一、前言
近年来，随着基础设施的蓬勃发展，我国预应力混凝土管桩得到了很好的推广应用，管桩产品生产规模不断扩大。据不完全统计，截至2010年底，我国管桩生产企业已超过500家。我国年产管桩333～3.5亿米，已成为世界上管桩生产和应用第一大国。
在管桩生产中，砂石是主要的大宗原材料，占原材料消耗的70%以上。大量生产实践表明，砂石质量对管桩产品质量影响很大。由于砂石资源的大量消耗，优质砂石日益稀缺。砂石资源综合利用已成为管桩生产技术的一个主要方向。
国家标准GB13476-2009《先张法预应力混凝土管桩》对细骨料规定如下：“细骨料宜采用清洁的天然硬中粗砂或人工砂，细度模数宜为2.5～3.2。人工时采用砂，细度模数可为2.5～3.5，质量应符合GB/T14684的相关规定，泥浆砂含量不大于1%，氯化物含量不大于1%，沉水物含量不大于0.01%，硫化物、硫酸盐含量不大于0.5%。骨料宜采用碎石或破碎卵石，其最大粒径不宜大于25mm，且不宜超过钢筋净距的3/4。其质量应符合GB/T14685的相关规定，石料含泥量不应大于0.5%，硫化物、硫酸盐含量不应大于0.5%。”[1]上述规定明确指出了管桩生产中对砂石质量的具体要求，对于指导生产实践、规范产品质量起到了非常积极的作用。
由于管桩生产工艺的特殊性，预应力高强混凝土管桩（简称PHC管桩）的生产通常采用常压蒸汽养护和压力蒸汽养护相结合的“二次养护”生产工艺。常压蒸汽养护可以加快PHC管桩生产过程中钢模的周转，提高生产效率；高压蒸汽养护使管桩混凝土在短时间内由40~60 MPa提高到80~100 MPa，可以满足快速施工的需要[2]。
但在许多生产实践中，由于所用粗、细骨料的石质差异，发现高压蒸汽养护后混凝土的强度增加并不完全一致。特别是当使用石灰石骨料时，蒸压混凝土的强度不会增加。不符合相关标准、规范规定的技术要求，严重影响了管桩产品的质量，给生产企业带来了极大的困惑。
本文采用两种不同来源石料的粗骨料对混凝土强度进行试验研究和比较，分析蒸压养护技术对混凝土抗压强度的影响。
2、原材料
1）水泥：PI型52.5硅酸盐水泥，3d抗折强度6.3MPa，3d抗压强度32.2MPa，28d抗折强度9.2MPa，28d抗压强度59.6MPa。
2）矿渣粉：S95矿渣粉，比表面积410m2/kg。
3）硅砂粉：SiO2为92.0%，比表面积425m2/kg。
4）细骨料：洞庭湖粗石英砂，细度模数2.8，含泥量1.2%。
5）粗骨料：采用两种石料粗骨料进行比较。 a) 来自湖北省北京的一个采石场的石灰石。破碎后连续级配为5～25kaiyun.ccm，破碎值为8.8%，针片含量为3.5%。 ;b) 来自当地河道的卵石由硅质岩石制成，在使用前筛选成5~25mm的连续级配。
6）减水剂：花王MD-150。
3、测试方法
按JGJ55-2000规定，采用60L单卧轴强制式混凝土搅拌机搅拌混凝土。材料的用量按重量计算。称量精度：骨料±1%，水、水泥、外加剂、外加剂均为±1%。 0.5%，控制混凝土坍落度30~50mm。每次搅拌混凝土量为20L。投料顺序：将河沙、碎石、水泥及外加剂干拌20秒，然后加入水和减水剂（减水剂放入水中），搅拌105秒后出料。测试混凝土的坍落度后，用振动台进行振动。组成并制作三组100×100×100mm？将试块切成立方体，静置2小时，然后在车间养护池中蒸6.5小时。一组在脱模后2小时进行压力测试，另外两组在高压釜中放置10小时，然后从高压釜中取出。将试块放置2小时，温度降至室温后进行压力测试。常压蒸汽养护工艺系统：停机2小时，升温2小时，均匀升温至85℃；恒温4.5小时，温度保持在85±3℃；打开泳池盖降温。蒸压蒸汽养护工艺系统：增压阶段，每0.5h增压约0.25±0.05MPa，先慢后快，持续2小时；恒压阶段，压力保持在1.0±0.05MPa，时间4小时；降压阶段，均匀降压，时间2.5h；冷却阶段时间为0.5h，然后打开釜门，通风减压，然后将堆料从釜中拉出。
4. 测试结果
试验采用1#、2#两种混凝土配合比。试验方案见表1。混凝土强度实测值分别见表2和表3。
5、测试结果分析
