薛利俊，陳芳斌，楊牧，李斌斌

（建華建材（中國）投資有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

0 引言

目前，PHC管樁在建筑地基中應(yīng)用較為廣泛。但我國幅員遼闊，地質(zhì)條件復(fù)雜，地下混凝土管樁結(jié)構(gòu)受氯離子、硫酸鹽和凍融影響嚴重，造成混凝土結(jié)構(gòu)被破壞，最終影響管樁的使用壽命，嚴重危害建筑物的使用安全，因此PHC混凝土管樁的耐久性倍受關(guān)注。隨著新工藝和新材料的不斷應(yīng)用，在管樁生產(chǎn)中，有了高溫高壓蒸汽養(yǎng)護方式，大大提高了效率；為在安全且不影響效率的情況下節(jié)省蒸汽成本，有了摻入礦物摻合料的免蒸壓養(yǎng)護方式。本文主要研究了不同養(yǎng)護方式對混凝土管樁結(jié)構(gòu)耐久性的影響，并試著尋找管樁蒸汽養(yǎng)護溫度與混凝土管樁耐久性的關(guān)系。

1 實驗方案

1.1 試驗原材料及基準配合比

（1）水泥：采用江南小野田公司生產(chǎn)的P·Ⅱ52.5R級硅酸鹽水泥，其基本性能指標見表1。

（2）礦粉：采用S95級礦渣微粉，比表面積為430 m/kg，表觀密度為2.8 g/cm。

（3）細集料：采用贛江黃砂，堆積密度1 440 kg/m，表觀密度2 680 kg/m，細度模數(shù)為2.8。

（4）粗集料：采用長安石料廠生產(chǎn)的5~25 mm連續(xù)級配的石灰石碎石，壓碎值為6.7%。

（5）減水劑：采用高性能聚羧酸減水劑，減水率為22%，含固量為20%。

（6）拌和用水：自來水。

（7）配合比：按 JGJ55-2011，《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》進行混凝土配合比設(shè)計，礦粉摻量為20%，水膠比為0.26，砂率為0.37，采用絕對體積法，坍落度為30~50 mm，具體配合比如表2所示。

表1水泥的基本性能

表2混凝土配合比

1.2 試塊的制作方法和養(yǎng)護制度

試件按照GB/T50081《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標準》中的規(guī)定進行制作，測定電通量和氯離子擴散系數(shù)，采用直徑為100 mm,厚度為50 mm的圓柱體試塊，測定抗凍性，采用100 mm×100 mm×400 mm棱柱體試塊。

養(yǎng)護方式分別為標準養(yǎng)護、免蒸壓養(yǎng)護和二次蒸養(yǎng)養(yǎng)護。具體的養(yǎng)護制度：標準養(yǎng)護為試塊在溫度 （20±2）℃，濕度為95%以上的標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護；免蒸壓養(yǎng)護為試塊在恒溫為80℃的蒸汽條件下，恒溫蒸養(yǎng)6小時6分鐘，升溫控制在20℃/h，降溫控制在20℃/h，共12小時6分鐘；二次蒸養(yǎng)養(yǎng)護為試塊先在恒溫為85℃的蒸汽條件下，恒溫蒸養(yǎng)5小時48分鐘，升溫控制在20℃/h，降溫控制在20℃/h，然后再在恒壓為1.0 MPa，恒溫為180℃的高溫高壓蒸汽條件下，恒溫、恒壓2 h，升壓控制在0.5 MPa/h，降壓控制在0.5 MPa/h，共18小時18分鐘。為了更好地對比不同養(yǎng)護方式對混凝土管樁耐久性的影響，試塊同時制作，同時養(yǎng)護。標準養(yǎng)護根據(jù)實驗的需要確定齡期，免蒸壓、二次蒸養(yǎng)養(yǎng)護結(jié)束后，對應(yīng)相應(yīng)的標準養(yǎng)護齡期再進行標準養(yǎng)護。

2 不同養(yǎng)護方式下混凝土管樁抗氯鹽侵蝕性能的區(qū)別

三種養(yǎng)護制度下，按照基準混凝土配方制作的混凝土管樁試塊的電通量，測試結(jié)果如表3所示。采用NT BUILD 443測試三種養(yǎng)護制度混凝土管樁試塊的擴散系數(shù)如表4所示。具體評定標準見表5和表6。

