一种高耐久、 低脆性 PHC 管桩的制备方法 【技术领域】
本发明涉及 PHC 管桩的制备工艺， 尤其涉及一种高耐久性 PHC 管桩的制备方法。背景技术 近年来， 随着全寿命成本分析的普及， 海港工程钢筋混凝土结构的耐久性倍受关 注， 一些大型海洋工程的设计提出 50 年、 100 年甚至更长时间的设计基准期的要求。 港口码 头正向大型化方向发展， 桩基础作为港口码头和桥梁最常用的基础形式， 其质量尤其是耐 久性倍受关注。 我国水运工程主要桩基础型式有钢管桩、 混凝土管桩和混凝土方桩三大类， 而其中的预应力高强混凝土管桩 (PHC 管桩 ) 由于承载力高、 耐久性好、 成本较低， 在我国的 水运工程建设中被大量应用。预应力混凝土管桩分为两大类——后张法大直径管桩 ( 简称 大管桩 ) 和先张法 PHC 管桩。预应力混凝土管桩应用于港口、 码头时， 尤其是采用高桩承台 的结构形式， 桩头暴露在水位变动区和浪溅区， 耐久性问题就逐渐显露 ； 而且采用锤击法沉 桩， 桩头或桩顶最容易在施工中开裂或破损， 如果管桩被打裂， 又暴露在恶劣的干湿循环或 ( 和 ) 冻融循环境， 其服役寿命将大大缩短。 由于水运工程的特点， 处于盐污染、 冻融等环境 中的结构必须考虑耐久性问题。 混凝土的耐久性包括抗渗性、 抗氯离子侵蚀、 抗冻性等多方 面性能。
近年来， 一般的港口、 码头的设计寿命通常为 30 年或 50 年， 如使用预应力混凝土 桩并保证桩身的完好性， 基本可以满足设计要求。然而， 在设计使用年限为 100 年以上的跨 海大型桥梁中使用预应力混凝土管桩时， 其耐久性问题就无法回避。因此， 通过改进， 开发 高耐久性 PHC 管桩就具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺陷， 提供一种高耐久性 PHC 管桩及其制备方 法。
本发明通过对养护制度和 PHC 管桩混凝土配合比的研究， 在保证 PHC 管桩物理力 学性能、 耐久性以及生产时间的前提下， 去掉传统生产技术中的高压高温蒸汽养护 ( 高压 蒸养 ) 环节， 从而确定免压蒸 PHC 管桩的养护制度， 并节约大量能耗， 同时在混凝土配合比 中充分利用工业废渣 ； 此外， 开展免压蒸 PHC 管桩沉桩试验， 验证了本发明高耐久性免压蒸 PHC 管桩抗锤击性能与贯入性能。
本发明提供了一种高耐久性 PHC 管桩的制备方法， 包括混凝土配料、 混凝土搅拌、 钢筋笼制作、 布料张拉、 离心成型、 拆模及养护， 其中养护由两个阶段组成， 第一阶段位于离 心成型后拆模前， 该阶段的养护为常压蒸汽养护， 第二阶段位于拆模后， 该阶段的养护为标 准养护或自然养护。
所述混凝土中， 每立方米混凝土的制备原料包括下列组分 ：
硅酸盐水泥 360-477kg
粒化高炉矿渣粉 50-160kg细度模数大于 2.5 的细骨料 640-720kg
最大粒径不大于 25mm 的粗骨料 1120-1200kg
高效减水剂 4-7kg
水 130-145kg
所述细骨料的含泥量不大于 1.5wt％， 泥块含量不大于 0.5wt％。实施例具体列举 了细度模数为 2.6， 含泥量为 0.6wt％， 泥块含量为 0.2wt％的中砂。优选的， 所述细骨料的 模数为 2.5-3.0。经发明人研究表明， 在免蒸压养护的情况下， 细骨料的细度模数和含泥量 会对混凝土抗压强度产生较大影响， 需要严格控制。
