CN102718456B - 先张法预应力混凝土防腐蚀管桩及其制造方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种先张法预应力混凝土防腐蚀管桩及其制造方法及应用，其中先张法预应力混凝土防腐蚀管桩的原料及配比如下：水泥265～315质量份；磨细砂105～135；矿粉30～68质量份；砂600～700质量份；石子1200～1300质量份；其中，水泥、磨细砂和矿粉组合为胶凝材料，水与胶凝材料的质量比为29：100，并加入占胶凝材料质量的0.8%的减水剂和占胶凝材料质量的2%～4%的防腐剂。本发明的管桩抗腐蚀性好，可在强腐蚀环境中应用。

Description

先张法预应力混凝土防腐蚀管桩及其制造方法及应用

技术领域

本发明涉及混凝土管桩技术领域，具体地说是一种先张法预应力混凝土防腐蚀管桩及其制造方法及应用。

背景技术

目前先张法预应力混凝土管桩在全国已基本普及，建筑界对管桩的认同度逐步提高，但涉及到管桩防腐方面一直存在空白，尤其是沿海地区氯离子腐蚀较为严重，另外一些工业项目对防腐也有一定的要求。另据国外专家估计，由混凝土和钢筋的腐蚀造成的经济损失约占国民收入的1.25%。这些经济损失中不仅包括修复和重建建筑物的材料费用和工程造价，而且还包括产量上的损失，这是由于建筑结构不符合生产要求，或者在修理期间引起的正常生产的中断造成的，根据国家强制执行标准《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第3.4条耐久性规定的第3.4.8条规定：“四类和五类环境中的混凝土结构，其耐久性要求应符合有关标准的规定。”四类环境是指的“海水环境”；五类环境是指的“受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境”。国家建筑设计标准图集《预应力混凝土管桩》（图集号10G409）第2.3规定：“当基础的环境、地质条件对管桩有中度及其以上侵蚀性时，应根据使用条件按有关规范采取有效的防腐措施。”这些规范都明确地提出了管桩基础的防腐问题。工业建筑防腐蚀设计规范（GB50046-2008）中规定硫酸根离子含量为强腐蚀的情况下不应采用此类桩型。在强腐蚀环境下选用预应力混凝土管桩时，应经过试验论证，并采取可靠措施，确能满足防腐蚀要求时方可使用。现在传统方法采用抗硫酸盐水泥或在混凝土中掺入一定量的矿物掺合料，然而抗硫酸盐水泥供应有限，且价格昂贵，更为重要的是抗硫酸盐水泥对于防止氯盐引起钢筋锈蚀能力差，从而严重影响侵蚀地区钢筋混凝土结构耐久性。而掺入矿物质掺合料的方法，可以改善水泥水化密实性能，减少盐类腐蚀应力，以上两种方法只适用于中等腐蚀条件以下，但当腐蚀环境为强腐蚀时，仅靠此种方法并不能取得很好的防腐蚀效果。

鉴于上述现有的先张法预应力混凝土管桩存在的问题，本发明人依靠多年的工作经验和丰富的专业知识积极加以研究和创新最终发明一种新颖的先张法预应力混凝土防腐蚀管桩及其制造方法及应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种先张法预应力混凝土防腐蚀管桩，具有防腐蚀性能好的特点，可适用于海水或其他侵蚀性环境。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

先张法预应力混凝土防腐蚀管桩，其原料及配比如下：

其中，水泥、磨细砂和矿粉组合为胶凝材料，水与胶凝材料的质量比为29：100，并加入占胶凝材料质量的0.8%的减水剂和占胶凝材料质量的2%～4%的防腐剂。

进一步，其中，所述水泥为P.I52.5水泥，比表面积为3500～3800cm²/g，铝酸三钙（C3A）的质量百分含量小于等于6%，28天胶砂强度大于等于57MPa。

