CN102464475B - 一种超高强度预应力混凝土管桩的低碳式制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种超高强度预应力混凝土管桩的低碳式制作方法属于建材技术领域，其主要技术特征是原料由胶凝材料、碎石、砂、磁处理水、磁处理聚羧酸减水剂和聚丙烯纤维组成，水胶比0.16-0.22，胶凝材料是由52.5硅酸盐水泥与矿物掺合料组成，掺合料由超细玻璃微珠、硅粉、沸石粉和粉煤灰组成，养护采用常压磁化热水一次养护工艺，抗压强度达到C120超高强度混凝土要求，断裂能提高，氯离子扩散系数降低，采用本发明技术方法可降低能耗50％以上，降低生产成本，减少烟气的排放，实现了超高强度性能的预应力混凝土管桩的低碳式生产制作，这种管桩可用于大跨度桥梁、高层和超高层建筑、高速公路、高速铁路、港口码头等需要超高性能桩基的工程建设中。
Description
技术领域：
本发明一种超高强度预应力混凝土管桩的低碳式制作方法属于建材技术领域。
背景技术：
我国是混凝土及其制品生产应用的大国，改革开发以来大规模的基础建设和房地产开发等对于混凝土及其制品的需求高速增长，其中对于混凝土管桩的需求也增加很快。预应力混凝土管桩作为一种新型的建筑工程基桩，与传统基础产品如灌注桩等比较，管桩混凝土用量要少30％～40％，耗钢量少40％～50％，减少水泥、砂、石以及钢材等基础资源材料的耗用，同时具有减少环境扰动和水土流失、成本较低、施工效率较高等优点，近年来发展很快，特别是在高层建筑、桥梁、高速公路、港口等工程上对于超高强度预应力管桩需求很大。高强度预应力混凝土管桩生产一般以较高等级的硅酸盐水泥、河沙、碎石、减水剂、水为原料，为提高生产效率和增加管桩强度，生产工艺中采用常压初蒸养护与高压蒸气养护两次养护，不仅养护强度大、能源耗消耗高、而且存在较大污染；管桩产品也往往会出现一些外观和内在质量的缺陷和不足，尤其是体现管桩强度的桩身竖向承载力偏低，一些高强度混凝土管桩脆性较大，在桩基施工中打裂、打断管桩的现象时有发生，所有这些都限制了预应力混凝土管桩的应用。为提高管桩强度等性能，国内外近年来都开展了一些工作。向安乐等人研究了掺入磨细砂的同时掺入矿渣粉对于提高混凝土管桩强度的贡献；汤小平等人在2009年发表了《免压蒸管桩混凝土原材料的选用》一文，指出采用磨细矿渣粉等量取代16％左右的水泥并应用聚羧酸系外加剂，在75℃养护3-4小时脱模强度可达65-70MPa，7天后可达80MPa，达到了高强预应力混凝土管桩的强度要求，但是没有达到超高强预应力混凝土管桩的强度要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有高强度混凝土管桩生产中存在的能耗高、污染环境，管桩竖向承载力偏低、脆性大等问题，通过优化设计管桩混凝土的配合比、改进养护工艺和采用磁处理技术提供一种超高强度预应力混凝土管桩的低碳式制作方法。采用本发明可以在节能减排的低碳式生产方式下生产制作强度大于C80的超高强度预应力混凝土管桩，这种具有超高强度性能的管桩可用于高层建筑、桥梁工程、高速公路、高速铁路、港口码头等承载力要求更大的建设工程领域。本发明即一种超高强度预应力混凝土管桩的低碳式制作方法如下。
首先优化设计管桩混凝土的配合比。超高强度预应力混凝土管桩的原料由胶凝材料、碎石、砂、水、聚羧酸减水剂和聚丙烯纤维组成，水胶比0.16-0.22，各组份的用量和作用如表1所示。胶凝材料是由52.5硅酸盐水泥与自制的活性矿物掺合料组成，其中所述自制的特种矿物掺合料由超细玻璃微珠、硅粉、沸石粉和粉煤灰组成，其中各组份在1m3混凝土中的重量参见表1。为了提高混凝土的韧性、耐火性能、减少早期收缩和自收缩，在配方中还添加了1-2Kg/m3聚丙烯纤维；为提高减水剂的减水作用效果，采用经磁场强度为0.2-0.5T处理的聚羧酸减水剂0.1-0.5秒，用量8-14Kg/m3；为提高水的活性，水在添加前经0.1-0.4T磁场强度的磁处理0.1-0.5秒，配方中水用量90-120Kg/m3。制作时，先向搅拌机内按计量加入砂、水泥、矿物掺合料，搅拌均匀后注入磁处理水和磁处理减水剂，搅匀后加入碎石，搅匀后通过布料机将混凝土加入带有钢筋笼的模具内，合模后进行预应力张拉和离心机成型。
表1超高强度预应力混凝土管桩的配合比 Kg/m3
