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PHC管桩混凝土耐久性——抗氯离子渗透、硫酸盐侵蚀、抗冻性等性能篑

2008-11-14 00:00

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　　PHC管桩混凝土耐久性：

　　前言

　　试验方法介绍

　　原材料与试验配合比

　　氯离子渗透试验

　　硫酸盐侵蚀

　　抗冻性

　　小结

前言

　　随着PHC管桩应用范围的日益扩大和耐久性要求的不断提高，PHC管桩能否适用于自然环境严酷的土建工程，如海洋、港口、寒冷地区、地下水中侵蚀性介质浓度较高的西部、沿海及内陆地区的工程，受到专家和学者们日益关注。

　　如何较为准确地评价预应力高强混凝土管桩耐久性是值得我们去思考和探索的问题。本文从氯离子渗透性、硫酸盐侵蚀和抗冻性等方面来考察管桩混凝土的耐久性以及掺合料、生产工艺等因素对管桩混凝土耐久性的影响。

　　原材料

　　水泥：粤秀牌P·Ⅱ42.5R；

　　磨细砂：建通生产用，SiO2含量92%；

　　磨细矿渣微粉：韶关产，S95级；

　　外加剂：佛山市禅城区瑞龙混凝土外加剂厂生产LS-Ⅱ高效减水剂，固含量为30%；

　　砂：细度模数2.7，含泥量0.1%；

　　石子：花岗岩碎石，珠海产，粒型和级配均较好。

试验配合比 kg/m3

编号	水泥	掺合料	砂	小石	大石	水	LS-Ⅱ
JZ	510	/	680	490	765	142	10.7
SL	357	153 磨细矿渣	680	490	765	140	10.7
GS	357	153 磨细砂	680	490	765	142	10.7
S	357	153 磨细砂	700	490	745	148	11.2

试验方法与数据

　　氯离子渗透性试验

　　硫酸盐侵蚀试验

　　抗冻性试验

　　其他（碳化、碱骨料反应等）

氯离子渗透性试验方法

　　自然渗透法：先将混凝土长时间浸泡于含氯盐的水中，再通过切片或钻取芯样，用化学分析的方法得到氯离子浓度与渗透距离的关系，然后利用Fick第二定律计算出氯离子渗透系数

　　
　　加速渗透法：通过施加电场来加速氯离子在混凝土中的迁移，缩短氯离子达到稳态传输过程的时间

美国ASTM C1202“混凝土抗氯离子渗透性标准试验方法”

　　首先使用岩石切割机将立方试块的顶部和底部各切掉25mm，使之成为50mm厚，100mm边长的试件。将切好的混凝土试件进行真空饱水，然后将真空饱水24小时试件固定在试验架上；在两端水槽中分别加满3.0%NaCl和0.3mol/LNaOH的溶液，在60V的外加电场下，持续通电6小时，最后测定通过混凝土试件的总电量。

通过电量 Charge passed (Coulombs)	氯离子渗透性 Chloride ion penetrability
>4,000	高 High
2,000–4,000	中等 Moderate
1,000–2,000	低 Low
100–1,000	很低 Very Low
<100	可忽略 Negligible

编号	试验次数
编号	1	2	3	4	5	6	7	8	9
JZ	3422	3324	3194	2984	3377	3264	2269	3060	2786
SL	1819	1946	1677	1288	1791	1915	1257	1322	1545
GS	354	703	498	955	587	546	528	233	456
XY	828	1077	712	861	599	686	926	843	789

硫酸盐侵蚀加速试验方法

采用水泥抗硫酸盐侵蚀试验流程图

本文中设计的干湿循环制度

不同硫酸盐侵蚀条件下强度变化规律 /MPa

编号	压蒸后	Na2SO4溶液长期浸泡		Na2SO4溶液干湿循环		100℃下15次干湿循环
编号	压蒸后	10周	30周	10次	30次	100℃下15次干湿循环
JZ	89.2	97.6	101.7	96.2	100.7	101.3
SL	94.8	96.2	107.3	98.6	100.1	111.0
GS	97.2	99.0	103.4	96.7	96.8	107.1
S	91.8	93.5	90.3	94.7	96.8	84.0

抗冻性试验

　　本文采用快冻法研究PHC管桩混凝土在淡水介质和海水介质环境下的抗冻融性能。

冻融循环（快冻法）（GBJ82-85）

抗冻性试验

　　评价方法：相对动弹模量下降至初始值的60% 或试件的重量损失率大于5%。

人工海水中溶质浓度 /%

NaCl	MgCl2	CaCl2	KCl
2.74	0.51	0.12	0.11

淡水冻融介质，相对动弹性模量

淡水冻融介质，质量

淡水冻融介质，强度（200次）

编号	GS	JZ	test	JZ	GS
抗压强度	65.4	71.0	56.2	64.9	56.1
抗折强度	―	―	―	7.37	2.80

海水冻融介质，相对动弹性模量

海水冻融介质，质量

　　小结-1

　　从目前已做完的试验结果来看，用蒸养-压蒸工艺生产的PHC管桩，如果原材料选用、配合比（含胶凝材料用量）和搅拌工艺是合理的，生产工艺（离心-蒸养-压蒸）是符合规范要求的，对纯水泥混凝土（即不掺加外掺料）生产的管桩、掺磨细砂的管桩无论是抗氯离子渗透、抗硫酸盐侵蚀、还是抗冻性试验，都是符合或基本符合要求的。

　　小结-2

　　管桩混凝土强度和管桩混凝土耐久性线性关系不明确，也就是说强度高或强度达到80MPa以上，甚至90~100MPa，但其耐久性试验仍有可能不合格。从本次研究情况看，只要在原材料选用、混凝土配合比、混凝土搅拌、离心、蒸养、压蒸等工艺上某个环节或几个环节不符合要求，其三种耐久性试验就会出问题，特别是冻融循环试验就很难合格。

　　小结-3

　　有耐久性要求的地基基础使用PHC管桩，或者说要提高当前我国PHC管桩的耐久性，建议行业协会和管桩标准尽快制定出从原材料至混凝土配合比、搅拌工艺、离心工艺、两次蒸养-压蒸工艺的具体规定（要量化），否则，从目前我们已经抽样试验的情况看，我国管桩企业中有的管桩耐久性不合格。

　　小结-4

　　从本次试验研究中发现掺磨细矿渣用蒸养-压蒸工艺生产的管桩混凝土，其耐久性试验（特别是抗冻性试验）发现有问题，这方面研究工作可继续做下去；其抗冻性较差可以解释的原因可能是掺磨细矿渣的管桩混凝土在水化生成物后，体积收缩为最大。另外，蒸养时的静停时间对管桩混凝土的耐久性有影响，本次试验表明影响特别灵敏。

免压蒸法生产PHC管桩

外加剂	掺量％	用水量 kg	坍落度 mm	抗压强度 MPa
外加剂	掺量％	用水量 kg	坍落度 mm	1d	3d	7d
LS-JS	1.2	117	45	79.7	85.4	90.0
ACE-68	1.0	122	55	84.9	92.0	95.5
LS-JS	1.2	117	40	75.9	84.4	87.1
ACE-68	1.0	122	30	83.0	87.5	93.2
LS-JS	1.2	117	30	75.3	86.8	88.7