所述粗骨料最大粒径不大于 25mm， 针片状含量不大于 5.0wt ％， 含泥量不大于 0.5wt％， 泥块含量不大于 0.2wt％。经发明人研究表明， 在免蒸压养护的情况下， 粗骨料的 粒径、 针片状含量和含泥量会对混凝土抗压强度产生较大影响， 因此需选用最大粒径不大 于 25mm， 针片状含量不大于 5.0％， 含泥量不应大于 0.5％， 泥块含量不应大于 0.2％的粗骨 料。 实施例具体列举了采用 5-25mm 连续级配的碎石作粗骨料， 其碎石由 5-10mm 和 10-25 两 级配配制而成， 5-10mm 和 10-25 的比例为 1 ∶ 4， 针片状含量为 4.1wt％， 含泥量为 0.4wt％， 泥块含量为 0.1wt％。 所述减水剂优选上海华登 HP400 高效减水剂。
本发明选用减水率大于 20％的减水剂与粒化高炉矿渣粉复合可提高混凝土的工 作性和抗压强度。
优选的， 所述硅酸盐水泥为强度等级为 52.5 的Ⅱ型硅酸盐水泥。
本发明采用粒化高炉矿渣粉替代了常规 PHC 管桩混凝土所使用的粉煤灰， 可有效 解决使用粉煤灰在离心成型后， 管桩易产生管壁组分分层的问题。 优选的， 所述粒化高炉矿 渣粉为 S95 级粒化高炉矿渣粉。
进一步的， 所述混凝土的制备原料中， 还包括无水石膏 10-16kg/m3。
本发明采用无水石膏作为激发剂， 可提高掺合料的活性， 加速矿物掺合料的二次 水化反应的进行， 以提高混凝土的早期强度。 在本发明中， 相比其他早强剂， 如三乙醇胺、 氯 化物早强剂等， 综合效果更为突出。
本发明中， 粒化高炉矿渣粉与激发剂的优选配比为， 粒化高炉矿渣粉占胶凝材料 总重量的 10％， 激发剂占胶凝材料总重量的 2.5％， 所述胶凝材料包括硅酸盐水泥和粒化 高炉矿渣粉。
本发明进一步从混凝土的工作性、 耐久性、 强度、 弹性模量和干缩率等方面综合考 量， 提供了优选的配合比， 即所述混凝土的水胶比 0.25-0.30 ； 胶凝材料用量小于 550kg/m3 ； 砂率为 36-38％。
小于 0.30 的水胶比既能满足本发明混凝土的工作性的条件， 又能保证混凝土的 抗压强度。适当增加胶凝材料用量， 可提高混凝土的抗压强度， 但胶凝材料也不宜过多， 过 多胶凝材料用量将使混凝土用水量增加， 水泥浆体的用量增加， 从而使骨料的用量相应减 小， 对抗压强度产生一定影响， 同时， 过多的胶凝材料用量还会使混凝土产生较大的收缩。 因此， 胶凝材料用量优选控制在 550kg/m3 以内。合理地选择砂率是十分必要的， 大量试验 表明， 配制 C80 级高强混凝土较低的砂率还能使强度增长， 但这将损害工作度和增加脆性， 对管桩生产和工地施打不利。砂率控制在 37％左右比较合适。
本发明的混凝土的制备方法采用常规， 本技术领域的技术人员在获知本发明混凝 土成份的基础上， 可采用常规混凝土制备方法获得本发明的混凝土。
本发明的 PHC 管桩制备方法中， 所述的养护不包括蒸压养护。
进一步的， 所述常压蒸汽养护为在温度低于 100℃条件蒸汽条件下进行养护， 包括 静停、 升温、 恒温、 与降温的过程。
优选的， 所述蒸汽养护的制度方法为 ： 先静停 2 小时， 而后以 20℃ / 小时的升温速 度升至 70℃， 保持恒温 7-8 小时， 再以 20℃ / 小时的降温速度降至室温。