在离心成型后，直接采用常压磁化热水养护工艺和自然养护工艺代替通常采用的常压蒸汽养护加高温高压蒸汽养护这种二级养护工艺。养护温度65-85℃，时间3-8小时。为节能减排，养护池由通蒸汽养护改为由太阳能热水器与电加热装置配合供水养护，并且在水进入养护池入口处安装磁场强度为0.1-0.2T的磁处理器对水进行磁处理，以提高水的活性和养护效果。出养护池混凝土抗压强度达到100-160MPa，28天后抗压强度达到101-162MPa，断裂能290-335J/m2，氯离子扩散系数低于13×10-9。
采用本发明技术方法可降低能耗50％以上，降低生产成本，减少烟气的排放，且生产的预应力超高强混凝土管桩的各项性能明显提高，除抗压强度外，混凝土的韧性、耐腐蚀性等指标也有明显改善。实现了超高强度性能的预应力混凝土管桩的低碳式生产制作，这种管桩可用于大跨度桥梁、高层和超高层建筑、高速公路、高速铁路、港口码头等需要超高性能桩基的工程建设中。
具体实施方式：
制作直径500mm、长12.5m、预应力钢筋数量12根、钢筋直径9mm的超高强度预应力混凝土管桩，混凝土配合比如表2所示。
表2实施例混凝土配合比Kg/m3
原料由水泥、矿物掺合料、碎石、砂、聚羧酸减水剂和聚丙烯纤维组成，每立方米混凝土包含有590kg胶凝材料，水胶比0.17。胶凝材料由标号52.5硅酸盐水泥380kg与自制的活性矿物掺合料组成，掺合料由超细玻璃微珠、硅粉、沸石粉和粉煤灰组成，掺合料各组分在1m3混凝土中的含量为平均粒径1.2μm的玻璃微珠80Kg，比表面积200000cm2/g硅粉40Kg，比表面积6000cm2/g超细沸石粉30Kg，比表面积12000cm2/g粉煤灰60Kg；骨料碎石采用2级配的花岗岩碎石，5-10mm占40％，10-20占60％；砂为水洗海砂，细度模量2.9；为了提高混凝土的韧性、耐火性能、减少早期收缩和自收缩，在配方中还添加了长度为16mm的1.2Kg/m3聚丙烯纤维。为提高减水剂的减水作用效果，采用经磁场强度为0.2T处理的固含量40％的聚羧酸减水剂，用量10Kg/m3；为提高水的活性，水在添加前经0.2T磁场强度的磁处理0.3秒，配方中水用量100Kg/m3。制作时，先向搅拌机内按计量加入砂、水泥、矿物掺合料，搅拌1.5分钟后注入磁处理水和磁处理减水剂，搅匀40秒后加入碎石，搅拌1分钟后后通过布料机将混凝土加入带有钢筋笼的模具内，合模后进行预应力张拉和离心机成型，离心成型分3个阶段，即低速、中速、高速离心，离心工作时间分别为1.5分、3.5分、5分钟。在离心成型后，入养护池静停35分钟。采用太阳能真空管集热式热水器和电加热装置配合向养护池供热水养护，经1小时升温至养护温度80℃，保温时间4小时，控制温差80+3℃，在水进入养护池入口处安装磁场强度为0.1T的磁处理器对水进行磁处理，以提高水的活性和养护效果。保温完成后降温30分钟出池脱模，对于100mm*100mm*100试件抗压强度测试表明强度即可达到146MPa，28天后抗压强度达到148MPa，断裂能315J/m2，氯离子扩散系数12.1×10-9管桩混凝土的强度满足C120超高强预应力混凝土管桩的强度要求。
Claims (2)
1.一种超高强度预应力混凝土管桩的低碳式制作方法，其技术特征是原料由胶凝材料、碎石、砂、磁处理水、磁处理聚羧酸减水剂和聚丙烯纤维组成，水胶比0.16-0.22，胶凝材料是由52.5硅酸盐水泥与矿物掺合料组成，掺合料由超细玻璃微珠、硅粉、沸石粉和粉煤灰组成，各组份在1m3混凝土中的重量为水泥310-400Kg、超细玻璃微珠60-110Kg、硅粉20-70Kg、沸石粉20-50Kg、粉煤灰30-90Kg、碎石1000-1260Kg、砂620-760Kg、磁处理水90-120Kg、磁处理聚羧酸减水剂7-17Kg、聚丙烯纤维1-3Kg，在离心成型后采用常压磁化热水进行养护，养护池热水由太阳能热水器与电加热装置配合供给，养护温度65-85℃，养护时间3-8小时，在水进入养护池入口处安装磁感应强度为0.1-0.2T的磁处理器对水进行磁处理。
2.如权利要求1所述的一种超高强度预应力混凝土管桩的低碳式制作方法，其特征是磁处理水的磁感应强度为0.1-0.4T，磁处理聚羧酸减水剂的磁感应强度为0.2-0.5T。
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