CN104016640A - 一种免压蒸高性能防腐桩及其制备方法 - Google Patents

一种免压蒸高性能防腐桩及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种免压蒸高性能防腐桩及其制备方法，由胶凝材料、粗骨料、细骨料、外加剂和水组成；其中每立方米防腐桩包含胶凝材料350-450kg、粗骨料1100-1300kg、细骨料630-730kg、外加剂1.0-3.0kg和水110-150kg；所述胶凝材料由水泥、改性矿粉和活性激发剂组成，所述改性矿粉和活性激发剂分别为10-40wt％和0.3-1wt％，其余为水泥。本发明的制备方法，其工艺简单，周期相较普通方法缩短很多，成本也有降低，同时通过一次常压蒸养工艺，即80-100℃下常压蒸汽养护5-9小时，混凝土强度达到80MPa以上，实现免压蒸工艺。

Description

一种免压蒸高性能防腐桩及其制备方法
技术领域：
本发明属于建筑高强混凝土管桩技术领域，具体涉及一种免压蒸高性能防腐桩及其制备方法。
背景技术：
预应力高强混凝土管桩(C80管桩)是一种重要的桩基材料，高层建筑、大跨度桥梁、高速公路和港口码头等工程均需要优质的桩基础。应用桩基础可以缩短建设周期，同时节约大量的能耗和材料，因而在建筑业得到了广泛的应用。
国内C80管桩的生产厂家普遍采用两次蒸汽养护，常压蒸汽养护与高压蒸汽养护，以使C80管桩在较短时间内获得出厂强度。常压蒸汽养护是在温度低于100℃条件下进行养护，包括静停、升温、恒温、降温过程；而蒸压养护需在蒸汽压力0.95-1.0MPa和温度170-180℃的条件下，养护10-20h。蒸压养护是整个管桩生产过程中耗能、耗时最多的工序，不仅需要添加蒸压釜设备，能耗高，维护费用增加。
目前管桩生产中普遍使用磨细石英砂做掺合料，来降低成本。在压蒸条件下，磨细石英砂能够与水泥水化产物发生化学反应生成强度很高的托勃莱石。但在常压蒸养条件下，磨细石英砂的活性很低，基本不参与水化反应。硅灰、磨细矿粉等高活性掺合料能提高混凝土强度，但价格较高，会增加管桩生产成本；若将胶凝材料用量增加10-20％，可提高混凝土强度，实现免压蒸工艺，但生产成本也会增加很多。
C80管桩若能实现免压蒸工艺，可简化施工环节、对管桩产品节能减排具有重要意义。但目前的制备方法很难在不增加管桩生产成本的前提下，实现免压蒸生产工艺。
发明内容：
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种免压蒸高性能防腐桩，仅需一次常压蒸汽养护，简化了施工环节，降低能耗，缩短了生产周期，桩身的力学性能符合GB13476-2009要求。
一种免压蒸高性能防腐桩，由胶凝材料、粗骨料、细骨料、外加剂和水组成；其中每立方米防腐桩包含胶凝材料350-450kg、粗骨料1100-1300kg、细骨料630-730kg、外加剂1.0-3.0kg和水110-150kg；所述胶凝材料由水泥、改性矿粉和活性激发剂组成，所述改性矿粉和活性激发剂分别为10-40wt％和0.3-1wt％，其余为水泥。
所述水泥为42.5级以上的硅酸盐水泥；所述改性矿粉为S95级矿粉；所述活性激发剂由有机聚合物和无机物复合而成。
所述硅酸盐水泥为以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料；所述S95级矿粉为5wt％以下的石灰石或粒化高炉矿渣和石膏经干燥、粉磨工艺处理后得到，活性指数为S≥95。
所述活性激发剂主要成份为具有空间网状结构的端羟基聚丙烯酸酯改性水性聚氨酯或羟基丙烯酸脂。
所述粗骨料为煤系高岭土、改性磷矿粉、硅烷偶联剂处理后的重晶石矿粉；所述细骨料为氧化钙、氧化锌、硝酸钙、复合氨基醇、木质素磺酸钠中的一种或几种；所述细骨料的粒径为50-100微米。
所述外加剂为主链为甲基丙烯酸，侧链为乙烯醇聚乙烯醇的减水剂，为梳状分子结构。
