CN103145390B

CN103145390B - 一种phc管桩混凝土拌合物及由其制备的phc管桩

Info

Publication number: CN103145390B
Application number: CN201310058021.4A
Authority: CN
Inventors: 刘加平; 张建纲; 冉千平; 毛永琳; 周栋梁
Original assignee: Sobute New Materials Co Ltd; Panzhihua Bote Building Materials Co Ltd
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2033-02-22
Also published as: CN103145390A

Abstract

本发明公开一种PHC管桩混凝土拌合物，其原料包括：胶凝材料：400kg/m³-520kg/m³，水：120-145kg/m³，砂：675-870kg/m³，碎石：1050-1110kg/m³，聚羧酸减水剂：聚羧酸减水剂的质量用量为胶凝材料质量的1.0-1.5%；所述胶凝材料由80-95%的水泥和5-20%的矿物掺合料组成，所述百分比为质量百分比。本发明所述的混凝土拌合物在离心成型后仅通过常压蒸养和较短时间的自然养护就能达到80MPa以上，经过28天自然养护可以达到85MPa以上，省去了高压蒸养工艺，缩短了生产周期，每生产1m管桩可以减少消耗标准燃煤近70%。

Description

一种PHC管桩混凝土拌合物及由其制备的PHC管桩

技术领域

本发明涉及一种PHC管桩混凝土拌合物及由其制备的PHC管桩，具体地涉及一种采用泵送布料、免压蒸养护制备PHC管桩的混凝土拌合物及由其制备的PHC管桩。

背景技术

随着城市高速扩张，高速铁路、高速公路、港口码头、跨海大桥等基础设施建设的大规模开展，对于PHC（高强预应力）管桩的需求量巨大，据报道，2011年我国PHC管桩产量达到3.5亿米。现有的PHC管桩多采用开模方法生产、人工操作的布料工艺，这种工艺存在以下缺陷：（1）工人劳动强度大，车间温度高、噪声大，工作环境差；（2）自动化程度低，质量波动大；（3）物料损耗大。

管桩养护一般采用常压蒸汽养护与高压蒸汽养护的两段式养护工艺，管桩在一个养护周期内达到C80以上，满足出厂要求。现有的管桩养护工艺会带来以下难以克服的问题：（1）生产过程中能耗大：现有PHC管桩生产工艺单位能耗高达4kg/m，高压蒸养占据了其中的70%以上；（2）混凝土耐久性不足：经过高压蒸养的混凝土抗氯离子渗透能力、抗冻融等性能下降严重，有研究表明，经过高压蒸养的混凝土抗冻融循环次数不足100次，对建筑物的耐久性有可能产生不利的影响；（3）容易造成环境污染和安全隐患：现有工艺生产的预应力管桩会产生大量的余浆，蒸汽生产过程会产生大量温室气体，容易造成环境污染，同时高压釜存在一定的安全隐患。

低能耗、自动化生产工艺是管桩制造领域的一项重要课题。中国专利200910041268.9公开了一种免压蒸工艺生产PHC管桩的方法，其特点是使用了大量的碱性激发材料，对混凝土耐久性的影响不容忽视。中国专利2008100218824和2008100218824.X分别公开了一种用于PHC管桩生产的超塑化剂及其在预应力管桩生产中的应用，其主要技术路线是采用聚羧酸减水剂与大量的无机盐早强剂（如亚硝酸盐、硫氰酸盐、硫酸盐、硫代硫酸盐等）以及链烷醇胺等复合而成，其中无机盐用量多达胶凝材料的4-5%，其本质也是通过无机盐促进混凝土强度的发展，对混凝土耐久性不利。此外，以上方法生产PHC管桩仍然难以实现管桩混凝土的流态化，仍然通过常规开模工艺生产，未能解决自动化程度低、工人劳动强度大的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种PHC管桩混凝土拌合物及由其制备的PHC管桩。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种PHC管桩混凝土拌合物，其原料包括：胶凝材料：400kg/m³-520kg/m³，水：120-145kg/m³，砂：675-870kg/m³，碎石：1050-1110kg/m³，聚羧酸减水剂：聚羧酸减水剂的质量用量为胶凝材料质量的1.0-1.5%；所述胶凝材料由80-95%的水泥和5-20%的矿物掺合料组成，所述百分比为质量百分比。

通过上述对拌合物原料及其配比的选择，各物料之间产生了预料不到的协同效应，所得拌合物在离心过程中无分层现象；且可实现机械化布料，免压蒸生产。kg/m³表示每立方米PHC管桩混凝土拌合物所含的原料组分的质量。

