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《预应力高强混凝土桩用硅砂粉应用技术规程》(JC/T 2236-2014)标准简介

2014/12/16 12:39:33 0人评论 3363次浏览 分类:技术交流 来源:蒋元海( 教授 )嘉兴学院

  

人:蒋元海  教授

    址:浙江省 嘉兴市 越秀南路56                    编:314001

    位:嘉兴学院 建筑工程学院              

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《预应力高强混凝土桩用硅砂粉应用技术规程》(JC/T 2236-2014)标准简介

蒋元海

(嘉兴学院 建筑工程学院,浙江嘉兴,314001

    摘要:简述了建材行业标准JC/T 2236-2014《预应力高强混凝土桩用硅砂粉应用技术规程》的编制背景、编制目的和意义,详细说明了标准条文的具体内容,提出了实施过程中应注意的问题。

    关键词:混凝土桩  硅砂粉  压蒸养护  混凝土强度   技术规程  

0. 前言

根据2010712国家工业和信息化部工信厅科[2010]74号“关于印发2010年第一批行业标准制修订计划的通知”,《预应力高强混凝土桩用硅砂粉应用技术规程》行业标准已被正式列入20102012年度建材行业标准制定项目计划,该标准的起草工作由嘉兴学院管桩应用技术研究所负责,并邀请行业中一些单位组成起草工作小组,共同完成标准的制定工作。20141014日工业和信息化部科技司[2014年第63]公告,《预应力高强混凝土桩用硅砂粉应用技术规程》建材行业标准的编号为JC/T 2236-2014,标准自2014 1014日发布,201541日实施。

1  制定目的

二十多年来,我国管桩行业得到了大力的发展,管桩年产量已经达到3.8亿米,管桩生产中大量使用的硅砂粉掺合料的年产量达2000万吨,每年直接减少2000万吨的水泥用量,对管桩行业的节能减排产生了十分积极的作用。国家发展和改革委员会于20052月发布了《预应力高强混凝土管桩用硅砂粉》行业标准JC/T 9502005,对规范硅砂粉的产品质量起到了十分积极的作用。但由于没有《硅砂粉应用技术规程》行业标准,各管桩生产单位按各自企业使用硅砂粉的经验组织生产,在使用硅砂粉掺合料的过程中给管桩生产带来不少的困难,发生一些质量事故,造成不小的损失,不利于硅砂粉应用技术的推广使用。本标准的制定将促进硅砂粉应用技术在预应力高强混凝土桩生产中的推广和应用,该标准的制定具有十分积极意义。

2. 国内外标准

我国已经发布的且与本标准制定相关的有关标准有:建材行业标准JC/T 950-2005《预应力高强混凝土管桩用硅砂粉》、国家标准GB134762009《先张法预应力混凝土管桩》和行业标准JC/T 2029-2010《预应力离心混凝土空心方桩》、建材行业标准《水泥制品工艺技术规程 6部分:先张法预应力混凝土管桩》(标准编号:JC/T 2126.6-2012)等4项标准。

建材行业标准JC/T 950-2005《预应力高强混凝土管桩用硅砂粉》中对标准适用范围、术语和定义、原材料、技术要求、试验方法、检验规则、包装、标志、运输等作出规定。国家标准GB134762009《先张法预应力混凝土管桩》和行业标准JC/T 2029-2010《预应力离心混凝土空心方桩》二项标准,主要针对PHC管桩及空心方桩产品使用的原材料、产品结构、技术要求、试验方法、检验要求等作出规定;建材行业标准《水泥制品工艺技术规程 6部分:先张法预应力混凝土管桩》(标准编号:JC/T 2126.6-2012),主要针对管桩产品生产中原材料计量、混凝土搅拌、混凝土离心成型、蒸汽养护、产品安装、运输等具体工艺操作要求等作出规定。上述4项标准中对硅砂粉在预应力高强混凝土桩的具体使用工艺技术方面尚未作出具体的规范要求。硅砂粉是特种混凝土掺合料,硅砂粉的使用需要特种养护条件即采用常压蒸汽养护与高压蒸汽养护相结合的二次养护工艺,不是普通混凝土用掺合料,因此,为了更好推广使用硅砂粉,保证PHC管桩及空心方桩的产品质量,制定本标准是十分迫切的一项标准化工作。