一种免压蒸高性能防腐桩的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取胶凝材料350-450kg、细骨料630-730kg、外加剂1.0-3.0kg和水77-105kg，搅拌；
(2)再加入粗骨料1100-1300kg和剩余的水；搅拌，装入己安装有钢筋笼骨架的模具中；
(3)依次进行合模、预应力张拉、离心成型作业、常压蒸汽养护和脱模，待冷却后，得到免压蒸高性能防腐桩。
所述步骤1中的搅拌速率为700-1200转/分钟；所述搅拌时间为5-15分钟。
所述步骤3中蒸养条件为常压蒸汽养护，温度为80-100℃，养护时间为5-9小时；所述预应力张拉中张拉力约为预应力钢筋总抗拉强度的70％。
一种免蒸压高性能防腐管桩的生产方法，其混凝土主要由胶凝材料、砂、碎石、外加剂，矿物掺合料和水等组成，其中水灰比为0.2-0.4，胶凝材料为水泥或水泥和掺合料的混合物。胶凝材料的比表面积为300kg/m3～450kg/m3；砂的细度模数为2.0～3.5，砂率为27～44％；碎石的粒径为5～25mm；外加剂为萘系高效减水剂或聚羧酸盐高性能减水剂。外加剂的掺量为胶凝材料的0.6～3.0％；掺合料为磨细砂、矿粉或粉煤灰中的一种或多两种以上的混合物。矿物增效剂由40％～80％的磨细石膏和20％～60％的微珠组成或由30％～80％的磨细石膏和20％～70％的微硅粉组成。矿物增效剂的掺量为胶凝材料的2％～20％；生产方法包括以下步骤：
A、先向混凝土搅拌机投入砂、胶凝材料、矿物激增效剂进行搅拌直至均匀，然后依次投入减水剂和整个配方中75％的水，再进行搅拌直至均匀，最后依次投入碎石和剩余25％的水再进行搅拌直至均匀；
B、将步骤A中预搅拌好的混凝土混合物均匀装入已安装有钢筋笼骨架的模具中，待布料结束后，进行合模及预应力张拉，张拉力约为预应力钢筋总抗拉强度的70％；
C、将装有混凝土的模具在预应力张拉后进行离心成型作业，直至混凝土桩成型；
D、待离心结束后将装有混凝土和钢筋骨架笼的模具进行常压蒸汽养护，常压蒸养养护后脱模冷却，即可；其中所述的常压蒸汽养护的温度为75-95℃，养护时间为5-7小时。即可得到成品。
本发明的有益效果：
(1)本发明的在管桩混凝土中掺有活性激发剂，在胶凝材料用量不增加的条件下，通过一次常压蒸养工艺，80-100℃下常压蒸汽养护5-9小时，混凝土强度达到80MPa以上，实现免压蒸工艺。
(2)本发明的免压蒸工艺可简化施工环节，降低能耗，缩短生产周期，降低生产成本，具有较高的经济效益。
(3)本发明的免压蒸高性能防腐桩，通过一次蒸养工艺，混凝土强度达到80MPa以上,在强度不变的情况下，可节省10-20％水泥。
(4)本发明中的活性激发剂是由有机聚合物为主的高效复合型混凝土添加剂，含有独特的空间网状结构，对絮凝的水泥颗粒具有很强的再分散作用，最大限度地激发水泥颗粒的水化作用，使得水泥水化完全，有效发挥水泥强度；在强度不变的情况下可以节约10-20％的水泥用量。
具体实施方式
实施例1
(1)称取42.5级以上的硅酸盐水泥384.42kg、经干燥、粉磨的石灰石2.11kg和石膏40.89kg、端羟基聚丙烯酸酯改性水性聚氨酯1kg、氧化钙1.58kg、外加剂1.0kg和水77kg，以700转/分钟搅拌5分钟；
(2)再加入煤系高岭土1300kg和水33kg；搅拌，装入己安装有钢筋笼骨架的模具中；
(3)依次进行合模、预应力张拉、离心成型作业、常压蒸汽90℃下养护6.5小时和脱模，待冷却后，得到免压蒸高性能防腐桩。
所述预应力张拉中外加剂为主链为甲基丙烯酸，侧链为乙烯醇聚乙烯醇的减水剂
所述张拉力约为预应力钢筋总抗拉强度的70％。
常压蒸养结束后对混凝土桩进行脱模待冷却后即可得到成品，混凝土强度达到88MPa，产品符合要求。
实施例2
