PHC管樁混凝土耐久性——抗氯離子滲透、硫酸鹽侵蝕、抗凍性等性能簣
2008-11-14 00:00
PHC管樁混凝土耐久性：
前言
試驗(yàn)方法介紹
原材料與試驗(yàn)配合比
氯離子滲透試驗(yàn)
硫酸鹽侵蝕
抗凍性
小結(jié)
前言
隨著PHC管樁應(yīng)用范圍的日益擴(kuò)大和耐久性要求的不斷提高，PHC管樁能否適用于自然環(huán)境嚴(yán)酷的土建工程，如海洋、港口、寒冷地區(qū)、地下水中侵蝕性介質(zhì)濃度較高的西部、沿海及內(nèi)陸地區(qū)的工程，受到專家和學(xué)者們?nèi)找骊P(guān)注。
如何較為準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁耐久性是值得我們?nèi)ニ伎己吞剿鞯膯栴}。本文從氯離子滲透性、硫酸鹽侵蝕和抗凍性等方面來考察管樁混凝土的耐久性以及摻合料、生產(chǎn)工藝等因素對(duì)管樁混凝土耐久性的影響。
原材料
水泥：粵秀牌P·Ⅱ42.5R；
磨細(xì)砂：建通生產(chǎn)用，SiO2含量92%；
磨細(xì)礦渣微粉：韶關(guān)產(chǎn)，S95級(jí)；
外加劑：佛山市禪城區(qū)瑞龍混凝土外加劑廠生產(chǎn)LS-Ⅱ高效減水劑，固含量為30%；
砂：細(xì)度模數(shù)2.7，含泥量0.1%；
石子：花崗巖碎石，珠海產(chǎn)，粒型和級(jí)配均較好。
試驗(yàn)配合比 kg/m3
|
編號(hào) |
水泥 |
摻合料 |
砂 |
小石 |
大石 |
水 |
LS-Ⅱ |
|
JZ |
510 |
/ |
680 |
490 |
765 |
142 |
10.7 |
|
SL |
357 |
153
磨細(xì)礦渣 |
680 |
490 |
765 |
140 |
10.7 |
|
GS |
357 |
153
磨細(xì)砂 |
680 |
490 |
765 |
142 |
10.7 |
|
S |
357 |
153
磨細(xì)砂 |
700 |
490 |
745 |
148 |
11.2 |
試驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)
氯離子滲透性試驗(yàn)
硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)
抗凍性試驗(yàn)
其他（碳化、堿骨料反應(yīng)等）
氯離子滲透性試驗(yàn)方法
自然滲透法：先將混凝土長(zhǎng)時(shí)間浸泡于含氯鹽的水中，再通過切片或鉆取芯樣，用化學(xué)分析的方法得到氯離子濃度與滲透距離的關(guān)系，然后利用Fick第二定律計(jì)算出氯離子滲透系數(shù)
加速滲透法：通過施加電場(chǎng)來加速氯離子在混凝土中的遷移，縮短氯離子達(dá)到穩(wěn)態(tài)傳輸過程的時(shí)間
美國(guó)ASTM C1202“混凝土抗氯離子滲透性標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法”
首先使用巖石切割機(jī)將立方試塊的頂部和底部各切掉25mm，使之成為50mm厚，100mm邊長(zhǎng)的試件。將切好的混凝土試件進(jìn)行真空飽水，然后將真空飽水24小時(shí)試件固定在試驗(yàn)架上；在兩端水槽中分別加滿3.0%NaCl和0.3mol/LNaOH的溶液，在60V的外加電場(chǎng)下，持續(xù)通電6小時(shí)，最后測(cè)定通過混凝土試件的總電量。
|
通過電量
Charge passed (Coulombs) |
氯離子滲透性
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 |
|
編號(hào) |
試驗(yàn)次數(shù) | ||||||||
|
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 |
硫酸鹽侵蝕加速試驗(yàn)方法
采用水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)流程圖
本文中設(shè)計(jì)的干濕循環(huán)制度
不同硫酸鹽侵蝕條件下強(qiáng)度變化規(guī)律 /MPa
|
編號(hào) |
壓蒸后 |
Na2SO4溶液長(zhǎng)期浸泡 |
