CN101948288A - 免压蒸phc管桩用早强型混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种免压蒸PHC管桩用早强型混凝土，所述混凝土中，每立方米混凝土的制备原料包括下列组分：硅酸盐水泥360-477kg；粒化高炉矿渣粉 50-160kg；细度模数2.5-3.0的细骨料 640-720kg；最大粒径不大于25mm的粗骨料1120-1200kg；无水石膏 10-16kg；高效减水剂 4-7kg；水130-145kg。本发明的混凝土用于制备PHC管桩，可以在较短时间内达到免压蒸PHC管桩C80混凝土的抗压强度要求。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土，具体涉及免压蒸PHC管桩用早强型混凝土。
背景技术
PHC管桩因其具有优异的力学性能、制桩周期短、价格低而在工业民用建筑、市政工程、港口码头以及跨海大桥等大型工程中得到广泛的应用。随着港口工程、跨海大桥等基础设施建设的高速发展，PHC桩的需求量逐年增加，同时国家、业主以及设计单位也对PHC管桩的节能环保、性能、质量以及经济性提出了更高的要求。PHC管桩生产是高能耗过程，“节能减排”是国家发展战略，应不断减少PHC管桩生产过程中的能耗，减少污染；业主要求在不断提高PHC管桩性能的基础上使其具有低廉的价格；同时设计单位要求PHC管桩具有较高的承载能力和良好的耐久性等性能。
PHC管桩的生产工艺包括混凝土配料、混凝土搅拌、钢筋笼制作、布料、张拉、离心、蒸汽养护、拆模、蒸压养护等过程。在整个PHC管桩的生产过程中，养护工序占了很长的时间和消耗很多能源，生产PHC管桩所消耗的能量约占管桩生产能源的90％以上；所耗时间也约占PHC管桩生产时间的90％以上。目前，国内PHC管桩的生产厂家普遍采用两次蒸汽养护(蒸汽养护与蒸压养护)进行PHC管桩生产，以使PHC管桩在较短的时间内获得出厂强度。蒸汽养护在温度低于100℃条件蒸汽条件下进行养护，包括静停、升温、恒温、与降温的过程；而蒸压养护需在蒸汽压力0.95～1.0MPa和温度170～180℃的条件下，蒸压养护3～5小时。蒸压养护是耗能与耗时最多的工序，一般来说，每蒸压养护1m3混凝土约耗油25kg(按燃油锅炉为例)；蒸压养护全过程需要10～20小时，耗用时间较多。此外，蒸压养护需要高压釜，生产投入比较高；PHC管桩出釜时温度很高，若不经过有效的降温处理，则温差足以使桩身混凝土产生裂缝，对PHC管桩的耐久性会带来不利影响。总之，采用高压蒸养工艺会消耗大量的能源，增加生产工序，占用大量的生产时间，对PHC管桩的质量控制也会产生影响。上世纪90年代初，很多管桩厂没有蒸压设备，而选用初期养护脱模后，将管桩浸入水池中的办法生产PHC管桩，实际上也得到混凝土强度等级达到C80等级的试验数据，但终究强度保证率较低，于是90年代中期又纷纷增加高压釜，掺入磨细石英砂和干排粉煤灰后，高压釜更是比不可少。开发免压蒸PHC管桩用早强型混凝土用于制备PHC管桩，在保证混凝土强度等级的情况下，可简化施工环节、节约成本、“节能减排”、控制质量，对PHC管桩产品质量与产量的提高、提高效益以及推广应用均具有重要意义。
发明内容
本发明的目的即为克服现有技术中的缺陷，提供一种免压蒸PHC管桩用早强型混凝土。
本发明的免压蒸PHC管桩用早强型混凝土中，每立方米混凝土的制备原料包括下列组分：
硅酸盐水泥 360-477kg
粒化高炉矿渣粉 50-160kg
