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【摘要】混凝土管桩作为如今基础建筑工程的主要桩基材料，具有工期短、质量可靠、造价低廉、消耗资源少等经济及技术优势。而免压蒸管桩自七十年代开发以来，更是快速在国内外发展起来，成为建设部重点推广成果，在港口码头，桥梁建筑以及民居等建设项目中都有广泛应用。本文就是对免压蒸管桩混凝土的制备进行阐述。
【关键词】管桩免压蒸混凝土
中图分类号：U656文献标识码： A 文章编号：
前言
管桩是地基处理和桩基础形式的一种，产生于二十世纪初，到现在已经有一百多年的发展历程了，管桩的制备工艺日益成熟，管桩产品也从无标生产，发展到今天拥有较完善的标准体系。
管桩按混凝土强度等级和壁厚分为预应力混凝土管桩（PC管桩）、预应力混凝土薄壁管桩（PTC管桩）和预应力高强混凝土管桩(PHC管桩)。PC管桩的混凝土强度不得低于C50砼，PTC管桩强度等级不得低于C60，PHC桩的混凝土强度等级不得低于C80。PC桩和PTC桩一般采用常压蒸汽养护，而PHC桩脱模后要进入高压釜蒸养，经10个大气压、180℃左右的蒸压养护，混凝土强度等级达C80。预制方桩、灌注桩（包括钻孔灌注桩、挖孔桩等）混凝土密实度差，自然养护，须20天左右才能出厂；抗弯、抗剪性能差，施工速度一般；对地质条件适应性差，成桩质量无法直接检查；检测方法、质量处理较慢。比较而言，PHC管桩离心成型混凝土密实，高压蒸养、效率高周期短；抗弯性能好、抗震性能好；工地现场整洁、安全，单位承载力造价低；综合效益好，投资回收快；施工速度快，工效高；对地质条件适应性强；地质检测、质量处理简便、快捷。PHC管桩取代普通预制方桩和灌注桩是一个很大的技术进步与创新。PHC管桩因其具有优异的力学性能、制桩周期短、价格低而在工业与民用建筑、公路建设、铁路建设、港口码头以及跨海大桥等工程中得到广泛的应用。现在国内研制生产的预应力管桩70％以上都是PHC管桩，广东地区几乎100％都是PHC管桩。
传统的PHC管桩需要进行常温蒸养和高压蒸养两段养护工艺之后才能投入使用。而高压蒸养工艺消耗的资源特别多，大量的燃料消耗使管桩的成本大幅度增加，既不经济也不节能。采用免压蒸工艺可以省去蒸压环节，不需高压釜，节省投资及大量的能源消耗，降低成本。免压蒸工艺越来越受管桩生产企业的重视，但要生产免压蒸管桩，就必须拥有更先进的混凝土生产工艺，取消压蒸的管桩混凝土的制备成为一大问题。
免压蒸管桩混凝土使用的原材料
混凝土的抗压强度至少达到C80才符合免压蒸管桩的要求，以传统工艺生产高强高性能管桩主要以磨细石英砂、高标准水泥等为原材料，通过高温高压的蒸汽养护工艺使混凝土早强且高强，而免压蒸管桩的基本设计理念就是避免高压高温蒸汽养护的巨大能源消耗，直接由优秀的原材料体系来达到混凝土自身的高强度。所以，制备免压蒸管桩混凝土的原材料选用是极其关键的。
2.1水泥
《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476-2009）规定，制备管桩混凝土的水泥宜采用强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥。实际生产中，所用水泥应有较高的强度，28天水泥胶砂强度宜在55 MPa以上。现有的大量研究及工程应用情况说明，免压蒸管桩混凝土的配制水泥应选用强度富余系数高、质量稳定的优质硅酸盐水泥。普通硅酸盐水泥不适宜用于生产免压蒸管桩混凝土，可能与水泥中混合材的种类、活性及掺量的不确定性有关。
2.2掺合料