Na2SO4溶液干濕循環(huán) |
100℃下15次干濕循環(huán) | ||
|
10周 |
30周 |
10次 |
30次 | |||
|
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 |
抗凍性試驗(yàn)
本文采用快凍法研究PHC管樁混凝土在淡水介質(zhì)和海水介質(zhì)環(huán)境下的抗凍融性能。
凍融循環(huán)（快凍法）（GBJ82-85）
抗凍性試驗(yàn)
評(píng)價(jià)方法：相對(duì)動(dòng)彈模量下降至初始值的60% 或試件的重量損失率大于5%。
人工海水中溶質(zhì)濃度 /%
|
NaCl |
MgCl2 |
CaCl2 |
KCl |
|
2.74 |
0.51 |
0.12 |
0.11 |
淡水凍融介質(zhì)，相對(duì)動(dòng)彈性模量
淡水凍融介質(zhì)，質(zhì)量
淡水凍融介質(zhì)，強(qiáng)度（200次）
|
編號(hào) |
GS |
JZ |
test |
JZ |
GS |
|
抗壓強(qiáng)度 |
65.4 |
71.0 |
56.2 |
64.9 |
56.1 |
|
抗折強(qiáng)度 |
― |
― |
― |
7.37 |
2.80 |
海水凍融介質(zhì)，相對(duì)動(dòng)彈性模量
海水凍融介質(zhì)，質(zhì)量
小結(jié)-1
從目前已做完的試驗(yàn)結(jié)果來看，用蒸養(yǎng)-壓蒸工藝生產(chǎn)的PHC管樁，如果原材料選用、配合比（含膠凝材料用量）和攪拌工藝是合理的，生產(chǎn)工藝（離心-蒸養(yǎng)-壓蒸）是符合規(guī)范要求的，對(duì)純水泥混凝土（即不摻加外摻料）生產(chǎn)的管樁、摻磨細(xì)砂的管樁無論是抗氯離子滲透、抗硫酸鹽侵蝕、還是抗凍性試驗(yàn)，都是符合或基本符合要求的。
小結(jié)-2
管樁混凝土強(qiáng)度和管樁混凝土耐久性線性關(guān)系不明確，也就是說強(qiáng)度高或強(qiáng)度達(dá)到80MPa以上，甚至90~100MPa，但其耐久性試驗(yàn)仍有可能不合格。從本次研究情況看，只要在原材料選用、混凝土配合比、混凝土攪拌、離心、蒸養(yǎng)、壓蒸等工藝上某個(gè)環(huán)節(jié)或幾個(gè)環(huán)節(jié)不符合要求，其三種耐久性試驗(yàn)就會(huì)出問題，特別是凍融循環(huán)試驗(yàn)就很難合格。
小結(jié)-3
有耐久性要求的地基基礎(chǔ)使用PHC管樁，或者說要提高當(dāng)前我國(guó)PHC管樁的耐久性，建議行業(yè)協(xié)會(huì)和管樁標(biāo)準(zhǔn)盡快制定出從原材料至混凝土配合比、攪拌工藝、離心工藝、兩次蒸養(yǎng)-壓蒸工藝的具體規(guī)定（要量化），否則，從目前我們已經(jīng)抽樣試驗(yàn)的情況看，我國(guó)管樁企業(yè)中有的管樁耐久性不合格。
小結(jié)-4
從本次試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)摻磨細(xì)礦渣用蒸養(yǎng)-壓蒸工藝生產(chǎn)的管樁混凝土，其耐久性試驗(yàn)（特別是抗凍性試驗(yàn)）發(fā)現(xiàn)有問題，這方面研究工作可繼續(xù)做下去；其抗凍性較差可以解釋的原因可能是摻磨細(xì)礦渣的管樁混凝土在水化生成物后，體積收縮為最大。另外，蒸養(yǎng)時(shí)的靜停時(shí)間對(duì)管樁混凝土的耐久性有影響，本次試驗(yàn)表明影響特別靈敏。
免壓蒸法生產(chǎn)PHC管樁
|
外加劑 |
摻量
％ |
用水量
kg |
坍落度
mm |
抗壓強(qiáng)度 MPa | ||
|
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 |
LS-JS為佛山市瑞安建材公司生產(chǎn)的聚羧酸系超塑化劑；
ACE-68為巴斯夫公司生產(chǎn)的早強(qiáng)型聚羧酸系高效減水劑。
100℃干濕循環(huán)條件下，相對(duì)動(dòng)彈性模量隨循環(huán)次數(shù)變化規(guī)律
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