为了进一步实现PHC管桩泵送施工，免压蒸生产，增强各组分之间的协同效应，所述聚羧酸减水剂由如下组分组成：聚羧酸超塑化剂16-20%，降粘组分1-2.5%，消泡剂0.05-0.2%，水，余量，所述百分比为质量百分比；所述降粘组分为葡萄糖酸钠和硅酸钠的混合物，其中葡萄糖酸钠的质量用量为聚羧酸减水剂质量的0.5-1.5%，其余部分为硅酸钠；所述消泡剂为改性聚醚消泡剂。申请人经研究发现，上述组合物通过复配，有着意想不到的协同效应。上述消泡剂优选

为了提高减水剂的减水性能，同时增强与其他组分之间的协同效应，所述聚羧酸超塑化剂为通式（1）或通式（2）所示的聚羧酸超塑化剂或两者任意配比的混合物；

通式（1）的结构式为：

通式（1）中，R₁为H或COOH；R₂为H或CH₃；R₃为OH、NH₂或1-4个碳原子的烷氧基；R₁为H或CH₃；R₅为H或1-4个碳原子的烷氧基；EO为氧化乙烯，n为环氧乙烷的平均加成摩尔数，为10~100的整数；a，b，c为共聚物重复单元的链节数，其中（a+c）/b=（1~10）:1，a/c=（1:10）~（10:1）；

通式（2）的结构式为：

通式（2）中，R₁为H或CH₃；R₂为1-20个碳原子的烃基；EO为氧化乙烯，p为环氧乙烷的加成平均摩尔数，为1-200的整数；PO为氧化丙烯，q为环氧丙烷的平均加成摩尔数，为0-25的整数；n为亚甲基的个数，为0-2的整数；a，b，c为共聚物重复单元的链节数，其中（a+c）/b=（1.01~1.5）:1，a/c=（1:9）~（10:1）。

通式（1）所示的聚羧酸超塑化剂可参照中国专利200910033039.2公开的制备方法制备；通式（2）所示的聚羧酸超塑化剂可参照中国专利200910033040.5公开的制备方法制备。

为了提高减水剂同的减水性能和坍落度保持能力等性能，所述聚羧酸超塑化剂由70-100%的通式（1）所示的聚羧酸超塑化剂和0-30%的通式（2）所示的聚羧酸超塑化剂组成，所述份数为质量份数。

为了保证减水剂的性能，通式（1）和通式（2）所示的聚羧酸超塑化剂的数均分子量均为10,000-100,000。它们的分子量太小或太大，其性能均会劣化。

为了提高拌合物各组分之间的协同效应，从而提高拌合物的质量，改进生产流程，提高产品质量，所述水泥为PO52.5水泥或PII52.5水泥；所述矿物掺合料包括硫铝酸钙矿物10-30%，磨细矿渣粉10-75%，硅灰10-30%，粉煤灰微珠5-30%，所述百分表为质量百分比。

为了进一步提高各组分之间的协同效应，所述硫铝酸钙矿物为硫铝酸盐水泥熟料或快硬硫铝酸盐水泥，如R.SAC42.5，所述硅灰平均粒径为0.1～0.3um，比表面积为13～28m²/g，如埃肯硅微粉、上海天恺硅粉材料有限公司生产的TOPKEN微硅粉；所述粉煤灰微珠的平均粒径小于1um，可选这市售的商品如深圳同成新材料科技有限公司的产品Microbead。所述磨细矿渣粉应满足GB/T18046-2008中S95级标准，具体需要满足的指标为比表面积大于400m²/kg，1天活性指数大于75%，28天活性指数大于105%。

上述硫铝酸钙矿物的作用之一是缩短胶凝材料体系的凝结时间，并在蒸养条件下优化水化产物的结晶形态，提高混凝土的致密度

上述粉煤灰微珠来自于从燃煤烟雾中收集的超细颗粒。

为了进一步防止离心分层，提高产品质量，所述砂为细度模数为2.3-3.0的河砂或海砂，其中0.3mm以下颗粒的含量为15%以上，0.15mm以下的颗粒含量为5%以上；所述碎石中泥块含量小于0.5%，针片状含量小于10%，符合5-25mm连续级配，孔隙率小于40%。其孔隙率指标可以通过选择不同粒径范围的碎石进行搭配实现，该技术为本领域技术人员所熟知。