大量的研究表明，纯硅水泥因脱水差等原因不适宜直接用于生产免压蒸PHC管桩。无论在改善水泥脱水性还是提高混凝土工作性等方面，矿物掺合料都是非常不错的选择。但掺合料的加入，会使凝结时间相对延长，可考虑适当增加静停时间。粉煤灰、硅灰、磨细矿渣粉是制备免压蒸管桩混凝土的主要掺合料。其中，粉煤灰属火山灰质材料，掺入少量优质粉煤灰可在一定程度上减小管桩应力，保证混凝土的施工性能及后期强度的增长和体积稳定性。硅灰的活性较高，用来代替半成到一成左右的水泥时，不但能改善混凝土和易性，也可以有效降低由于使用聚羧酸系超塑化剂而导致的混凝土工作性敏感，使混凝土质量更加稳定，强度更大，但使用硅灰的成本相对较高。磨细矿渣粉取代10%-20%的水泥时，可以起减水作用，降低混凝土的水灰比，使混凝土强度提高。制备免压蒸管桩混凝土，在考虑其成本的同时，也要保证其质量和性能，加入适量的掺合料替代水泥，不但可以提高混凝土性能，也可以提高它的环境友好性。
2.3外加剂
控制混凝土凝结时间特别是初凝时间对免压蒸管桩生产非常重要。管桩成型后，静停一定时间后进行蒸养，一般要求蒸养前达到初凝状态，否则在高温蒸养时会因水分损失造成管桩混凝土结构疏松强度下降。在确保混凝土在1h左右基本无坍落度损失的情况下，尽可能缩短混凝土凝结时间。一般建议混凝土在2-3小时初凝，4-6小时终凝。大量的试验也表明，在一定区间内，外加剂掺量的增加对强度有利，但超过一定掺量时，强度又会下降。实际生产中要注意控制掌握好外加剂的掺量。
聚羧酸系超塑化剂具有高减水、早强、促凝及增强的优异功能，是如今配制免压蒸管桩混凝土的主要外加剂，而氨基磺酸系超塑化剂则很少报道。国外在管桩混凝土生产中对聚羧酸系超塑化剂的使用已经相对成熟，我国则正处于研究试用阶段。
2.4砂石
在免压蒸管桩混凝土的制备中，砂石骨料对其性能也是有影响的，尤其是对混凝土的抗压强度和单位用水量。砂石的石粉含量和泥含量、砂石的洁净程度以及砂石的粗細程度都会影响到免压蒸管桩混凝土的性能，另外，砂石的质量也会对外加剂的使用有一定的影响，从而间接影响到混凝土的减水量。砂石骨料应满足《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476-2009）要求。有试验认为，对免压蒸管桩混凝土，砂的细度模数不宜小于2.7，但最好也不要大于3.0。细度模数太小，强度上不去，太大影响混凝土工作性能。
3. 配合比对免压蒸管桩混凝土性能的影响
混凝土的配合比在很大程度上关系着混凝土的质量，免压蒸管桩混凝土性能的完善，离不开对混凝土各种原材料的选用，更离不开对这些原材料的配合比研究设计。
3.1砂率
砂率的提高也会使混凝土的强度下降。当砂率保持在0.32到0.34之间时，其影响效果不明显，但砂率提高到0.36时，混凝土的抗压强度就会有较大幅度的降低。砂率对混凝土强度影响来源于减水剂的掺量，砂率提高会引起用水量增加，从而就得增加减水剂来保持水胶比，减水剂使用过多会造成混凝土凝结缓慢，在同样的静停时间内受到的热致损伤变大，混凝土强度因此下降。
3.2水灰比
在相同的搅拌方式程度、养护条件以及统一测试条件下，水灰比是决定混凝土强度的关键因素。一般认为先张法预应力管桩混凝土的水灰比宜控制在0.29-0.30之间，免压蒸管桩混凝土的水灰比宜控制在0.24-0.25之间或更低。3.3坍落度
在免压蒸管桩混凝土的制备过程中，坍落度变化对其强度的影响是非常大的。当混凝土的坍落度从50mm上升到195mm时，混凝土抗压强度也大幅度下降。这是因为坍落度上升会延长混凝土凝结时间，相同静停时间下，坍落度小的混凝土硬化程度高，抗压抗拉强度也较高。另外，大的坍落度也意味着减水剂的使用量要增加，从而可能导致混凝土内部产生更多微裂纹。一般认为免压蒸管桩混凝土的坍落度可选用30-60mm之间，也有较高的，这可能与外加剂的性能及使用量有关。