根據(jù)上述試驗結(jié)果，按照JGJ/T193-2009《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性檢驗評定標準》中給出的抗氯離子滲透等級劃分標準，標準養(yǎng)護、免蒸壓養(yǎng)護的PHC樁混凝土耐久性很好，二次蒸養(yǎng)養(yǎng)護的PHC管樁混凝土耐久性較好。同時，從表3和表4也可以看出，常壓蒸汽養(yǎng)護和二次蒸養(yǎng)均對管樁混凝土抗氯離子滲透性具有一定的影響。

表3三種養(yǎng)護方式留樣混凝土的電通量

表4三種養(yǎng)護制度下混凝土的擴散系數(shù)

表5 28 d齡期中混凝土抗氯離子滲透性能的等級劃分（電通量法）

表6 對應(yīng)84 d齡期中混凝土抗氯離子滲透性能的等級劃分（RCM法）

表7 PHC管樁混凝土抗凍試驗結(jié)果

3 不同養(yǎng)護方式下混凝土管樁抗凍性的區(qū)別

表7是按照基準混凝土配方制作的混凝土管樁試塊抗凍試驗結(jié)果。對于標準養(yǎng)護條件下的混凝土，抗凍等級能達到F800以上，具有較高的抗凍性。免蒸壓養(yǎng)護條件下的混凝土，抗凍等級達到F400，能滿足管樁混凝土的抗凍要求。而在二次蒸養(yǎng)養(yǎng)護條件下的混凝土，經(jīng)100次凍融循環(huán)后試塊已經(jīng)出現(xiàn)了宏觀可見的裂縫，此時混凝土動彈性模量已經(jīng)下降到70%，此后150次凍融循環(huán)后動彈模降低到60%以下，試塊硬化水泥石已經(jīng)被嚴重凍融剝蝕，表面骨料之間的漿體出現(xiàn)嚴重脫落，表面出現(xiàn)很多小坑，試件破壞，見圖1。可以看出，蒸養(yǎng)雖然加速了膠凝材料的水化反應(yīng)過程，卻對混凝土微觀孔隙結(jié)構(gòu)的形成帶來不利影響，經(jīng)過蒸養(yǎng)，混凝土的孔隙率變大，直接導(dǎo)致抗凍性下降。

圖1凍融試驗前后的二次蒸養(yǎng)養(yǎng)護試塊

針對按照基準混凝土配方制作的混凝土管樁試塊，在二次蒸養(yǎng)養(yǎng)護條件下抗凍試驗結(jié)果不理想的情況，調(diào)整了配方和養(yǎng)護工藝，再次進行了PHC管樁混凝土抗凍試驗。試驗結(jié)果見表8。在新的配方中加大了礦物摻合料的摻量，具體配方見表9。同時優(yōu)化了高壓蒸養(yǎng)養(yǎng)護制度，降低了常壓蒸養(yǎng)溫度和升降溫速率。優(yōu)化后的高壓蒸養(yǎng)養(yǎng)護制度為,試塊先在恒溫為75℃的蒸汽條件下恒溫蒸養(yǎng)6小時30分鐘，升溫控制在15℃/h，降溫控制在15℃/h，然后再在恒壓為1.0 MPa、恒溫為180℃的高溫高壓蒸汽條件下，恒溫、恒壓2 h，升壓控制在0.4 MPa/h，降壓控制在0.4 MPa/h，共20小時48分鐘。

本次試驗說明：雖然前面研究結(jié)果證實蒸汽養(yǎng)護對混凝土抗凍性帶來不利影響，但不論是免蒸壓養(yǎng)護還是二次蒸養(yǎng)養(yǎng)護，只要嚴格控制原料、混凝土配方并制定合理的養(yǎng)護制度，可以將蒸汽養(yǎng)護的不利影響控制在可以接受的程度。無論是采用二次蒸養(yǎng)養(yǎng)護工藝還是免蒸壓養(yǎng)護工藝均可生產(chǎn)出抗凍性較高的PHC管樁。

4 不同蒸養(yǎng)溫度對混凝土管樁耐久性的影響

選擇管樁在恒溫階段所受的蒸汽溫度與時間的積490℃·H進行混凝土蒸養(yǎng)溫度對PHC管樁性能影響的研究，蒸養(yǎng)溫度取65~90℃，具體的養(yǎng)護制度設(shè)置如下：