细度模数2.5-3.0的细骨料 640-720kg
最大粒径不大于25mm的粗骨料 1120-1200kg
无水石膏 10-16kg
高效减水剂 4-7kg
水 130-145kg
所述细骨料的含泥量不大于1.5wt％，泥块含量不大于0.5wt％。实施例具体列举了细度模数为2.6，含泥量为0.6wt％，泥块含量为0.2wt％的中砂。经发明人研究表明，在免蒸压养护的情况下，细骨料的细度模数和含泥量会对混凝土强度产生较大影响，需要严格控制。
所述粗骨料最大粒径不大于25mm，针片状含量不大于10.0wt％，含泥量不大于0.5wt％，泥块含量不大于0.2wt％。经发明人研究表明，在免蒸压养护的情况下，粗骨料的粒径、针片状含量和含泥量会对混凝土强度产生较大影响，因此需选用最大粒径不大于25mm，针片状含量不大于5.0％，含泥量不应大于0.5％，泥块含量不应大于0.2％的粗骨料。实施例具体列举了采用5-25mm连续级配的碎石作粗骨料。其碎石可由5-10mm和10-25两级配配制而成，5-10mm和10-25的比例为1∶4，针片状含量为4.1wt％，含泥量为0.4wt％，泥块含量为0.1wt％。
所述减水剂优选上海华登HP400高效减水剂。
本发明选用减水率大于20％的减水剂与粒化高炉矿渣粉复合可提高混凝土的工作性和抗压强度。
优选的，所述硅酸盐水泥为水泥强度等级为52.5的II型硅酸盐水泥。
本发明采用粒化高炉矿渣粉替代了常规PHC管桩混凝土所使用的粉煤灰，可有效解决使用粉煤灰在离心成型后，管桩易产生管壁组分分层的问题。优选的，所述粒化高炉矿渣粉为S95级粒化高炉矿渣粉。
本发明采用无水石膏作为激发剂，可提高掺合料的活性，加速矿物掺合料的二次水化反应的进行，以提高混凝土的早期强度。在本发明中，相比其他早强剂，如三乙醇胺、氯化物系早强剂等，综合效果更为突出。
本发明中，粒化高炉矿渣粉与激发剂的优选配比为，粒化高炉矿渣粉占胶凝材料总重量的10％，激发剂占胶凝材料总重量的2.5％，所述胶凝材料包括硅酸盐水泥和粒化高炉矿渣粉。
本发明进一步从混凝土的工作性、耐久性、强度、弹性模量和干缩率等方面综合考量，提供了优选的配合比，即所述早强型混凝土的水胶比0.25-0.30；胶凝材料用量小于550kg/m3；砂率为36-38％。
小于0.30的水胶比既能满足本发明混凝土的工作性的条件，又能保证混凝土的抗压强度。适当增加胶凝材料用量，可提高混凝土的强度，但胶凝材料也不宜过多，过多胶凝材料用量将使混凝土用水量增加，水泥浆体的用量增加，从而使骨料的用量相应减小，对抗压强度产生一定影响，同时，过多的胶凝材料用量还会使混凝土产生较大的收缩。因此，胶凝材料用量优选控制在550kg/m3以内。合理地选择砂率是十分必要的，大量试验表明，配制C80级高强混凝土较低的砂率还能使强度增长，但这将损害工作度和增加脆性，对管桩生产和工地施打不利。砂率控制在37％左右比较合适。
本发明的混凝土可用于制备PHC管桩。
本发明的混凝土的制备方法采用常规，本技术领域的技术人员在获知本发明混凝土成份的基础上，可采用常规混凝土制备方法获得本发明的混凝土。
免压蒸PHC桩能否在常压蒸养条件下使PHC桩在一定的时间内达到C80的抗压强度以及其它的技术要求，PHC桩选用合适的混凝土配合比加速混凝土早期水化反应的进行，进而提高PHC管桩脱模强度是关键，本发明对其所用混凝土的配方进行了深入研究，获得了能在较短时间内达到PHC管桩C80混凝土的强度要求的优化混凝土配合比。
