CN103848603A - 一种含早强复合矿物材料的免蒸压phc管桩混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种免蒸压PHC管桩用混凝土，其特征在于，所述混凝土原料如下：胶凝材料；所述胶凝材料由水泥、富钙质材料、富硅质材料组成，所述胶凝材料中按质量比，富钙质材料占3.0%～8.0%；富硅质材料占25%～40%；余份为水泥；减水剂，所述减水剂为胶凝材料质量的0.4%～0.8%；水，粗集料，以及细集料；所述混凝土的水灰比为29%～31%,砂率为33%～35%,容重为2480～2500kg/m³。本发明将富钙质材料与富硅质材料按照1：4或者1:6复配而成，激发水泥二次水化，提高其早期强度，通过一次常压蒸汽养护6小时，即可满足C80强度等级要求，对PHC管桩混凝土体积稳定性、抗碳化、钢筋锈蚀、抗氯离子渗透、抗冻融、耐酸腐蚀、耐盐侵蚀等性能得到提高和改善，提高了混凝土后期耐久性能。

Description

一种含早强复合矿物材料的免蒸压PHC管桩混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，特别是一种含早强复合矿物材料的免蒸压PHC管桩混凝土及其制备方法

背景技术

随着工程建设技术的快速发展，以及地基处理工程施工工艺和机械设备的不断更新，高强混凝土预应力静压管桩在大中城市高层建筑工程的地基处理中得到广泛应用。PH C管桩是现阶段应用最为广泛的基础建设材料之一，PHC管桩产品在其生产过程中常采用常压蒸汽养护和高压蒸汽养护的二次养护工艺，满足放张强度要求，以提高生产效率，使其在短时间内达到高强度等使用性能要求。但养护工艺需要提供大量饱和蒸汽，能耗较大，导致生产成本高，资源利用低，环境污染重。

发明内容

本发明目的在于提供一种免去高压蒸养的PHC管桩混凝土以及该混凝土的制备方法，以解决现有技术PHC管桩混凝土存在的技术问题。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种免蒸压PHC管桩用混凝土，其特征在于，所述混凝土原料如下：

胶凝材料；所述胶凝材料由水泥、富钙质材料、富硅质材料组成，所述胶凝材料中按质量比，富钙质材料占3.0%～8.0%；富硅质材料占25%～40%；余份为水泥；

减水剂，所述减水剂为胶凝材料质量的0.4%～0.8%；

水，粗集料，以及细集料；

所述混凝土的水灰比为29%～31%,砂率为33%～35%,容重为2480～2500kg/m³。

本发明特点还在于：

所述混凝土每立方米胶凝材料质量为400～450kg。

所述富钙质材料选自硬石膏粉。

所述硬石膏粉，细度200目，比表面积在420m²/kg～450m²/kg，0.045mm筛余低于1%；SO₃含量在48%～52%。

所述富硅质材料选自高炉矿渣粉、粉煤灰、煅烧高岭土、沸石粉、硅灰中一种或几种复合材料。

所述矿渣微粉选用S95级纯矿渣活性粉，粉煤灰选自Ⅱ级F类粉煤灰，细度为0.045mm筛余在0.5%～0.8%；所述煅烧高岭土中偏高岭石成份在42%～45%，所述沸石粉中活性铝质材料含量在30%～35%，所述硅灰中活性硅质氧化物含量在60%～65%。

所述粗集料选用含泥量≤0.2%的碎石，粒径5mm～31.5mm连续级配，表观密度2700kg/m³，压碎指标值5～8。

细集料选用含泥量≤1.5%天然河砂，最大粒径≤5mm，细度模数在2.5～2.7，II区中砂。

所述减水剂选用减水率20%～30%的聚羧酸系减水剂，固含量30%～40%；所述聚羧酸系减水剂为胶凝材料质量的0.4%～0.8%。

本发明所述混凝土的制备方法，包括如下步骤：

1）按免蒸压混凝土配合比，先计量相应方量所需胶凝材料总量，称量胶凝材料总量比例的硬石膏粉和矿渣粉，二者等量替代胶凝材料后，再称量余下胶凝材料总量的水泥，然后称量减水剂、水、粗集料，以及细集料；