进一步，其中，所述磨细砂中硅的含量占总质量的90%以上，磨细砂的比表面积4000～5000cm²/g。

其中，所述矿粉为S95级矿粉，28天活性指数大于等于95%，比表面积4000～4500cm²/g。

进一步，其中，所述砂为中粗砂，细度模数为2.8～3.2。

进一步，其中，所述石子为5～20mm连续级配，压碎指标值不大于8%。

进一步，其中，所述减水剂为高效减水剂，减水率不小于20%。

进一步，其中，所述防腐剂为MS系列防腐剂。抗硫酸盐侵蚀性中，抗蚀系数大于等于0.85，膨胀系数小于等于1.50。钢筋阻锈性能中，盐水浸渍及耐锈蚀性能均为不锈蚀。

进一步，所述管桩采用离心成型法制成。

进一步，所述管桩在离心成型后进行了常压蒸汽养护和压蒸养护。

本发明的另一目的为提供一种上述先张法预应力混凝土防腐蚀管桩的制造方法，本发明方法制造的管桩防腐蚀性能好的特点，可适用于海水或其他侵蚀性环境。实现该目的的技术方案如下：

一种上述先张法预应力混凝土防腐蚀管桩的制造方法，包括如下步骤：

1）配料：按上述质量分别称取各组分；

2）搅拌：通过自动打料系统，先加入砂、胶凝材料和防腐剂，搅拌均匀，然后加入水的总质量的70～90%，搅拌均匀，再加入石子、减水剂和剩余的水进行搅拌，搅拌均匀；

3）布料：将步骤2）中搅拌好的混凝土混合物均匀布入已安装好的钢筋笼骨架的模具中，然后进行张拉，张拉力为预应力钢筋总抗拉强度的70～75%；

4）成型：将装有混凝土的模具进行离心成型作业，直至混凝土桩成型；

5）养护：两次养护方式，第一次带模置于饱和蒸汽，温度控制在65℃～95℃的无压力环境下进行养护4～6个小时；第二次脱模后置于饱和蒸汽，温度在150℃～170℃，恒压压力为1±0.05MPa的密闭高压容器内进行养护6～8小时；

6）成品：从密闭高压容器中拉出后，遮盖油布降温不小于4小时，桩身温度与外界温差小于80℃时进行吊卸。

本发明的另一目的为提供一种先张法预应力混凝土防腐蚀管桩在建筑基础中的应用，解决了现有技术中管桩不用在强腐蚀性环境中使用的问题。实现该目的的技术方案如下：

上述任一种先张法预应力混凝土防腐蚀管桩工业建筑基础在强腐蚀环境中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明的管桩在原料中掺入磨细砂和矿粉，能提高混凝土的碱度，有利于钢筋的碱性保护。在150℃高压养护条件下磨细砂中的二氧化硅可与氧化钙迅速发生化学反应生成水化硅酸钙。由于掺磨细砂改变了水泥水化过程，即阻碍了C₆S₂H₃和Ca(OH)₂的生成，而形成了结晶良好的托勃莫来石，减少了内部孔隙，提高了密实度。抗压强度高，尺寸稳定性好，即管桩预应力损失减少，耐久性也较好。使氯离子在混凝土中电通量大大降低，渗透速率也将大大降低，而且随着水灰比的下降，又会使混凝土氯离子电通量和渗透速率继续下降，从而起到提高抗渗透性的作用，达到提高防腐性能的目的。2.本发明的管桩渗透性低，抗腐蚀性高。

3.本发明根据掺入掺合料的种类及配合比，对蒸养、蒸压工艺进行调整，使混凝土能够得到充分养护，使强度、抗渗透性及抗腐蚀性均提高。减少了现有技术中由于养护所致的微观缺陷。

