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【摘 要】 文章从高强预应力混凝土管桩概述入手，分析了影响高强预应力混凝土管桩桩身混凝土强度的几个因素，并就相应的预防措施进行了探讨。
【关键词】 PHC管桩；混凝土强度；质量控制；工艺
引言：
预应力混凝土管桩作为环保节能的主流桩基材料，近20年来迅猛发展，已广泛应用于工民建地基基础处理施工当中，其工艺施工已经较为成熟，优点有：安装方便，施工准备周期短，操作流程少，施工质量容易控制，生产效率高，施工速度怏、成本低等。但是由于激烈的市场竞争，也迫使不少企业片面强调经济效益，从而忽视产品质量，导致管桩混凝土强度达不到要求。
一、高强预应力混凝土管桩（简称PHC桩）概述
PHC管桩是一种高强预应力离心管桩，以其结构强度高、可贯性好、耐打性好、结构承载力高等特点在世界各国已广泛应用。PHC桩在上世纪80年代引入我国，而后大量应用于高层建筑、公用工程、高速公路、港口等工程。该桩是采用预应力工艺、经离心成型、蒸压养护工艺在工厂标准化、规模化生产，混凝土强度C80。经过20几年的发展，PHC桩的生产工艺以及设计、施工、检测方法日臻完善，在基础工程中所占的比重也越来越大。
二、影响PHC管桩桩身混凝土强度的因素
1、配合比
1.1胶凝材料用量
胶凝材料的组成以及用量，直接决定混凝土强度的高低。根据实际生产经验，胶凝材料在管桩混凝土中总用量不应超过540kg/m3，但是当胶凝材料总用量低于440kg/m3时，混凝土强度的波动相当大。
胶凝材料是骨料的联接体，胶凝材料用量减少，混凝土强度会明显降低。同时，胶凝材料用量过少时，砂浆量相应也会减少，使混凝土和易性变差，保水性降低，离心时水泥浆会过多从模具中流失，造成桩身有缝隙，桩身内部有蜂窝，严重时会出现内壁塌落，露石子等现象。胶凝材料用量过多，尤其当水泥中铝酸三钙含量过高时，会造成管桩的内壁出现较厚软浆（指的是浮浆层或水泥净浆层），软浆层强度弱，在管桩截面方向，有效的承载面积会随软浆层增厚而减小，会极大削弱管桩的承载能力。
在高温高压蒸汽养护时，掺合料（矿粉、磨细砂、硅粉等）中的活性组分（如SiO2、Ca（OH）2、Al2O3等）之间的化学反应可形成托勃莫莱石等水化产物，有效保证混凝土强度，掺合料的适当选择对混凝土的强度和性能提高很有意义。磨细砂、矿粉等掺合料根据当地资源情况获取，根据经验当掺量占膠凝材料总量的30%左右，混凝土会取得较好的强度和性能，但实际使用量需根据生产厂家自身实际情况和相关实验而定。
1.2水灰比
水灰比是影响混凝土强度、耐久性、收缩等性能的重要参数，是控制混凝土各项指标的因素之一。在进行水泥水化时，通常在拌制混凝土混合料时，水占水泥质量的23%左右[1]，拌制时为了获得必需的流动性就要多加水。但是当原始水灰比比较大时，离心后的剩余水灰比也大。所以，拌制时需对原始水灰比进行控制，避免出现管桩混凝土强度降低的现象。经过实践证明，管桩混凝土水灰比在0.3左右较为合理。
1.3混凝土流动性
管桩混凝土一方面要考虑应具备的强度，同时必须考虑其工作性。它的工作性既要满足布料时的要求，同时也要满足后续的离心工艺要求。较大的坍落度会导致混合料离析、跑浆等现象发生，离心后混凝土的内外分层更加明显。操作工在操作中也不易控制，合模困难。过小的坍落度会使管桩离心后产生蜂窝、露石和混凝土不密实等质量问题。操作工操作困难，劳动量大大增加。
2、原材料
2.1减水剂
管桩行业现大多用萘系高效减水剂。由于减水剂对水泥起到分散和润滑作用，当减水剂加入混凝土以后，可以使水泥水化产物形成的絮凝结构分散开来，把被束缚在絮凝结构中的游离水释放出来，这就是减水剂分子吸附产生的分散作用。同时减水剂分子定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基团指向水溶液，使水泥颗粒表面的溶剂化层增厚，增加了水泥颗粒间的润滑功能，起到了润滑和减水作用。掺加高效减水剂的混凝土可比不加高效减水剂的混凝土强度增加25～30MPa。可见高效减水剂对PHC管桩桩身混凝土的强度起至关重要的作用。