进一步的， 所述标准养护为在养护温度为 17-23℃、 相对湿度为 95％以上条件下 养护 28 天。( 生产 PHC 管桩不采用标准养护， 只进行自然养护， 生产 PHC 管桩质量检测时采 用标准养护 )
进一步的， 所述自然养护的时间为 1-14 天。( 根据环境温度变化养护时间有所不 同， 气温较低时， 自然养护时间相对增加。)
从本发明对免压蒸 PHC 管桩与高压蒸养 PHC 管桩主要技术比较可以看出， 两种 PHC 管桩的抗压强度均能满足规范要求 ； 高压蒸养 PHC 管桩的脆性稍高， 弹性模量较低， 其抗氯 盐侵蚀以及抗冻性等耐久性比免压蒸 PHC 管桩要差。根据免压蒸和高压蒸养 PHC 管桩性能 指标， 表 1 列出免压蒸和高压蒸养 PHC 管桩的特点。因此， 当采用本发明的免压蒸方式生产 PHC 管桩时， 应注意控制养护制度， 保证混凝土获得一定的脱模强度 ； 当采用常规的高压蒸 养生产 PHC 管桩时， 应严格控制高压蒸养的养护制度， 保证其耐久性。
表 1 免压蒸和高压蒸养 PHC 管桩的特点
本发明通过免压蒸工艺可以省略高压蒸养环节， 高压蒸养环节需高压釜、 人工并 消耗大量的能源等， 会增加 PHC 管桩的成本。采用免压蒸工艺， 每立方米 PHC 管桩可节约成 本 29.8 元。 因此采用免压蒸 PHC 管桩可以大量节约能源消耗和成本， 具有显著的经济效益， 同时还可减少废气排放， 有利于环保。
本发明系统地解决免压蒸 PHC 管桩配合比设计与生产工艺和相关技术问题， 使 PHC 管桩性能获得改善并降低成本 ： (1) 可使免压蒸 PHC 管桩满足规范的各项要求， PHC 管 桩混凝土的抗氯盐侵蚀性能、 抗冻性等耐久性较高， 保证了 PHC 管桩的产品质量， 可应用于 海洋工程和北方等耐久性较高的环境 ； (2)PHC 管桩混凝土脆性有所改善， 保证使用性能和 可打性 ； (3) 免压蒸 PHC 管桩还可减少制桩的环节、 降低成本和节约能源， 从而有利于环保。 因此， 本发明的免压蒸 PHC 管桩具有非常广泛的应用前景。
附图说明
图 1 不同温度对混凝土 180 天龄期电通量的影响 图 2PHC 管桩生产流程具体实施方式
以下列举具体实施方式以进一步阐述本发明， 应理解， 实例并非用于限制本发明 的保护范围。
实施例的原材料来源
(1) 水泥 ： 52.5 Ⅱ型硅酸盐水泥。
(2) 矿渣粉 ： S95 粒化高炉矿渣粉。
(3) 细骨料 ( 砂 ) ： 细度模数为 2.6 的中砂， 含泥量为 0.6％， 泥块含量为 0.2％。
(4) 粗骨料 ( 石 ) ： 5-25mm 连续级配的碎石 ( 由 5-10mm 和 10-25 两级配配制而成， 5-10mm 和 10-25 的比例为 1 ∶ 4)， 针片状含量为 4.1％， 含泥量为 0.4％， 泥块含量为 0.1％。
(5) 减水剂 ： 上海华登 HP400 高效减水剂、 三瑞化学 VIVD-500 高效减水剂。
(6) 早强剂 ： 三乙醇胺 (7) 激发剂 ： 无水石膏由上海白水泥厂提供， 细度为 80μm 筛余 1.2。
(8) 拌合水 ： 采用城市自来水。
实施例的试验方法
(1) 力学性能
抗压强度、 劈拉强度、 弹性模量以及干燥收缩试验按 《水运工程混凝土试验规程》 (JTJ270-98) 的有关规定进行。
(2) 耐久性