标准起草小组没有查询到国外硅砂粉在预应力高强混凝土桩生产中的应用技术规范方面的标准。

3. 标准条款的主要说明

本标准共分六章:1.范围;2.规范性引用文件;3.术语和定义;4.进货要求;5.运输和储存要求;6. 工艺技术要求。

本标准根据GB/T 1.12009《标准化工作导则 1部分:  标准的结构和编写》要求,结合我国硅砂粉生产及硅砂粉在预应力高强混凝土管桩、预应力离心混凝土空心方桩等生产的应用情况进行编制的,现将有关内容说明如下。

1 范围

    规定了本标准内容和适用范围。目前,我国硅砂粉主要用于预应力高强混凝土管桩、预应力离心混凝土空心方桩等预制混凝土桩产品的生产中。硅钙板、纤维增强水泥板等若采用蒸压养护工艺生产时,也有使用硅砂粉的情况,本标准也可参照执行。

    2 规范性引用文件

    根据GB/T 1.12009《标准化工作导则 1部分:  标准的结构和编写》第6.2.3条的规定,列出正文中引用的标准文件的一览表。

    3 术语和定义

1995年前后广东省较早开展硅砂粉在预应力高强混凝土管桩生产中的应用,当时常用的俗称“磨细砂”,即采用磨细的“建筑用砂”替代一定比例的水泥,取得了很好的技术经济成效;1998年以后上海、浙江、江苏等省市的管桩生产企业开始使用石英矿矿石或其尾矿的磨细粉,同样取得了十分显着的技术经济效益。由此可见,简单的采用“磨细砂”名称,不能包括这一产品的特征。2002-2005年由苏州混凝土水泥制品研究院、苏州中材建筑建材设计研究院主编的建材行业标准JC/T 950-2005《预应力高强混凝土管桩用硅砂粉》中,明确了“硅砂粉”的定义。“硅砂粉”主要是指SiO2含量大于90%的磨细矿粉,不但包括“磨细砂”,还包括“磨细石英矿或磨细石英砂”。

    在本标准征求意见中,有技术人员提出,鉴于硅砂粉的粉尘吸入人体后,对人体的健康将产生潜在的隐患,有些单位开始研究硅砂粉的湿磨工艺。加气混凝土用砂的湿磨工艺已经十分成熟,但目前其控制细度较粗,尚难以达到本标准规定的要求。鉴于目前湿磨工艺尚无在预应力高强混凝土管桩和空心方桩中应用的先例,本标准确定为“干燥粉磨”工艺。

    本标准基本沿用了JC/T 950-2005《预应力高强混凝土管桩用硅砂粉》的概念,并强化其质量技术指标应符合JC/T 950的有关要求。

    4 进货要求

    条款4.1 硅砂粉产品的技术要求,在建材行业标准JC/T 950-2005《预应力高强混凝土管桩用硅砂粉》中已经明确,主要包括:密度、比表面积、二氧化硅、含水率、氯离子、烧失量等六项指标。JC/T 950-2005自实施以来,该项标准已经得到了很好的应用,上述六项技术指标反应了硅砂粉产品质量的主要控制要求。本标准在JC/T 950-2005的六项技术指标的基础上,仅仅对氯离子含量做适当调整,由原标准的0.02%调整为0.06%。主要原因阐述如下:

    GB175-2007《通用硅酸盐水泥》、GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中规定氯离子含量不大于0.06%,为保持标准的协调统一,本次新标准中氯离子含量改为不大于0.06%

在调研过程中有技术人员提出,有试验研究表明,当硅砂粉的二氧化硅含量为80%90%时,硅砂粉仍然可以取代一定比例的水泥,采用蒸压养护工艺生产PHC管桩。本标准的调研情况表明,绝大多数硅砂粉生产企业或管桩生产企业,其硅砂粉的二氧化硅含量控制在90%以上,其原材料主要采用较高二氧化硅含量的河砂,或较高二氧化硅含量的石英矿。若以后对于采用矿产资源中二氧化硅含量在80%90%,但所生产的硅砂粉等量替代一定比例的硅酸盐水泥后可以满足混凝土强度的要求,且经试验表明其含泥量及有害物质含量不影响管桩的混凝土质量的要求,则可以通过试制新产品加以规范化管理和使用。

