原材料對免蒸壓PHC管樁強度的影響

王武鎖，董福成，宋心*，孫朋偉，包貴安，王鑫

（1. 陜西秦漢恒盛新型建材科技股份有限公司，陜西 西咸新區 712000；2. 陜西恒盛集團新材料研究中心，陜西 西咸新區 712000；3. 陜西恒盛混凝土有限公司，陜西 西咸新區 712000）

0 前言

隨著國家經濟建設持續快速的發展，預應力高強混凝土管樁行業發展也很快，管樁企業正在順著黃河、長江從沿海地區向內地發展。目前很多管樁企業在高溫高壓蒸汽養護過程中，由于加快了升溫和降溫速度，造成管樁混凝土缺陷增加，長期耐久性能下降。而在管樁生產中采用免蒸壓工藝，不僅可降低能耗，更有利于管樁混凝土耐久性的提高，因此免蒸壓管樁混凝土受到人們越來越多的關注。但取消了壓蒸工藝后，管樁混凝土的強度和強度發展方面都出現了問題[1]。

為解決該問題，我公司在已有免蒸壓管樁技術的基礎上，通過使用低壓碎值石子，或在摻合料中引入磨細礦渣粉或者硅灰[2-4]，對原材料進行優化，使管樁蒸汽養護后 1d 內的強度達到 89～98MPa 以上，滿足出廠要求，并在其他原材料不變的情況下，較大幅度地降低單方水泥用量，從而取得良好的經濟效益。

1 原材料

（1）水泥：P·Ⅱ52.5 級水泥，陜西省寶雞市扶風縣冀東水泥有限公司，水泥的物理性能和膠凝材料化學成分如表 1、表 2 所示。

表1 水泥物理性能

表2 膠凝材料的化學組成 %

（2）砂：粗砂，Ⅱ 區，含泥量 1.0%，細度模數2.4，產地：陜西省寶雞市。

（3）碎石 1：花崗巖碎石，咸陽武功生產。5～16mm 和 5～31.5mm 雙級配，含泥量 0.2%，壓碎指標 10.8%。碎石 2：花崗巖碎石，陜西漢中生產。5～16mm 和 5～31.5mm 雙級配，含泥量 0.1%，壓碎指標5.9%。

（4）摻合料：礦粉，陜西韓城大唐盛龍有限公司生產 S95 級，流動度比 96%，7 天活性指數 74%，28d活性指數 96%。硅灰，北京正源益新材料技術有限公司生產，7 天活性指數 93 %，28d 活性指數 115%。磨細礦渣粉，陜西韓城大唐盛龍有限公司生產，7 天活性指數 78%，28d 活性指數 99 %。

（5）減水劑：早強型聚羧酸減水劑，pH 值 10.3，密度 1.05g/cm3，含固量 13.50%，減水率 26%。

2 試驗過程

以公司現有免蒸壓 PHC 管樁配合比為基準，使用低壓碎值石子，磨細礦渣粉或硅灰代替礦粉，單方用水量取 120㎏，砂率 34%，外加劑摻量 2.2%，對比分析免蒸壓管樁蒸汽養護后 1d 的強度，根據前期各組單獨試驗結果，優化后配比如表 3 所示。

表3 對比試驗配合比 kg/m3

基準組與各對比組混凝土出機狀態如表 4 所示。

表4 基準組與各對比組混凝土出機狀態

以上每組試驗留置試塊各一組，振動成型后放置于室內，24h 拆模后放置于蒸汽養護箱內進行蒸養，蒸養制度為：室溫時將試件放入養護箱，開啟蒸養，升溫速率為 15℃/h，4h 后升溫至 95℃，恒溫 4h 后取出試件，待試件降至室溫后進行抗壓試驗，結果如表 5 所示。

表5 蒸養后 1d 抗壓強度

硅灰提升強度的效果顯著，對此，又進行了提高單方硅灰用量和復合摻加硅灰及磨細礦渣粉的對比試驗，配合比如表 6 所示。

表6 硅灰的對比試驗配合比 kg/m3

混凝土和易性及試件蒸養后 1d 強度如表 7 所示。

表7 硅灰的對比試驗結果

3 試驗結果分析

通過表 4、表 5 的結果可以得出：在原有免蒸壓管樁混凝土配比中用低壓碎值石子替換原石子，在摻合料中引入磨細礦渣粉或硅灰，保持其他原材料質量不變，在不改變現有生產工藝的情況下，免蒸壓管樁在蒸養后 1d 的抗壓強度值均有明顯提高，達到 89～98MPa 以上，強度提高了 8～15MPa 左右。其中以加入硅灰效果最為明顯，當單方硅灰用量達到 30kg 或復合使用硅灰和磨細礦渣粉時，蒸養后 1d 強度可達到 93～98MPa 以上，完全滿足免蒸壓 C80 管樁的強度要求。

混凝土的抗壓強度由膠凝材料漿體與碎石的粘結面的強度決定，混凝土強度等級較低時，碎石壓碎值的對混凝土的抗壓強度影響不明顯。但隨著混凝土強度等級的提升，膠凝材料漿體與碎石結合強度逐步提高。進行混凝土抗壓試驗時，混凝土試件的破碎面往往貫穿于碎石，致使碎石骨料直接破碎，因此碎石的壓碎值直接影響高強度等級混凝土抗壓強度的高低，在其他材料相同的情況下，壓碎值越低的碎石配制的混凝土抗壓強度越高[3]。

上述試驗表明，在其他原材料不變的情況下，通過加入硅灰即可實現試塊強度的大幅度提升，完全滿足免蒸壓管樁的強度要求，無論礦物摻合料使用礦粉或者磨細礦渣粉均能滿足強度要求。相比于普通礦粉和磨細礦渣粉，硅灰有以下好處：（1）硅灰的高細度、高活性使其在混凝土中有較好的填充作用和火山灰效應，使混凝土界面區晶體數量和孔隙率減少，在與 Al2O3并存時，更易生成托博莫來石相，使其強度增強，可以與水泥水化產物 Ca(OH)2發生二次水化作用形成膠凝產物，改善漿體的微觀結構，填充水泥石結構，使水泥石更加致密，從而提高硬化體的力學性能和耐久性。（2）硅灰為無定型球狀顆粒，可以顯著改善混凝土的和易性，提高混凝土的流變性能，大大降低混凝土粘度，有利于工人施工。（3）雖然目前硅灰價格過高，在900～1000 元/噸左右，但在強度不變的前提下，一份硅灰可替代 2～3 份水泥，反而降低了整體膠材成本。

4 結論

在現有免蒸壓管樁生產配合比和工藝的基礎上，通過對比在原材料中引入高活性的磨細礦渣粉、硅灰、礦粉、壓碎指標值在 6% 以下的石子，均可使免蒸壓管樁在蒸汽養護 1d 后的強度達到 89MPa 以上。當單方混凝土中硅灰用量達到 30kg 以上后，無論使用礦粉或磨細礦渣粉，管樁混凝土蒸養后強度可達到 93～98MPa 以上，提升效果尤為顯著，并且大幅度降低了出機混凝土的粘度，提升混凝土的施工性能。同時每方混凝土可降低 30～50kg 水泥用量，通過免蒸壓也可節約 70% 以上的天然氣用量，具有非常好的經濟與環境效益。