細磨混合材對免壓蒸PHC管樁水泥性能影響試驗研究

謝任芝，張琴琴

（華潤水泥技術研發有限公司，廣州 510460）

0 前 言

預應力高強混凝土（PHC）管樁上世紀70年代開發，由于其具有強度高、穿透力強、承載力大，施工速度快等一系列優點，廣泛應用于鐵路、公路與橋梁、碼頭、水利、市政構筑物等的工程基礎。但由于其生產要經過常壓蒸養+高壓蒸養的模式，管樁后期強度和耐久性均受到一定程度影響，高壓蒸養設備投資大，工藝繁瑣，能源消耗和環境污染也相對比較大。如在PHC管樁生產過程中采用免壓蒸養護工藝，不僅能提高管樁耐久性，而且能降低設備投資成本、簡化生產工藝，減小環境污染，已成為國內外PHC管樁生產的重要發展方向。本課題通過優化水泥配比，摻加一定量的細磨礦粉和粉煤灰進行試驗，研究分析混合材礦粉和粉煤灰的復摻對水泥性能的影響規律，并確定制備高性能免壓蒸PHC管樁水泥的混合材適宜摻量。

1 試 驗

1.1 原材料

試驗熟料的礦物組成為：C3A≈5%，C3S+C2S≥70%，0.6%＜R2O＜1.0%，選取A公司生產核電水泥用熟料，熟料的率值、礦物組成和物理性能如表1；將A公司提供的脫硫石膏放在馬弗爐內，從室溫升至230℃，保溫至物料恒重，烘干脫硫石膏內部結晶水，即為試驗要求的石膏；礦粉由B管樁公司提供的S95級粉體；粉煤灰為二級灰。各種原材料的化學成分如表2。

表1 熟料率值、礦物組成和物理性能

表2 各種原材料化學成分（%）

1.2 試驗方法

（1）樣品的制備。免壓蒸PHC管樁水泥的制備采用實驗室小磨分別粉磨的工藝：按照表3各組配比將硅酸鹽水泥熟料與一定量石膏粉磨至比表面積約為370m2/kg，摻入部分從B管樁公司取得的比表面積約為350m2/kg的礦粉和A公司提供的二級粉煤灰，進行均勻混合，即制得所需的水泥樣品。

表3 細磨混合材制備水泥樣品配合比（%）

（2）性能檢測。膠砂蒸養強度是按現行GB/T17671-1999成型檢測，W/C=0.35，加一定量減水劑。試件蒸養制度為：靜養期（30℃，4h）—升溫期（2h）—恒溫期（85℃恒溫，4h）—降低溫期（2h）四個階段。

2 結果與討論

2.1 對免壓蒸PHC管樁水泥基本物理性能的影響

通過1.2提供的試驗方法，測得各組配比的水泥樣品的基本物理性能如表4所示。

由以上試驗結果可以看出，隨著混合材摻量的增大，水泥膠砂標準稠度用水量逐漸增加，初凝和終凝時間逐漸延長，當混合材摻量增加到50%時，初凝和終凝時間分別高達295min和315min。因此，在利用礦粉和粉煤灰作混合材制備免壓蒸PHC管樁水泥時，須摻入一定量的調節劑，來縮短水泥的凝結時間。

2.2 對膠砂標養強度的影響

在相同的水膠比條件下，摻入不同配比的礦粉和粉煤灰對水泥膠砂抗壓強度的影響如圖1～圖6所示。

從圖1～3的試驗結果可以看出，隨著混合材礦粉和粉煤灰摻量的增加，水泥膠砂早期強度逐漸下降；當粉煤灰摻量一定時，隨著礦粉摻量增加，水泥28d、90d的抗壓強度逐漸增大，且當礦粉摻至25%、粉煤灰為5%和礦粉摻至35%、粉煤灰為10%時，水泥28d和90d抗壓強度均達到最大值，與空白樣強度值相近。從圖4～6可以看出，當礦粉和粉煤灰摻量比﹤3.5時，水泥膠砂28d、90d抗壓強度隨摻量比的增大逐漸升高的趨勢比較明顯，當摻量比＞3.5時，強度升高趨于平緩。因此，在利用細磨混合材礦粉和粉煤灰復摻制備免壓蒸PHC管樁水泥時，應控制礦粉和粉煤灰摻量比＞3.5。

2.3 對膠砂蒸養強度的影響

按照表2配比，在W/C=0.35條件下進行成型，在設定的蒸養制度下進行養護，脫模后檢測，得出混合材對水泥膠砂蒸養強度的影響如圖7、圖8所示。

圖1 對水泥3d膠砂抗壓強度的影響

圖2 對水泥28d膠砂抗壓強度的影響

圖3 對水泥90d膠砂抗壓強度的影響

圖4 對水泥3d膠砂抗壓強度的影響

圖5 對水泥28d膠砂抗壓強度的影響

圖6 對水泥90d膠砂抗壓強度的影響

從試驗結果圖7～8可以看出，混合材礦粉和粉煤灰對免壓蒸PHC管樁水泥蒸養抗壓強度的影響規律同對其28d、90d膠砂抗壓強度的影響規律相似，均是在粉煤灰摻量一定時，隨著礦粉摻量的增加，蒸養強度提高，隨著礦粉和粉煤灰的摻量比的增大，蒸養強度逐漸升高，當礦粉和粉煤灰摻量比為3.5時，蒸養強度達到最大值；當摻量比＞3.5時，蒸養強度變化平緩，均接近空白樣值。因此，綜合混合材對膠砂抗壓強度的影響規律分析可知，在制備免壓蒸PHC管樁水泥時，細磨混合材礦粉和粉煤灰復摻時，當總摻量不超過50%的范圍時，礦粉與粉煤灰的摻比宜為3.5～5.0，所制備出的水泥樣品性能較優良。

表4 細磨混合材對水泥基本物理性能的影響

圖7 礦粉和粉煤灰對水泥蒸養強度的影響

圖8 礦粉和粉煤灰摻比對水泥蒸養強度的影響

3 結 論

（1）在制備免壓蒸PHC管樁水泥時，隨著混合材摻量的增加，標準稠度用水量和凝結時間逐漸增大，因此，用礦粉和粉煤灰制備免壓蒸PHC管樁水泥時，應加入一定量的調節劑，控制凝結時間。

（2）利用礦粉和粉煤灰復摻制備免壓蒸PHC管樁水泥時，礦粉對水泥性能的改善效果比較明顯。當粉煤灰摻量一定時，隨著礦粉含量的增加，水泥28d、90d膠砂抗壓強度和膠砂蒸養抗壓強度均逐漸增大；當混合材摻入總量控制在50%范圍內時，礦粉和粉煤灰的摻量比控制為3.5～5.0，制備出的水泥膠砂強度和蒸養強度相對優良。

（3）礦粉對改善水泥早期性能作用比較明顯，粉煤灰的改善作用不明顯。因此，在利用礦粉和粉煤灰制備免壓蒸PHC管樁水泥時，為了滿足管樁出廠時的強度要求，應將粉煤灰的摻量控制在較小的范圍內，適當增加細磨礦粉的摻量。