1、聯(lián) 系 人：蔣元海（教授級高工，副院長，省突出貢獻中青年專家）地 址：浙江省 嘉興市 越秀南路56號 郵 編：314001單 位：嘉興學院 建筑工程學院 電 話057383643367 EMail ： szjyh888-管樁生產(chǎn)中石灰石集料對混凝土強度的影響 蔣元海1 董沛善2（1嘉興學院建筑工程學院， 浙江嘉興，314001； 2湖北神礎管樁有限公司， 湖北仙桃，433000）摘 要：本文通過石質(zhì)為石灰石與石質(zhì)為硅質(zhì)巖的兩種不同粗集料拌制混凝土，采用常壓養(yǎng)護、蒸壓養(yǎng)護等不同的混凝土蒸汽養(yǎng)護工藝，通過測定混凝土脫模抗壓強度及蒸壓后抗壓強度，表明石質(zhì)為石灰石與石質(zhì)為花崗

2、巖的兩種不同粗集料在常壓養(yǎng)護結(jié)束后，混凝土抗壓強度均有較大的增長，混凝土強度增長規(guī)律基本一致，但經(jīng)蒸壓養(yǎng)護后石質(zhì)為石灰石與石質(zhì)為花崗巖的兩種不同粗集料配制的混凝土抗壓強度產(chǎn)生很大的差異，石質(zhì)為石灰石的粗集料配制的混凝土強度增長較低，而石質(zhì)為硅質(zhì)巖的粗集料配制的混凝土強度有很大的提高。關鍵詞：石灰石集料 卵石集料 混凝土強度 管樁 蒸壓養(yǎng)護1. 前言近年來，隨著基本建設的大力發(fā)展，我國預應力混凝土管樁得到了很好的推廣應用，管樁產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，據(jù)不完全統(tǒng)計，至2010年底我國有管樁生產(chǎn)企業(yè)500余家，管樁年產(chǎn)達3.3-3.5億米，已經(jīng)成為世界第一的管樁生產(chǎn)和應用大國。 管樁生產(chǎn)中，砂、石是

3、主要的大宗原材料，占原材料用量的70%以上，大量的生產(chǎn)實踐表明，砂石的質(zhì)量對管樁產(chǎn)品的質(zhì)量具有很大的影響。由于砂石資源的大量消耗，優(yōu)質(zhì)的砂石越來越匱乏，砂石資源的綜合利用已經(jīng)成為管樁生產(chǎn)技術的一個主要方向。 國標GB13476-2009先張法預應力混凝土管樁中對細集料作出下列規(guī)定“細骨料宜采用潔凈的天然硬質(zhì)中粗砂或人工砂，細度模數(shù)宜為2.53.2，采用人工砂時，細度模數(shù)可為2.53.5，質(zhì)量應符合GB/T14684的有關規(guī)定，且砂的含泥量不大于1，氯離子含量不大于0.01，硫化物及硫酸鹽含量不大于0.5。”“粗骨料宜采用碎石或破碎的卵石，其最大粒徑不應大于25mm且不得超過鋼筋凈距的3/4，質(zhì)

4、量應符合GB/T14685的有關規(guī)定，且石的含泥量不大于0.5，硫化物及硫酸鹽含量不大于0.5?！?。上述規(guī)定明確指出了管樁生產(chǎn)中，砂石質(zhì)量的具體要求，對指導生產(chǎn)實踐、規(guī)范產(chǎn)品質(zhì)量具有十分積極的作用。由于管樁生產(chǎn)工藝的特殊性，預應力高強混凝土管樁（簡稱PHC管樁）生產(chǎn)中通常采用常壓蒸汽養(yǎng)護與壓蒸養(yǎng)護相結(jié)合的“二次養(yǎng)護”生產(chǎn)工藝，常壓蒸汽養(yǎng)護可以加快PHC管樁生產(chǎn)過程中的鋼模的周轉(zhuǎn)，提高生產(chǎn)效率；高壓蒸汽養(yǎng)護使管樁混凝土在短時間內(nèi)由40-60 MPa提高到80-100MPa,可以滿足工程快速施工的需要2。然而, 在很多生產(chǎn)實踐中，由于采用的粗細集料的石質(zhì)的不同，發(fā)現(xiàn)高壓蒸汽養(yǎng)護后，混凝土強度的增

5、長并不完全一致，特別是采用石灰石質(zhì)的集料，蒸壓混凝土強度增長并沒有達到有關標準規(guī)范規(guī)定的技術要求，嚴重影響了管樁產(chǎn)品的質(zhì)量，給生產(chǎn)企業(yè)帶來很大的困惑，本文利用不同來源石質(zhì)的二種粗集料，開展對混凝土強度做試驗研究對比，分析蒸壓養(yǎng)護工藝對混凝土抗壓強度的影響。2. 原材料1) 水泥： PI型52.5硅酸鹽水泥，3d抗折強度6.3MPa ，3d抗壓強度32.2MPa，28 d抗折強度9.2MPa ，28d抗壓強度59.6MPa。 2）礦渣粉：S95礦渣粉，比表面積410m2/kg。3）硅砂粉：SiO2為92.0%, 比表面積425m2/kg。4) 細集料：洞庭湖中粗石英砂，細度模數(shù)2.8，含泥量1.

