随着工程建设领域技术水平的高速发展，地基处理工程施工工艺和机械设备的不断更新，高强预应力混凝土管桩地基处理方法越来越被广泛应用，尤其是在较大城市的高层住宅工程的地基处理中，与传统的地基处理方法(灌注桩、CFG桩)相比，高强混凝土管桩具有桩身强度高，质量可靠、穿透力强、单桩承载力高、施工便捷、检测方便等诸多优点，极具推广价值。而在高强混凝土管桩中使用掺合料，不仅能降低成本，且若使用得当，能有效地改善混凝土的强度、工作性和耐久性。以下，本文就掺合料在高强混凝土管桩上的应用作粗浅探讨。

 

　　1PHC高强混凝土管桩介绍

 

　　PHC高强混凝土管桩是采用离心、振动、辊压、预应力以及C80高强混凝土等复合生产工艺制作而成的空心圆筒体混凝土预制构件，是一种新型建筑基础用桩，运输到现场后可拼接成不同长度的桩进行施工，适用于工业与民用建筑、多层和高层建筑、铁路、公路、桥梁、水利、港口码头等的基础工程。PHC管桩属于朝阳产业，随着环保、质量意识的增强，管桩的应用量在各种桩基础中独占鳌头，它改变了我国使用现场灌桩、普通方桩与使用PHC管桩的比例，提高了行业产品的科技含量。

 

　　其特点如下：(1)质量稳定、性能可靠，有成熟的制造工艺和完善的质量保证体系，能有效控制产品质量，保证桩身混凝土强度；(2)单桩承载力高，单位承载力价格便宜；(3)设计选用范围广，容易布桩；(4)对桩端持力层起伏变化的地质条件适应性强；(5)管桩施工工期短，施工速度快，检测方便；(6)桩身耐打，穿透能力强；(7)运输吊装方便，施工现场简洁，对环境不会造成污水横流、泥土成堆的不良影响；(8)对于封口桩尖的管桩，桩长和桩身质量可直接监测。管桩作为基础，其沉降量很小，有利于工程质量稳定。

 

　　2高强混凝土管桩常用掺合料的品种及性能特点

 

　　2.1粉煤灰

 

　　粉煤灰又称飞灰，主要来自于燃煤电厂排放出的粉尘，是一种颗粒非常细以致能在空气中流动并被除尘设备收集的粉状物质。粉煤灰的主要成分为SiO2、Al2O3和Fe2O3，有些时候含有比较高的CaO。粉煤灰外观类似水泥，胶凝性差，是目前用量最大的混凝土掺合料。

 

　　2.2矿渣微粉

 

　　粒化高炉矿渣是溶化的矿渣在高温状态迅速水淬而成。矿渣的主要化学成分为SiO2、CaO、Al2O3。矿渣有碱性、酸性和中性之分。酸性矿渣的胶凝性差，而碱性矿渣的凝胶性好。因此，矿渣微粉应选用碱性矿渣。

 

　　2.3硅粉

 

　　硅粉是电弧炉冶炼金属或硅铁合金时的副产品。硅粉的主要成分是SiO2，一般占90%以上，绝大部分是无定形的氧化硅。硅粉很细，用透气发测得的硅粉比表面积为3.4～4.7m2/g，用氮吸附法测量，一般为18～22m2/g。

 

　　2.4石灰石粉

 

　　石灰石粉具有比熟料易磨性好的优点。合理的掺量在水泥体系中能改善整个体系级配，在应用过程中能起到矿物减水的作用，也可作为激发剂使用。

 

　　2.5其他矿物掺合料

 

　　矿物掺合料还有沸石粉，高岭土粉，石英粉，稻壳灰等。

 

　　3对掺合料的技术要求

 

　　在高强混凝土管桩掺加的掺合料中，常用的是粉煤灰、矿渣微粉、硅粉三种，下面，笔者对其技术要求作一一介绍。

 

　　3.1粉煤灰

 

　　执行的是《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》(GB/T1596-2005)，拌制混凝土的粉煤灰有三个等级，按管桩国标GB1346-2009版要求，应符合Ⅱ级F类(由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰)的标准，见表1：

 

　　表1管桩用粉煤灰技术要求

 

　　项目 技术要求

 

　　细度(45μm方孔筛筛余)，不大于/% 25.0

 

　　需水量，不大于/% 105

 

　　烧失量，不大于/% 8.0

 

　　含水量，不大于/% 1.0

 

　　三氧化硫，不大于/% 3.0

 

　　游离氧化钙，不大于/% 1.0

 

　　安定性，雷氏夹煮沸后增加距离，不大于/% 5.0

 

　　放射性 合格

 

　　3.2硅粉

 

　　执行的是《预应力高强混凝土管桩用硅砂粉》(JC/T95O-2005)，对它的质量要求见表2：

 

　　表2管桩用硅粉技术要求

 