电通量试验按 《混凝土抗氯离子渗透性标准试验方法》 (ASTM C1202) 进行 ； 扩散系 数试验按 《硬化混凝土 ： 快速氯离子侵蚀试验方法》 (NT BUILD 443) 进行。
实施例 1PHC 管桩性能的研究
1 试件的制作
(1) 混凝土配合比
混凝土的配合比如表 1-1 所示。
表 1-1 混凝土的配合比
(2) 留样混凝土的制作
在 PHC 管桩混凝土生产线上取混凝土， 采用试模成型混凝土试块进行留样， 分别 进行标准养护以及与 PHC 管桩同条件养护后再进行标准养护和自然养护。分别测试不同龄 期混凝土的力学性能和耐久性指标。
(3) 管桩切割混凝土的制作
制作少配筋 PHC 管桩， 养护分为免压蒸和高压蒸养。试验桩的直径为 1200mm， 长
为 10m， 为使切割取下的试件内不含钢筋， 要将管桩中供割取试件的区域处的主筋与箍筋去 除。为了保证切割混凝土试块的质量， 试验桩加厚以便于切割。
(4) 养护方式
免压蒸 PHC 管桩混凝土分别采用蒸汽养护制度一， 混凝土配合比 K2 采用蒸汽养护 制度一和蒸汽养护制度二 ； 混凝土配合比 K3 采用蒸汽养护制度一。
蒸汽养护制度一 ： 静停 2 小时→升温控制在 20℃ / 小时→恒温 8 小时→降温控制 在 20℃ / 小时， 恒温温度为 70℃ ；
蒸汽养护制度二 ： 静停 2 小时→升温控制在 20℃ / 小时→恒温 7 小时→降温控制 在 20℃ / 小时， 恒温温度为 70℃。
高压蒸养混凝土采用常压蒸汽养护和高压蒸养两次蒸养， 其中， 高压蒸养方法为 ： 预 热 1 ～ 2 小时， 升温 3 小时， 恒温 5.5 小时， ( 恒温压力 1MPa， 恒温温度 180℃。)， 降温 3.5 小时。
管桩切割混凝土的养护分为免压蒸后和高压蒸养 ( 两次蒸养 ) 后进行自然养护。
2 试验方法
(1) 力学性能、 干燥收缩和耐久性
力学性能、 电通量以及 NT BUILD 443 扩散系数试验同前所述， RCM 法扩散系数试 验按 《混凝土结构耐久性设计与施工指南》 ( 中国土木水利与建筑学部工程结构安全性与耐 久性研究咨询项目组 ) 的有关规定进行， 混凝土抗冻性和干燥收缩试验按 《水运工程混凝 土试验规程》 (JTJ270-98) 的有关规定进行。 (2) 断裂能
断裂能试块尺寸采用 100mm×100mm×515mm， 测试前用切割机切口， 切口深度为 5cm。28 天龄期后， 采用三点弯曲梁测定混凝土断裂能。断裂能按下式进行计算 ：
式中 ： W0 为荷载与挠度曲线的包络面积 (N·m) ； mg 为混凝土梁支撑段的自重 ； δmax 为梁最终破坏时的变形 ； Alig 为试件的韧带面积。 (3) 延性指数 采用采用延性指数来表示混凝土的开裂变形的特征， 其值可由下式进行计算 ：式中 ： GF 为断裂能 ；
Pu 为峰值荷载。
3. 结果与分析
(1) 开展了 PHC 管桩留样混凝土的力学性能和耐久性试验研究， 研究结果表明， 标 准养护、 免压蒸养护和高压蒸养三种养护方式对 PHC 管桩混凝土后期强度以及耐久性产生 明显的影响 ； 养护方式也对 PHC 管桩的脆性也有一定的影响。后期强度增幅以及耐久性按 标准养护、 免压蒸养护和高压蒸养的次序递减， 免压蒸和高压蒸养均对混凝土耐久性具有 不利的影响， 高压蒸养对混凝土耐久性影响较为显著 ； 而环境湿度对免压蒸混凝土的脆性
