泵送混凝土离心工艺优化的研究

孙常杰

（建华建材中国投资有限公司，江苏 镇江 212413）

0 引言

现有的预制PHC管桩采用塑性混凝土生产，对离心工艺研究的文献较多，而采用泵送混凝土生产的PHC管桩大都是大流动度混凝土，对离心工艺研究的文献较少。在劳动力资源日益紧张的大环境下，泵送线和自动化的推广应用势在必行。同样，泵送混凝土在实际生产的过程中面临诸多难题，保持泵送混凝土的稳定性是开展泵送混凝土离心研究的前提。影响泵送混凝土离心效果的因素很多，而要获得最佳的离心工艺，需要在实际生产条件下通过试验确定。

泵送混凝土技术的应用日渐成熟，而离心工艺又是管桩内在质量的重要一环。以Φ500×125桩为例，管桩内的混凝土料较多，离心成型难度大。目前，泵送混凝土离心成型后料分层严重、质量不稳定，对泵送混凝土离心工艺的研究，可以有效改善混凝土的内部结构，减少混凝土的分层现象，利于密实度的改善，有效提高管桩的耐打性。本文主要浅谈Φ500×125泵送混凝土离心试验的一些经验，为生产厂家提供借鉴。

1 基础数据与试验方法

1.1 原材料

黄砂：采用连续级配，细度模数2.6-2.9，属中粗砂，含泥量≦1.0%，质量符合《建设用砂》GB∕T14684—2011要求。

碎石：采用连续级配5～20 mm，含泥量≦0.5%，针片状含量≦5%，符合Ⅰ类Ⅱ区级配，质量符合《建设用卵石、碎石》GB∕T14685—2011标准要求。

水泥：水泥标号 P·Ⅱ52.5R，比表面积为422 m2/kg，80 um筛余为0.6%，水泥净浆流动度为240 mm,标准稠度用水量为131.4 g，标准稠度为26.3%，初凝时间为134 min，终凝时间为172 min，质量符合《通用硅酸盐水泥》GB175—2007标准要求。

硅砂粉：质量符合《预应力高强混凝土管桩用硅砂粉》JC/T950—200标准要求，比表面积不低于380 m2/kg。

减水剂：万邦聚羧酸高性能减水剂，含固量20%，净浆流动度为240 mm，质量符合《聚羧酸系高性能减水剂》JG/T223—2007标准要求。

1.2 坍落度控制

坍落度搅拌机出料时宜保证在120～180 mm，泵口处宜控制在60～120 mm之间；管模返流的混凝土料少，直径在50 cm内。

1.3 混凝土配合比（表1）

表1 混凝土配合比 单位：kg/m2

2 试验方法

建华某企业前期的离心试验采用小模试验，混凝土结构中没有笼筋，不符合实际生产情况，数据采集不准确，没有代表性。经过分析确定Ф500× 125试验采用车间试桩生产，直接锯桩采集数据。

第一步：离心试验采用低速、中速、高速三级离心参数，找出影响管桩离心成型主要参数，为下一步工艺参数调整找出方向。

第二步：针对影响离心效果最重要一级参数进一步分解优化，采取四级离心试验。制定严密的试验计划，进行车间实际生产。

第三步：选出较为成熟的离心工艺参数，在车间进行批量生产验证，验证离心工艺参数的可行性及可操作性。

第四步：推广优化后的Ф500×125离心工艺参数。

3 试验过程

依据试验思路，整合集团内其他企业的离心工艺设计思路，采用三级工艺进行离心。表2为前期的锯桩数据。

综合数据发现原有的离心工艺，管桩的内分层严重（图1）。

图1 原离心参数的锯桩截面图

3.1 影响内壁及分层的重要因素

通过对建华某车间实际生产工艺调整后随机抽取15条桩，进行锯桩，表3为锯桩后的数据，砂浆层厚度变化较大，且较厚。

表2 前期锯桩数据

通过对比分析发现中速阶段对管桩的分层影响较大，分层数据从22 mm到35 mm，因此对中速进行进一步分解优化试验。

3.2 四级工艺摸索

由三级的离心工艺知道中速的影响较大，实验过程中不断摸索，对数据分析，总结出以下试验参数进行试验。表4为四级的工艺参数数据。

通过对四级工艺的进一步优化，查找各个阶段转速及时间的合理匹配，找到最佳的离心参数，不断摸索试验和总结分析，通过实地拍摄离心成型视频，得到如下初步结论：

（1）建华某企业前期的管桩密实度较差，混凝土砂浆余浆层厚度达35 mm。试验桩密实度较好，混凝土砂浆余浆层厚度22 mm，降低了13 mm；

（2）在三级离心参数试验的基础上，找出影响混凝土成型的最主要因素，即中速转速度对离心内壁影响较大，高速对离心分层影响较大；

（3）在离心第二阶段时，砂浆的分离很明显，因此降低第二阶段的离心转速，能够有效解决混凝土的内分层；

（4）提高第三阶段的转速，适当增加第三阶段的时间，混凝土结构的密实性得到明显改善；

（5）进一步适当降低高速转速，适时延长高速时间，管桩内壁质量效果较好；

（6）后期还需进一步批量试验，验证新工艺的合理性和适应性。

3.3 试验验证

优化后的工艺具有一定的先进性，因此在建华某企业B车间进行批量试验，陆续生产20 d，在车间调整了3台离心机的离心参数，另外3台离心机的参数还设定原参数进行对比，通过随机抽取离心实验桩进行锯桩，具体试验数据见表5。

表3 锯桩后数据

表4 四级工艺参数数据

表5 离心实验参数数据

共锯桩55条，砂浆余浆层厚度平均22 mm，密实度均较好（图2），有效地改善了管桩混凝土的分层问题，密实度得到有效提高，提高了管桩的耐打性。

图2 试验验证的离心参数的锯桩截面图

4 结论

根据建华某企业现有的原材料情况及混凝土的状态，优化后的离心工艺具有砂浆层分层现象较低，密实度较好，有效改善混凝土结构，提高管桩的耐打性等特点。针对Φ500×125桩型，结论如下：

（1）优化后的离心工艺参数为第一阶段管模转速70 r/min，离心加速度为1.36 g，时间3 min；第二阶段管模转速130 r/min，离心加速度为4.69 g，时间1 min；第三阶段管模转速340 r/min，离心加速度为32 g，时间2 min；第四阶段管模转速400 r/ min，离心加速度为44.44 g，时间5 min。

（2）在离心第二阶段时，砂浆的分离很明显，因此降低第二阶段的离心转速，能够有效解决混凝土的内分层问题。

（3）提高第三阶段的转速，适当增加第三阶段的时间，混凝土结构的密实性得到明显改善。

（4）进一步适当降低高速转速，适时延长高速时间，管桩内壁质量效果较好。

（5）调整后的砂浆层厚度在23 mm，密实度较好。

5 结语

本文主要阐述离心工艺参数设置的新思路，在试验过程中以原材料的性能为依据，不断试验验证。管桩行业属于劳动密集型产业，新技术、新工艺的应用是引领行业发展的动力源泉。泵送生产线具有用工少、劳动强度低等优点。泵送混凝土应用技术的成熟将推动整个行业的快速发展。

[1]阮起楠.预应力混凝土管桩［M］.北京：中国建材工业出版社，2000.

[2]严志隆.关于管桩离心成型工艺参数的确定［J］.混凝土与水泥制品，2011，（1）:40-42.