改善工藝與養護條件解決預應力管樁制作中出現的問題之實踐

宋炳武

(淮北礦業相山水泥有限責任公司,安徽淮北 235043)

改善工藝與養護條件解決預應力管樁制作中出現的問題之實踐

宋炳武

(淮北礦業相山水泥有限責任公司,安徽淮北 235043)

自收縮是引起高性能混凝土早期開裂與粘皮的主要原因。不同的水灰比、不同的材料取代率、不同的養護條件對高性能混凝土的強度、收縮性能和抗剝裂性能起著重要的影響。

改善工藝 管樁 粘皮

我公司水泥粉磨生產能力為400萬噸/年，各項指標連續多年被國家權威機構質量檢驗，合格率為100%，客戶信譽度良好。自2011年開發管樁客戶以來，用戶反映管樁在拆模后樁身出現裂縫與粘皮現象，影響了管樁質量。了解實際情況后，我們對生產工藝諸方面進行了優化。現就出現的問題及優化措施進行一些簡要的介紹。

1 預應力管樁簡介

先張法預應力混凝土管樁水灰比較低，一般原始水灰比在0.30左右，用離心方法來實現制品成型，制品混凝土的最終剩余水灰比在0.24左右，密度在2.6t/m3左右，當前國內絕大多數采用初級蒸養+壓蒸養護來實現混凝土的設計強度，從混凝土攪拌到滿足混凝土設計強度要求一般不會超過36h，強度等級達到C80以上。

2 出現的問題及原因分析

水泥混凝土施工期是非常脆弱的，建筑結構中約80%的裂縫與粘皮是由于混凝土收縮、不均勻變形等引起的非載荷裂縫。如果選材不當，或者施工養護不當，將會對混凝土施工期性能產生很大的影響。管樁用戶反映管樁在經過蒸養脫模后，樁身表面出現裂縫及粘皮現象，見圖1所示，嚴重影響管樁的外觀質量，且初次蒸養后的脫模強度低，如果延長30min的蒸養時間，就不會出現粘皮現象。所以首先可以判定粘皮問題與初次蒸養后的脫模強度低有直接關系。

GB13476—2009《先張法預應力混凝土管樁》標準中規定，局部粘皮和麻面累計面積不大于管樁總外表面的0.5%，每處粘皮和麻面的深度不大于10mm，且應修補。

表1 水灰比不同的混凝土配合比

3 試驗

我們選擇本公司生產的P·O42.5硅酸鹽水泥，粉煤灰采用淮北大唐電廠Ⅰ級粉煤灰，外加劑選用某公司生產的PCA聚羧酸高效減水劑進行混凝土(試塊)試驗。

3.1 水灰比不同的收縮率

按表1配合比拌制混凝土拌合物，在標準養護條件下養護(20℃± 2℃，濕度為95%以上)，測其3天、28天強度和1天、3天收縮率，如表2。

表2 水灰比不同的混凝土的性能檢測

3.2 粉煤灰取代率不同的收縮率

按表3配合比拌制混凝土拌合物，在標準養護條件下養護(20℃± 2℃，濕度為95%以上)，測其3天、28天強度和1天、3天收縮率，如表4。

表3 不同粉煤灰取代率的混凝土配合比

3.3 養護條件不同的收縮率

按表5基準配合比拌制混凝土拌合物，在標準環境在標準養護條件下養護(20℃±2℃，濕度為95%以上)，對混凝土分別采取了密封養護、早期保濕養護，并將其中一組在露天進行自然養護，測其3天、28天強度和1天、3天收縮率，如表6。

3.4 數據分析及結論

由表2可以看出：三個水灰比的高性能混凝土試塊在標準養護條件下其28天強度均滿足設計要求，并且隨著水灰比的增大強度是逐漸降低的。同時，高性能混凝土早期自收縮隨水灰比的減小而增大。這是由于水灰比降低，混凝土中總用水量減少，高性能混凝土中自干燥現象提前發生，而且因水灰比降低使混凝土中孔隙細化，混凝土中產生毛細管張力增大，因而導致混凝土自收縮增加。若混凝土處于約束條件下，此收縮量將使混凝土中產生很大的收縮應力，從而會導致混凝土中產生粘皮與早期微裂縫，并影響后期性能及耐久性。