6、2%。5）粗集料：采用二種石質(zhì)的粗集料做對比，a)湖北京山某石場石灰石，經(jīng)破碎，為525連續(xù)級配，壓碎值8.8%，針片狀含量3.5%；b)當?shù)睾拥赖穆咽?，石質(zhì)為硅質(zhì)巖，使用前經(jīng)篩選成為525mm 的連續(xù)級配。6）減水劑：花王MD-150。3. 試驗方法 按JGJ55-2000規(guī)定采用60L單臥軸強制式混凝土攪拌機拌制混凝土，材料用量以重量計，稱量的精確度：骨料為l、水、水泥、摻合料與外加劑均為0.5，控制混凝土坍落度3050mm。每次混凝土拌制的數(shù)量為20L。投料順序：河砂、碎石、水泥、摻合料干拌20秒后投放水、減水劑（減水劑投入到水中），攪拌105秒出料，檢測混凝土塌落度后用震動臺震動成型制

7、作100mm立方體試塊三組，靜放2小時，再至車間養(yǎng)護池蒸養(yǎng)6.5小時。一組脫模后2小時試壓，另兩組放高壓釜蒸壓10小時后出釜，試塊放2小時溫度下降至室溫后試壓。常壓蒸汽養(yǎng)護工藝制度：靜停2h，升溫2h,均勻升溫至85；恒溫4.5h,溫度保持853；降溫,開池蓋降溫即可。蒸壓汽養(yǎng)護工藝制度：升壓階段，每0.5h升壓約0.250.05MPa，前慢后快，時間2h；恒壓階段壓強保持1.00.05MPa，時間4h；降壓階段均勻降壓，時間2.5h；降溫階段，時間0.5h，然后拉開釜門，通風降壓后拉樁出釜。4. 試驗結(jié)果 試驗采用1#、2#二個混凝土配合比，試驗方案見表1所示?；炷翉姸鹊臏y定值分別見表2、

8、表3所示。配合比水泥礦粉硅砂粉細集料粗集料外加劑水1#45000636123411.31222#318106106644114613.3121 表1 混凝土配合比方案表2 1# 混凝土配合比的抗壓強度測定值，MPa混凝土強度石灰石粗集料卵石粗集料蒸養(yǎng)強度單個試塊強度平均值單個試塊強度平均值61.255.547.349.648.849.256.552.4蒸壓強度65.463.187.091.263.9 88.759.9 97.9表3 2# 混凝土配合比的抗壓強度測定值，MPa混凝土強度石灰石粗集料卵石粗集料常壓蒸汽養(yǎng)護單個試塊強度平均值單個試塊強度平均值44.542.344.244.440.64

9、3.841.745.1壓蒸養(yǎng)護75.475.188.885.172.281.377.685.15. 試驗結(jié)果分析 從表2可見，混凝土1#配合比，采用石灰石集料，混凝土常壓蒸汽養(yǎng)護后的混凝土脫模強度為55.5MPa；蒸壓養(yǎng)護后的混凝土強度63.1MPa,混凝土強度提高7.6MPa，可見采用石灰石集料蒸壓養(yǎng)護后的混凝土強度增長的幅度很小，僅僅只有13.7%。在1#相同配合比情況下，采用篩選卵石集料，混凝土常壓蒸汽養(yǎng)護后的混凝土脫模強度為49.6MPa,蒸壓養(yǎng)護后的混凝土強度91.2MPa,混凝土強度提高41.6MPa，采用卵石集料蒸壓養(yǎng)護后的混凝土強度幅度較大，達到83.9%。1#配合比的石灰石集

10、料比卵石集料在常壓蒸汽養(yǎng)護后的混凝土強度高出5.9MPa,但是蒸壓養(yǎng)護后卵石集料的混凝土強度比石灰石集料的混凝土強度高出28.1MPa。從表3可見，混凝土2#配合比，采用石灰石集料，混凝土常壓蒸汽養(yǎng)護后的混凝土脫模強度為42.3MPa,蒸壓養(yǎng)護后的混凝土強度75.1MPa,混凝土強度提高32.8MPa，石灰石集料蒸壓養(yǎng)護后的混凝土強度提高77.5%；在2#相同配合比情況下，采用篩選卵石集料，混凝土常壓蒸汽養(yǎng)護后的混凝土脫模強度為44.4MPa,蒸壓養(yǎng)護后的混凝土強度85.1MPa,混凝土強度提高40.7MPa，可見采用卵石集料蒸壓養(yǎng)護后的混凝土強度提高達91.7%。2#配合比的石灰石集料比卵石

