PHC管樁泵送混凝土的應用與研究
隨著人工成本的提高，管樁工人招工難度的提高，通過泵送方式運送混凝土可以節(jié)省人工成本，提高管樁生產(chǎn)效 率，節(jié)省工藝過程，而實現(xiàn)自動化布料是泵送管樁生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。將流態(tài)化混凝土應用到PHC管樁生產(chǎn)領(lǐng)域已得到大家的廣泛關(guān)注，國內(nèi)一些大型管樁生產(chǎn)企業(yè)開始嘗試用流態(tài)混凝土泵送工藝進行PHC管樁的自動化生產(chǎn)。
管樁引入泵送混凝土進行封閉模喂料生產(chǎn)技術(shù)，可大幅減少管樁生產(chǎn)臺前的用工數(shù)量及勞動強度，但也帶來了很多不利的影響。如很多管樁廠由于對泵送混凝土的性能掌握不到位，致使生產(chǎn)過程面臨諸多問題。效率、產(chǎn)能低下嚴重阻礙了管樁行業(yè)的發(fā)展，做好PHC管樁泵送混凝土管樁工藝技術(shù)方面的應用尤為重要。
一、試驗及工作性能測試方法
1.1 原材料
(1)水泥：福建龍巖某水泥股份有限公司生產(chǎn)的52.5級P·II硅酸鹽水泥，其性能指標見表1。
表1 水泥的物理力學性能
| 細度/% | 安定性 | 凝結(jié)時間/min | 抗折強度/MPa | 抗壓強度/MPa | |||
| 初凝 | 終凝 | 3d | 28d | 3d | 28d | ||
| 1.0 | 合格 | 176 | 208 | 5.8 | 8.9 | 34.3 | 57.0 |
(2)碎石：漳州某石料廠生產(chǎn)的花崗巖碎石，有5?20mm和10?31.5mm兩種粒級，碎石具體性能指標見表2。
表2 粗集料檢驗結(jié)果
| 粒徑/mm | 表觀密度/kg/m3 | 堆積密度/kg/m3 | 含泥量/% | 含泥量/% | 針片狀含量/% |
| 5?20 | 2730 | 1440 | 0.3 | 7.4 | 1 |
| 10?31.5 | 2730 | 1430 | 0.2 | 7.1 | 1 |
(3)砂：細度模數(shù)為2.7，II區(qū)中砂，含泥量0.8%，表觀密度2620kg/m3，堆積密度1450kg/m3。
(4)摻合料：硅砂粉，比表面積412g/cm3，硅含量90.3%，燒失量0.83%；粉煤灰選用II級粉煤灰，細度（篩余百分比）18.5%，需水量比95%，燒失量0.83%；礦粉為S95等級，28d活性98%，比表面積422g/cm3。
(5)減水劑：福建科之杰生產(chǎn)的Point-S聚羧酸系高性能減水劑，減水率28.4%，7d及28d抗壓強度比分別為 152%、143%，28d收縮率比為93%。
1.2 試驗方法
新拌混凝土的工作性能通過坍落度、倒置坍落度筒排空時間、含氣量等指標來評價，其檢驗方法按GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行。
混凝土抗壓強度試驗按GB/T50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》規(guī)定的方法進行評價，試塊尺寸為150mm×150mm×150mm。
二、試驗結(jié)果及分析
2.1 PHC管樁合理水膠比的確定
根據(jù)GB13476-2009《先張法預應力混凝土管樁》中要求，PHC管樁強度等級應不低于C80。通過調(diào)整混凝土用水量，對比不同水膠比下，PHC管樁的蒸養(yǎng)強度、蒸壓強度，其配合比見表3，試驗強度見圖1。
表3 不同水膠比的配合比試驗
| 配合比 | 水膠比 | 水/kg | 水泥/kg | 硅砂粉/kg | 砂/kg | 石1-2/kg | 石1-3/kg |
| SP-01 | 0.34 | 155 | 320 | 130 | 802 | 320 | 776 |
| SP-02 | 0.33 | 150 | 320 | 130 | 802 | 320 | 776 |
| SP-03 | 0.32 | 145 | 320 | 130 | 802 | 320 | 776 |
