從上世紀(jì)80年代始，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁（以下簡(jiǎn)稱“PHC管樁”）在我國(guó)經(jīng)歷了幾十年的長(zhǎng)足發(fā)展。2020年，我國(guó)PHC管樁產(chǎn)量達(dá)2.8億米，占全國(guó)水泥制品行業(yè)產(chǎn)值的50%左右；廣東是我國(guó)PHC管樁制造大省，全國(guó)第一、第二大PHC管樁生產(chǎn)企業(yè)--建華建材、三和管樁都發(fā)端于廣東省中山市。

行業(yè)的急驟發(fā)展及認(rèn)識(shí)的不足導(dǎo)致PHC管樁混凝土行業(yè)專業(yè)技術(shù)人員不那么“專業(yè)”，存在不少誤區(qū)。PHC管樁混凝土和普通商品混凝土（以下簡(jiǎn)稱“普通混凝土”）有共同點(diǎn)，也有很多不同之處。不同點(diǎn)主要有：凝結(jié)時(shí)間的要求、坍落度要求、成型方式、養(yǎng)護(hù)方式、強(qiáng)度等級(jí)等。很多專業(yè)技術(shù)人員學(xué)習(xí)的混凝土相關(guān)知識(shí)適用于普通混凝土，也了解其與PHC管樁混凝土的不同之處，但是運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)踐中卻常常出現(xiàn)失誤，有的似是而非，或大相徑庭。本文對(duì)關(guān)于PHC管樁混凝土的幾種錯(cuò)誤認(rèn)知展開詳細(xì)探討，以供相關(guān)技術(shù)人員參考。

一、水膠比越低，強(qiáng)度越高

這句話本身沒問題，在普通混凝土中應(yīng)用無誤，但應(yīng)用在PHC管樁混凝土中將會(huì)出現(xiàn)問題，因?yàn)檫@句話有一個(gè)隱含條件，即膠材顆粒的相對(duì)充分分散（反應(yīng)）。由于水膠比越低，強(qiáng)度越高，所以部分專業(yè)技術(shù)人員盡量減少混凝土單方用水量，同樣的方法在普通混凝土和PHC管樁混凝土中有極大的區(qū)別。普通混凝土單方用水量大，水膠比高，為塑性（流動(dòng)性）混凝土；PHC管樁混凝土單方用水量小，水膠比低，為干硬性混凝土。PHC管樁混凝土非常低的單方用水量致使水分及減水劑不足以包裹浸潤(rùn)膠材（水泥+礦物摻合料）顆粒表面，無法形成連續(xù)光滑的溶劑化水膜層，導(dǎo)致膠材顆粒分散性不夠，在混凝土中是團(tuán)聚的。這樣攪拌出機(jī)的PHC管樁混凝土顏色偏黑、啞光，降低了硬化后的強(qiáng)度。

減水劑的作用是減少混凝土中水的用量。水泥顆粒的水化形成絮凝水囊結(jié)構(gòu)，使30%左右的拌合水被包裹在水泥顆粒之間，不能參與自由流動(dòng)和潤(rùn)滑作用，從而影響了混凝土拌合物的流動(dòng)性。當(dāng)加入減水劑后，由于減水劑分子能定向吸附于水泥顆粒表面，使水泥顆粒表面帶有同一種電荷（通常為負(fù)電荷），形成靜電排斥及空間位阻作用，促使水泥顆粒相互分散，絮凝結(jié)構(gòu)解體，釋放出被包裹的水，從而增加了混凝土拌合物的流動(dòng)性，減少了混凝土單方用水量，見圖1。

圖1 減水劑作用示意圖

一般認(rèn)為，萘系減水劑的減水機(jī)理是靜電斥力；聚羧酸系的減水機(jī)理是靜電斥力+空間位阻，見圖2。

圖2 減水劑機(jī)理示意圖

通過作用機(jī)理分析，水和減水劑除了提供混凝土的流動(dòng)性外，一直被忽視的另一個(gè)作用是充分分散膠材顆粒。分散性好的混凝土應(yīng)是凈漿均勻一致、砂漿包裹在石子表面，呈現(xiàn)有光澤的偏黃的灰亮色。這樣的混凝土因膠材顆粒能夠均勻分散，相對(duì)充分反應(yīng)，強(qiáng)度比沒有分散開的混凝土高很多。