(1)称取42.5级以上的硅酸盐水泥374.64kg、经干燥、粉磨的高炉矿渣1.68kg和石膏40.32kg、和羟基丙烯酸脂2kg、氧化钙1.36kg、硝酸钙730kg、外加剂1.0kg和水105kg，以1200转/分钟搅拌5分钟；
(2)再加入煤系高岭土1100kg和水46kg；搅拌，装入己安装有钢筋笼骨架的模具中；
(3)依次进行合模、预应力张拉、离心成型作业、常压蒸汽95℃下养护7小时和脱模，待冷却后，得到免压蒸高性能防腐桩。
所述预应力张拉中外加剂为主链为甲基丙烯酸，侧链为乙烯醇聚乙烯醇的减水剂
所述张拉力约为预应力钢筋总抗拉强度的70％。
常压蒸养结束后对混凝土桩进行脱模待冷却后即可得到成品，混凝土强度达到89MPa，产品符合要求。
实施例3
(1)称取42.5级以上的硅酸盐水泥265.5kg、经干燥、粉磨的高炉矿渣7.2kg和石膏172.8kg、羟基丙烯酸脂2kg、氧化锌2.5kg、氧化锌630kg、外加剂2.0kg和水77kg，以700转/分钟搅拌15分钟；
(2)再加入煤系高岭土1300kg和水33kg；搅拌，装入己安装有钢筋笼骨架的模具中；
(3)依次进行合模、预应力张拉、离心成型作业、常压蒸汽80℃下养护5小时和脱模，待冷却后，得到免压蒸高性能防腐桩。
所述预应力张拉中外加剂为主链为甲基丙烯酸，侧链为乙烯醇聚乙烯醇的减水剂
所述张拉力约为预应力钢筋总抗拉强度的70％。
常压蒸养结束后对混凝土桩进行脱模待冷却后即可得到成品，混凝土强度达到89MPa，产品符合要求。
实施例4
(1)称取42.5级以上的硅酸盐水泥278.95kg、经干燥、粉磨的石灰石2.8kg和石膏67.2kg、羟基丙烯酸脂1kg、氧化钙0.05kg、粒径为80微米的木质素磺酸钠680kg、外加剂3.0kg和水105kg，以700转/分钟搅拌15分钟；
(2)再加入硅烷偶联剂处理后的重晶石矿粉1300kg和水45kg；搅拌，装入己安装有钢筋笼骨架的模具中；
(3)依次进行合模、预应力张拉、离心成型作业、常压蒸汽100℃下养护9小时和脱模，待冷却后，得到免压蒸高性能防腐桩。
所述预应力张拉中外加剂为主链为甲基丙烯酸，侧链为乙烯醇聚乙烯醇的减水剂
所述张拉力约为预应力钢筋总抗拉强度的70％。
常压蒸养结束后对混凝土桩进行脱模待冷却后即可得到成品，混凝土强度达到88MPa，产品符合要求。
比较例1
一种高强混凝土管桩，混凝土配合比由胶凝材料、粗骨料、细骨料、外加剂、水组成；胶凝材料由水泥、改性矿粉组成；胶凝材料用量为480kg/m3；水灰比为0.30；砂的细度模数为2.6，砂率30％；碎石的级配为5-25mm；外加剂为减水剂，掺量为1wt％。
生产过程：
先向混凝土搅拌机投入砂、胶凝材料、进行搅拌直至均匀，然后加入所需的减水剂和70％的水，再进行搅拌直至均匀，最后依次投入碎石和所剩余30％的水再进行搅拌直至均匀；
将预搅拌好的混凝土混合物均匀装入己安装有钢筋笼骨架的模具中，待布料结束后，进行合模及预应力张拉，张拉力约为预应力钢筋总抗拉强度的70％；
将装有混凝土的模具在预应力张拉后进行离心成型作业，直至混凝土桩成型。
待离心结束后将装有混凝土和钢筋骨架笼的模具进行常压蒸汽养护。常压蒸汽养护的温度为95℃，养护时间为7小时。
常压蒸养结束后对混凝土桩进行脱模待冷却后即可得到成品，混凝土强度达到88MPa，产品符合要求。
比较例2
一种高强混凝土管桩，混凝土配合比由胶凝材料、粗骨料、细骨料、外加剂、水组成；胶凝材料由水泥、改性矿粉组成；胶凝材料用量为400kg/m3；水灰比为0.30；砂的细度模数为2.6，砂率30％；碎石的级配为5-25mm；外加剂为减水剂，掺量为1wt％。
生产过程：
先向混凝土搅拌机投入砂、胶凝材料、进行搅拌直至均匀，然后加入所需的减水剂和70％的水，再进行搅拌直至均匀，最后依次投入碎石和所剩余30％的水再进行搅拌直至均匀；
将预搅拌好的混凝土混合物均匀装入己安装有钢筋笼骨架的模具中，待布料结束后，进行合模及预应力张拉，张拉力约为预应力钢筋总抗拉强度的70％；
