PHC管樁免蒸養(yǎng)生產(chǎn)工藝的研究進(jìn)展

劉程旭，蔣元海，沈俊杰，劉洋，吳建鋒，溫兆龍，崔嘉銘

（嘉興學(xué)院，浙江 嘉興314001）

0 引言

PHC管樁相比于其他管樁優(yōu)勢明顯，如單樁承載能力高、沉樁質(zhì)量可靠、應(yīng)用范圍廣、具有間接經(jīng)濟(jì)效益等，在建設(shè)領(lǐng)域有廣泛地應(yīng)用。近年隨著國家促進(jìn)環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排戰(zhàn)略的提出，不僅要求PHC管樁具有較好的品質(zhì)、強(qiáng)度，還對PHC管樁提出了更嚴(yán)格的節(jié)能環(huán)保要求[1]。

1 研究現(xiàn)狀

如今PHC管樁生產(chǎn)企業(yè)大多數(shù)通過90℃左右的蒸汽池進(jìn)行常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)，再用蒸壓釜在180℃、1 MPa的條件下進(jìn)行高溫高壓二次養(yǎng)護(hù)。可是，此工藝存在一些問題，比如在常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)的過程中，溫度變化過快會使PHC管樁的樁身產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而降低PHC管樁的強(qiáng)度[2]；蒸壓釜需要耗費(fèi)大量資源，造成環(huán)境污染，不利于碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；此外蒸壓釜需要的維護(hù)費(fèi)用和投資成本較高[3]。

近年來，國內(nèi)外對PHC管樁的免蒸壓、免蒸養(yǎng)生產(chǎn)技術(shù)做了大量研究，與傳統(tǒng)高壓蒸養(yǎng)技術(shù)相比，免高壓蒸養(yǎng)生產(chǎn)技術(shù)能夠改善管樁混凝土的抗氯離子滲透性能、抗凍性能及抗錘擊性能[4]，有利于預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)度混凝土管樁錘擊沉樁法的施工，同時，免高壓蒸養(yǎng)生產(chǎn)工藝還有利于降低制樁成本，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)和節(jié)約資源[5]。當(dāng)前，PHC管樁的免蒸養(yǎng)生產(chǎn)工藝主要以優(yōu)選原材料、優(yōu)化管樁混凝土配合比、采用先進(jìn)的養(yǎng)護(hù)方式、加入減水劑和早強(qiáng)劑、摻入粉煤灰微珠或硅灰粉等摻合料為主。

1.1 優(yōu)選原材料及優(yōu)化混凝土配合比

謝烈金、王成啟等通過優(yōu)化超早強(qiáng)混凝土的配合比和優(yōu)選混凝土原材料，研制出了免蒸養(yǎng)PHC管樁的生產(chǎn)技術(shù)。研究人員選用硅酸鹽水泥，并摻入10%～30%粒化高爐礦渣粉，加入480～550 kg/m3的膠凝材料和640～730 kg/m3細(xì)度模數(shù)為2.7的Ⅱ區(qū)中砂,以0.24～0.30做為水膠比，再摻入5.0 kg/m3左右的減水劑或早強(qiáng)劑配制管樁混凝土。將混凝土放入養(yǎng)護(hù)池下進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，提升其早期強(qiáng)度。通過相關(guān)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)以此配合比配制的混凝土拌合物，其坍落度符合相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。此外，混凝土1 d抗壓強(qiáng)度即可達(dá)到脫模的強(qiáng)度要求，在齡期為5 d時，混凝土的抗壓強(qiáng)度已經(jīng)能夠滿足C80混凝土的出廠抗壓強(qiáng)度要求，在齡期達(dá)到28 d時，混凝土的抗壓強(qiáng)度已經(jīng)能夠達(dá)到90 MPa，反映出混凝土有良好的早期和后期強(qiáng)度，能夠達(dá)到PHC管樁的性能要求。此外，電通量和氯離子擴(kuò)散系數(shù)的測試表明，使用該配合比混凝土具有較高的抗氯鹽侵蝕性能；通過抗凍性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)混凝土具有較好的抗凍性。

除此之外，趙鵬飛、廖國勝[6]等人使用優(yōu)選原材料、優(yōu)化混凝土配合比的手段，研究出了新型的PHC管樁全免生產(chǎn)工藝。即在參照管樁廠實(shí)際生產(chǎn)配合比的基礎(chǔ)上確定基準(zhǔn)配合比，分別研究了減水劑、膠凝材料用量、礦物摻合料、水膠比等參數(shù)對混凝土性能的影響。試驗(yàn)表明，管樁混凝土的抗壓強(qiáng)度隨膠凝材料用量的增加先提升后降低，為了使管樁混凝土的強(qiáng)度保持在較高范圍之內(nèi)，加入490 kg/m3左右的膠凝材料最為合適，最高加入量不宜超過500 kg/m3。而在優(yōu)化配合比方面，摻入適量的礦渣粉比單純使用水泥更能促進(jìn)混凝土抗壓強(qiáng)度的增長；在控制水膠比方面，水膠比增大降低了混凝土抗壓強(qiáng)度，但當(dāng)水膠比過小時，水膠比對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響并不明顯；在砂率方面，當(dāng)砂率過大時，會導(dǎo)致混凝土的和易性不佳，降低混凝土的抗壓強(qiáng)度。

