CN104827563A - 一种降低胶凝材料用量的免蒸压phc管桩制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低胶凝材料用量的免蒸压PHC管桩制备方法，包括步骤：1）配制并拌合混凝土，混凝土每立方米总质量为2480~2550kg，其中胶凝材料质量为450~350kg，水与胶凝材料质量比为0.18~0.25：1，减水剂用量为胶凝材料质量的1.1~1.6%，引气剂为胶凝材料质量的0.005~0.10%，余量为砂子和石子，其中砂子与砂石的质量比为0.32~0.36:1，胶凝材料中包括水泥、矿物掺合料；2）将拌合好的混凝土投入喂料机中布料，管桩模具合模、张拉；3）管桩离心；4）蒸养养护；5）管桩脱模。本发明通过掺加引气剂，减少免蒸压PHC管桩胶凝材料用量，降低余浆量，且对强度、耐久性无影响。

Description

一种降低胶凝材料用量的免蒸压PHC管桩制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，特别涉及一种降低胶凝材料用量的免蒸压PHC管桩制备方法。
背景技术
PHC管桩全称预应力高强混凝土管桩，是建筑基础中最常采用的混凝土构件，被广泛地应用于各类建筑、交通、水利等工程。我国是世界上最大的管桩生产国和使用国，2011年全国年产量超过3.5亿米。
目前我国PHC管桩绝大多数采用常压蒸养+高压蒸养两段式生产工艺生产，也称蒸压PHC管桩。由于蒸压PHC管桩存在能耗高、易开裂等缺点，一些研究者采用降低水胶比等措施研制出仅通过常压蒸养即可达到性能要求的PHC管桩，由于这种生产工艺不需要高压蒸养阶段，故产品称为免蒸压PHC管桩。
由于免蒸压管桩混凝土水胶比低，混凝土较为粘稠，为保证混凝土工作性能，胶凝材料用量比较高。行业标准JC/T 2126.6-2012《水泥制品工艺技术规程 第6部分：先张法预应力混凝土管桩》中提出蒸压管桩胶凝材料用量不宜小于480kg/m3，免蒸压管桩胶凝材料用量不宜小于500kg/m3的建议值。相比之下，免蒸压管桩的胶凝材料和减水剂用量较高，且掺合料价格一般高于蒸压管桩的掺合料磨细砂。这就造成了免蒸压管桩的原材料成本远高于蒸压管桩。虽然免蒸压PHC管桩由于取消了高压蒸养阶段，在能源成本上相比蒸压PHC管桩有优势，但在总成本上还是较高。要更好地推广免蒸压PHC管桩这一节能环保的技术，就必须要降低胶凝材料的用量，使免蒸压PHC管桩在成本上更具有竞争力。
如果直接降低胶凝材料用量，会导致混凝土的工作性能下降，使拌合的混凝土难以满足管桩生产的需要。一般采用增加减水剂掺量的方法来增加混凝土的工作性能。但免蒸压管桩混凝土的水胶比通常较低，减水剂掺量已经在较高水平，在此基础上再降低胶凝材料用量，增加减水剂，就会导致减水剂超量掺加。减水剂掺量存在合理范围，超量掺加会导致混凝土离析、初凝时间增长（静停时间延长）等问题，影响正常生产。而且胶凝材料用量低，减水剂掺量过高的混凝土虽然具有一定流动性，但是非常粘稠，很难拌合，使得管桩在布料、合模等工艺上操作困难，增加工人的劳动强度。
引气剂能经济有效地改善新拌混凝土的和易性，特别是对胶凝材料用量少的混凝土效果更显著。但是GB 50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》规定引气剂及引气减水剂不宜用于蒸养混凝土。这是因为高温养护条件下，引气剂引入的气体会产生巨大膨胀，如果引入的气体含量不恰当，甚至可能导致混凝土强度大幅度下降及耐久性变差。因此，传统上管桩生产不掺加引气剂。
考虑到PHC管桩生产工艺中有离心步骤，在离心时，引气剂引入的气体会被挤出混凝土。也就是说，在拌合混凝土阶段加入引气剂，引入的气体仅存在于拌合、布料、合模阶段，而这些阶段要求混凝土有较好的工作性能。在离心阶段引气剂引入的气体被挤出，对混凝土的强度、耐久性影响很小。因此，提出采用掺加引气剂的方法来降低混凝土中胶凝材料用量的思路。