由上述的PHC管桩混凝土拌合物所制备的PHC管桩。

本发明未特别说明的技术均为现有技术。

本发明所述的PHC管桩混凝土拌合物由上述原材料经搅拌机拌合而成，拌合过程中首先将胶凝材料与砂石搅拌均匀，再将外加剂与水加入搅拌机中，搅拌80-180s即可获得所述的混凝土拌合物，各原料物料也可按其他顺序投放，只要将各物料混匀即可。使用初始坍落度和30分钟坍落度评价混凝土的流动性及其保持性能。本发明所述的混凝土拌合物的初始坍落度为160mm-210mm，扩展度为380mm-520mm；应用本领域技术人员熟知的倒坍落度排空时间法表征混凝土的粘度，本发明所述的混凝土拌合物的倒坍落度排空时间为8-18s。

本发明所述的PHC管桩混凝土拌合物可以使用泵机把混凝土通过导管输入到已经完成合模、预应力张拉的管模内部，完成机械化布料；经过离心成型后放入蒸汽养护池进行常压蒸汽养护，采用的养护工艺为静停3.5小时，2.5小时升温至95℃，恒温5小时，自然降温。

本发明PHC管桩混凝土拌合物具有较强的流动型、优良的坍落度保持性能，常压蒸养强度达到80MPa以上，实现了PHC管桩低养护能耗、高自动化的生产。

发明解决了低水胶比与大流动、低粘度，高保坍能力与早期强度的矛盾。通过本发明的实施，可以使用泵机把混凝土通过导管输入到管模内部，完成机械化布料。与现有工艺不同的是，可以实现先合模、预应力张拉后布料，不仅节约了人工劳动，提高了自动化水平，而且避免了先布料后合模造成的合缝漏浆、端头缺料和物料损失等问题。同时，本发明所述的混凝土拌合物在离心成型后仅通过常压蒸养和较短时间的自然养护就能达到80MPa以上，经过28天自然养护可以达到85MPa以上，省去了高压蒸养工艺，缩短了生产周期，每生产1m管桩可以减少消耗标准燃煤近70%。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明进行进一步的说明。需要说明的是，以下实例只是对本发明的进一步说明，并不能理解为对本发明权利保护范围的限制。

（1）矿物掺合料的制备

矿物掺合料的实施例按照表1，表中所列的比例均为质量百分比。

各例中硫铝酸钙矿物为或所述硅灰平均粒径为0.1～0.3um，比表面积为13～28m²/g，为埃肯硅微粉或上海天恺硅粉材料有限公司生产的TOPKEN微硅粉；所述粉煤灰微珠的平均粒径小于1um，为深圳同成新材料科技有限公司的产品Microbead；所述磨细矿渣粉应满足GB/T18046-2008中S95级标准，比表面积大于400m²/kg，1天活性指数大于75%，28天活性指数大于105%。

表1矿物掺合料

（2）本发明所选用的聚羧酸减水剂实施例见表2，其中，M_X代表数均分子量。

本实施例中减水剂按照表3所示的原材料及比例进行复配制得减水剂Ⅰ、II、III，表中的数据为重量百分比。

表2聚羧酸超塑化剂种类及代号

表3聚羧酸减水剂的配制(质量百分比%)

(3)本发明各实施例的PHC管桩混凝土拌合物原料组成见表4。

各实施例中砂为细度模数为2.3-3.0的河砂或海砂，其中0.3mm以下颗粒的含量为15%以上，0.15mm以下的颗粒含量为5%以上；碎石中泥块含量小于0.5%，针片状含量小于10%，符合5-25mm连续级配，孔隙率小于40%。

表4各实施例原料组成

各实施例的PHC管桩混凝土拌合物由各原材料经搅拌机拌合而成，拌合过程中首先将胶凝材料与砂石搅拌均匀，再将外加剂与水加入搅拌机中，搅拌80-180s即可获得混凝土拌合物。

（4）以上实施例的实施效果

混凝土坍落度、凝结时间、含气量按照GB8076-2008的相关方法进行测定。混凝土耐久性按照GB/T50082-2009规定的试验方法进行测试。倒坍落度排空时间的方法为，将混凝土装满倒置的坍落度筒，抹平表面后，抬起坍落度筒，使混凝土在重力作用下自由流出，测定拌合物全部流出需要的时间。

以上各实施例PHC管桩混凝土拌合物的主要技术指标如表5。实施例中混凝土只经过常压蒸汽养护工艺，混凝土试块养护工艺为静停3.5小时，2.5小时升温至90℃，恒温5小时，冷却至室温后按照龄期测试相关的性能。其中对比例为普遍使用的PHC管桩生产方法，即经过了高压蒸汽养护。