2）先将称量好的粗集料、细集料一起投料到搅拌锅，然后再将称量好的水泥、矿渣粉和硬石膏粉一起投料到搅拌锅中，先均速搅拌混料，60秒后停止；

3）然后将水和减水剂一起加入，同时从水的总量中扣除减水剂的含水量，进行均速搅拌120秒后下料；

4）将搅拌好的混凝土装入管桩模具中，合模进行离心成型；

5）将成型好的混凝土，先放入养护池中常温静停1个小时后，养护池盒盖通气加热，1.5小时均速缓慢升温到85℃，然后保持85℃恒温蒸养4小时后开盖自然降温，降温时间约0.5小时；

6）降温完毕后进行脱模，放入堆料场，3天后便可投入工地使用。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明免蒸压混凝土所用的早强复合矿物材料，是将硬石膏粉作为一种新型的天然富钙矿物掺和料，与富硅质材料一起进行适量复配掺入，有利于提升管桩高性能混凝土的工作性能、早期力学性能和后期耐久性能。

本发明混凝土应用于PHC免蒸压管桩中，通过一次常压蒸养，脱模一天强度达到75MPa左右，三天强度达到管桩混凝土设计强度等级C80，满足管桩产品出厂要求。同时保证了管桩混凝土后期强度的正常增长，本发明既保留了二次压蒸工艺管桩混凝土早强的特点，同时又不会对整个生产线做较大调整。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明技术方案做进一步解释说明。

本发明中的砂率、水灰比均为本领域公知技术，其中砂率SP=砂的用量S/(砂的用量S+石子用量G)×100%；水灰比是指混凝土中水的用量与凝胶材料的比值。富硅质材料、富钙质材料、粗集料、细集料均通过市场购买或通过公知技

术对原材料进行加工获得。

实施例1：混凝土配方

本发明混凝土配方如表1所示：

表1免蒸压混凝土配方

表1胶凝材料中的水泥选用市售P.O52.5普通硅酸盐水泥。

富钙质材料选自硬石膏粉；硬石膏粉，细度200目，比表面积≥400m²/kg，0.045mm筛余小于1%；SO₃含量48%～52%。

富硅质材料选自高炉矿渣微粉、粉煤灰、煅烧高岭土、沸石粉、硅灰中一种或几种复合材料。矿渣微粉选用S95级纯矿渣活性粉，粉煤灰选自Ⅱ级F类粉煤灰，细度为0.045mm筛余在0.5%～0.8%；所述煅烧高岭土中偏高岭石成份在42%～45%，所述沸石粉中活性铝质材料含量在30%～35%，所述硅灰中活性硅质氧化物含量在60%～65%。

粗集料选用碎石，5mm～31.5mm连续级配，含泥量≤0.2%，表观密度2700kg/m³，压碎指标值5～8。

细集料选用天然河砂，最大粒径≤5mm，细度模数在2.5～2.7含泥量≤1.5%，II区中砂。

减水剂选用聚羧酸系高效减水剂或者萘系减水剂，固含量30%～40%，减水率20%～30%。

生产实施时：每立方混泥土，凝胶材料在400-450kg，粗集料在1133～1310kg；细集料641～756kg为宜。

由于硬石膏粉与矿渣粉的相互激发作用，对管桩混凝土进行物理粉体填充效应和矿物化学激发效应，生成更多的水化硅酸钙与水化硫铝酸钙，填充于混凝土水孔、毛细孔和界面过度区域，阻塞水隙和介质传输通道，从而提高了混凝土整体密实度和强度，提高了混凝土整体工作性能和后期耐久性能，对PHC管桩混凝土后期体积稳定性、抗碳化、钢筋锈蚀、抗氯离子渗透、抗冻融、耐酸腐蚀、耐盐侵蚀等性能得到改善和提高。

以上针对水泥、富硅质材料、富钙质材料、粗集料、细集料的选择仅是实现本发明技术方案的一个具体实施例，并非是对本发明技术方案所作出的唯一限定。

表1免蒸压混凝土配合比中，富钙质材料天然硬石膏粉与富硅铝质材料矿渣粉，按照一定比例复合掺入，等量替代水泥掺量，激发水泥二次水化，提高了早期强度，通过一次常压蒸汽养护6小时，脱模放张后继续常温自然养护3天，即可满足C80强度等级要求。

