淺談預應力管樁(PHC)高強砼配合比設計參數的選擇摘要：phc管樁混凝土配合比設計是實現phc管樁性能的一個重要過程，是phc管樁質量控制的首要問題。本文筆者根據多年的生產實踐,分析了影響phc管樁用高強混凝土強度及工作性的一些主要因素，并提出了混凝土配合比設計中具有指導意義的重要參數。以供同行參考。

關鍵詞：phc管樁；高強混凝土；配合比；粗骨料

0前言

phc管樁即高強度預應力管樁，它具有質量可靠、穿透力強、耐打性能好、承載力大、施工快速、施工現場整潔、文明等優點，整體綜合指標優于各種現場擊打式的灌注樁，是建筑施工中的一項先進技術，特別在珠三角一帶的沉積土、流沙土、腐植土、淤泥層較厚等的軟弱性地質處理工程中應用非常廣泛。而phc管樁的使用條件、生產成本,甚至生產周期等都與混凝土配合比的設計密切相關。因此,phc管樁混凝土配合比設計是實現phc管樁性能的一個重要過程，是phc管樁質量控制的首要問題，是向客戶交付滿足合同要求產品的關鍵環節之一，也是判定產品是否經濟合理的基本依據之一。本文筆者根據多年的生產實踐,分析了影響phc管樁用高強混凝土強度及工作性的一些主要因素，并提出了混凝土配合比設計中具有指導意義的重要參數。以供同行參考。

1配制phc管樁高強混凝土的主要考慮因素

1.1混凝土工作性能

主要包括混凝土的均勻性、粘聚性、保水性和流動性。均勻性和保水性是影響混凝土強度離散程度的重要因素,而粘聚性和流動性則影響生產工人的操作快慢及混凝土離心質量。當粘聚性和流動性良好時,喂料、清料和合模速度就會加快,相反則會降慢生產速度。

1.2混凝土抗壓設計強度

依據gb13476-2009《先張法預應力混凝土管樁》的要求,混凝土28天抗壓強度為80mpa,脫模強度為45mpa。實際操作中,混凝土28天抗壓強度應控制在90mpa以上比較安全,因為現時的施工不夠規范,隨意施工的現象比較普遍,因此配合比設計時最好把混凝土的強度等級從c80提高到c90。

1.3混凝土塌落度損失

只要水泥遇水就會發生水化作用,塌落度就會隨時間的推移而逐漸損失,尤其水泥用量大時,隨著水化熱的增大,塌落度損失也將增大,遇到天氣炎熱時,更加加劇塌落度的損失,可以說塌落度損失是不可避免的。塌落度的損失意味著混凝土流動性的損失,損失過大對管樁制作質量相當不利,主要表現為離心后的混凝土密實度降低或出現蜂窩、麻面現象。

1.4樁混凝土離心質量

離心效果主要包括樁內表面質量和混凝土結構質量兩方面。樁內表面質量主要表現為內表面光滑、露石、塌落、縱向裂縫、掛漿等,其中露石、塌落、掛漿及縱向裂縫等缺陷完全可以通過配比的優化來解決?；炷两Y構分層主要有外分層和內分層兩方面。外分層是混凝土拌合物在離心沉降密實后沿離心力方向（即由內向外）明顯地分成水泥漿層、砂漿層和混凝土層,(如圖1a）。這種混凝土結構,在一般情況下,強度都要低于與離心后的配合比和密實度相同的均質的混凝土,造成的原因是因為砂漿層和水泥漿層的強度較小。內分層是指粗集料之間因水泥、砂子沉降形成水膜層的現象,(如圖1b)。內分層的存在局部破壞了集料顆粒與水泥石之間的粘結力,因此內分層對混凝土的強度,抗滲性是不利的。

離心混凝土的結構分層雖不可避免,但仍可通過配合比的調整來減少分層的程度,如優化骨料的級配,降低水灰比和調低塌落度等。

1一水泥漿層2一砂漿層3一混凝土層4一集料5一水膜層

圖1離心混凝土結構分層情況

1.5混凝土的脆性

根據清華大學許錦峰教授提出的經驗算式,彈性模量會隨強度的增長而增長,但增長幅度與強度不成正比,表明強度越大,脆性也越大,這對柴油錘擊施工法是極不利的。根據實踐,ec值與砂率大小有關,當骨料堅硬,砂率較低時,ec值可增大10%～20%,當采用較高的砂率時,ec值可降低10%～15%。因此,在配制高強混凝土時,應采取一些措施來降低混凝土的脆性,如適當調高砂率或有條件時加入鋼纖維維以提高混凝土的延性。

上述分析的五個問題都會影響管樁的質量,因此,配合比基本參數的選擇,是每個設計者需要慎重處理的問題。

2對管樁高強砼配合比設計參數的選擇

2.1水灰比

水灰比(w/c)則是控制混凝土強度的一個重要參數。水泥要達到完全水化所需的水量約為水泥量的25%。此外由于物理吸附作用,還要有15%的水被限制在膠體空隙中而不能參與化學反應,所以至少要有0.4倍水泥重量的水才能達到完全的水化作用。降低水灰比以后,盡管水化不完全,但強度卻能繼續提高,其原因是較低的水灰比能降低混凝土中的孔隙率并減少孔隙的尺寸,同時還能增強水化硅酸鈣(csh)凝膠的品質。而未水化的水泥顆粒則作為一種堅硬的微細骨料發揮作用。在較低水灰比情況下,水灰比的微小變化可使強度有較大的變化,所以嚴格控制水灰比是保證高強混凝土質量的關鍵。在摻高效減水劑的下,配制管樁80mpa甚至90mpa以上的混凝土,根據實踐,比較合理的水灰比應控制在0.3～0.27之間。

