿物掺和料掺量混凝土水化28d的扫描电子显微照片图 6 不同养护条件下掺硬石膏粉管桩高性能混凝土在不同龄期下的膨胀率74试验研究 Experimental ResearchCHINA CONCRETE 2013.10 NO.52比， 如图3。2.5 微观分析XRD射线衍射与SEM扫描电镜试验结论： 在一次常压养护， 矿粉和硬石膏粉的掺量分别在30%与5%左右。 生成的水化硅酸钙堵塞孔隙和毛细孔中， 使得混凝土更加密实， 提高了强度和耐久性能， 其管桩混凝土的早期和后期强度发展最好。3 对管桩高性能混凝土长期耐久性的影响3.1
14、体积稳定性图6不同养护条件下掺硬石膏粉管桩高性能混凝土在不同龄期下的膨胀率由试验可知在标准养护和蒸汽养护条件下， 当矿渣粉掺量一定时， 随着硬石膏粉掺量的增大， 管桩高性能混凝土的膨胀率逐渐增大， 当硬石膏粉掺量小于等于10%时，7d后管桩高性能混凝土的膨胀率几乎保持不变。 且不会对混凝土体积稳定性造成破坏， 只有当硬石膏粉掺量为20%时， 随着养护龄期的增长， 其膨胀率逐渐增大， 且养护龄期为28d时， 其增大趋势十分明显。3.2 抗碳化性能试验结果表明， 在标准养护和蒸汽养护两种不同的养护条件下， 相对于基准混凝土， 适量掺硬石膏粉和矿渣粉， 提高了管桩高性能混凝土强度， 提高了混凝土抗碳
15、化性能， 未对混凝土碳化性能造成任何不利的影响， 过量掺硬石膏粉和矿渣粉会导致管桩高性能混凝土强度降低，抗碳化性能减弱结论（1） 对掺不同矿物掺合料的混凝土， 在常压蒸养情况下， 掺入一定量的硬石膏粉， 可有效提高混凝土的1天、 3天抗压强度， 强度增长幅度在5%20%之间， 对后期强度也有增长作用。 在管桩高性能混凝土生产中实际应用时， 可减少压蒸时间乃至免压蒸。 硬石膏粉与矿渣粉的适宜掺量比例范围在1 41 6之间。（2）矿渣粉掺量一定时， 硬石膏粉掺量低于10%， 不会对管桩高性能混凝土后期膨胀收缩产生影响。 因此在硬石膏粉掺量低于10%的混凝土中， 不会对整体体积稳定性造成破坏。（3）
16、适量的硬石膏粉与矿渣粉复掺在管桩高性能混凝土中可以提高管桩高性能混凝土后期抗碳化性能和耐酸腐蚀等耐久性指标。参考文献：1 胡红梅， 马保国.天然硬石膏的活性激发与改性研究J.新型建 筑材料,1998, （4）:19-21. 2 汤小平， 李培鹏， 孙延庆.免蒸养管桩混凝土原材料的选择J.混 凝土与水泥制品， 2009， （5） ： 31-32. 3 周栋梁， 张建纲， 毛永琳， 孙树.免压蒸管桩混凝土的制备与性 能研究J.粉煤灰综合利用,2011,(6):47-54. 4 施惠生， 郭晓潞 水泥基材料科学 中国建材出版社 2011 37-46. 5 钱觉时 建筑材料学 武汉理工大学出版社 2007 104-113 6 蒋正武， 龙广成， 孙振平 混凝土修补原理、 技术与材料 化学工 业出版社 2009 258-264作者简介 王 浩， 1984年生， 毕业于中国矿业大学， 工程师； 现就职于皖北煤电集团含山 恒泰非金属材料分公司，