调研过程中也有个别单位反映,其生产的硅砂粉的粉磨细度难以大于400m2/kg,希望本标准就其细度做适当的降低。JC/T 950-2005编制过程中的大量研究及调研表明,当硅砂粉的比表面积小于400m2/kg时,其反应的活性难以充分发挥,对混凝土强度提高的作用有限;当硅砂粉的比表面积大于500m2/kg时,不仅粉磨的能耗就大大提高,技术经济性就差,而且硅砂粉的表观密度减小,混凝土的干缩率大大增加,对离心法生产PHC管桩和离心方桩时会产生一些不利的影响。

    本标准采用的硅砂粉是干磨情况下,所以对含水率提出要求。调研过程中,有技术人员提出关于硅砂粉的湿磨工艺的建议,认为不应对硅砂粉的含水率提出要求。本标准起草人员认为,对于湿磨工艺生产硅砂粉,目前还没有工业化的生产线,其产业化尚应开展系统的试验研究,可以通过试制新产品或新技术研发鉴定加以规范化管理。

   4.2  进货与验收

   条款4.2.1:硅砂粉生产企业在交货时应提供的产品合格证,同时还应该提供硅砂粉的产品质量检测报告。产品合格证中应明确:产品名称、生产厂名称、代号、重量、生产日期、出厂编号以及本标准表1中的所有技术指标的检验结果。这是生产企业向用户单位的一个产品质量的证明。

条款4.2.2 4.2.3:虽然建材行业标准JC/T 950中对硅砂粉材料的验收已经提出了具体的要求,但是本标准作为应用技术规程,是基于硅砂粉的使用单位的角度来规范其质量控制要求和可靠应用的要求,在此要求进货时硅砂粉的质量验收应抽取实物试样检验,不采用“检验报告”为验收依据,以强化产品验收要求;其中验收产品质量指标应符合本标准中表1的规定。

    本标准中提出的现场实物检验的规定,借鉴了GB/T 18046-2008中的有关规定,具有很好的可操作性。

条款 4.2.4:目前硅砂粉的生产企业的生产规模较小,与水泥生产企业、矿渣粉生产企业的规模化作业不同,有些单位的硅砂粉生产还是PHC管桩生产企业内部的一个车间,由于生产量较小,产品质量的不确定性和波动性较水泥和矿渣粉要大很多。因此,本标准明确硅砂粉应逐批验收,且同一厂家、同一批次以不超过200t为一验收批。

在日常验收中,以影响产品质量显着的、且易于检测的“密度”、“比表面积”这两项指标作为常态化的受检项目,对于“氯离子”、“二氧化硅”这两项指标,作为一般受检指标,并不要求每批次做检验,但是受检的期限不得超过三个月。

5)运输和储存要求

目前,我国硅砂粉的运输方式,与水泥、矿渣粉等相同,绝大多数采用散装运输。若受潮,硅砂粉的计量、气力输送等将十分困难,同时硅砂粉的活性也将受到影响。

6)工艺技术要求

条款 6.1 :目前管桩生产大多采用硅酸盐水泥(Ⅱ型)、普通硅酸盐水泥,根据大量的试验结果表明,硅砂粉在硅酸盐水泥(Ⅱ型)、普通硅酸盐水泥中的掺量一般为20-30%,使水化产物中的C/S比达到一个较合适的程度;个别企业也有高达35%的,但是混凝土中的晶胶比例过高,混凝土的脆性就大,锤击施工时的耐打性就差。

    矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥中的水泥的混合材掺加已经很大,有效的水泥熟料的比例已经不高,若再掺加硅砂粉掺合料,水泥中的矿物成分的比例将大大下降,混凝土的碱度得不到保证,掺合料的活性激发就弱,将不利于混凝土耐久性及混凝土强度的发展,混凝土压蒸强度低,特别是混凝土的耐打性就差!为了保证混凝土的强度和性能,若管桩生产中使用了矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥,则混凝土搅拌时不宜再使用硅砂粉。