11、集料在常壓蒸汽養(yǎng)護后的混凝土強度相差很小，但是蒸壓養(yǎng)護后卵石集料的混凝土強度比石灰石集料的混凝土強度高出10.0MPa。從上述實驗結(jié)果可見，在混凝土常壓蒸汽養(yǎng)護后，石質(zhì)為石灰?guī)r的粗集料與卵石粗集料配制的混凝土具有同樣的規(guī)律，混凝土強度增長較快。但是在蒸壓養(yǎng)護條件下，石質(zhì)為石灰?guī)r的粗集料與卵石粗集料所配制的混凝土強度變化較大：在沒有摻加硅砂粉為混凝土摻合料情況下（如1#混凝土配合比），石灰?guī)r的粗集料的混凝土經(jīng)蒸壓養(yǎng)護后，混凝土抗壓強度增長很少，然而在摻加一定比例的硅砂粉等量替代水泥的情況下（如2#混凝土配合比）混凝土的抗壓強度有較大幅度的提高，但比卵石配制的混凝土抗壓強度低10MPa左右，仍然難

12、以滿足技術要求。卵石粗集料的混凝土經(jīng)蒸壓養(yǎng)護后，混凝土抗壓強度有很大的增長（1#、2#混凝土配合比）。由此可見，石灰石質(zhì)粗集料不適用于蒸壓養(yǎng)護工藝的混凝土原材料?；炷猎谡魤吼B(yǎng)護過程中，砂石集料表面的SiO2在170以上的溫度下與水泥水化時大量生成的強度很低的水化產(chǎn)物Ca(OH)2進行水熱合成反應，生成強度很高的-托勃莫來石晶體C5S6H5，這樣將混凝土強度很弱的砂石與水泥漿的界面轉(zhuǎn)化為強度很高的界面，由此成為蒸壓混凝土強度提高的一個主要因素。長石、玄武巖、花崗巖、石英巖等均含50%以上的SiO2，在水熱合成中，可以充分發(fā)生化學反應，生成大量的C5S6H5，提高混凝土的抗壓強度。但是，采用石灰

13、巖質(zhì)的粗集料，其巖石的主要化學成分是CaCO3 ,在170以上的溫度下與水泥中的Ca(OH)2不會進行水熱合成化學反應，因此混凝土粗集料與水泥砂漿的界面結(jié)構(gòu)沒有得到增強，大量的Ca(OH)2保留在混凝土內(nèi)部，沒有參與反應，混凝土的強度增長很慢。但是，在采用硅砂粉作為混凝土摻合料等量替代水泥的情況下，雖然石灰石質(zhì)的集料沒有參與界面的水熱合成反應，但是外摻加入的硅砂粉在高溫高壓的水蒸氣作用下，與水泥水化時大量生成的強度很低的水化產(chǎn)物Ca(OH)2進行水熱合成反應，在消耗強度很低的Ca(OH)2的的同時，生成了強度很高的-托勃莫來石晶體C5S6H5，這樣使混凝土強度得到一定程度的提高。當然，若采用石

14、灰質(zhì)型的人工砂，在細集料與水泥漿的界面同樣也不會發(fā)生水熱合成反應，其結(jié)構(gòu)難以得到增強，因此蒸壓養(yǎng)護工藝條件下混凝土強度也將不會有很大幅度的提高。另外，在水泥早期水化過程中，粗集料表面的少量CaCO3與C3A等大量水存在的條件下，發(fā)生反應生成強度較高的水化產(chǎn)物，即CaCO3型的鈣礬石C3A3CaCO331H2O, C3A3CaCO331H2O的形成對提高混凝土早期強度具有很大的作用，但是C3A3CaCO331H2O是化學性質(zhì)不穩(wěn)定的產(chǎn)物，隨著養(yǎng)護溫度的提高（60），C3A3CaCO331H2O分子結(jié)構(gòu)逐漸將發(fā)生分解，溫度越高，分解程度愈大，生成產(chǎn)物的強度很小很小。蒸壓養(yǎng)護過程中，恒溫恒壓達1.0MPa、180，C3A3CaCO331H2O幾乎徹底分解。相對于花崗巖石質(zhì)的卵石，粗集料表面的沒有CaCO3，因此也就沒有上述化學反應，混凝土強度有較大的穩(wěn)定增長。6. 結(jié)語（1）石質(zhì)為CaCO3的粗細集料可以適合常壓養(yǎng)護生