目前，有些品牌的减水剂质量并不稳定，提供的减水剂的减水率波动很大，甚至会突然降低，导致混凝土混合料的流动性降低。操作工往往在发现混凝土流动性较低之后不经分析判断，盲目加水，通过加水来解决流动性差的问题，而使得混凝土的水灰比大幅提高，进而导致混凝土强度下降。
2.2骨料（砂、石）
在混凝土中骨料约占混凝土体积的70%。它在混凝土中起着骨架作用，可使混凝土比单独的水泥浆具有更高的体积稳定性和更好耐久性。骨料中如石粉和泥质含量偏高会直接影响到混凝土拌合物的和易性，给离心效果带来不利影响。
砂：采用细度模数为2.5-3.2洁净天然中砂，级配以Ⅱ区为好，含泥量≤1.0%。
碎石：颗粒形状以接近圆形的多面体或方形最好。最大粒径不大于25mm（薄壁管桩粒径不宜大于20mm）且以连续级配为好。针片状颗粒含量<5%，原始碎石石粉含量<3.0%，碎石冼净后含泥量<0.5%。抗压强度大于要求的混凝土强度1.5倍以上。在生产实践中，碎石的级配不好，粒径偏大，针片状含量多，往往是造成管桩内壁露石的主要原因。
骨料中石粉和泥质含量高对混凝土管桩质量影响很大。因为石粉的主要成分多为石英及难溶的碳酸盐矿物，往往可在骨料表面形成包裹层。妨碍骨料与水泥石的粘结或以松散的颗粒出现，增大了表面积，增加了需水量。泥土多为一些粘性物质所组成，遇水后体积膨胀对混凝土起破坏作用。
2.3掺合料
掺合料主要考虑两个方面的因素：其一是细度；其二是有效成分的含量。以广东地区常用的磨细砂为例：其比表面积≥400m2/kg、SiO2含量≥90%，须符合JC/T950-2005《预应力高强混凝土管桩用硅砂粉》的要求。 矿粉掺量对混凝土强度发展有显著影响，应根据设计与施工要求，通过实验确定最佳的掺量范围；
掺加矿粉的混凝土早期强度相应较低，28天强度后期强度有较大增长，混凝土“强度互补效应”对硬性化混凝土早期发挥矿粉的火山灰效应，改善浆体和集料的界面结构，后期发挥粉煤灰火山灰效应，所带来的孔径细化作用，使混凝土后期强度持续得到提高。
3、施工工艺
3.1布料
布料工序在管桩生产中属于比较简单，且能轻易完成的一项工作。但是在工作中却常常被施工人员所忽略。
布料工序常见的问题是：①布料不均匀平整。由于布料在整条管模上出现高低不一的峰状结构，导致离心效果不佳，继而出现管壁厚薄不均现象。当管模两侧的断头裙板内部混凝土料未填充妥善，往往会导致管桩成品端头出现空洞或是蜂窝。②布料操作不仔细。操作不认真导致的结果就是混凝土料成堆、大方量的下落，造成主筋下塌、钢筋笼焊点脱落，甚至箍筋散架，如果没有进行及时的捆绑扶正，将会酿成肉眼看不到的隐患。
管桩的强度是由混凝土以及钢筋（包括箍筋）共同作用的结果。主筋塌落张拉时容易断筋，主筋不直定会造成管桩垂直受力不均，箍筋散架，就会失去或降低径向混凝土的约束力，最终导致管桩强度降低。
3.2离心工艺
离心对混凝土结构形成机理和对混凝土性能的影响，是一个较为复杂的理论问题和工艺过程。在离心过程中，混凝土拌合物同时受到离心力、重力及冲击振动力的作用。大颗粒沉降速度最快.首先沉降至最外层，水泥砂浆填充于大颗粒问的空隙中.形成密实的混凝土层。剩余的水泥砂浆和部分水泥净浆沉积在制品内壁，形成砂浆层和净浆层，多余的水分被挤出。管桩生产对离心参数的选定.是一个较为复杂的理论问题。在生产过程中必须坚持理论联系实际的原则.求得速度与时间相关的最佳值。一般说来，离心速度快，离心时间可以短些。离心参数的优劣要以离心效果为准则。
三、结束语
预应力高强混凝土管桩具有桩身质量可靠、适应性强、造价经济等优点，使其在工程建设应用十分广泛、应用前景广阔。但管桩的施工质量控制及遇到问题的处理经验尚不夠丰富。随着预应力混凝土管桩技术的不断推广和发展，以及人们对管桩的理论和工程实践经验的不断积累，预应力管桩技术水平将会不断提高，避免管桩质量问题的出现，从而在工程中发挥出更好的经济效益。
参考文献：
[1]GB13476，先张法高强预应力混凝土管桩[S].2009.
[2]欧生.预应力高强混凝土管桩生产过程质量控制[J].建筑学研究前沿，2013，（1）：157.