表5 同一配合比下采用不同養護條件

表6 不同養護條件的混凝土的性能檢測

表7 水灰比不同的混凝土的抗剝裂性能檢測

圖1 出現粘皮現象管樁

3.5 水灰比不同的抗剝裂性能

按表7配合比拌制混凝土拌合物，在標準養護條件下養護(20℃±2℃，濕度為95%以上)，測其抗剝裂性能，如表7。

由表7可以看出：三個水灰比的高性能混凝土抗裂試塊，隨著水灰比的增大，每條裂縫平均開裂面積、單位面積裂縫數目是逐漸減小的。同時，單位面積的總開裂面積也是減小的。與之前測得的隨著水灰比增大混凝土自收縮是逐漸降低的這一規律相符。

4 解決措施

減水劑被廣泛應用于硅酸鹽水泥混凝土以減少用水量、改善混凝土和易性。管樁生產使用(聚羧酸)高效減水劑，再加上離心成型，使得管樁混凝土的水灰比大幅降低，強度得到大幅提高。如果水泥與減水劑相容性差，造成管樁離心成型時甩漿困難，減水率降低，管樁脫模強度降低，從而出現樁身粘皮與表觀開裂現象。管樁生產要求水泥凈漿初始流動度大于220m，而我公司的凈漿初始流動度為180mm，低于用戶要求的目標值。為此，根據以上試驗研究情況與結論，我們分別從熟料煅燒、熟料礦物組成、調整石膏品種及摻量這幾個方面進行了優化調整。

(1)熟料煅燒。由于我公司石灰石中MgO含量偏高，造成熟料MgO含量偏高，回轉窯內容易長圈、結蛋，嚴重影響窯內通風，還原氣氛較嚴重，此時生產的熟料凈漿流動度較差，熟料結粒較大，外層黑色致密、內層黃褐色結構多孔疏松。為解決窯內還原氣氛的問題，我們調整配料方案，將爐渣的加入比例降低2%，相應提高鐵礦石尾礦的使用比例，調整后熟料MgO含量降低了0.45%，回轉窯長圈、結蛋現象明顯減少。同時采購優質原煤，大幅降低了煅燒用煤量。調整后熟料外觀發生較明顯變化，熟料結粒均勻，內層結構致密、外層致密有光澤。經檢測，連續5天的熟料凈漿初始流動度平均值由180mm提高到了201mm以上。

(2)熟料礦物組成。C3A水化速度快，水化反應需水量大，減水劑加入后首先被C3A吸附，如果熟料C3A含量大，使硅酸鈣對減水劑的吸附量減少，從而降低混凝土的流動性，為此將熟料C3A含量由原7.5%調整到6.5%，經檢測，連續5天的熟料凈漿初始流動度平均值由201mm提高到了223mm以上。

(3)在采用以上措施后，在實際生產中，考慮到水泥中SO3含量及石膏形態對水泥與減水劑相容性的影響，緩凝劑全部使用天然二水石膏，同時對其中的硬石膏含量也做了嚴格限定，在不影響凝結的前提下，適當提高了石膏摻量，出磨水泥SO3控制指標由原來的2.0%左右調整為2.3%。

經過調整后，生產的管樁水泥與減水劑的相容性大幅提高，制成的混凝土強度明顯提高，無粘皮現象，用戶反映良好。

5 以砂作混合材生產管樁用水泥的探討

硅砂粉是目前壓蒸養護工藝混凝土制品的常用摻合料。相關標準規定：合格的硅砂粉應符合GB/T14684—2001《建筑用砂》要求，生產C80預應力高強混凝土管樁要求硅砂粉符合JC/T950—2005標準。硅砂粉在混凝土中可起到填充密實作用并參與反應。實踐證明：摻砂水泥的混凝土強度比摻石灰石水泥的混凝土強度平均要高出近7MPa，同時在流動度、凝結時間等方面均正常以及混凝土和易性與抗粘皮性等方面也表現較好。

6 結語

由于預應力管樁生產工藝的特殊性，用戶對水泥性能提出了更高要求，通過工藝調整能夠很大程度地改善水泥與減水劑的相容性，并加以科學養護，可大大減少構件的開裂與粘皮現象的發生。