4. 蒸养制度对免压蒸管桩的影响
养护是管桩生产中的重要工序，直接影响管桩的脱模强度、有效预应力及管桩产品的最终质量。
国内很多管桩厂的常压蒸养温度在80℃左右，甚至高达85-90℃。有研究认为混凝土温度大于70℃时容易发生延迟性钙钒石反应，由此产生的膨胀影响混凝土微观结构，因此很多国外标准要求混凝土养护温度不大于70℃。
关于蒸养工艺制度的选择，有专利认为，静停1-2h，升温3h，在60-85℃恒温6-8h，降温3h以上，拆模自然养护一定时间后，可制备满足要求的免压蒸管桩。也有试验认为静停2h，带模常压升温到90℃，蒸养6h后，降温后拆模自然养护一定时间后，可制备满足要求的免压蒸管桩。还有试验认为静停2h，直线升温到75℃后恒温3-4h再降温，也能制备满足要求的免压蒸管桩。如此不一而足，认为可能与各地的原材料、试验条件及企业的生产工艺习惯有关。各生产企业应根据实际情况，经试验确定后选用适合自身的蒸养工艺制度。
5.结论
水泥、掺合料、外加剂、砂石等原材料的质量优劣很大程度上决定了免压蒸管桩混凝土的性能，另外，各种原材料的配合比设计也是混凝土性能的重要决定因素。要想生产出质量优良的免压蒸管桩，除了原材料的选用之外还需要有制作环境和养护制度的共同配合，甚至需要考虑到管桩的使用环境和强度要求。只有在各个方面合理控制了，才能生产配制出高强度、高性能的免压蒸管桩混凝土。
【参考文献】
[1]汤小平,李培鹏,孙延庆.免压蒸管桩混凝土原材料的选用.混凝土与水泥制品.2009(05):88-89
[2]马国宁,刘云.免压蒸预应力高强混凝土管桩生产用水泥的研究与应用.水泥.2010(07):58
[3]张建纲,乔敏.PHC管桩混凝土免压蒸技术研究.混凝土与水泥制品.2012(07):09-11
[4]曾俊杰.高性能管桩混凝土材料设计与节能制备技术研究.武汉理工大学.2012(03):18
[5]李成龙.关于管桩常压蒸汽养护若干问题的探讨分析.广东建材.2010（9）：40-41
[6]周栋梁，张建纲，毛永琳，孙树. 免压蒸管桩混凝土的制备与性能研究.粉煤灰综合利用.2011（6）：46-47
【关键词】管桩免压蒸混凝土
中图分类号：U656文献标识码： A 文章编号：
前言
管桩是地基处理和桩基础形式的一种，产生于二十世纪初，到现在已经有一百多年的发展历程了，管桩的制备工艺日益成熟，管桩产品也从无标生产，发展到今天拥有较完善的标准体系。
管桩按混凝土强度等级和壁厚分为预应力混凝土管桩（PC管桩）、预应力混凝土薄壁管桩（PTC管桩）和预应力高强混凝土管桩(PHC管桩)。PC管桩的混凝土强度不得低于C50砼，PTC管桩强度等级不得低于C60，PHC桩的混凝土强度等级不得低于C80。PC桩和PTC桩一般采用常压蒸汽养护，而PHC桩脱模后要进入高压釜蒸养，经10个大气压、180℃左右的蒸压养护，混凝土强度等级达C80。预制方桩、灌注桩（包括钻孔灌注桩、挖孔桩等）混凝土密实度差，自然养护，须20天左右才能出厂；抗弯、抗剪性能差，施工速度一般；对地质条件适应性差，成桩质量无法直接检查；检测方法、质量处理较慢。比较而言，PHC管桩离心成型混凝土密实，高压蒸养、效率高周期短；抗弯性能好、抗震性能好；工地现场整洁、安全，单位承载力造价低；综合效益好，投资回收快；施工速度快，工效高；对地质条件适应性强；地质检测、质量处理简便、快捷。PHC管桩取代普通预制方桩和灌注桩是一个很大的技术进步与创新。PHC管桩因其具有优异的力学性能、制桩周期短、价格低而在工业与民用建筑、公路建设、铁路建设、港口码头以及跨海大桥等工程中得到广泛的应用。现在国内研制生产的预应力管桩70％以上都是PHC管桩，广东地区几乎100％都是PHC管桩。