4.本发明的管桩选用MS-605复合型混凝土阻锈防腐剂，提高混凝土的防腐性能，首先降低侵入混凝土中SO42-离子浓度。MS-605复合型混凝土阻锈防腐剂本身含有的离子成分在进入混凝土内部后，遇到侵入的SO42-时，会首先与其反应，形成不具有膨胀性的沉淀物，从而大大降低了侵入混凝土中SO42-离子浓度。该沉淀物不会再次溶解，会吸附在混凝土的毛细孔上，细化毛细孔，提高混凝土的密实性。其次可以抑制氢氧化钙从水泥石中析出的速度,抑制膨胀破坏。再次可以延缓石膏和概矾石晶体的生成，抑制其膨胀破坏，从而抵制硫酸盐侵蚀破坏。最后MS-605复合型混凝土阻锈防腐剂中含有的阻锈剂成分在钢筋表面形成一层分子保护膜。阻锈成分通过抑制混凝土与钢筋界面孔溶液中发生的阳极或阴极电化学腐蚀反应来直接保护钢筋。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

实施例1：

先张法预应力混凝土防腐蚀管桩，其原料及配比如下：

其中，水泥、磨细砂和矿粉组合为胶凝材料。并加入减水剂3.2kg和防腐剂8kg，加入水116kg。水泥选用P.I52.5水泥，比表面积为3500cm²/g，铝酸三钙的质量百分含量为5.5%，28天胶砂强度大于等于57MPa。矿粉为S95级矿粉，28天活性指数大于等于95%，比表面积4000cm²/g。砂为中粗砂，细度模数为2.8～3.2。石子为5～20mm连续级配，压碎指标值不大于8%。减水剂为高效减水剂，减水率为25%。防腐剂选用中国建筑科学研究院建筑材料研究所研制的同时针对硫酸盐及氯盐腐蚀的MS-605复合型混凝土阻锈防腐剂。其中，磨细砂中硅的含量为总质量的90%，磨细砂的比表面积4500cm²/g。管桩采用离心成型法制成。管桩在离心成型后进行了常压蒸汽养护和压蒸养护。上述的先张法预应力混凝土防腐蚀管桩通过如下方法制造：

1）配料：按上述质量分别称取各组分；

2）搅拌：通过自动打料系统，先加入砂、胶凝材料和防腐剂，干搅约15秒，确保砂同胶凝材料能够混合均匀，然后加入水的总质量的70%，湿搅约15秒，搅拌均匀，再加入石子、减水剂和剩余的水搅拌均匀，整个搅拌时间控制在4分钟以内；

3）布料：将步骤2）中搅拌好的混凝土混合物均匀布入已安装好的钢筋笼骨架的模具中，然后进行张拉，张拉力为预应力钢筋总抗拉强度的70%；

4）成型：将装有混凝土的模具进行离心成型作业，直至混凝土桩成型；

5）养护：两次养护方式，第一次为带模置于饱和蒸汽，温度控制在65℃左右的无压力环境下进行养护6个小时；第二次为脱模后置于饱和蒸汽，温度为150℃，恒压压力为1MPa的密闭高压容器内进行养护8小时；

6）成品：从密闭高压容器中拉出后，遮盖油布降温4小时，桩身温度与外界温差小于80℃时进行吊卸，避免温差过大导致桩身产生纵向裂纹。

实施例2：

先张法预应力混凝土防腐蚀管桩，其原料及配比如下：

其中，水泥、磨细砂和矿粉组合为胶凝材料。并加入减水剂4kg和防腐剂20kg，加入水150kg。水泥选用P.I52.5水泥，比表面积为3600cm²/g，铝酸三钙的质量百分含量为5.5%，28天胶砂强度大于等于57MPa。矿粉为S95级矿粉，28天活性指数大于等于95%，比表面积4300cm²/g。砂为中粗砂，细度模数为2.8～3.2。石子为5～20mm连续级配，压碎指标值不大于8%。减水剂为高效减水剂，减水率为28%。防腐剂选用中国建筑科学研究院建筑材料研究所研制的同时针对硫酸盐及氯盐腐蚀的MS-605复合型混凝土阻锈防腐剂。磨细砂的含硅量为92%（质量百分比），磨细砂的比表面积5000cm²/g。管桩采用离心成型法制成。管桩在离心成型后进行了常压蒸汽养护和压蒸养护。上述的先张法预应力混凝土防腐蚀管桩通过如下方法制造：