二、滿足工作性能，砂率越低，強(qiáng)度越高

有了“滿足工作性能”的前提條件，砂率越低強(qiáng)度越高，這是很大部分專業(yè)技術(shù)人員理所當(dāng)然的看法，但這個(gè)概念是錯(cuò)誤的。

當(dāng)前，部分專業(yè)技術(shù)人員的錯(cuò)誤觀念也有其依據(jù)：在混凝土的質(zhì)控試塊制作時(shí)，額外多放一些石子，試塊抗壓破型試驗(yàn)時(shí)強(qiáng)度會(huì)多幾兆帕；用回彈儀回彈檢測(cè)普通混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，石子多的普通混凝土其回彈強(qiáng)度值也較高。所以從質(zhì)控試塊到實(shí)體強(qiáng)度都驗(yàn)證了“砂率越低，強(qiáng)度越高”。

事實(shí)上，上述“依據(jù)”是表象，真正的實(shí)體強(qiáng)度是混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)體鉆孔取芯強(qiáng)度?；貜椀膹?qiáng)度值為推斷值，非真正的實(shí)體強(qiáng)度。石子用得多，回彈推斷值高的原因 是：石子用得多，所以回彈的沖擊錘頭打在石子上的概率高，而打在石子上的回彈力比打在砂漿上要大，回彈力大顯示回彈強(qiáng)度數(shù)據(jù)值就高，那么最終就會(huì)從回彈強(qiáng)度值上得出錯(cuò)誤的結(jié)論。

混凝土質(zhì)控試塊多加石子強(qiáng)度高的原因是：混凝土在試模內(nèi)經(jīng)插搗和振實(shí)，石子沉降到試模下部，砂漿聚集在試模的上部，如就此成型，混凝土試塊上部砂漿層因石子很少變成強(qiáng)度薄弱點(diǎn)，試塊破型抗壓試驗(yàn)時(shí)因薄弱點(diǎn)先破壞形成偏心受力，導(dǎo)致整個(gè)試塊抗壓強(qiáng)度低。如試塊成型時(shí)加入部分石子填充砂漿層，這樣混凝土試塊結(jié)構(gòu)均勻，無明顯薄弱點(diǎn)，破型抗壓試驗(yàn)時(shí)整體受力，呈現(xiàn)出“多加石子強(qiáng)度高”的表象。

實(shí)際上，低砂率混凝土的受力結(jié)構(gòu)并不合理。因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)并非要石子挨著石子，而是要石子懸浮在砂漿里，將石子間點(diǎn)受力變成石子和砂漿間面受力，這樣的傳遞分散壓力方式能夠增大混凝土實(shí)體強(qiáng)度。所以，正確的做法是以滿足工作性能為條件，適當(dāng)提高砂率。

三、滿足工作性能，大粒徑級(jí)配石子比小粒徑混凝土強(qiáng)度高

在生產(chǎn)φ600以上大直徑管樁時(shí)，不少專業(yè)技術(shù)人員往往下意識(shí)調(diào)整配合比--增加大石子用量，以增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度，這雖然有道理，但是錯(cuò)誤的，因?yàn)闆]有分清主次矛盾。普通混凝土振搗成型時(shí)，石子下沉漿體上浮，在每一顆石子的正下方就會(huì)壓著一個(gè)水包（為與前文中的“水囊”相區(qū)分，這里稱為“水包”），這個(gè)水包嚴(yán)重影響石子和砂漿的粘結(jié)力，導(dǎo)致界面強(qiáng)度非常低，普通混凝土的承載破壞首先從該界面開始。同樣，管樁混凝土離心成型時(shí)石子往管樁外壁走，漿體往內(nèi)壁移動(dòng)，在石子指向管樁外壁的法向上也存在這樣的水包，見圖3。

圖3 管樁混凝土石子和水包相對(duì)位置示意圖

因此，石子和砂漿之間存在一個(gè)對(duì)強(qiáng)度影響非常大的水包才是主要矛盾。要降低該影響可采取兩個(gè)方法：一是石子粒型要相對(duì)圓潤(rùn)，便于排水，減小水包體積；二是高強(qiáng)度混凝土石子相對(duì)要選用小粒徑的，也利于分散、減小水包體積。

四、高壓碎值砂不能用

一般認(rèn)為，高壓碎值的砂不能在PHC管樁中使用，《建設(shè)用砂》（GB/T 14684-2011）有明確規(guī)定，壓碎指標(biāo)應(yīng)滿足表1。

