管桩用免压蒸聚羧酸减水剂

聚羧酸减水剂在免压蒸管桩实际生产中的应用

一  前言

高强度预应力混凝土管桩（PHC管桩)，是由专业厂家生产，采用先张法预应力和掺加特殊的掺和料、减水剂等工艺，将混凝土经离心脱水密实成型，经常压、高压两次蒸汽养护而制成的一种细长空心等截面预制混凝土构件。运往施工现场后，通过锤击或静压的方法沉入地下作为建(构)筑物的基础。由于其强度高，承载力好，适应地域广，建筑类型多，施工简单，造价便宜等优点，这些年管桩行业发展迅速，在国家建设中发挥了愈来愈大的作用。

目前，PHC管桩生产主要经过常压蒸汽养护和高压蒸汽养护相结合的两段式养护工艺来提高生产效率，使管桩在短时间内达到出厂要求。管桩厂一般都采用锅炉烧煤的方式来产生蒸汽，二次蒸养工艺需要大量饱和蒸汽，能耗巨大，占整个管桩生产能耗的50%以上，为了倡导国家节能减排的战略以及自身的可持续发展，积极发展研究PHC管桩免压蒸工艺有着重要的意义。

二  国内PHC管桩免压蒸工艺研发方向

      我国PHC管桩免压蒸生产工艺的研究主要有三个发展路线：

1.     使用高活性掺和料。在混凝土配比中掺加100-200kg/m³活性掺和料，其成分由85%-95%的磨细粒化高炉矿渣和15%-5%的磨细石膏组成，经过一次常压蒸汽养护即可生产PHC管桩。

2.     使用高性能减水剂。通过加入一种管桩混凝土塑化剂，在不改变其它工艺的条件下，可省去压蒸工艺，生产出合格的PHC管桩。

3.     同时使用活性掺和料与高性能减水剂。同时使用复合超细粉和复配减水剂，只经蒸养工艺便制造出了抗冲击韧性好、耐久性好的PHC管桩。

三  技术途径

我们公司对管桩免压蒸工艺的研究开始于2011年，以上的三种途径都深入的研讨过，最终确定依靠优良的聚羧酸高性能减水剂配合成熟的高活性掺和料来实现免压蒸工艺。传统的管桩厂在生产中一般都使用萘系减水剂，它的优点主要是管桩用的低塑性混凝土出机后和易性良好（因为萘系减水率相对较低用水量偏高，所以粘性较小，和易性较好），在20min的施工过程中能保持良好的施工和易性，工人劳动强度低，施工效率高。不足之处是减水率偏低，很难降低水胶比，耐久性没有聚羧酸好，而且萘系生产过程不环保。聚羧酸减水剂这几年进步很大，使用逐渐成熟，安全高效、环保等优点是萘系减水剂所不具备的，现在我国的重点工程、高铁、地铁、城市管廊及工民建中聚羧酸减水剂已经占主导地位。近几年，一些管桩厂也在做一些聚羧酸替换萘系的试验，但出现一些问题很难改进，使得替换过程进展缓慢，好多管桩厂还在一直使用萘系减水剂，聚羧酸减水剂在管桩混凝土中出现的一些主要问题是：

1.混凝土和易性差。比起用萘系减水剂生产的混凝土，使用聚羧酸时混凝土状态差，石子裸露比较多，混凝土发硬，浆体很容易下沉。

2.坍落度损失快。混凝土坍落度初始合适，但是过不了几分钟混凝土完全失去塑性，无法施工。

3.敏感性强。外加剂掺量小一点混凝土初始坍落度过小，混凝土状态发硬，初始大一点混凝土又容易产生流动，有时容易泌浆甚至离淅。混凝土状态不容易控制。

以上几点是制约聚羧酸减水剂在管桩生产中替换萘系的主要难点，而实现免压蒸工艺，得力于聚羧酸减水剂的超高减水率以及优良的后期耐久性等优点，聚羧酸减水剂又是免压蒸工艺研究最好的选择。所以我们的主要研究重点就是改进以上几种缺点，优化聚羧酸减水剂的性能，使其成为免压蒸工艺研究中的助力，而不是阻力。

近几年，我们公司做了大量相关试验，通过不断的改进优化，成功研制出一种管桩专用的聚羧酸产品UNF-5AST，改进了之前的一些不足，使之很好的适应免压蒸管桩工艺的配合比。这种聚羧酸产品主要有以下几个优点：

1.减水率高。此产品拥有超高的减水率，能够大幅降低水胶比，进而能够节约胶凝材材料的量，降低成本。

2.混凝土和易性好。在低水胶比下，用此产品混凝土和易性良好，和用萘系的混凝土状态持平，改进了之前使用聚羧酸做管桩混凝土容易发板结发硬的缺点。

3.良好的塑性混凝土保坍性。管桩用混凝土坍落度控制都比较小，虽然从出机到入模一般不会超过半个小时，但是一般的减水剂小坍落度保持性比较差，很难保证入模时的施工状态。我们研制的这种产品具有优良的小坍落度保持能力，初始到入模不会有明显的坍落度变化，能够一直保持良好的施工性能。

4.早期强度好。具有良好的早期强度，后期有所增长，不会出现强度倒缩的现象。

5.敏感性低。特地降低了聚羧酸减水剂的敏感性，使其在生产施工中更好的控制混凝土的质量。

6.广泛的适应性。我们到不同地区的管桩厂做了大量的对比试验，通过实验验证了我们的聚羧酸产品不仅和不同地区的原材料适应性良好，和其他厂家各种类减水剂比较优势同样明显。

四  试验过程

1.     试验原材料：

（1）水泥：天津产P.O42.5水泥

（2）掺和料：掺和料A型，掺和料B型，粒化高炉矿渣（S95）

（3）砂：中砂,细度模数2.6， 含泥量小于0.5%

（4）碎石：5-20mm连续级配，石粉含量0.5%

（5）减水剂：天津市雍阳减水剂厂生产的管桩专用聚羧酸减水剂，型号为UNF-5AST

（6）水：普通自来水

2.     配合比：见表1

表1：基本配合比

3.试验结果：

试验数据见表2

表2

4.试验结论：

经过试验确认此种聚羧酸产品各方面都能达到要求，混凝土状态、坍落度保持能力、强度增长等方面都达到要求，能够满足免压蒸工艺的生产。

五  施工应用实例

   从2016年6月份开始，天津某管桩厂开始使用我公司的UNF-5AST聚羧酸产品生产免压蒸管桩。混凝土出机和易性良好，布料方便，混凝土没有明显的坍落度损失 ，工人施工轻松。经过离心后桩体内壁光滑，余浆较少，无露石现象，蒸养拆模后桩体表面光滑，拆模强度基本在70MP到80MP之间，1d强度基本在75MP到85MP之间，3d强度在80MP以上。打桩施工过程良好。总之整个免压蒸管桩生产过程到实际施工应用都非常成功。

下面两图为实际施工照片：

六  结论

1.     开发性能优良的聚羧酸减水剂产品配合性能良好的掺和料产品能够生产出性能优良的C80免压蒸管桩产品。

2.     免压蒸管桩工艺的推广具有重要的经济效益，使用免压蒸工艺后，减免了高压蒸养这一部分工艺，节省了人工和设备，节省了能源消耗，加快了生产效率，产生了显著的经济效益。

3.     免压蒸管桩工艺的推广可以起到节能减排，符合国家的战略发展，具有重要的发展前景。如若得到大范围的推广应用将是一件利国利民的好事。