1）配料：按上述质量分别称取各组分；

2）搅拌：通过自动打料系统，先加入砂、胶凝材料和防腐剂，干搅约15秒，确保砂同胶凝材料能够混合均匀，然后加入水的总质量的90%，湿搅约15秒，搅拌均匀，再加入石子、减水剂和剩余的水搅拌均匀，整个搅拌时间控制在4分钟以内；

3）布料：将步骤2）中搅拌好的混凝土混合物均匀布入已安装好的钢筋笼骨架的模具中，然后进行张拉，张拉力为预应力钢筋总抗拉强度的75%；

4）成型：将装有混凝土的模具进行离心成型作业，直至混凝土桩成型；

5）养护：两次养护方式，第一次为带模置于饱和蒸汽，温度控制在85℃左右的无压力环境下进行养护5个小时；第二次为脱模后置于饱和蒸汽，温度在170℃，恒压压力为1.05MPa的密闭高压容器内进行养护6小时；

6）成品：从密闭高压容器中拉出后，遮盖油布降温4小时，桩身温度与外界温差小于80℃时进行吊卸，避免温差过大导致桩身产生纵向裂纹。

实施例3：

先张法预应力混凝土防腐蚀管桩，其原料及配比如下：

其中，水泥、磨细砂和矿粉组合为胶凝材料。并加入减水剂3.7kg和防腐剂15kg，加入水133kg。水泥选用P.I52.5水泥，比表面积为3800cm²/g，铝酸三钙的质量百分含量为5%，28天胶砂强度大于等于57MPa。矿粉为S95级矿粉，28天活性指数大于等于95%，比表面积4500cm²/g。砂为中粗砂，细度模数为2.8～3.2。石子为5～20mm连续级配，压碎指标值不大于8%。减水剂为高效减水剂，减水率为20%。防腐剂选用中国建筑科学研究院建筑材料研究所研制的同时针对硫酸盐及氯盐腐蚀的MS-605复合型混凝土阻锈防腐剂。磨细砂的含硅量为95%（质量百分比），磨细砂的比表面积4500cm²/g。管桩采用离心成型法制成。管桩在离心成型后进行了常压蒸汽养护和压蒸养护。上述的先张法预应力混凝土防腐蚀管桩通过如下方法制造：

1）配料：按上述质量分别称取各组分；

2）搅拌：通过自动打料系统，先加入砂、胶凝材料和防腐剂，干搅约15秒，确保砂同胶凝材料能够混合均匀，然后加入水的总质量的80%，湿搅约15秒，搅拌均匀，再加入石子、减水剂和剩余的水搅拌均匀，整个搅拌时间控制在4分钟以内；

3）布料：将步骤2）中搅拌好的混凝土混合物均匀布入已安装好的钢筋笼骨架的模具中，然后进行张拉，张拉力为预应力钢筋总抗拉强度的73%；

4）成型：将装有混凝土的模具进行离心成型作业，直至混凝土桩成型；

5）养护：两次养护方式，第一次为带模置于饱和蒸汽，温度控制在95℃的无压力环境下进行养护4个小时；第二次为脱模后置于饱和蒸汽，温度在160℃，恒压压力为1MPa的密闭高压容器内进行养护7小时；

6）成品：从密闭高压容器中拉出后，遮盖油布降温4小时，桩身温度与外界温差小于80℃时进行吊卸，避免温差过大导致桩身产生纵向裂纹。

上述任一种先张法预应力混凝土防腐蚀管桩作为工业建筑基础在强腐蚀环境中应用。

本发明中将磨细砂在比表面积为4000～5000cm²/g或更细后，在常压养护条件下（温度在70℃以上时）就能与Ca(OH)₂发生反应，在高温（大于150℃）高压养护条件下更能起迅速积极的反应生成水化硅酸钙。