表5各实施例所得混凝土性能

以上实施例所列举的混凝土拌合物可以按照如下工艺流程进行PHC管桩生产：

（1）将新拌混凝土拌合物由混凝土泵通过导管输入的已经完成合模、预应力加载的管模中。

（2）将完成布料的管模直接吊装至离心机进行离心成型；

（3）完成离心后吊装至蒸汽养护池进行养护，养护至规定时间后拆模，放入堆场。

Claims

1.一种PHC管桩混凝土拌合物，其特征在于：其原料包括：胶凝材料：400kg/m³-520kg/m³，水：120-145kg/m³，砂：675-870kg/m³，碎石：1050-1110kg/m³，聚羧酸减水剂：聚羧酸减水剂的质量用量为胶凝材料质量的1.0-1.5%；所述胶凝材料由80-95%的水泥和5-20%的矿物掺合料组成，所述百分比为质量百分比；

所述聚羧酸减水剂由如下组分组成：聚羧酸超塑化剂16-20%，降粘组分1-2.5%，消泡剂0.05-0.2%，水，余量，所述百分比为质量百分比；所述降粘组分为葡萄糖酸钠和硅酸钠的混合物，其中葡萄糖酸钠的质量用量为聚羧酸减水剂质量的0.5-1.5%，其余部分为硅酸钠；所述消泡剂为改性聚醚消泡剂。

2.如权利要求1所述的PHC管桩混凝土拌合物，其特征在于：所述聚羧酸超塑化剂为通式（1）或通式（2）所示的聚羧酸超塑化剂或两者任意配比的混合物；

通式（1）的结构式为：

通式（1）中，R₁为H或COOH；R₂为H或CH₃；R₃为OH、NH₂或1-4个碳原子的烷氧基；R₄为H或CH₃；R₅为H或1-4个碳原子的烷氧基；EO为氧化乙烯，n为环氧乙烷的平均加成摩尔数，为10～100的整数；a，b，c为共聚物重复单元的链节数，其中（a+c）/b=（1～10）:1，a/c=（1:10）～（10:1）；

通式（2）的结构式为：

通式（2）中，R₁为H或CH₃；R₂为1-20个碳原子的烃基；EO为氧化乙烯，p为环氧乙烷的加成平均摩尔数，为1-200的整数；PO为氧化丙烯，q为环氧丙烷的平均加成摩尔数，为0-25的整数；n为亚甲基的个数，为0-2的整数；a，b，c为共聚物重复单元的链节数，其中（a+c）/b=（1.01～1.5）:1，a/c=（1:9）～（10:1）。

3.如权利要求2所述的PHC管桩混凝土拌合物，其特征在于：所述聚羧酸超塑化剂由70-100%的通式（1）所示的聚羧酸超塑化剂和0-30%的通式（2）所示的聚羧酸超塑化剂组成。

4.如权利要求2所述的PHC管桩混凝土拌合物，其特征在于：通式（1）和通式（2）所示的聚羧酸超塑化剂的数均分子量均为10,000-100,000。

5.如权利要求1-4任意一项所述的PHC管桩混凝土拌合物，其特征在于：所述水泥为PO52.5水泥或PII52.5水泥；所述矿物掺合料包括硫铝酸钙矿物10-30%，磨细矿渣粉10-75%，硅灰10-30%，粉煤灰微珠5-30%，所述百分比为质量百分比。

6.如权利要求5所述的PHC管桩混凝土拌合物，其特征在于：所述硫铝酸钙矿物为硫铝酸盐水泥熟料或快硬硫铝酸盐水泥；所述磨细矿渣粉比表面积大于400m²/kg，1天活性指数大于75%，28天活性指数大于105%。

7.如权利要求5所述的PHC管桩混凝土拌合物，其特征在于：所述硅灰平均粒径为0.1～0.3um，比表面积为13～28m²/g；所述粉煤灰微珠的平均粒径小于1um。

8.如权利要求1-4任意一项所述的PHC管桩混凝土拌合物，其特征在于：所述砂为细度模数为2.3-3.0的河砂或海砂，其中0.3mm以下颗粒的含量为15%以上，0.15mm以下的颗粒含量为5%以上；所述碎石中泥块含量小于0.5%，针片状含量小于10%，符合5-25mm连续级配，孔隙率小于40%。

9.由权利要求1-8任意一项所述的PHC管桩混凝土拌合物所制备的PHC管桩。