条款 6.2 :压蒸混凝土的配合比设计规程或技术指南有待制定,目前大多数企业参照JGJ 55的有关规定,在大量试配的基础上采用经验方法,经调整后确定本企业的混凝土配合比。蒸压混凝土不是普通混凝土,因此不能简单套用普通混凝土配合比的设计方法。

条款 6.3:工业和信息化部已经制定了建材行业标准《水泥制品工艺技术规程第6部分:先张法预应力混凝土管桩》(JC/T 2126.6-2012),其中对硅砂粉、矿渣粉等混凝土掺合料的掺加用量等已经作了明确规定,为保持标准的协调统一,本标准明确的硅砂粉掺合料的用量完全与建材行业标准JC/T 2126.6-2012保持一致。

    目前一些企业采用双掺技术,取得了很好的经济技术效益。但是,为了保证管桩产品的质量和施工的耐打性,硅砂粉与其它掺合料双掺时的最小水泥用量、最小胶凝材料用量仍然应符合表2的规定。

条款 6.4:管桩用蒸压混凝土的强度等级一般都在C80以上,因此混凝土的水灰比W/C一般都在0.3以下,要达到0.3以下的水灰比,没有高效减水剂是难以达到的。因此,本标准规定,在采用硅砂粉掺合料情况下,必须使用高效减水剂。近年来,随着高效减水剂技术的快速发展,新型的高效减水剂品种很多,特别是减水率很高的聚羧酸盐减水剂在普通混凝土中得到大力推广应用,取得了长足的发展。但是,目前聚羧酸盐减水剂在我国管桩行业中的应用却不尽人意,一些企业使用聚羧酸盐减水剂后普遍反应的问题是聚羧酸盐减水剂很“娇气”,与水泥的适应性较差,稳定性不高,使用过程中经常发生质量事故。因此,为了保证高效减水剂良好的使用效果,在使用前应做好高效减水剂与水泥及掺合料配制混凝土时的适应性。

条款 6.56.7:管桩混凝土的水灰比很小,混凝土的坍落度一般控制在30mm70mm之间,为了保证硅砂粉在混凝土各组分中的均匀性,应采用强制式混凝土搅拌机,同时适当延长混凝土的搅拌时间。

管桩混凝土的采用离心工作成型,若粘聚性不好,混凝土在离心时易离析,混凝土硬化后将产生严重的内分层,在混凝土层与砂浆层之间形成明显的空鼓或裂缝;若保水性不好,在管桩钢模的混凝土布料时就将有水分或水泥浆渗出。混凝土坍落度的选取,应根据气候情况、生产设备情况及操作熟练情况确定,夏天适当大一些,冬季可以应当小一些。对于近年来研发的管桩或空心方桩泵送布料技术,混凝土坍落度的控制应适当大一些,以满足泵送不堵管的工艺要求。另外,硅砂粉的比表面积较大,拌制混凝土后的坍落度损失较快,过长的中间操作及停留时间将直接影响混凝土的离心密实效果。

条款 6.8 混凝土搅拌时掺加硅砂粉后,由于硅砂粉的细度大、比表面积大、密度较小,因此在离心成型密实过程中,硅砂粉颗粒的离心力较水泥颗粒小,离心后易引起硅砂粉在混凝土中分布的重新调整,内壁中分布的相对较多,由此影响混凝土结构的整体强度。应根据新拌混凝土工作性、离心设备、操作经验等生产实际情况,适当调整离心工作制度,达到合理的离心密实效果。

条款 6.9:目前,我国生产混凝土强度等级为C80以上的管桩、方桩生产企业的蒸汽养护方式,绝大多数采用“常压蒸汽养护——高压蒸汽养护”相结合的两次养护方式,免压蒸生产C80工艺技术,其质量受环境温度等变化较大,尚未形成规模化生产。对于掺加硅砂粉掺合料生产混凝土强度等级达C80的高强混凝土桩,由于常压养护条件下,硅砂粉不参与水热合成反应;硅砂粉且只能在高温高压下才能激发其水化活性,因此本标准明确掺加硅砂粉掺合料时,混凝土制品必须进行两次养护作业。