根据GB/T50082-2009标准对本发明的实施例1得到的管桩分别进行如下检测：1）氯离子扩散系数检测；2）用5%的硫酸钠溶液进行抗硫酸盐侵蚀检测，获得抗压强度耐腐蚀系数；3）抗水渗透性能检测。根据JTJ275-2000《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》进行电通量检测。具体检测结果见下表1。

表1

由表1可见，氯离子扩散系数为2.3×10^-12m²/s。表明本发明的管桩的渗透性很低，具有很高的抗氯离子渗透性。用5%的硫酸钠溶液进行抗硫酸盐侵蚀检测，抗硫酸盐侵蚀等级为KS120。具有良好的抗硫酸盐腐蚀性能。抗水渗透性能检测结果为不透水，平均渗透高度为55mm，抗渗等级为P12。具有良好的抗渗透性能。电通量为774，也表明本发明的管桩渗透性较低，抗腐蚀性好。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.先张法预应力混凝土防腐蚀管桩，其特征在于，其原料及配比如下：

其中，水泥、磨细砂和矿粉组合为胶凝材料，水与胶凝材料的质量比为29：100，并加入占胶凝材料质量的0.8%的减水剂和占胶凝材料质量的2%～4%的防腐剂；

所述水泥为P.I52.5水泥，比表面积为3500～3800cm²/g，铝酸三钙的质量百分含量小于等于6%，28天胶砂强度大于等于57MPa；

所述砂为中粗砂，细度模数为2.8～3.2；

所述磨细砂中硅的含量占总质量的90%以上，磨细砂的比表面积4000～5000cm²/g；

所述矿粉为S95级矿粉，28天活性指数大于等于95%，比表面积4000～4500cm²/g；

所述管桩在离心成型后进行了常压蒸汽养护和压蒸养护，其中，第一次带模置于饱和蒸汽，温度控制在65℃～95℃的无压力环境下进行养护4～6个小时；第二次脱模后置于饱和蒸汽，温度在150℃～170℃，恒压压力为1±0.05MPa的密闭高压容器内进行养护6～8小时。

2.根据权利要求1所述的先张法预应力混凝土防腐蚀管桩，其特征在于，其中，所述石子为5～20mm连续级配，压碎指标值不大于8%。

3.根据权利要求1所述的先张法预应力混凝土防腐蚀管桩，其特征在于，其中，所述减水剂为高效减水剂，减水率不小于20%。

4.根据权利要求1所述的先张法预应力混凝土防腐蚀管桩，其特征在于，其中，所述防腐剂为MS系列防腐剂。

5.一种权利要求1-4任一所述的先张法预应力混凝土防腐蚀管桩的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）配料：按上述质量分别称取各组分；

2）搅拌：通过自动打料系统，先加入砂、胶凝材料和防腐剂，搅拌均匀，然后加入水的总质量的70～90%，搅拌均匀，再加入石子、减水剂和剩余的水进行搅拌，搅拌均匀；

3）布料：将步骤2）中搅拌好的混凝土混合物均匀布入已安装好的钢筋笼骨架的模具中，然后进行张拉，张拉力为预应力钢筋总抗拉强度的70～75%；

4）成型：将装有混凝土的模具进行离心成型作业，直至混凝土桩成型；

5）养护：两次养护方式，第一次带模置于饱和蒸汽，温度控制在65℃～95℃的无压力环境下进行养护4～6个小时；第二次脱模后置于饱和蒸汽，温度在150℃～170℃，恒压压力为1±0.05MPa的密闭高压容器内进行养护6～8小时；

6）成品：从密闭高压容器中拉出后，遮盖油布降温不小于4小时，桩身温度与外界温差小于80℃时进行吊卸。

6.权利要求1-4任一所述的先张法预应力混凝土防腐蚀管桩工业建筑基础在强腐蚀环境中的应用。