有一定的影响， 后期养护可降低免压蒸混凝土的脆性， 免压蒸混凝土的脆性小于高压蒸养 混凝土 ； 环境湿度也对免压蒸混凝土的弹性模量产生一定的影响， 后期养护可提高免压蒸 混凝土的弹性模量， 免压蒸养护的弹性模量大于高压蒸养混凝土。
(2) 开展了 PHC 管桩切割混凝土的断裂能、 力学性能和耐久性的试验研究。 劈拉强 度、 弹性模量以及断裂性能等试验结果表明， 养护制度对 PHC 管桩混凝土脆性产生一定的 影响， 与高压蒸养 PHC 管桩混凝土相比较， 免压蒸 PHC 管桩混凝土具有较低的脆性和较高的 弹性模量 ； 电通量、 扩散系数以及抗冻性试验结果均表明， 免压蒸 PHC 管桩混凝土具有较高 的耐久性， 高压蒸养对 PHC 管桩混凝土产生不利影响。
(3) 免压蒸和高压蒸养混凝土的收缩存在一定的差别， 高压蒸养混凝土收缩相对 较小。
(4) 免压蒸和高压蒸养 PHC 管桩混凝土的扫描电子显微镜照片表明， 免压蒸混凝 土微观结构较为密实， 具有较高的耐久性。
(5) 免压蒸 PHC 管桩与常规高压蒸养 PHC 管桩性能比较见表 1-2 ：
表 1-2 免压蒸 PHC 管桩与常规高压蒸养 PHC 管桩性能比较
(6) 采用特定配合比、 养护制度和工艺进行免压蒸 PHC 管桩生产， 免压蒸 PHC 管桩 具有较高的抗氯盐侵蚀性能和抗冻性， 按 ASTM C1202 测试电通量小于 800 库伦， 90 天氯离 -12 2 子扩散系数小于 1.5×10 m /s， 抗冻性达到 1000 次， 具有较高耐久性。
实施例 2 蒸养制度的研究
(1) 蒸养温度的设置
选择蒸养度时积为 490℃·小时， 进行混凝土养护温度对 PHC 管桩性能影响的研 究， 温度 65℃～ 90℃。具体的养护制度设置如下 ：
①养护制度 (1) ： 蒸养温度为 65℃， 静停 2 小时→升温控制在 20℃ / 小时→恒温 7.5 小时→降温控制在 20℃ / 小时
②养护制度 (2) ： 蒸养温度为 70℃， 静停 2 小时→升温控制在 20℃ / 小时→恒温 7 小时→降温控制在 20℃ / 小时
③养护制度 (3) ： 蒸养温度为 75℃， 静停 2 小时→升温控制在 20℃ / 小时→恒温 6.5 小时→降温控制在 20℃ / 小时
④养护制度 (4) ： 蒸养温度为 80℃， 静停 2 小时→升温控制在 20℃ / 小时→恒温 6.1 小时→降温控制在 20℃ / 小时
⑤养护制度 (5) ： 蒸养温度为 85℃， 静停 2 小时→升温控制在 20℃ / 小时→恒温 5.8 小时→降温控制在 20℃ / 小时
⑥养护制度 (6) ： 蒸养温度为 90℃， 静停 2 小时→升温控制在 20℃ / 小时→恒温 5.4 小时→降温控制在 20℃ / 小时
(2) 混凝土配合比设计
分别以掺矿渣粉 20％和 30％的基准混凝土配合比以及早强型混凝土配合比进行 研究， 配合比如表 2-1 所示。
表 2-1 混凝土配合比
结果与分析
1. 蒸养温度对免压蒸 PHC 管桩力学性能的影响
不同蒸养温度的混凝土抗压强度测试结果表明， 在 7 天龄期之前， 对于掺 20％和 30％矿渣粉的基准混凝土和早强型混凝土， 在蒸养度时积相同的条件下， 随着蒸养温度的 增加， 混凝土的抗压强度增加 ； 但 7 天龄期时不同蒸养温度混凝土的抗压强度已经非常接 近， 到 14 天龄期时较低蒸养温度养护的混凝土抗压强度已超过较高蒸养温度养护混凝土 抗压强度 ； 随着养护温度的增加， 蒸养 90 天龄期混凝土的抗压强度呈现降低的趋势。
