預應力混凝土管樁余漿應用技術研究

張亞斌，楊輝，趙社民

（運城市海鑫海天混凝土有限公司，山西 運城 044000）

0 前言

管樁因具有結構強度高、施工貫入性好、耐錘擊性強、結構承載力高、性價比高等特點，在建設工程中已廣泛應用。管樁加工制作采用的是一種高速離心密實工藝，過程中會產生大量余漿，其主要成份為水、水泥、礦物摻合料、細砂、外加劑等。目前，許多管樁生產廠家處理余漿的方法是利用余漿生產道路的路沿石、空心磚等副產品，但利用效果不佳，經濟效益不明顯，個別廠家直接排放，造成嚴重的環境污染。

結合節能減排、低碳環保、資源綜合利用的總體要求，如何使管樁產生的余漿得到充分利用成為我們研究的新課題。文章通過在余漿中加入一定量的緩凝劑和水，來調整控制余漿的濃度、失去流動性的時間，使其能夠在管樁的生產中正常回收使用，在降低能耗、減少污染和節約成本等方面是最直接有效的方法。

1 管樁余漿的應用

1.1 不同規格管樁余漿產生量的確定

管樁混凝土設計強度為 C80，水膠比在 0.28～0.30之間。試驗結果表明，規格為 400×90mm 管樁平均排量為 18kg/m，規格為 500×100mm 的管樁平均排量為 23kg/m，規格為 500×125mm 的管樁平均排量為28kg/m。如果把各種規格管樁折合成混凝土用量，則每立方米混凝土的余漿排量平均為 150kg。

1.2 余漿含固量（密度）的確定

在管樁生產穩定的情況下，通過長時間的多次取樣檢測，余漿的密度為 (1.7±0.2)g/cm3，其含固量約為70%。

在余漿回收利用過程中，為了抑制余漿的水化速度，延長余漿的凝結時間，同時便于管道的輸送，根據環境溫度在余漿中加入一定量的緩凝劑和清水，將余漿稀釋到一定濃度并持續攪拌，以滿足生產使用。

管樁混凝土屬塑性混凝土，水膠比較小，混凝土拌合物坍落度也較小，在余漿回收利用過程中，將原漿的含固量（密度）分別稀釋至 60%（1.6g/cm3）、50%（1.5g/cm3）、40%（1.4g/cm3）進行試驗。

（1）余漿含固量為 60% 時，濃度較大不利于余漿利用管道輸送。

（2）余漿含固量為 50% 時，假設每方混凝土中加入 60kg 的余漿固體，則每方混凝土的加余漿量為120kg，其中水占 60kg，固體占 60kg，這種情況下每方混凝土清水用量為 80kg。假設每方混凝土中加入 80kg的余漿固體，則每方混凝土的加余漿量為 160kg，其中水占 80kg，固體為 80kg，這種情況下每方混凝土清水用量為 60kg。考慮砂石原材料的含水，每方混凝土的清水用量在 50kg 左右，其濃度能滿足余漿利用管道輸送的要求，使用效果較為理想。

（3）余漿含固量為 40% 時，假設每方混凝土中加入 80kg 的余漿固體，則每方混凝土的加余漿量為200kg，其中水占 120kg，固體占 80kg。目前每方混凝土單位用水量為 140kg，余漿中含水 120kg，這種情況下每方混凝土清水用量僅為 20kg。其濃度滿足管道輸送的要求，但考慮砂石原材料的含水，每方混凝土清水用量僅幾公斤，生產難以有效控制。

綜合以上試驗結果分析，余漿加水稀釋到含固量為50% 的濃度最為理想。

1.3 余漿的回收應用

余漿利用設備工作原理見圖 1。

（1）輸送余漿循環泵為液下泥砂泵，1 號罐體與 2號罐體成圓錐體，循環泵是從底部吸液經管道從罐體上部進入，在進入罐體時管道直徑變小壓力增大，使余漿在罐體內翻滾達到充分攪拌的作用。圓錐體下有閥門，為排污口。

（2）1 號罐體加三點式計量設備，最大稱量為3000kg，最小稱量為 0.5kg，保證余漿的穩定性。

（3）1 號罐體與2號罐體間距為 6m，為減少管道的磨損，在1號罐體的余漿進入2號罐體時加（孔徑為 10mm 的鋼絲網）過濾網，對石子和雜質進行過濾。（在一號罐體加過濾網，防止水泥漿外濺，所以改到二號罐體入口處。）