混凝土在常压蒸汽养护和高压蒸汽养护过程中,需要一定的水分参与水泥的水化反应和水热合成反应,因此应该采用饱和的水蒸汽作为热介质。目前一些管桩生产企业采用热电厂的过热高温水蒸汽作蒸汽养护的热介质,从而造成混凝土内部结构疏松、水泥未水化、强度降低等,桩的耐打性大大降低、破损率增大等质量事故,过热水蒸汽不适用于混凝土蒸汽养护。

条款 6.9.1:掺加硅砂粉混凝土的早期强度发展较慢,若静停时间不足或静停温度过低,在通入蒸汽后混凝土由于初期强度过低而引起水蒸汽渗入混凝土结构内部,造成结构的破环。但是,若静停温度过高,混凝土初期的水化速度过快,“拔苗助长”,混凝土的后期强度发展很弱。

    常压养护过程中,若升温速度及降温速度过快,混凝土的内部将产生较大的温度梯度,以造成结构内部较大的温度应力,对混凝土内部结构的发展产生不利的影响,引起内部结构的缺陷,对混凝土的耐久性产生不利影响。

    过高的恒温温度,对混凝土内部结构不利,水泥早期水化形成的钙矾石(C3A·3CaSO4·31H2O)将分解,从而造成结构强度的下降,同时对混凝土的长期耐久性产生不利影响。

条款 6.9.2 :硅砂粉在混凝土蒸压养护过程中主要起到对混凝土中SiO2成分的补充作用,促使高温高压条件下的水热合成反应的进行,将水泥水化中形成的强度很低的Ca(OH)2转化为强度很高的托贝莫来石晶体C6H5S6。水热合成反应需要充足的水蒸汽,同时一定要在180-200的反应温度条件下进行。

    饱和水蒸汽的温度和压力是相对应的,控制水蒸汽的升压压力就是控制水蒸汽的升温温度,目前生产企业的控制设备以控制压力为主。本规程根据生产实际提出控制升压压力的方法。

    在蒸压作业的恒压时间完成后,蒸压釜的降压降温速度大小对混凝土的性能将产生很大的影响。过大的降压速度,在混凝土结构内部产生较大的压力梯度、温度梯度、湿度梯度等,易造成混凝土结构内部的缺陷和裂缝,对结构强度强度及长期的耐久性非常不利。

    冬季或雨季,在生产作业中尤其要注意管桩从蒸压釜中拉出后,应关注桩体表面温度与环境温度之差不宜太大,也不得直接淋水,否则桩体表面易出现很多的裂缝,从而影响桩的质量。

条款 6.10:目前,预应力高强混凝土管桩、预应力离心混凝土空心方桩等二种产品已经发布了国家标准(GB 13476)和建材行业标准(JC/T 2029),上述二项标准中,对产品的混凝土强度要求做了明确的规定,本标准应与上述标准相一致。

条款 6.11:日本离心混凝土的强度有专门的标准试验方法,但是国内第一个管桩产品国家标准GB 13476-92中也制定了具体的试验方法,但是执行起来非常麻烦,操作性差,与目前我国建设行业通行的混凝土标准的一致性差,因此一直没有真正得到执行。管桩产品国家标准GB 13476-1999在编制过程中,对离心混凝土试验方法做了修改,采用了国内建设行业通行的混凝土试验方法标准体系,虽然不能完全反应离心混凝土的特点,但在很大程度上可以对混凝土质量加以有效的控制。

4   结束语

硅砂粉作为采用压蒸养护工艺生产预应力高强混凝土桩的一种掺合料,可以等量替代30%左右的优质水泥,硅砂粉生产成本大约为150/吨,远低于水泥价格,硅砂粉的应用对降低预应力混凝土桩的生产成本、提高混凝土强度、改善桩用混凝土性能、节能降耗等具有显着的效果,具有很好的技术经济效益。

《预应力高强混凝土桩用硅砂粉应用技术规程》标准的发布实施,将进一步规范硅砂粉的质量要求、验收规范,进一步规范预应力混凝土桩生产企业的硅砂粉应用技术,为预应力高强混凝土桩生产提供更为可靠的技术保证。

本标准是首次制定发布,在执行中若有遗漏或不合理的地方,请及时与主编单位联系(浙江省 嘉兴市 越秀南路56号,E-mail: szjyh888@163.com),以便在下次修订时调整。

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