传统的PHC管桩需要进行常温蒸养和高压蒸养两段养护工艺之后才能投入使用。而高压蒸养工艺消耗的资源特别多，大量的燃料消耗使管桩的成本大幅度增加，既不经济也不节能。采用免压蒸工艺可以省去蒸压环节，不需高压釜，节省投资及大量的能源消耗，降低成本。免压蒸工艺越来越受管桩生产企业的重视，但要生产免压蒸管桩，就必须拥有更先进的混凝土生产工艺，取消压蒸的管桩混凝土的制备成为一大问题。
免压蒸管桩混凝土使用的原材料
混凝土的抗压强度至少达到C80才符合免压蒸管桩的要求，以传统工艺生产高强高性能管桩主要以磨细石英砂、高标准水泥等为原材料，通过高温高压的蒸汽养护工艺使混凝土早强且高强，而免压蒸管桩的基本设计理念就是避免高压高温蒸汽养护的巨大能源消耗，直接由优秀的原材料体系来达到混凝土自身的高强度。所以，制备免压蒸管桩混凝土的原材料选用是极其关键的。
2.1水泥
《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476-2009）规定，制备管桩混凝土的水泥宜采用强度等级不低于42.5级的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥。实际生产中，所用水泥应有较高的强度，28天水泥胶砂强度宜在55 MPa以上。现有的大量研究及工程应用情况说明，免压蒸管桩混凝土的配制水泥应选用强度富余系数高、质量稳定的优质硅酸盐水泥。普通硅酸盐水泥不适宜用于生产免压蒸管桩混凝土，可能与水泥中混合材的种类、活性及掺量的不确定性有关。
2.2掺合料
大量的研究表明，纯硅水泥因脱水差等原因不适宜直接用于生产免压蒸PHC管桩。无论在改善水泥脱水性还是提高混凝土工作性等方面，矿物掺合料都是非常不错的选择。但掺合料的加入，会使凝结时间相对延长，可考虑适当增加静停时间。粉煤灰、硅灰、磨细矿渣粉是制备免压蒸管桩混凝土的主要掺合料。其中，粉煤灰属火山灰质材料，掺入少量优质粉煤灰可在一定程度上减小管桩应力，保证混凝土的施工性能及后期强度的增长和体积稳定性。硅灰的活性较高，用来代替半成到一成左右的水泥时，不但能改善混凝土和易性，也可以有效降低由于使用聚羧酸系超塑化剂而导致的混凝土工作性敏感，使混凝土质量更加稳定，强度更大，但使用硅灰的成本相对较高。磨细矿渣粉取代10%-20%的水泥时，可以起减水作用，降低混凝土的水灰比，使混凝土强度提高。制备免压蒸管桩混凝土，在考虑其成本的同时，也要保证其质量和性能，加入适量的掺合料替代水泥，不但可以提高混凝土性能，也可以提高它的环境友好性。
2.3外加剂
控制混凝土凝结时间特别是初凝时间对免压蒸管桩生产非常重要。管桩成型后，静停一定时间后进行蒸养，一般要求蒸养前达到初凝状态，否则在高温蒸养时会因水分损失造成管桩混凝土结构疏松强度下降。在确保混凝土在1h左右基本无坍落度损失的情况下，尽可能缩短混凝土凝结时间。一般建议混凝土在2-3小时初凝，4-6小时终凝。大量的试验也表明，在一定区间内，外加剂掺量的增加对强度有利，但超过一定掺量时，强度又会下降。实际生产中要注意控制掌握好外加剂的掺量。
聚羧酸系超塑化剂具有高减水、早强、促凝及增强的优异功能，是如今配制免压蒸管桩混凝土的主要外加剂，而氨基磺酸系超塑化剂则很少报道。国外在管桩混凝土生产中对聚羧酸系超塑化剂的使用已经相对成熟，我国则正处于研究试用阶段。
2.4砂石
在免压蒸管桩混凝土的制备中，砂石骨料对其性能也是有影响的，尤其是对混凝土的抗压强度和单位用水量。砂石的石粉含量和泥含量、砂石的洁净程度以及砂石的粗細程度都会影响到免压蒸管桩混凝土的性能，另外，砂石的质量也会对外加剂的使用有一定的影响，从而间接影响到混凝土的减水量。砂石骨料应满足《先张法预应力混凝土管桩》（GB13476-2009）要求。有试验认为，对免压蒸管桩混凝土，砂的细度模数不宜小于2.7，但最好也不要大于3.0。细度模数太小，强度上不去，太大影响混凝土工作性能。