在蒸养温度较高的情况下， 蒸养初期水化过程剧烈进行， 新生成的水化产物以非 常小的粒子出现， 从而构成具有一定强度的结晶连生体。 继续蒸养时， 结晶的生长使最初的 连生体密实强化。在强度已经形成的情况下， 再继续水化， 将产生内应力， 以致影响连生体 的整体性， 因而混凝土内部产生微裂缝， 抗压强度下降。 尽管新生成的水化产物会逐渐填充 水泥石的微裂缝及裂缝自愈， 但后期的抗压强度增长逐渐变小。 此外， 混凝土内部是由粗细
骨料、 水泥水化产物、 孔隙以及气体等多相所组成的， 过高的蒸养温度还会导致不同相的不 均匀膨胀变形， 而影响混凝土内部结构， 从而影响混凝土的强度。因此， 过高的养护温度对 混凝土的后期强度发展有一定的影响， 应控制蒸养温度。
2. 蒸养温度对免压蒸 PHC 管桩耐久性的影响
(1) 电通量
不同蒸养温度混凝土电通量的测试结果表明， 对于三种配合比的 PHC 管桩混凝 土， 随着蒸养温度的增加， 混凝土的早期电通量不断减小， 但随着龄期的不断增加， 蒸养温 度较低的混凝土电通量不断减小， 逐渐小于蒸养温度较高混凝土的电通量， 蒸养温度较低 的混凝土具有较低的电通量， 这与混凝土抗压强度的趋势基本一致。此外， 从不同配合比 混凝土电通量的比较可以发现， 矿渣粉掺量 30％的混凝土电通量小于矿渣粉掺量 20％混 凝土 ； 早强型混凝土配合比蒸养后不同龄期的电通量变化较小。从温度对三个系列混凝土 180 天电通量的影响可以看出， 随着温度的增加， 电通量均不断增加。 因此， 过高的蒸养温度 对混凝土的后期耐久性有一定的影响， 应适当控制控制蒸养温度。
(2) 扩散系数
按照 《硬化混凝土 ： 快速氯离子侵蚀试验方法》 (NT BUILD 443) 测试了养护制度二 的矿渣粉掺量为 20％和 30％基准混凝土蒸养和早强型混凝土 90 天龄期的扩散系数， 结果 表明随着蒸养温度的增加， 三种配合比混凝土 90 天龄期的扩散系数呈不断增加趋势， 且蒸 养温度为 90℃的混凝土扩散系数显著增加， 混凝土的抗氯盐侵蚀能力不断下降， 过高的蒸 养温度会导致混凝土的耐久性下降。 3. 蒸养温度对免压蒸 PHC 管桩微观结构的影响
3.2X 射线衍射测试与分析
基准水泥浆体 X 射线衍射分析测试结果表明， 随着蒸养温度的增加， 不同矿渣粉 掺量的浆体 X 衍射图中钙矾石 (AFt) 和单硫型水化硫铝酸钙 (AFm) 的衍射峰存在明显差 别。 ， 蒸养温度高于 70℃时， 钙矾石不稳定， 易于分解成单硫型水化硫铝酸钙 (AFm)。钙矾 2+ -2 石高温条件分解转变为单硫盐、 SO4 、 Ca 、 Al3+， 被 C-S-H 凝胶吸附， 在混凝土制品使用过程 中， 这些离子或单硫酸盐在潮湿环境下会重新生成钙矾石。这种在已硬化的水泥石中延迟 生成的钙矾石具有体积膨胀性， 产生的膨胀应力如超过混凝土中水泥石的应力极限， 将使 其开裂， 导致混凝土结构破坏。因此， 蒸养温度应不高于 70℃。早强型水泥浆体 X 射线衍射 分析测试结果与基准混凝土水泥浆体类似， 对于早强型水泥浆体， 当蒸养温度高于 70℃时， 钙矾石也不稳定， 易于分解成单硫型水化硫铝酸钙 (AFm)， 蒸养温度也应不高于 70℃。
