聚羧酸减水剂在免压蒸方桩实际生产中的应用

聚羧酸减水剂在免压蒸方桩实际生产中的应用

刘洁陆鸿宇季振华王照安卢杨

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1.天津建城基业集团有限公司天津市300301

2.天津市桩基技术工程中心天津市300301

摘要：高强度预应力混凝土方桩（PHS方桩），采用先张法预应力和添加特殊的掺和料、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，施工简单，造价低等优点，近年方桩行业发展迅速，在国家建设中发挥了愈来愈大的作用。构件厂一般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，为了响应国家节能减排的战略以及自身的可持续发展，调整混凝土配合比及原材料的选择，积极发展研究PHS方桩免压蒸工艺有着重要的意义。

关键词：可持续发展；免压蒸工艺；高性能减水剂；节能减排

1国内PHS方桩免压蒸工艺研发方向

我国PHS方桩免压蒸生产工艺的研究主要有三个发展方向：

（1）使用高活性掺和料。在混凝土配比中添加100-200kg/m3活性掺和料，其成分由85%的磨细粒化高炉矿渣和15%的磨细石膏、微珠粉、硅灰等组成，经过一次常压蒸汽养护即可生产PHS方桩。

（2）使用高性能减水剂。通过加入一种混凝土塑化剂，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PHS方桩。

（3）同时使用活性掺和料（复合超细粉）与高性能减水剂（复配减水剂）。只经蒸养工艺便生产出了抗冲击韧性好、耐久性好的PHS方桩。

2技术途径

本次研究的工艺则为第三种发展方向，通过使用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。传统的构件厂在生产中一般使用萘系减水剂，它的优点主要是方桩用的低塑性混凝土出机后和易性良好，在20min的生产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。近年来聚羧酸减水剂使用逐渐成熟，且安全高效、环保等优点是萘系减水剂所不具备的，使用聚羧酸减水剂替换萘系减水剂在民建工程中是大势所趋。近几年，一些构件厂也在做一些聚羧酸减水剂替换萘系减水剂的试验，但出现一些问题很难改进，使得替换过程进展缓慢，导致大多构件厂还在一直使用萘系减水剂。聚羧酸减水剂在方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。混凝土坍落度初始时合适，但是几分钟内混凝土完全失去塑性，无法使用。

（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，初始掺量大一点混凝土又容易产生流动，有时容易泌浆甚至离析。混凝土状态不容易控制。

以上几点是制约聚羧酸减水剂在方桩生产中替换萘系减水剂的主要难点，而实现免压蒸工艺，得利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。所以本次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，通过做了大量相关试验，不断的改进优化，成功研制出一种方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方桩工艺。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料用量，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，较用萘系的混凝土状态持平，改进了之前使用聚羧酸生产方桩时混凝土容易板结发硬的缺点。

（3）良好的塑性混凝土保坍性。方桩用混凝土坍落度都比较小，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，很难保证入模时的状态。通过加入专用聚羧酸减水剂的混凝土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性能。

（4）早期强度高。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。有效降低了聚羧酸减水剂的敏感性，使其在生产过程中更好的控制混凝土的质量。

3试验

3.1试验过程（一）

3.1.1试验原材料：

（1）水泥：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：天津市某减水剂厂生产的方桩专用聚羧酸减水剂，型号为UNF-5AST

（6）水：普通自来水

3.1.2配合比：见表1

3.1.3试验结果：见表2

3.1.4试验结论：

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

3.2试验过程（二）

3.2.1混凝土技术要求

3.2.2选用的材料及砼配合比

备注：聚羧酸含固量6.0%，水剂掺量3.5%

3.2.3优化蒸汽养护工艺技术要求

3.2.4混凝土拌合物质量

（1）优选以上砼配合比，其混凝土拌合物和易性、流动性、保水性、粘聚性均良好，且与外加剂适应性良好，适宜于生产。

（2）为保证混凝土拌合物质量，特将搅拌时间延长至80秒。

3.2.5在三车间和五车间分别进行试产三次和一次，工序跟进情况如下：

3.2.6试产砼强度：

3.2.7正式生产砼强度：

小结：将高性能掺合料和聚羧酸外加剂按一定比例掺入混凝土，采用特定的养护制度，生产的免压蒸PHS方桩，经生产试验和使用，可以达到设计要求，该免压蒸工艺可行，建议前期在方桩车间按此工艺批量试生产，在生产过程中还应进一步调整，以确保方桩的内壁质量。

4应用实例

从2016年6月份开始，将研制的UNF-5AST聚羧酸产品用于生产免压蒸PHS方桩。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，工人劳动强度低，施工效率高。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70MPa到80MPa之间，1d强度基本在75MPa到85MPa之间，3d强度基本都在80MPa以上，个别能达到85MPa以上。生产过程中未发现明显问题。整个免压蒸PHS方桩从生产过程到实际应用都非常成功。

5结论

（1）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免压蒸PHS方桩产品。

（2）免压蒸方桩工艺的推广具有良好的经济效益，使用免压蒸工艺后，取消了高压蒸养这一部分工艺，节省了人工和设备投入，降低了能源消耗，加快了生产效率，产生了显著的经济效益。

（3）免压蒸方桩工艺的推广可以起到节能减排的作用，符合国家的发展战略，具有良好的发展前景。

参考文献：

[1]何友林，李龙，魏宜龄.浅谈免压蒸PHC管桩生产技术[A].水泥与混凝土制品.2012（8）.

[2]陈冶然，孔文栋，蒋元海.免压蒸PHC管桩生产技术简述.建材发展导向.2015（3）.