為保證生產中使用的水灰比能達到工藝設計要求,應做好下面的工作:①勤測骨料含水率,并根據含水率的變化及時調整好用水量和骨料含量,②計量器具應定期檢定、經中修。大修后也應進行檢定；③控制好砂的進貨質量。一旦砂的細度模數變小時、其比表面積就會增大、為達到同樣的塌落度所需的用水量就要增加。

2.2砂率

砂率作為配合比中一個重要的參數不容忽視，砂率的大小既會影響混凝土的強度，又會影響混凝土的和易性、彈性模量及抗沖擊性能。

一般情況，提高砂率可以增加混凝土的流動性，但卻會使骨料的表面積增大，為達到同樣塌落度所需的用水量就要增加。砂率過小，雖可以提高混凝土強度，但和易性會隨之變差，同時彈性模量也會隨之發生較大變化。眾所周知，混凝土強度越高，隨之而來的混凝土脆性也越大，抗沖擊性能就會變差，況且，現階段phc管樁絕大部分還是用柴油錘施打的。

在配合比設計時,只要能滿足強度要求，如達到c90以后，應優先考慮降低混凝土的脆性。因此，合理地選擇砂率是十分必要的。大量試驗表明，配制管樁混凝土的砂率不應大于0.39，更低的砂率還能使強度增長，但這將損害工作度和增加脆性，對管樁生產和工地施打不利。根據我公司的實際經驗，砂率控制在36%-39%之間的范圍內。

具體確定哪個值,須通過試配及實踐來確定,綜合考慮拌合混凝土的和易性、抗壓強度及抗沖擊性能。

2.3用灰量

灰量是水泥和外摻活性粉料之和。目前，絕大多數廠家生產phc管樁時都采用符合gb175質量要求的pii42.5硅酸鹽水泥及sio2含量≥90%,比表面積≥4000cm2/g的磨細石英砂粉。各廠家使用的灰量不一，大都在450kg/m2以上。其實，灰量并不是對混凝土強度貢獻的主要因素，當用高效減水劑配制高強砼時，灰量超過450kg/m2時對強度增長已不顯著，尤其摻一定比例的磨細石英砂粉后，只要不低于450kg/m2灰量配置的強度幾乎沒什么差別，就以我公司為例，摻30%磨細砂、灰量460～480kg/m2配置的強度基本控制在90～95mpa之間，不但能滿足強度要求，而且還比較穩定。雖然，灰量大小對混凝土的強度影響不大，但并不意味著只要選取最經濟的用灰量就可以了。事實上，灰量的大小對混凝土其它方面的影響是十分顯著的，主要表現為①混凝土的粘聚性、流動性；②混凝土塌落度損失；③樁離心質量；④混凝土耐打性；⑤成本等五個方面。

（1）用灰量過大，不但會增加成本，而且會產生多種不利后果，如混凝土的稠度變大，生產速度減慢，離心后混凝土的密實度降低；樁離心后凈漿層厚度的增加；另外過量的水化熱會使混凝土的塌落度損失加快，離心后混凝土密實度降低，甚至出現蜂窩、麻面現象，降低混凝土強度等。這些不利因素都會降低樁的承載性能，對樁的耐打性是不利的。

（2）用灰量過小，意味著砂漿包裹用量也隨之減少，樁離心后內表面容易造成骨料的堆積和露石，甚至坍塌，影響樁的結構，這對生產質量控制和樁的耐打性是非常有害的。

在確定用灰量時，還應考慮所用水泥品種、細度、質量、塌落度大小、骨料的級配與形狀、環境溫度等諸多因素，特別是外加劑的影響較大，所以最優的用灰量要根據具體情況經過試配而定。

作者根據多年的生產實踐和研究，認為用灰量460～480kg/m2之間選取是比較理想的。

2.4混凝土塌落度

混凝土的流動性也是非常重要的一個指標,在實際中,通常用塌落度值的大小來表示。它的影響主要包括它的可操作性和離心后混凝土的質量兩方面。塌落度過大或過小都對工人的操作不利，如靠增加水量得到的大流動度會降低混凝土強度；另外，大流動度會使離心混凝土的外分層和內分層現象更加明顯，削弱承載面積及耐打性。反之片面追求混凝土的高強度，減少用水量把混凝土塌落度控制得太低，甚至為零，雖用這種方法制作的立方體試件強度很高，但制品卻容易出現蜂窩、麻面、混凝土不密實及露石等質量缺陷。因此，選擇合適的塌落度是十分關鍵的，但不應只靠加水來獲得某一塌落度值，而應在穩定水灰比的情況下通過外加劑來調節。

在管樁生產實踐中，還應根據不同的氣候條件及塌落度損失快慢選擇不同的塌落度。春、冬季的塌落度損失較小，一般控制在3-5cm，而夏季的塌落度損失較快、塌落度應加大一些，5-7cm比較合適。

3 結束語

（1）phc管樁混凝土配合比設計及優化時應綜合地考慮混凝土的抗壓強度、工作性、塌落度、離心質量及脆性,同時還應考慮生產成本;

（2）水灰比是個敏感參數,對混凝土的抗壓強度影響較大,最好控制在用灰量的0.3～0.27之間;

（3）c80或更高強度的混凝土,應使用pii42.5或以上的水泥,選取用灰量時應考慮到混凝土的水化熱、粘聚性