4. 扫描电子显微镜测试与分析
从扫描电子显微镜照片测试结果可以看到， 过高的蒸养温度对混凝土的内部结构 产生不利影响， 从而影响 PHC 管桩混凝土的耐久性， 这与电通量和扩散系数测试结果是一 致的。结论 ： 蒸养制度的确定
通过对混凝土的力学性能、 耐久性以及微观结构的测试分析， 过高的蒸养温度对 混凝土的后期的力学性能、 耐久性以及微观结构产生不利影响， 蒸养温度不宜高于 70℃。 因 此， 免压蒸 PHC 管桩的蒸汽养护制度较好的为蒸养制度一或蒸养制度二。
蒸养制度一为 ： 静停 2 小时→升温控制在 20℃ / 小时→恒温 8 小时→降温控制在 20℃ / 小时， 恒温温度为 70℃ ；
蒸养制度二为 ： 静停 2 小时→升温控制在 20℃ / 小时→恒温 7 小时→降温控制在 20℃ / 小时， 恒温温度为 70℃。
实施例 3 混凝土配合比研究
按照下表配制混凝土并进行比较， 配合比设计如表 3-1 所示。
表 3-1 混凝土配合比设计
混凝土采用常规方法制备， 蒸汽养护制度 ： 静停 2 小时→升温控制在 20℃ / 小时 →恒温 7 小时→降温控制在 20℃ / 小时， 恒温温度为 70℃。
养护方法 ： 先蒸养而后标准养护。
(1) 工作性测试
混凝土的工作性和表观密度的测试结果如表 3-2 所示。从表 3-2 可以看出， 掺入 三瑞化学减水剂的 2K21 减水剂用量增加， 且坍落度较小， 表明其与水泥适应性不好或减水 率不高 ； 掺三乙醇胺早强剂和无水石膏激发剂对混凝土坍落度没有明显的影响 ； 掺入早强 剂和激发剂对混凝土的表观密度影响不大。
表 3-2 混凝土工作性与表观密度
(2) 抗压强度 混凝土的混凝土抗压强度与龄期关系测试结果如表 3-3 所示。从表 3-3 可以看出： ①掺三瑞化学减水剂编号 2K21 以及掺早强剂编号 2K22 的 1 天、 3 天、 5 天和 7 天 的抗压强度与基准混凝土 2K2 相比没有明显提高。因此， 掺三瑞化学减水剂和三乙醇铵早 强剂在高温条件下蒸养增强效果不明显。
②掺无水石膏激发剂的混凝土抗压强度增加比较明显， 且随着激发剂掺量增加， 单掺激发剂编号为 2K23、 2K24、 2K25 的抗压强度呈现先增加后减小的趋势， 编号为 ZK24 的 抗压强度最大， 其 1 天、 3 天、 5 天和 7 天和 14 天的抗压强度比基准混凝土 ZK2 分别增加 6.5％、 10.3％、 9.9％、 3.3％、 3.2％。 掺入无水石膏后， 硫酸盐含量增加， 可激发掺合料矿渣 的活性， 生成较多的 C-S-H 凝胶， 并加速矿物掺合料的二次水化反应的进行， 从而提高混凝 土的早期强度。
③随着激发剂掺量增加， 复掺早强剂与激发剂编号 2K26、 2K27、 2K28 的抗压强度 也呈现先增加后减小的趋势， 编号为 2K27 的抗压强度最大， 但与基准混凝土 2K2 相比， 抗压 强度增量较小， 也小于单掺激发剂的混凝土。 因此， 复掺早强剂与激发剂对混凝土的增强效 果也不明显。