具体实施方式
以下列举具体实施方式以进一步阐述本发明，应理解，实例并非用于限制本发明的保护范围。
实施例的原材料来源
(1)水泥：强度等级52.5II型硅酸盐水泥。
(2)矿渣粉：S95粒化高炉矿渣粉。
(3)细骨料(砂)：细度模数为2.6的中砂，含泥量为0.6％，泥块含量为0.2％。
(4)粗骨料(石)：5-25mm连续级配的碎石(由5-10mm和10-25两级配配制而成，5-10mm和10-25的比例为1∶4)，含泥量为0.4％，泥块含量为0.1％。
(5)减水剂：上海华登HP400高效减水剂、三瑞化学VIVD-500高效减水剂。
(6)早强剂：三乙醇胺。
(7)激发剂：无水石膏粉作激发剂。
(8)拌合水：采用城市自来水。
实施例的试验方法
(1)力学性能
抗压强度、劈拉强度、弹性模量以及干燥收缩试验按《水运工程混凝土试验规程》(JTJ270-98)的有关规定进行。
(2)耐久性
电通量试验按《混凝土抗氯离子渗透性标准试验方法》(ASTM C1202)进行；扩散系数试验按《硬化混凝土：快速氯离子侵蚀试验方法》(NT BUILD 443)进行。
实施例所采用的蒸汽养护制度：静停2小时→升温控制在20℃/小时→恒温7小时→降温控制在20℃/小时，恒温温度为70℃。
实施例1 混凝土配合比研究
按照下表配制混凝土并进行比较，配合比设计如表1-1所示。
表1-1 混凝土配合比设计
(1)工作性测试
混凝土的工作性和表观密度的测试结果如表1-2所示。从表1-2可以看出，掺入三瑞化学减水剂的2K21减水剂用量增加，且坍落度较小，表明其与水泥适应性不好或减水率不高；掺三乙醇胺早强剂和无水石膏激发剂对混凝土坍落度没有明显地影响；掺入早强剂和激发剂对混凝土的表观密度影响不大。
表1-2 混凝土工作性与表观密度
(2)抗压强度
混凝土的混凝土抗压强度测试结果如表1-3。从表1-3可以看出：
①掺三瑞化学减水剂编号2K21以及掺早强剂三乙醇胺编号2K22的1天、3天、5天和7天的抗压强度与基准混凝土2K2相比没有明显提高。因此，掺三瑞化学减水剂和三乙醇胺早强剂在高温条件下蒸养增强效果不明显。
②掺无水石膏激发剂的混凝土抗压强度增加比较明显，且随着激发剂掺量增加，单掺激发剂编号为2K23、2K24、2K25的抗压强度呈现先增加后减小的趋势，编号为ZK24的抗压强度最大，其1天、3天、5天和7天和14天的抗压强度比基准混凝土ZK2分别增加6.5％、10.3％、9.9％、3.3％、3.2％。掺入无水石膏后，硫酸盐含量增加，可激发掺合料矿渣的活性，生成较多的C-S-H凝胶，并加速矿物掺合料的二次水化反应的进行，从而提高混凝土的早期强度。
③随着激发剂掺量增加，复掺早强剂与激发剂编号2K26、2K27、2K28的抗压强度也呈现先增加后减小的趋势，编号为2K27的抗压强度最大，但与基准混凝土2K2相比，抗压强度增量较小，也小于单掺激发剂的混凝土。因此，复掺早强剂与激发剂对混凝土的增强效果也不明显。
表1-3 混凝土抗压强度 MPa
| 编号 | 1天 | 3天 | 5天 | 7天 | 14天 |
| 2K2 | 75.6 | 78.8 | 81.1 | 89.1 | 93.1 |
| 2K21 | 72.1 | 80.1 | 82.1 | 84.8 | 92.5 |
| 2K22 | 73.6 | 78.7 | 80.5 | 86.1 | 89.1 |
| 2K23 | 78.1 | 83.3 | 87.1 | 91.1 | 95.1 |