1.2 使用減水劑

張小富、趙利華團(tuán)隊通過化學(xué)方法，采用高分子結(jié)構(gòu)設(shè)計手段，研制了新型聚羧酸減水劑。通過加入新型聚羧酸減水劑后混凝土的性能實(shí)現(xiàn)了PHC管樁的雙免新工藝。該團(tuán)隊利用制備的早強(qiáng)聚羧酸減水劑，配置水膠比為0.25、砂率為35%、減水劑摻量為2.3%的混凝土。通過對比相同摻量萘系減水劑的混凝土強(qiáng)度發(fā)展曲線，結(jié)果顯示，自然養(yǎng)護(hù)12 h可以滿足脫模強(qiáng)度要求；1 d齡期，管樁混凝土的抗壓強(qiáng)度超過60 MPa；7 d齡期，管樁混凝土的抗壓強(qiáng)度超過86 MPa；而摻入萘系減水劑的混凝土抗壓強(qiáng)度提升較為緩慢[7]。此外，該團(tuán)隊還制備了效果更佳的超早強(qiáng)聚羧酸減水劑，并用其配置水膠比為0.25、減水劑摻量為0.41%、砂率為34%的混凝土。通過抗壓強(qiáng)度測定，發(fā)現(xiàn)超早強(qiáng)減水劑比早強(qiáng)型減水劑更有利于混凝土早期強(qiáng)度及后期強(qiáng)度的提升。研究成果表明，聚羧酸減水劑比萘系減水劑具有更好的效果，它能夠促進(jìn)混凝土早期抗壓強(qiáng)度的發(fā)展，從而縮短混凝土的脫模時間；而同樣是聚羧酸減水劑，超早強(qiáng)型與早強(qiáng)型減水劑的效果還是有所區(qū)別的。因此，在不考慮經(jīng)濟(jì)條件的狀況下，摻入超早強(qiáng)聚羧酸減水劑更利于促進(jìn)管樁混凝土強(qiáng)度的增長。

黃紅建[8]等人研究了早強(qiáng)型聚羧酸減水劑在不同溫度情況下對水泥凈漿流動度、混凝土坍落度、和易性等性能的影響，結(jié)果表明，聚羧酸減水劑的使用受溫度限制。因此不同季節(jié)需要對溫度進(jìn)行測量，再考慮是否使用聚羧酸減水劑。

1.3 摻入礦物摻合料

趙世煜從摻合料的角度研究免蒸養(yǎng)PHC管樁的生產(chǎn)技術(shù)。趙世煜選用粉煤灰微珠、礦粉、硅灰粉這三種摻合料，分別研究了使用480 kg/m3和504 kg/m3的膠凝材料、內(nèi)摻不同摻量的5%、10%、15%三種摻合料（硅灰粉只研究摻量為5%的情況）、復(fù)摻等比例的兩者或三者摻合料配制的管樁混凝土的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超細(xì)礦粉與管樁混凝土的適應(yīng)性較差，超細(xì)礦粉和粉煤灰微珠復(fù)摻的新拌混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象。綜合比較上述各組試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)總膠凝材料用量為504 kg/m3并內(nèi)摻5%的粉煤灰微珠以及總膠凝材料用量為504 kg/m3并復(fù)摻1∶1∶1比例三種礦物摻合料兩組試塊的管樁混凝土抗壓強(qiáng)度滿足PHC管樁要求。

由此可見，單摻或復(fù)摻合適種類和比例的摻合料對PHC管樁混凝土強(qiáng)度的增長有利，但在摻入摻合料時，不僅要注意摻合料對混凝土強(qiáng)度的影響，還要關(guān)注摻合料與混凝土的適應(yīng)性問題，以利于混凝土的運(yùn)輸、施工等。

2 未來研究方向

雖然已有諸多關(guān)于PHC管樁免蒸養(yǎng)的研究，但現(xiàn)有研究中大多通過優(yōu)化混凝土配合比、加入摻合料和減水劑來實(shí)現(xiàn)。其中聚羧酸減水劑使用廣泛，有研究通過復(fù)摻不同類型的減水劑來改進(jìn)PHC管樁的免蒸養(yǎng)生產(chǎn)工藝，也有通過化學(xué)研究生產(chǎn)更高效的聚羧酸減水劑。深入研究高性能減水劑有助于PHC管樁免蒸養(yǎng)生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)一步提高，但研究新品種、更高效的減水劑需要的時間較久，難度較大。

PHC管樁可作為承重構(gòu)件，應(yīng)用于樁基礎(chǔ)的施工中。由于樁基礎(chǔ)長時間埋在地下，與地基相接觸，會受到地下水水汽、地表滲漏雨水等作用。因而對免蒸養(yǎng)PHC管樁的抗腐蝕性能、抗氯離子滲透性能、耐水性能等研究非常有價值。王成啟、周郁兵等人研究了高耐久性的免蒸養(yǎng)PHC管樁，取得了一定成果，但研究成果有限，可深入研究，以促進(jìn)免蒸養(yǎng)PHC管樁性能的優(yōu)化。此外，PHC管樁對不同巖層適應(yīng)程度不同，PHC管樁的使用受到巖層類型的限制，其原因主要是在使用錘擊法施工時，樁頭容易開裂產(chǎn)生裂縫，提高免蒸養(yǎng)PHC管樁樁頭的抗擊打能力是未來的研究方向，對PHC管樁制作工藝的研究也很有必要[9]。

3 結(jié)語

免蒸養(yǎng)PHC管樁生產(chǎn)技術(shù)主要有優(yōu)化混凝土配合比、加入減水劑、摻入礦物摻合料等。但是研究還有一定局限性，如對于聚羧酸減水劑與PHC管樁混凝土適應(yīng)性方面研究成果較少。此外，利用摻合料生產(chǎn)免蒸養(yǎng)PHC管樁混凝土，需考慮摻合料與混凝土各成分之間的適應(yīng)性，此方面也有待研究。其次，在降低成本方面的研究成果較少。另外，PHC管樁在沉樁工程中樁頭常常發(fā)生斷裂現(xiàn)象，可深入研究更優(yōu)質(zhì)的免蒸養(yǎng)PHC管樁混凝土。