[3]严志隆.关于管桩离心成型工艺参数的确定[J].混凝土与水泥制品，2011（1）：163.
【关键词】 PHC管桩；混凝土强度；质量控制；工艺
引言：
预应力混凝土管桩作为环保节能的主流桩基材料，近20年来迅猛发展，已广泛应用于工民建地基基础处理施工当中，其工艺施工已经较为成熟，优点有：安装方便，施工准备周期短，操作流程少，施工质量容易控制，生产效率高，施工速度怏、成本低等。但是由于激烈的市场竞争，也迫使不少企业片面强调经济效益，从而忽视产品质量，导致管桩混凝土强度达不到要求。
一、高强预应力混凝土管桩（简称PHC桩）概述
PHC管桩是一种高强预应力离心管桩，以其结构强度高、可贯性好、耐打性好、结构承载力高等特点在世界各国已广泛应用。PHC桩在上世纪80年代引入我国，而后大量应用于高层建筑、公用工程、高速公路、港口等工程。该桩是采用预应力工艺、经离心成型、蒸压养护工艺在工厂标准化、规模化生产，混凝土强度C80。经过20几年的发展，PHC桩的生产工艺以及设计、施工、检测方法日臻完善，在基础工程中所占的比重也越来越大。
二、影响PHC管桩桩身混凝土强度的因素
1、配合比
1.1胶凝材料用量
胶凝材料的组成以及用量，直接决定混凝土强度的高低。根据实际生产经验，胶凝材料在管桩混凝土中总用量不应超过540kg/m3，但是当胶凝材料总用量低于440kg/m3时，混凝土强度的波动相当大。
胶凝材料是骨料的联接体，胶凝材料用量减少，混凝土强度会明显降低。同时，胶凝材料用量过少时，砂浆量相应也会减少，使混凝土和易性变差，保水性降低，离心时水泥浆会过多从模具中流失，造成桩身有缝隙，桩身内部有蜂窝，严重时会出现内壁塌落，露石子等现象。胶凝材料用量过多，尤其当水泥中铝酸三钙含量过高时，会造成管桩的内壁出现较厚软浆（指的是浮浆层或水泥净浆层），软浆层强度弱，在管桩截面方向，有效的承载面积会随软浆层增厚而减小，会极大削弱管桩的承载能力。
在高温高压蒸汽养护时，掺合料（矿粉、磨细砂、硅粉等）中的活性组分（如SiO2、Ca（OH）2、Al2O3等）之间的化学反应可形成托勃莫莱石等水化产物，有效保证混凝土强度，掺合料的适当选择对混凝土的强度和性能提高很有意义。磨细砂、矿粉等掺合料根据当地资源情况获取，根据经验当掺量占膠凝材料总量的30%左右，混凝土会取得较好的强度和性能，但实际使用量需根据生产厂家自身实际情况和相关实验而定。
1.2水灰比
水灰比是影响混凝土强度、耐久性、收缩等性能的重要参数，是控制混凝土各项指标的因素之一。在进行水泥水化时，通常在拌制混凝土混合料时，水占水泥质量的23%左右[1]，拌制时为了获得必需的流动性就要多加水。但是当原始水灰比比较大时，离心后的剩余水灰比也大。所以，拌制时需对原始水灰比进行控制，避免出现管桩混凝土强度降低的现象。经过实践证明，管桩混凝土水灰比在0.3左右较为合理。
1.3混凝土流动性
管桩混凝土一方面要考虑应具备的强度，同时必须考虑其工作性。它的工作性既要满足布料时的要求，同时也要满足后续的离心工艺要求。较大的坍落度会导致混合料离析、跑浆等现象发生，离心后混凝土的内外分层更加明显。操作工在操作中也不易控制，合模困难。过小的坍落度会使管桩离心后产生蜂窝、露石和混凝土不密实等质量问题。操作工操作困难，劳动量大大增加。
2、原材料
2.1减水剂
管桩行业现大多用萘系高效减水剂。由于减水剂对水泥起到分散和润滑作用，当减水剂加入混凝土以后，可以使水泥水化产物形成的絮凝结构分散开来，把被束缚在絮凝结构中的游离水释放出来，这就是减水剂分子吸附产生的分散作用。同时减水剂分子定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基团指向水溶液，使水泥颗粒表面的溶剂化层增厚，增加了水泥颗粒间的润滑功能，起到了润滑和减水作用。掺加高效减水剂的混凝土可比不加高效减水剂的混凝土强度增加25～30MPa。可见高效减水剂对PHC管桩桩身混凝土的强度起至关重要的作用。