| 2K24 | 80.5 | 86.9 | 89.1 | 92.1 | 96.1 |
| 2K25 | 77.7 | 80.5 | 84.9 | 89.8 | 93.8 |
| 2K26 | 75.2 | 81.6 | 85.1 | 88.1 | 91.1 |
| 2K27 | 77.1 | 83.5 | 86.3 | 89.3 | 93.5 |
| 2K28 | 76.2 | 80.5 | 83.8 | 87.5 | 89.5 |
(3)混凝土耐久性
混凝土电通量测试结果如表1-4所示。从表1-4可以看出，采用三瑞化学减水剂和早强剂三乙醇胺混凝土的电通量与基准混凝土电通量相差不大，掺入激发剂的混凝土电通量小于基准混凝土电通量。掺入无水石膏激发剂后，激发矿渣的活性，生成较多的凝胶和一定量的钙矾石填充孔隙，混凝土密实性增加，混凝土抗氯盐侵蚀能力增加。
表1-4 混凝土申通量测试结果
| 编号 | 蒸养7天电量(C) | 蒸养28天电量(C) | 标准养护28天电量(C) |
| 2K2 | 821 | 758 | 687 |
| 2K21 | 790 | 698 | 918 |
| 2K22 | 890 | 791 | 842 |
| 2K23 | 801 | 758 | 626 |
| 2K24 | 668 | 551 | 443 |
| 2K25 | 709 | 682 | 682 |
| 2K26 | 800 | 751 | 661 |
| 2K27 | 674 | 650 | 601 |
| 2K28 | 903 | 800 | 667 |
根据试验结果，确定早强型混凝土配合比如下表所示：
表1-5 早强型混凝土配合比
依次按下表配方配制混凝土，并检测相关指标：
表1-6 早强型混凝土配方
上述配比的早强型混凝土，其可达到下列性能指标：
表1-7 早强型混凝土基本性能指标
Claims (8)
1.一种免压蒸PHC管桩用早强型混凝土，所述混凝土中，每立方米混凝土的制备原料包括下列组分：
硅酸盐水泥 360-477kg
粒化高炉矿渣粉 50-160kg
细度模数2.5-3.0的细骨料 640-720kg
最大粒径不大于25mm的粗骨料 1120-1200kg
无水石膏 10-16kg
高效减水剂 4-7kg
水 130-145kg。
2.如权利要求1所述免压蒸PHC管桩用早强型混凝土，其特征在于，所述细骨料的含泥量不大于1.5wt％，泥块含量不大于0.5wt％。
3.如权利要求1所述免压蒸PHC管桩用早强型混凝土，其特征在于，所述粗骨料最大粒径不大于25mm，针片状含量不大于5.0wt％，含泥量不大于0.5wt％，泥块含量不大于0.2wt％。
4.如权利要求1所述免压蒸PHC管桩用早强型混凝土，其特征在于，所述减水剂为HP400高效减水剂。
5.如权利要求1所述免压蒸PHC管桩用早强型混凝土，其特征在于，所述硅酸盐水泥为水泥强度等级为52.5的II型硅酸盐水泥。
6.如权利要求1所述免压蒸PHC管桩用早强型混凝土，其特征在于，所述粒化高炉矿渣粉为S95级粒化高炉矿渣粉。
7.如权利要求1所述免压蒸PHC管桩用早强型混凝土，其特征在于，所述早强型混凝土的水胶比0.25-0.30；胶凝材料用量小于550kg/m3；砂率为36-38％。
8.如权利要求1-7任一权利要求所述免压蒸PHC管桩用早强型混凝土用于制备免压蒸PHC管桩。
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