实施例2PHC免蒸压管桩加工工艺

具体工艺步骤如下：

1）按免蒸压混凝土配合比，先计量相应方量所需胶凝材料总量，称量胶凝材料总量比例的硬石膏粉和矿渣粉，二者等量替代水泥后，再称量余下胶凝材料总量的水泥，然后称量减水剂、水、粗集料，以及细集料；

2）先将称量好的粗集料、细集料一起投料到搅拌锅，然后再将称量好的水泥、矿渣粉和硬石膏粉一起投料到搅拌锅中，先均速搅拌混料，60秒后停止；

3）然后将水和减水剂一起加入，同时从水的总量中扣除减水剂的含水量，进行均速搅拌120秒后下料；

4）将搅拌好的混凝土装入管桩模具中，合模进行离心成型；

5）将成型好的混凝土，先放入养护池中常温静停1个小时后，养护池盒盖通气加热，1.5小时均速缓慢升温到85℃，然后保持85℃恒温蒸养4小时后开盖自然降温，降温时间约0.5小时；

6）降温完毕后进行脱模，放入堆料场，3天后便可投入工地使用。

表2A压蒸与免压蒸混凝土配合比对比

表2B压蒸与免压蒸混凝土配合比对比

种类	胶材总量（kg/m3）	水灰比	坍落度（mm）	脱模强度（MPa）
					压蒸混凝土	400	0.30	40～50	45
免压蒸混凝土	430	0.29	20～30	75

免蒸压养护工艺参数见表3A、表3B

表3A免蒸压常压养护控制工艺A

参数名称	静置时间	升温时间	恒温温度	恒温时间	降温时间
						参考值	1h	1.5h	85℃	4h	0.5h

表3B工艺过程比较

成品桩生产原材料与工艺控制：

1.掺合料的选择：免蒸压技术中采用富硅和富钙成分的矿物掺合料，当增加掺合料的比表面积时，混凝土强度提高效果更加明显。

2.外加剂的选用：选择减水率大于25%的减水剂，同时要求其具有较好的保塑性，搅拌出来的混凝土不易板结，工人合模容易。

3.搅拌与离心制度调整：增加搅拌时间，从90s延长至120s,提高离心制度中高速部分的转速。

4.养护制度优化：设立静停时间，离心成型后静置1小时后，放入养护池蒸养。

PHC免蒸压管桩成本能耗分析

表4A免压蒸煤耗对比

生产工艺	总煤耗（t）	煤耗金额（元）	混凝土方量（m3）	平均煤耗金额（元/m3）
					压蒸	9375.31	6315557.26	159628.7	39.56
免压蒸	5816.52	4389362.31	177606.6	24.71

表4B免压蒸电耗对比

表5成本比较（到厂含税价格）

由表4、表5可知：免压蒸工艺的管桩混凝土其成本高于蒸压混凝土3.27元/m³，但由于煤耗降低45%以上（26.55kg/m³），平均煤耗降低14.85元/m³，电耗降低12%以上（2.76度/m³，电价0.8元/度计算），混凝土成本降低13.78元/m³。

PHC免蒸压管桩耐久性能对比

表6免压蒸混凝土耐久性能比较

种类	电通量值（C）	扩散系数（10-12m2/s）	抗冻融性	抗硫酸盐干湿性
					压蒸混凝土	2310.45	8.79	F75	KS120
免压蒸混凝土	1033.58	5.37	F300	＞KS150

由于早强复合矿物材料，富钙质材料硬石膏粉和富硅质材料矿渣粉的相互激发作用，对管桩混凝土进行物理粉体填充效应和矿物化学激发效应，生成更多的水化硅酸钙与水化硫铝酸钙，填充于混凝土水孔、毛细孔和界面过度区域，阻塞水隙和介质传输通道，从而提高了混凝土整体密实度和强度，相比较高压蒸汽养护，生成的水化硅酸盐分布比较均匀，后期水化更加充分，生成更多的水化硅酸盐，从而提高了混凝土整体强度和后期耐久性能，对PHC管桩混凝土后期体积稳定性、抗碳化、钢筋锈蚀、抗氯离子渗透、抗冻融、耐酸腐蚀、耐盐侵蚀等性能得到改善和提高。

