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的關鍵環(huán)節(jié)。將流態(tài)化混凝土應用到PHC管樁生產領域已得到大家的廣泛關注，國內一些大型管樁生產企業(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。
管樁引入泵送混凝土進行封閉模喂料生產技術，可大幅減少管樁生產臺前的用工數(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，致使生產過程面臨諸多問題。效率、產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水膠比為基礎進行漿骨比調整，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。漿骨比配合比調整，試驗結果見表4，表5。
表4 漿骨比調整
| 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。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，對比硅砂粉、粉煤灰、礦粉并調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、結論
(1)結合蒸養(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。