　　项目 技术指标

 

　　含水率/% ≤1.0

 

　　比表面积/㎡/kg 400～500

 

　　密度/g/cm3 ≥2.6

 

　　烧失量/% ≤1.5

 

　　氯离子/% ≤0.02

 

　　二氧化硅/% ≥90.0

 

　　3.3矿渣微粉

 

　　执行的是《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(GB/T18046-2008)S95级的标准，见表3：

 

　　表3管桩用矿渣微粉技术要求

 

　　项目 技术指标

 

　　密度/g/cm3 ≥2.8

 

　　比表面积/㎡/kg ≥400

 

　　7d

 

　　活性指数/%

 

　　28d ≥75

 

　　≥95

 

　　流动度比/% ≥95

 

　　含水量(质量分数)/% ≤1.0

 

　　三氧化硫(质量分数)/% ≤4.0

 

　　氯离子(质量分数)/% ≤0.06

 

　　烧失量(质量分数)/% ≤3.0

 

　　玻璃体含量(质量分数)/% ≥85

 

　　放射性 合格

 

　　4掺合料的作用与机理

 

　　4.1作用效果

 

　　管桩用掺合料，无论是粉煤灰、硅粉，还是矿渣微粉，它们都具有粒径小、活性好的特点，因此，它们的掺入不仅改善了混凝土管桩的性能，提高了强度和防渗性，还提高了耐久性指标。

 

　　4.2作用机理

 

　　4.2.1火山灰效应(活性效应)由于矿物掺和料的化学组成主要为SiO2和Al2O3。这两种物质，能够与水泥水泥水化产物中的Ca(OH)2发生反应，生成C-S-H和Aft。

 

　　4.2.2微集料效应矿物掺合料粒径很小，如硅粉达到纳米级别，未水化的颗粒可以填充到水泥石或水泥石与集料界面处孔隙当中，使混凝土结构更加密实，从而提高混凝土强度，改善其耐久性。

 

　　4.2.3形态效应矿物掺合料的颗粒形状多为球形，如粉煤灰颗粒为球形，可以在混凝土浆体内起到类似“滚珠”作用，提高流动性，提高流动性的同时还改善了粘聚性和保水性，更加利于泵送施工。

 

　　5应用中的注意事项

 

　　(1)掺合料配比的选择

 

　　 项目名称

 

　　胶凝材料总量/Kg/m3

 

　　(水泥+掺合料) 硅粉

 

　　掺料Kg比例% 矿渣微粉

 

　　掺料Kg比例%

 

　　一

 

　　二

 

　　三 480

 

　　490

 

　　490 123～15825～33

 

　　98～14720～30

 

　　0 0

 

　　49～9810～20

 

　　98～14720～30

 

　　注：掺合料品种与具体掺量原则是由少到多，逐渐增多。建议从中值开始，从单掺到复掺，至少稳定10～15d后，再缓慢调整；由于粉煤灰采购困难，小电厂的粉煤灰质量难以保证，故未使用；(3)硅砂粉的密度与SiO2含量对掺量有较大的影响，当密度与SiO2含量变化时，掺量亦应随之调整；要注意掺合料的活性，宜用新鲜的掺合料，因其界面新鲜，活性好，容易产生化学反应，最好现磨现用，最长贮存期不宜超过15d；掺合料品种与数量要结合当地资源，动态观察，适时调整，关键是随时要注意管桩混凝土性能的变动情况，如抗压强度指标等。

 

　　(2)要确保掺合料的技术指标合格，有条件的最好是自制，研磨质量容易控制，若外购则定要注意质量控制，特别关注掺合料原料状况，如是哪里开采的矿石，哪里采集的河砂，哪家企业的矿渣。

 

　　(3)密切注意掺合料粒径形状及分布，要了解研磨装备的性能，确保颗粒球状、圆度好、粒径分布符合正态曲线，呈硕大的橄榄形。

 

　　(4)掺合料的使用有很强的实践性，应反复试验后才能确定配方，不宜轻易调整，并要保持相对的稳定性。

 

　　6结语

 

　　总之，在高强混凝土管桩中掺加硅粉、矿渣微粉、粉煤灰等掺合料，既可以改善新拌混凝土的工作性能，又可以降低成本，且同时综合利用大量积压的工业废渣符合当今社会可持续发展的战略目标和方向，经济效益和社会效益显著，适合向社会和有条件的企业推广和应用。

 

　　参考文献

 

　　[1]郑翔，李卫国，占奇.硅粉、矿渣微粉、粉煤灰在植被高性能胶凝材料中的应用[J].水泥技术，2009，(6).

 

　　[2]廖振中.掺合料在高强混凝土管桩上的应用[J].福建建筑，2009，(12).

 

　　[3]向安乐，袁红星.复合掺合料在预应力高强混凝土管桩生产中的应用[J].中国水泥，2006，(7).