Claims (10)

1.一种含早强复合矿物材料的免蒸压PHC管桩混凝土及其制备方法，其特征在于，所述混凝土原料如下：

胶凝材料；所述胶凝材料由水泥、富钙质材料、富硅质材料组成，所述胶凝材料中按质量比，富钙质材料占3.0%～8.0%；富硅质材料占25%～40%；余份为水泥；

减水剂，所述减水剂为胶凝材料质量的0.4%～0.8%；

水，粗集料，以及细集料；

所述混凝土的水灰比为29%～31%,砂率为33%～35%,容重为2480～2500kg/m³。

2.根据权利要求1所述的一种含早强复合矿物材料的免蒸压PHC管桩混凝土及其制备方法，其特征在于，所述混凝土每立方米胶凝材料质量为400～450kg。

3.根据权利要求1和2所述的一种含早强复合矿物材料的免蒸压PHC管桩混凝土及其制备方法，其特征在于，所述富钙质材料选自硬石膏粉。

4.根据权利要求3所述的一种含早强复合矿物材料的免蒸压PHC管桩混凝土及其制备方法，其特征在于，所述硬石膏粉，细度200目，比表面积在420m²/kg～450m²/kg，0.045mm筛余低于1%；SO₃含量在48%～52%。

5.根据权利要求1和2所述的一种含早强复合矿物材料的免蒸压PHC管桩混凝土及其制备方法，其特征在于，所述富硅质材料选自高炉矿渣粉、粉煤灰、煅烧高岭土、沸石粉、硅灰中一种或几种复合材料。

6.根据权利要求5所述的一种含早强复合矿物材料的免蒸压PHC管桩混凝土及其制备方法，其特征在于，所述矿渣微粉选用S95级纯矿渣活性粉，粉煤灰选自Ⅱ级F类粉煤灰，细度为0.045mm筛余在0.5%～0.8%；所述煅烧高岭土中偏高岭石成份在42%～45%，所述沸石粉中活性铝质材料含量在30%～35%，所述硅灰中活性硅质氧化物含量在60%～65%。

7.根据权利要求1和2所述的一种含早强复合矿物材料的免蒸压PHC管桩混凝土及其制备方法，其特征在于，所述粗集料选用含泥量≤0.2%的碎石，粒径5mm～31.5mm连续级配，表观密度2700kg/m³，压碎指标值5～8。

8.根据权利要求1和2所述的一种含早强复合矿物材料的免蒸压PHC管桩混凝土及其制备方法，其特征在于，细集料选用含泥量≤1.5%天然河砂，最大粒径≤5mm，细度模数在2.5～2.7，II区中砂。

9.根据权利要求1所述的一种含早强复合矿物材料的免蒸压PHC管桩混凝土及其制备方法，其特征在于，减水剂选用减水率20%～30%的聚羧酸系减水剂，固含量30%～40%。

10.权利要求1-9中任意一项权利要求所述混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）按免蒸压混凝土配合比，先计量相应方量所需胶凝材料总量，称量胶凝材料总量比例的硬石膏粉和矿渣粉，二者等量替代水泥后，再称量余下胶凝材料总量的水泥，然后称量减水剂、水、粗集料、细集料；

2）先将称量好的粗集料、细集料一起投料到搅拌锅，然后再将称量好的水泥、矿渣粉和硬石膏粉一起投料到搅拌锅中，先匀速搅拌混料，60秒后停止；

3）然后将水和减水剂一起加入，同时从水的总量中扣除减水剂的含水量，进行匀速搅拌120秒后下料；

4）将搅拌好的混凝土装入管桩模具中，合模进行离心成型。

5）将成型好的混凝土，先放入养护池中常温静停1个小时后，养护池合盖通气加热，1.5小时匀速升温到85℃，然后保持85℃恒温蒸养4小时后开盖自然降温，降温时间约0.5小时；

6）降温完毕后进行脱模，放入堆料场，3天后便可投入工地使用。