由表2可见，混凝土1#配合比采用石灰石骨料。常压蒸汽养护后混凝土脱模强度为55.5MPa；蒸压养护后混凝土强度为63.1MPa，混凝土强度提高7.6MPa。可以看出，采用石灰石骨料蒸压养护后的混凝土强度增加很小，仅为13.7%。在相同配合比#1下，采用筛分卵石骨料，常压蒸汽养护后混凝土脱模强度为49.6MPa，蒸压养护后混凝土强度为91.2MPa。混凝土强度提高41.6MPa。采用卵石骨料蒸压养护后的混凝土强度较大，达到83.9%。 1#配合比的石灰石骨料常压蒸汽养护后的混凝土强度比卵石骨料高5.9MPa，但蒸压养护后卵石骨料的混凝土强度比石灰石骨料高28.1MPa。
从表3可以看出，混凝土2#配合比采用石灰石骨料。常压蒸汽养护后的混凝土脱模强度为42.3MPa，蒸压养护后的混凝土强度为75.1MPa。混凝土强度提高32.8MPa。石灰石骨料蒸压养护后混凝土强度提高77.5%；在2#相同配合比下，采用筛分卵石骨料，常压蒸汽养护后混凝土脱模强度为44.4MPa，蒸压养护后混凝土强度为85.1MPa，混凝土强度提高40.7MPa，可见采用卵石骨料蒸压养护后混凝土强度提高91.7%。 2#配合比的石灰石骨料与卵石骨料常压蒸汽养护后的混凝土强度差异很小，但蒸压养护后卵石骨料的混凝土强度比石灰石骨料高10.0MPa。
从上述试验结果可以看出，混凝土常压蒸汽养护后，石灰石粗骨料和卵石粗骨料制成的混凝土具有相同的花纹，混凝土的强度迅速增加。但在蒸压养护条件下，用石灰石粗骨料和卵石粗骨料配制的混凝土强度变化较大：当不添加硅砂粉作为混凝土外加剂时（如1#混凝土配合比），石灰石粗骨料蒸压养护后骨料混凝土中，混凝土的抗压强度增加很少。但当加入一定比例的硅砂粉等量代替水泥（如2#混凝土配合比）时，混凝土的抗压强度大大提高，但比用卵石配制的混凝土抗压强度要小。强度低了10MPa左右，仍难以满足技术要求。卵石粗骨料混凝土经蒸压养护后，混凝土的抗压强度大大提高（1#、2#混凝土配合比）。可见，石灰石粗骨料不适合作为蒸压养护工艺的混凝土原料。
混凝土蒸压养护过程中，砂石骨料表面的SiO2与水泥水化过程中大量产生的低强度水化产物Ca(OH)2发生水热合成反应，在170°C以上的温度才能产生强度。极高——托贝莫来石晶体C5S6H5，将混凝土强度非常弱的砂与水泥浆的界面转变为强度高的界面，从而成为提高蒸压混凝土强度的主要因素。长石、玄武岩、花岗岩、石英岩等均含有50%以上的SiO2。水热合成时，能充分发生化学反应，生成大量的C5S6H5，提高了混凝土的抗压强度。然而，当使用石灰石粗骨料时，岩石的主要化学成分是CaCO3。在170℃以上不会与水泥中的Ca(OH)2发生水热化学反应。因此，混凝土粗骨料与水泥砂浆的界面结构没有得到强化，大量的Ca(OH)2残留在混凝土内部，不参与反应开yun体育app官网网页登录入口云开·全站体育app登录，混凝土的强度增加非常缓慢。然而，当硅砂粉作为混凝土外加剂等量替代水泥时，虽然石灰石骨料不参与界面处的水热合成反应，但外加的硅砂粉在高温高压的作用下水蒸气，水泥水化过程中产生大量强化学物质。强度极低的水合产物Ca(OH)2 发生水热合成反应。在消耗强度非常低的Ca(OH)2的同时，生成强度非常高的托贝莫来石晶体C5S6H5。这样混凝土的强度就得到了一定程度的提高。
当然，如果采用钙质人工砂，细骨料与水泥浆的界面处不会发生水热合成反应，其结构也难以强化。因此，在蒸压养护工艺下，混凝土的强度不会得到显着提高。实质性改善。
另外，水泥早期水化过程中，粗骨料表面的少量CaCO3与C3A等大量水反应，形成较强的水化产物，即CaCO3型钙矾石C3A·3CaCO3·31H2O， C3A·3CaCO3·31H2O的形成对提高混凝土早期强度有很大作用，但C3A·3CaCO3·31H2O是一种化学不稳定的产品。随着固化温度升高（≥60℃），C3A·3CaCO3·31H2O的分子结构会逐渐分解。温度越高，分解程度越大，生成的产物强度很小。高压釜固化过程中，恒温恒压达到1.0MPa、180℃，C3A·3CaCO3·31H2O几乎完全分解。与花岗岩卵石相比，粗骨料表面没有CaCO3，因此不发生上述化学反应，混凝土强度有较大且稳定的提高。
六、结论
(1)CaCO3石料制成的粗、细骨料均能适合常压养护生产工艺，混凝土脱模抗压强度有相对稳定的提高。
(2)CaCO3粗、细骨料蒸压养护过程中，在不添加硅砂粉的情况下，混凝土的抗压强度略有增加。当用等量的硅砂粉部分代替水泥时，蒸压混凝土的抗压强度增加。抗压强度有一定提高，但仍达不到技术规范的指标要求，不适合采用蒸压养护作业生产预应力高强混凝土管桩。