目前，有些品牌的减水剂质量并不稳定，提供的减水剂的减水率波动很大，甚至会突然降低，导致混凝土混合料的流动性降低。操作工往往在发现混凝土流动性较低之后不经分析判断，盲目加水，通过加水来解决流动性差的问题，而使得混凝土的水灰比大幅提高，进而导致混凝土强度下降。
2.2骨料（砂、石）
在混凝土中骨料约占混凝土体积的70%。它在混凝土中起着骨架作用，可使混凝土比单独的水泥浆具有更高的体积稳定性和更好耐久性。骨料中如石粉和泥质含量偏高会直接影响到混凝土拌合物的和易性，给离心效果带来不利影响。
砂：采用细度模数为2.5-3.2洁净天然中砂，级配以Ⅱ区为好，含泥量≤1.0%。
碎石：颗粒形状以接近圆形的多面体或方形最好。最大粒径不大于25mm（薄壁管桩粒径不宜大于20mm）且以连续级配为好。针片状颗粒含量<5%，原始碎石石粉含量<3.0%，碎石冼净后含泥量<0.5%。抗压强度大于要求的混凝土强度1.5倍以上。在生产实践中，碎石的级配不好，粒径偏大，针片状含量多，往往是造成管桩内壁露石的主要原因。
骨料中石粉和泥质含量高对混凝土管桩质量影响很大。因为石粉的主要成分多为石英及难溶的碳酸盐矿物，往往可在骨料表面形成包裹层。妨碍骨料与水泥石的粘结或以松散的颗粒出现，增大了表面积，增加了需水量。泥土多为一些粘性物质所组成，遇水后体积膨胀对混凝土起破坏作用。
2.3掺合料
掺合料主要考虑两个方面的因素：其一是细度；其二是有效成分的含量。以广东地区常用的磨细砂为例：其比表面积≥400m2/kg、SiO2含量≥90%，须符合JC/T950-2005《预应力高强混凝土管桩用硅砂粉》的要求。 矿粉掺量对混凝土强度发展有显著影响，应根据设计与施工要求，通过实验确定最佳的掺量范围；
掺加矿粉的混凝土早期强度相应较低，28天强度后期强度有较大增长，混凝土“强度互补效应”对硬性化混凝土早期发挥矿粉的火山灰效应，改善浆体和集料的界面结构，后期发挥粉煤灰火山灰效应，所带来的孔径细化作用，使混凝土后期强度持续得到提高。
3、施工工艺
3.1布料
布料工序在管桩生产中属于比较简单，且能轻易完成的一项工作。但是在工作中却常常被施工人员所忽略。
布料工序常见的问题是：①布料不均匀平整。由于布料在整条管模上出现高低不一的峰状结构，导致离心效果不佳，继而出现管壁厚薄不均现象。当管模两侧的断头裙板内部混凝土料未填充妥善，往往会导致管桩成品端头出现空洞或是蜂窝。②布料操作不仔细。操作不认真导致的结果就是混凝土料成堆、大方量的下落，造成主筋下塌、钢筋笼焊点脱落，甚至箍筋散架，如果没有进行及时的捆绑扶正，将会酿成肉眼看不到的隐患。
管桩的强度是由混凝土以及钢筋（包括箍筋）共同作用的结果。主筋塌落张拉时容易断筋，主筋不直定会造成管桩垂直受力不均，箍筋散架，就会失去或降低径向混凝土的约束力，最终导致管桩强度降低。
3.2离心工艺
离心对混凝土结构形成机理和对混凝土性能的影响，是一个较为复杂的理论问题和工艺过程。在离心过程中，混凝土拌合物同时受到离心力、重力及冲击振动力的作用。大颗粒沉降速度最快.首先沉降至最外层，水泥砂浆填充于大颗粒问的空隙中.形成密实的混凝土层。剩余的水泥砂浆和部分水泥净浆沉积在制品内壁，形成砂浆层和净浆层，多余的水分被挤出。管桩生产对离心参数的选定.是一个较为复杂的理论问题。在生产过程中必须坚持理论联系实际的原则.求得速度与时间相关的最佳值。一般说来，离心速度快，离心时间可以短些。离心参数的优劣要以离心效果为准则。
三、结束语
预应力高强混凝土管桩具有桩身质量可靠、适应性强、造价经济等优点，使其在工程建设应用十分广泛、应用前景广阔。但管桩的施工质量控制及遇到问题的处理经验尚不夠丰富。随着预应力混凝土管桩技术的不断推广和发展，以及人们对管桩的理论和工程实践经验的不断积累，预应力管桩技术水平将会不断提高，避免管桩质量问题的出现，从而在工程中发挥出更好的经济效益。
参考文献：
[1]GB13476，先张法高强预应力混凝土管桩[S].2009.
[2]欧生.预应力高强混凝土管桩生产过程质量控制[J].建筑学研究前沿，2013，（1）：157.
[3]严志隆.关于管桩离心成型工艺参数的确定[J].混凝土与水泥制品，2011（1）：163.