将装有混凝土的模具在预应力张拉后进行离心成型作业，直至混凝土桩成型。
待离心结束后将装有混凝土和钢筋骨架笼的模具进行常压蒸汽养护。常压蒸汽养护的温度为95℃，养护时间为7小时。然后在蒸汽压力0.95-1.0MPa和温度170-180℃的条件下，养护10-20h。
蒸养结束后对混凝土桩进行脱模待冷却后即可得到成品，混凝土强度达到89MPa，产品符合要求。
综合比较：
序号 胶凝材料用量/kg·m-3 混凝土强度/MPa 生产成本/m3
实施例1 430 88 380
实施例2 420 89 375
实施例3 420 89 378
比较例1 480 88 400
比较例2 400 89 380
本发明的实施例与比较例1相比，混凝土强度在满足要求的情况下，胶凝材料用量减少10-20％；生产成本与压蒸工艺(比较例2)相比，成本不增加；管桩力学性能符合GB13476-2009。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围内下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种免压蒸高性能防腐桩，其特征在于，由胶凝材料、粗骨料、细骨料、外加剂和水组成；其中每立方米防腐桩包含胶凝材料350-450kg、粗骨料1100-1300kg、细骨料630-730kg、外加剂1.0-3.0kg和水110-150kg；所述胶凝材料由水泥、改性矿粉和活性激发剂组成，所述改性矿粉和活性激发剂分别为10-40wt％和0.3-1wt％，其余为水泥。
2.根据权利要求1所述的免压蒸高性能防腐桩，其特征在于，所述水泥为42.5级以上的硅酸盐水泥；所述改性矿粉为S95级矿粉；所述活性激发剂由有机聚合物和无机物复合而成。
3.根据权利要求2所述的免压蒸高性能防腐桩，其特征在于，所述硅酸盐水泥为以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料；所述S95级矿粉为5wt％以下的石灰石或粒化高炉矿渣和石膏经干燥、粉磨工艺处理后得到，活性指数为S≥95。
4.根据权利要求1所述的免压蒸高性能防腐桩，其特征在于，所述活性激发剂主要成份为具有空间网状结构的端羟基聚丙烯酸酯改性水性聚氨酯或羟基丙烯酸脂和氧化钙或氧化锌。
5.根据权利要求1所述的免压蒸高性能防腐桩，其特征在于，所述粗骨料为煤系高岭土、改性磷矿粉、硅烷偶联剂处理后的重晶石矿粉；所述细骨料为氧化钙、氧化锌、硝酸钙、复合氨基醇、木质素磺酸钠中的一种或几种；所述细骨料的粒径为50-100微米。
6.根据权利要求1所述的免压蒸高性能防腐桩，其特征在于，所述外加剂为主链为甲基丙烯酸，侧链为乙烯醇聚乙烯醇的减水剂。
7.一种免压蒸高性能防腐桩的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称取胶凝材料350-450kg、细骨料630-730kg、外加剂1.0-3.0kg和水77-105kg，搅拌；
(2)再加入粗骨料1100-1300kg和剩余的水；搅拌，装入己安装有钢筋笼骨架的模具中；
(3)依次进行合模、预应力张拉、离心成型作业、常压蒸汽养护和脱模，待冷却后，得到免压蒸高性能防腐桩。
8.根据权利要求7所述的免压蒸高性能防腐桩的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的搅拌速率为700-1200转/分钟；所述搅拌时间为5-15分钟。
9.根据权利要求7所述的免压蒸高性能防腐桩的制备方法，其特征在于，所述步骤3中蒸养条件为常压蒸汽养护，温度为80-100℃，养护时间为5-9小时；所述预应力张拉中张拉力约为预应力钢筋总抗拉强度的70％。
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