| SP-04 | 0.31 | 140 | 320 | 130 | 802 | 320 | 776 |
| SP-05 | 0.30 | 135 | 320 | 130 | 802 | 320 | 776 |
根據(jù)圖1可以看出，SP-04、SP-05的蒸壓強度都大于88MPa，符合PHC管樁強度要求。故對比SP-04與SP-05，水膠比從0.31下降至0.30時，其蒸養(yǎng)強度及蒸壓強度無明顯增長，故選擇水膠比0.31為最優(yōu)水膠比。
圖1 不同水膠比強度
2.2 漿骨比對PHC管樁泵送性能的影響
泵送性能的泵送憂慮，不只單純考慮混凝土坍落度，混凝土的工作性能也尤為重要。其泵送性能應結(jié)合強度等級 觀察其流動性、粘聚性、保水性，此外也可通過倒坍落度筒法進行測試。
由2.1確定出PHC管樁泵送合理的水膠比為0.31，以0.31水膠比為基礎(chǔ)進行漿骨比調(diào)整，觀察PHC管樁泵送性 能、倒坍落度筒排空時間、蒸養(yǎng)強度及蒸壓強度。漿骨比配合比調(diào)整，試驗結(jié)果見表4，表5。
表4 漿骨比調(diào)整
| 配合比 | 漿骨比 | 水/kg | 水泥/kg | 硅砂粉/kg | 砂/kg | 石1-2/kg | 石1-3/kg |
| SP-06 | 0.29 | 130 | 299 | 121 | 802 | 320 | 776 |
| SP-07 | 0.30 | 135 | 310 | 125 | 802 | 320 | 776 |
| SP-08 | 0.31 | 140 | 320 | 130 | 802 | 320 | 776 |
| SP-09 | 0.32 | 144 | 330 | 133 | 802 | 320 | 776 |
| SP-10 | 0.33 | 148 | 340 | 138 | 802 | 320 | 776 |
表5 漿骨比試驗結(jié)果
| 配合比 | 漿骨比 | 泵送性能 | 倒坍落度筒排空時間/s | 蒸養(yǎng)強度/MPa | 蒸壓強度/MPa |
| SP-06 | 0.29 | 石子偏多，不易泵送 | 13.4 | 44.2 | 83.3 |
| SP-07 | 0.30 | 偏粘不宜泵送 | 10.3 | 44.3 | 84.5 |
| SP-08 | 0.31 | 漿體量較好 | 8.5 | 45.4 | 85.2 |
| SP-09 | 0.32 | 漿體飽滿易于泵送 | 7.3 | 46.5 | 87.9 |
| SP-10 | 0.33 | 漿體飽滿易于泵送 | 6.8 | 46.7 | 87.4 |
由表5可見，漿骨比在0.32、0.33時漿體較為飽滿易于泵送，倒坍落度筒流動時間分別為7.3s、6.8s，排空速度較快。相比漿骨比高與漿骨比低的蒸養(yǎng)蒸壓強度，漿骨比低的蒸養(yǎng)蒸壓強度比漿骨比高的蒸養(yǎng)蒸壓強度略低，但都符合其蒸養(yǎng)及蒸壓強度要求。
對比漿骨比0.32、0.33，從倒坍落度筒流動時間縮短幅度及蒸養(yǎng)、蒸壓強度的增長幅度看，PHC管樁漿骨比宜選擇0.32。
2.3 含氣量對PHC管樁泵送性能的影響
通過調(diào)整聚羧酸系高性能減水劑中的引氣劑及消泡劑組分觀察其泵送性能、蒸養(yǎng)強度及蒸壓強度，并根據(jù)2.2得出較優(yōu)漿骨比，試驗混凝土配合比參照SP-09。外加劑復配方案見表6，試驗結(jié)果見表7。
表6 外加劑復配方案
| 外加劑配方 | 母液/% | 引氣/‰ | 消泡劑/‰ |
| PF-01 | 20 | 0 | 0.1 |
| PF-02 | 20 | 0.3 | 0.3 |
| PF-03 | 20 | 0.6 | 0.5 |
| PF-04 | 20 | 1.2 | 0.7 |
| PF-05 | 20 | 1.8 | 0.9 |
表7 不同含氣量試驗結(jié)果
| 配合比 | 外加劑配方 | 含氣量/% | 泵送性能描述 | 倒坍落度筒排空時間/s | 蒸養(yǎng)強度/MPa | 蒸壓強度/MPa |
| SP-11 | PF-01 | 0.8 | 偏粘不易泵送 | 14.3 | 46.4 | 89.7 |