表1 壓碎指標(biāo)

PHC管樁強(qiáng)度要求為C80以上，屬高強(qiáng)混凝土，一般專業(yè)技術(shù)人員按標(biāo)準(zhǔn)選?、窦?jí)、Ⅱ級(jí)的砂，不會(huì)選用Ⅲ級(jí)砂，認(rèn)為壓碎指標(biāo)值高的砂會(huì)降低混凝土強(qiáng)度。但壓碎指標(biāo)值達(dá)到甚至超過Ⅲ級(jí)的砂并非一定不能用。

吳其群等研究認(rèn)為，管樁離心成型嚴(yán)格來講是離心力+振動(dòng)力的復(fù)合，離心成型過程中管模的振動(dòng)頻率一般每min達(dá)數(shù)千次，這樣的高頻振動(dòng)使得砂中的輕物質(zhì)（引起砂壓碎指標(biāo)值偏高的顆粒成分）“浮”于管樁內(nèi)壁，構(gòu)成浮漿層，離開了混凝土結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于對(duì)原材料進(jìn)行了“分選”，改善了原材料的品質(zhì)，從而極大提高了離心混凝土整體強(qiáng)度。

而普通混凝土的成型是振搗，不同于離心混凝土的“分選”，輕物質(zhì)均布于普通混凝土中。眾所周知輕物質(zhì)抗壓強(qiáng)度較低，在普通混凝土里形成了相對(duì)較薄弱的砂漿結(jié)構(gòu)。受力后砂中輕物質(zhì)先破碎，砂漿出現(xiàn)裂縫，砂漿和石子結(jié)合面剝落，導(dǎo)致整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)被破壞。

所以，壓碎指標(biāo)值達(dá)Ⅲ級(jí)及以上砂不能用在普通高強(qiáng)混凝土中，恰恰可以使用在離心高強(qiáng)混凝土中，成型工藝的不同是其原因所在。

五、管樁內(nèi)壁掛漿，減少砂用量

管樁內(nèi)壁掛漿在管樁中是比較常見的缺陷，原因有很多，例如水泥反應(yīng)速率較慢、外加劑用量不足、砂石含泥量偏高、離心轉(zhuǎn)速或時(shí)間不夠等，這里不作詳細(xì)探討。還有一種原因則是砂漿過多導(dǎo)致掛漿。針對(duì)此問題，很多專業(yè)技術(shù)人員認(rèn)為既然砂漿多了，那就要減少砂用量。然而，減少砂用量是錯(cuò)誤的。

前文已述，水和減水劑分散膠材顆粒形成凈漿--凈漿包裹砂子、形成砂漿--砂漿包裹石子，形成混凝土。管樁開模線混凝土的膠材用量基本在400kg/m3以上，合模泵送線混凝土的膠材用量基本在450kg/m3以上，這樣的膠材用量完全可以滿足對(duì)混凝土中砂石骨料的包裹。因此，“砂漿”多了形成的掛漿，不是真正的砂漿多，而是凈漿多；也就是砂少了，膠材多了。

這時(shí)，正確的調(diào)整方法是：①如混凝土和易性不良，則增加砂用量。用砂來吸附多出的凈漿，同時(shí)增加了砂漿總量，改善了和易性；②如混凝土和易性良，則減少膠材用量。既解決了漿多的問題，也節(jié)約了成本。

六、結(jié)束語

混凝土行業(yè)看似粗糙，實(shí)則是個(gè)要求控制細(xì)微精細(xì)的行業(yè)。不同的性能要求、原材料、施工工法、不養(yǎng)護(hù)條件等都會(huì)對(duì)生產(chǎn)控制過程以及結(jié)果產(chǎn)生重大影響。專業(yè)技術(shù)人員對(duì)混凝土知識(shí)的學(xué)習(xí)實(shí)踐，要“雜”而“精”，“雜”的是知識(shí)面，“精”的是追尋事物的本質(zhì)原理。

本文對(duì)PHC管樁混凝土的一些錯(cuò)誤認(rèn)知進(jìn)行了闡明分析，旨在為相關(guān)技術(shù)人員提供參考，以期促進(jìn)PHC管樁行業(yè)技術(shù)發(fā)展。

作者：吳其群，來源《廣東建材》