圖1 余漿應用工作流程圖

1.4 余漿應用中緩凝劑的控制

管樁余漿是一個收集、處理、儲存、利用的循環過程，因此在不同溫度下，余漿失去流動性時間的測定也是一個關鍵。

管樁的余漿可循環利用，在環境氣溫為 30～40℃時，余漿的失去流動性的時間約 1.5h，在環境氣溫為10～30℃ 時，余漿的失去流動性的時間約 2h。經過試驗證明，在余漿中加入緩凝組分，當環境溫度處于10～30℃ 時，在余漿中按 300g/t 加入緩凝劑，可將余漿失去流動性的時間調整為 (20±2)h；在環境溫度處于30～40℃ 時，在余漿中按 500g/t 加入緩凝劑，可將余漿失去流動性的時間調整為 (20±2)h。這個時長滿足正常生產對余漿的使用，同時利用余漿生產的管樁混凝土凝結時間正常。

緩凝劑的作用是在新鮮的漿體中加入后使水泥顆粒延緩水化進入休眠狀態，把這種漿體加入混凝土中攪拌，漿體中的水泥顆粒重新激活，開始正常水化。在余漿中加入一定量的緩凝劑，突破漿體重復利用的時間限制，提高余漿的使用率，改善了摻入余漿后混凝土的工作性能，同時滿足了入模混凝土拌合物坍落度的要求。

試驗證明，加入緩凝劑的余漿在混凝土中的摻量為120kg/m3時，混凝土拌合物的操作性和離心效果呈正常狀態。余漿在輸送過程不會出現堵管道的現象。如發現生產有異常情況（攪拌樓設備故障，管樁生產設備故障等）生產停歇時間超過 2h 時，儲存桶內的余漿還可以繼續使用，生產正常時可以連續正常使用。

1.5 余漿回收應技術參數對比試驗

余漿回收循環利用工藝見圖 2。

圖2 余漿回收循環利用工藝流程

1.6 管樁蒸養蒸壓制度

管樁常溫蒸氣養護；靜停 0.5h，均勻升溫 1～1.5h，恒溫 4.5h（溫度控制在 80～85℃），降溫開蒸養池蓋即可。

管樁高壓蒸氣養護；升壓，2h 均勻升溫；恒壓，4.5h（壓力 (1.0±0.05)MPa），降壓，2h 均勻降溫，開門，半開釜門通風 0.5h，拉樁出釜即可。

1.7 混凝土配合比及力學性能

在余漿處理的罐體加上計量稱，對余漿的濃度配制的穩定性有保證。1t 余漿中添加 270kg 的水進行稀釋，加入一定量的緩凝成分，根據氣溫確定用量。管樁混凝土的配合比見表 1，抗壓強度檢測結果見表 2。

表1 試驗所用 C80 混凝土的配合比 kg/m3

表2 混凝土抗壓強度對比 MPa

2 結論

（1）在余漿應用時，須按環境溫度變化，調整和控制緩凝劑組分的摻入量。當環境氣溫處于 10～30℃時，每噸余漿中可約加入 300g 緩凝劑，氣溫處于30～40℃ 時，每噸余漿中可約加入 500g 緩凝劑，對混凝土拌合物的凝結時間無影響，能夠改善混凝土工作性能并能滿足入模混凝土拌合物對坍落度的控制和要求。

（2）摻入余漿后混凝土在蒸壓后強度均能達到80MPa 以上。

（3）對于混凝土抗壓強度，根據目前統計數據，摻入余漿后混凝土強度會有較小變化，但余漿循環再利用后摻入量控制在約 120kg/m3以內時均能滿足 C80 管樁混凝土設計強度要求。

3 社會與經濟效益

在 PHC 管樁生產過程中，在余漿的回收循環再利用的科研項目中，保證了混凝土拌合物的工作性能和混凝土抗壓強度的穩定。同時做到了廢棄資源的綜合利用，保護了生態環境。有效地減少了余漿傾倒所造成的環境污染，符合社會的節能減排、環境保護、綜合治理的產業政策。

余漿的回收循環再利用，可顯著節約管樁生產的膠凝材料，降低混凝土的綜合生產成本。平均每立方混凝土降低成本約 10～12 元，每沿米降低1元。