（1）養(yǎng)護制度（a）：蒸養(yǎng)溫度為 65 ℃，靜停 2 h→升溫控制在20℃/h→恒溫7 h30 min→降溫控制在20℃/h；

（2）養(yǎng)護制度（b）：蒸養(yǎng)溫度為 70 ℃，靜停 2 h→升溫控制在20℃/h→恒溫7 h→降溫控制在20℃/h；

表8 PHC管樁混凝土抗凍試驗結(jié)果

表9混凝土配合比

（3）養(yǎng)護制度（c）：蒸養(yǎng)溫度為 75 ℃，靜停 2 h→升溫控制在20℃/h→恒溫6 h 30 min→降溫控制在20℃/h；

（4）養(yǎng)護制度（d）：蒸養(yǎng)溫度為 8 0℃，靜停 2 h→升溫控制在20℃/h→恒溫6 h 6 min→降溫控制在20℃/h；

（5）養(yǎng)護制度（e）：蒸養(yǎng)溫度為 85 ℃，靜停 2 h→升溫控制在20℃/h→恒溫5 h 48 min→降溫控制在20℃/h；

（6）養(yǎng)護制度（f）：蒸養(yǎng)溫度為 90 ℃，靜停 2h→升溫控制在20℃/h→恒溫5 h 24 min→降溫控制在20℃/h。

蒸養(yǎng)制度如圖2所示。

圖2不同溫度的養(yǎng)護制度

不同蒸養(yǎng)溫度混凝土電通量的測試結(jié)果見表10。從表10可以看出，PHC管樁混凝土隨著蒸養(yǎng)溫度的增加，混凝土的早期電通量不斷減小，但隨著齡期的不斷增加，蒸養(yǎng)溫度較低的混凝土電通量不斷減小，逐漸小于蒸養(yǎng)溫度較高混凝土的電通量，蒸養(yǎng)溫度較低的混凝土具有較低的電通量，這與混凝土抗壓強度的趨勢基本一致。

表10混凝土電通量測試結(jié)果(C)

蒸養(yǎng)溫度越高，混凝土的水化反應(yīng)速度越快，水化產(chǎn)物越多。混凝土早期的電通量較小，但較高養(yǎng)護溫度下，水化產(chǎn)物粗化并可能形成微缺陷使混凝土后期的電通量變化較小。盡管較低的蒸養(yǎng)溫度也可能產(chǎn)生混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷，但通過后期水化作用，不斷填充和修復(fù)混凝土中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，混凝土的電通量減小。因此，過高的蒸養(yǎng)溫度對混凝土的后期耐久性有一定的影響，應(yīng)適當控制蒸養(yǎng)溫度。

5 結(jié)論

根據(jù)以上的研究表明：蒸汽養(yǎng)護和高壓蒸養(yǎng)均對混凝土耐久性產(chǎn)生一定的影響，特別是管樁混凝土的抗凍性。但如果嚴格控制原材料質(zhì)量、混凝土配合比并制定合理的養(yǎng)護工藝，試驗表明兩種工藝生產(chǎn)的PHC管樁90 d電通量小于600 C、180 d氯離子擴散系數(shù)小于1.0×10~12 m2/s、抗凍等級達到F350以上。這說明二次蒸養(yǎng)和免蒸壓工藝均能生產(chǎn)耐久性符合國標要求的PHC管樁。同時通過蒸養(yǎng)溫度對PHC管樁混凝土耐久性的影響研究發(fā)現(xiàn)：隨著蒸汽養(yǎng)護溫度的提高，混凝土的耐久性早齡期耐久性提高，而長齡期耐久性下降，因此從耐久性考慮，PHC管樁的蒸養(yǎng)溫度要適當控制。

[1]GB13476-2009，先張法預(yù)應(yīng)力混凝土管樁[S].

[2]金偉良，趙羽習(xí).混凝土結(jié)構(gòu)耐久性[M].北京：科學(xué)出版社，2002.

[3]嚴志隆，陸西敏，仲以林，等.PHC管樁混凝土耐久性[J].混凝土與水泥制品，2008，（12）：26-29.

[4]GB/T50082-2009，普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準[S].