表 3-3 混凝土抗压强度编号 2K2 2K21 2K22 1天 75.6 72.1 73.6 3天MPa5天 81.1 82.1 80.5 7天 89.1 84.8 86.1 14 天 93.1 92.5 89.178.8 80.1 78.712101992501 A CN 101992504说78.1 80.5 77.7 75.2 77.1 76.2 83.3 86.9 80.5 81.6 83.5 80.5明书91.1 92.1 89.8 88.1 89.3 87.5 95.1 96.1 93.8 91.1 93.5 89.511/13 页2K23 2K24 2K25 2K26 2K27 2K28
87.1 89.1 84.9 85.1 86.3 83.8(3) 混凝土耐久性
混凝土电通量测试结果如表 3-4 所示。从表 3-4 可以看出， 采用三瑞化学和早强 剂混凝土的电通量与基准混凝土电通量相差不大， 掺入无水石膏激发剂的混凝土电通量小 于基准混凝土电通量。 掺入无水石膏激发剂后， 激发矿渣的活性， 生成较多的凝胶和一定量 的钙矾石填充孔隙， 混凝土密实性增加， 混凝土抗氯盐侵蚀能力增加。
表 3-4 混凝土电通量测试结果
编号 2K2 2K21 2K22 2K23 2K24 2K25 2K26 2K27 2K28
蒸养后标养 7 天电量 (C) 821 790 890 801 668 709 800 674 903蒸养后标养 28 天电量 (C) 758 698 791 758 551 682 751 650 800标准养护 28 天电量 (C) 687 918 842 626 443 682 661 601 667根据研究结果， 确定早强型混凝土配合比如下表所示 ： 表 3-5 早强型混凝土配合比
依次按下表配方配制混凝土， 并检测相关指标 ： 表 3-6 早强型混凝土配方
上述配比的早强型混凝土， 其可达到下列性能指标 ： 表 37 早强型混凝土基本性能指标蒸养 7 天强度指常压蒸养后标准养护 7 天， 其余类推。
实施例 4 工程应用案例
PHC 管桩的制备工艺流程如图 2 所示， 包括混凝土配料、 混凝土搅拌、 钢筋笼制作、 布料张拉、 离心成型、 拆模及养护。
混凝土配方 ：
混凝土搅拌、 钢筋笼制作、 布料张拉、 离心成型、 拆模均采用常规工艺， 其中养护由 两个阶段组成， 第一阶段位于离心成型后拆模前， 该阶段的养护为常压蒸汽养护， 蒸汽养护 制度为 ： 静停 2 小时→升温控制在 20℃ / 小时→恒温 7 小时→降温控制在 20℃ / 小时， 恒 温温度为 70℃。 第二阶段位于拆模后， 该阶段的养护为标准养护和自然养护， 自然养护 3 天 出厂。
1 工程概况
生产的免压蒸 PHC 管桩在某造船有限公司某码头进行了应用。
2 出厂检验结果
(1) 抗压强度
出厂混凝土抗压强度检测结果表明， 3 天自然养护的 PHC 管桩混凝土抗压强度均 大于 80MPa， 平均值达到 84.2MPa， 达到出厂的要求。对标准养护 PHC 管桩混凝土统计方法 评定表明， 28 天标准养护混凝土平均抗压强度达到 90.7MPa， PHC 管桩混凝土达到 C80 的要 求。
(2) 耐久性
成型了两组电通量试件进行标准养护， 分别测试混凝土 28 天和 56 天的电通量， 电 通量测试结果如表 6-4 所示。表 6-4 中数据表明， 免压蒸 PHC 管桩混凝土具有较高抗氯盐 侵蚀能力。
表 6-4PHC 管桩混凝土电通量的测试结果
28 天电通量 (C) 674
56 天电通量 (C) 58590 天扩散系数 (m2/s) 1.09×10-123 沉桩情况 ： 沉桩后的 PHC 管桩表面光滑平整， 无裂缝出现。