| SP-12 | PF-02 | 1.1 | 偏粘不易泵送 | 12.2 | 45.2 | 87.6 |
| SP-13 | PF-03 | 1.4 | 漿體量較好 | 10.2 | 44.3 | 87.5 |
| SP-14 | PF-04 | 1.7 | 漿體飽滿易于泵送 | 9.4 | 43.4 | 85.3 |
| SP-15 | PF-05 | 2.2 | 漿體飽滿易于泵送 | 8.8 | 41.5 | 82.3 |
通過不同含氣量的調(diào)整對比可以看出，含氣量在1.4%、1.7%、2.2%時漿體較為飽滿，倒坍落度筒排空時間較短，適合于泵送。而含氣量在2.2%時，對于蒸養(yǎng)強度、蒸壓強度影響較大，不適合于生產(chǎn)。含氣量在0.8%、1.1%時混凝土較粘，泵送時泵送壓力較大，不易于泵送。故建議PHC管樁泵送含氣 量宜控制在1.5%左右。
2.4 礦物摻合料對PHC管樁泵送性能的影響
以SP-09配合比為基礎(chǔ)，對比硅砂粉、粉煤灰、礦粉并調(diào)整不同摻合料用量對泵送性能的影響。不同摻合料及用量配合比見表8，試驗結(jié)果見表9。
表8 不同摻合料及用量配合比
| 配合比 | 水/kg | 水泥/kg | 砂粉/kg | 煤灰/kg | 礦粉/kg | 砂/kg | 石1-2/kg | 石1-3/kg |
| SP-16 | 140 | 320 | 130 | - | - | 802 | 320 | 776 |
| SP-17 | 140 | 350 | 100 | - | - | 802 | 320 | 776 |
| SP-18 | 140 | 320 | - | 130 | - | 802 | 320 | 776 |
| SP-19 | 140 | 350 | - | 100 | - | 802 | 320 | 776 |
| SP-20 | 140 | 320 | - | - | 130 | 802 | 320 | 776 |
| SP-21 | 140 | 350 | - | - | 100 | 802 | 320 | 776 |
表9 不同摻合料試驗結(jié)果
| 配合比 | 泵送性能描述 | 倒坍落度筒排空時間/s | 蒸養(yǎng)強度/Mpa | 蒸壓強度/MPa |
| SP-16 | 偏粘不易泵送 | 8.9 | 45.4 | 88.2 |
| SP-17 | 偏粘不易泵送 | 8.3 | 46.2 | 86.3 |
| SP-18 | 漿體飽滿易于泵送 | 6.9 | 40.3 | 72.3 |
| SP-19 | 漿體飽滿易于泵送 | 7.6 | 41.4 | 75.6 |
| SP-20 | 偏粘不易泵送 | 9.9 | 47.5 | 88.4 |
| SP-21 | 偏粘不易泵送 | 9.0 | 49.3 | 86.3 |
從表9可以看出，SP-18與SP-19因為粉煤灰的形態(tài)效應，其倒坍落度筒的留時間最短，且漿體較為飽滿易于泵送，但其蒸養(yǎng)強度，蒸壓強度偏低，無法滿足PHC管樁的強度要求。
SP-16與SP-17對比，其泵送性能，倒坍落度流動時間相當，蒸養(yǎng)強度蒸壓強度相當，而從成本考慮硅砂粉的單方用量宜為130kg。對比SP-20與SP-21，其泵送性能，倒坍落度流動時間相當，蒸養(yǎng)強度蒸壓強度相當，而從成本考慮礦粉的單方用量宜為130kg。
SP-16與SP-20對比來看，礦粉與硅砂粉的泵送性能相當，倒坍落度排空時間偏長，在蒸養(yǎng)強度方面高于硅砂粉，蒸壓強度與硅砂粉相當。
綜合泵送性能、倒坍落度排空時間及蒸壓強度，PHC管樁泵送摻合料宜為硅砂粉其單方用量為130kg。
三、結(jié)論
(1)結(jié)合蒸養(yǎng)強度及蒸養(yǎng)強度，PHC管樁泵送混凝土水膠比宜選擇0.31。
(2)從倒坍落度筒流動時間縮短幅度及蒸養(yǎng)蒸壓強度的增長幅度看，PHC管樁漿骨比宜選擇0.32。
(3)通過不同含氣量的調(diào)整對比，從倒坍落度筒排空時間、蒸養(yǎng)強度、蒸壓強度，建議PHC管樁泵送含氣量宜控制在1.5%左右。
(4)綜合泵送性能、倒坍落度排空時間及蒸壓強度，PHC管樁泵送摻合料宜為硅砂粉其單方用量為130kg。