3. 配合比对免压蒸管桩混凝土性能的影响
混凝土的配合比在很大程度上关系着混凝土的质量，免压蒸管桩混凝土性能的完善，离不开对混凝土各种原材料的选用，更离不开对这些原材料的配合比研究设计。
3.1砂率
砂率的提高也会使混凝土的强度下降。当砂率保持在0.32到0.34之间时，其影响效果不明显，但砂率提高到0.36时，混凝土的抗压强度就会有较大幅度的降低。砂率对混凝土强度影响来源于减水剂的掺量，砂率提高会引起用水量增加，从而就得增加减水剂来保持水胶比，减水剂使用过多会造成混凝土凝结缓慢，在同样的静停时间内受到的热致损伤变大，混凝土强度因此下降。
3.2水灰比
在相同的搅拌方式程度、养护条件以及统一测试条件下，水灰比是决定混凝土强度的关键因素。一般认为先张法预应力管桩混凝土的水灰比宜控制在0.29-0.30之间，免压蒸管桩混凝土的水灰比宜控制在0.24-0.25之间或更低。3.3坍落度
在免压蒸管桩混凝土的制备过程中，坍落度变化对其强度的影响是非常大的。当混凝土的坍落度从50mm上升到195mm时，混凝土抗压强度也大幅度下降。这是因为坍落度上升会延长混凝土凝结时间，相同静停时间下，坍落度小的混凝土硬化程度高，抗压抗拉强度也较高。另外，大的坍落度也意味着减水剂的使用量要增加，从而可能导致混凝土内部产生更多微裂纹。一般认为免压蒸管桩混凝土的坍落度可选用30-60mm之间，也有较高的，这可能与外加剂的性能及使用量有关。
4. 蒸养制度对免压蒸管桩的影响
养护是管桩生产中的重要工序，直接影响管桩的脱模强度、有效预应力及管桩产品的最终质量。
国内很多管桩厂的常压蒸养温度在80℃左右，甚至高达85-90℃。有研究认为混凝土温度大于70℃时容易发生延迟性钙钒石反应，由此产生的膨胀影响混凝土微观结构，因此很多国外标准要求混凝土养护温度不大于70℃。
关于蒸养工艺制度的选择，有专利认为，静停1-2h，升温3h，在60-85℃恒温6-8h，降温3h以上，拆模自然养护一定时间后，可制备满足要求的免压蒸管桩。也有试验认为静停2h，带模常压升温到90℃，蒸养6h后，降温后拆模自然养护一定时间后，可制备满足要求的免压蒸管桩。还有试验认为静停2h，直线升温到75℃后恒温3-4h再降温，也能制备满足要求的免压蒸管桩。如此不一而足，认为可能与各地的原材料、试验条件及企业的生产工艺习惯有关。各生产企业应根据实际情况，经试验确定后选用适合自身的蒸养工艺制度。
5.结论
水泥、掺合料、外加剂、砂石等原材料的质量优劣很大程度上决定了免压蒸管桩混凝土的性能，另外，各种原材料的配合比设计也是混凝土性能的重要决定因素。要想生产出质量优良的免压蒸管桩，除了原材料的选用之外还需要有制作环境和养护制度的共同配合，甚至需要考虑到管桩的使用环境和强度要求。只有在各个方面合理控制了，才能生产配制出高强度、高性能的免压蒸管桩混凝土。
【参考文献】
[1]汤小平,李培鹏,孙延庆.免压蒸管桩混凝土原材料的选用.混凝土与水泥制品.2009(05):88-89
[2]马国宁,刘云.免压蒸预应力高强混凝土管桩生产用水泥的研究与应用.水泥.2010(07):58
[3]张建纲,乔敏.PHC管桩混凝土免压蒸技术研究.混凝土与水泥制品.2012(07):09-11
[4]曾俊杰.高性能管桩混凝土材料设计与节能制备技术研究.武汉理工大学.2012(03):18
[5]李成龙.关于管桩常压蒸汽养护若干问题的探讨分析.广东建材.2010（9）：40-41
[6]周栋梁，张建纲，毛永琳，孙树. 免压蒸管桩混凝土的制备与性能研究.粉煤灰综合利用.2011（6）：46-47