此外，采用离心工艺生产PHC管桩会产生副产品——余浆。由于余浆的成分不稳定，质量难以控制，因此难以应用于其他混凝土制品的生产；一些企业采取了余浆回用技术，增大了生产的复杂性和人工需求量，也增大了管桩质量控制的难度。余浆属于污染物，且凝结产生强度后难以处理，因此难以排放。如何处理余浆，是令管桩生产企业头疼的问题。
如果掺加引气剂，降低了胶凝材料的用量，也就相应降低了水泥浆体量。离心时，一部分气体代替浆体被挤出混凝土，使得浆体挤出量，也即余浆量减少。因此掺加引气剂可在一定程度上减少余浆的产量。
经检索，发现两篇与本申请内容相关的专利文献：公开号为CN 101096114A的中国专利《高耐久性预应力高强混凝土管桩》和公开号为CN 101130456A的中国专利《混凝土外加剂》，也涉及在管桩混凝土中掺加引气剂。但其目的是提高管桩耐久性，因为引气剂可以提高混凝土中的气泡数量，提高混凝土的抗冻性；引气剂引入的气泡最终保留在管桩中，且其胶凝材料用量为450~480kg/m3，与普通蒸压管桩一致。本专利与上述专利的关键区别在于引气剂引入的气体在离心阶段几乎完全挤出，生产出的免蒸压PHC管桩产品中几乎不含有引气剂引入的气泡，引气剂只在拌合、布料、合模阶段发挥提高混凝土工作性能的作用，从而为进一步降低免蒸压PHC管桩胶凝材料用量提供可能。本专利针对的是免蒸压PHC管桩的生产工艺，而上述专利针对的是蒸压PHC管桩的生产工艺。因此本专利采用引气剂的目的、作用、实施对象和产生的效果上与上述专利存在明显区别。
发明内容
为解决免蒸压管桩胶凝材料用量高的问题，本发明提供一种降低胶凝材料用量的免蒸压PHC管桩制备方法。通过掺加引气剂，使得混凝土在拌合时内部引入适量气体，提高混凝土拌合物和易性，易于搅拌、布料，从而使混凝土在降低胶凝材料用量的情况下仍然具有适宜的工作性能。在之后的管桩离心过程中，混凝土在高速离心过程中挤压密实，这些气体被挤出，因此对管桩的强度和耐久性影响很小。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种降低胶凝材料用量的免蒸压PHC管桩制备方法，包括步骤：
1）配制并拌合混凝土，所述混凝土每立方米总质量为2480~2550kg，其中胶凝材料质量为450~350kg，水与胶凝材料的质量比为0.18~0.25：1，减水剂用量为胶凝材料质量的1.1~1.6%，引气剂用量为胶凝材料质量的0.005~0.10%，余量为砂子和石子，其中砂子与砂石的质量比为0.32~0.36:1，所述胶凝材料中水泥占55~90%，矿物掺合料占10~45%；
2）将拌合好的混凝土投入喂料机中布料，管桩模具合模、张拉；
3）管桩离心，使混凝土中由引气剂引入的气体被挤出；
4）蒸养养护，养护时间共7~9h；
5）管桩脱模。
进一步地，步骤3中管桩离心过程依次包括低速、低中速、中高速、高速四个阶段，各阶段的转速与时间与现有免蒸压PHC管桩的工艺相同。
进一步地，所述步骤4的蒸养养护过程包括静停阶段、由静停温度升至恒温温度的升温阶段、恒温阶段、由恒温温度降至室温温度的降温阶段四个阶段，所述静停阶段的温度为40~55℃，恒温阶段的温度为80~90℃，各阶段的温度与时间与现有免蒸压PHC管桩的工艺相同，不再赘述。
进一步地，拌合混凝土前，所述引气剂预先与减水剂充分混合，制备成引气减水剂。
进一步地，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
本发明加入的引气剂量过少时，则胶凝材料的减少量不明显，过多时进一步降低PHC管桩胶凝材料量的作用不明显。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1. 本发明能有效降低免蒸压PHC管桩的胶凝材料用量4-26%，且对混凝土的工作性能、强度、耐久性基本无影响，从而降低原材料成本，提高竞争力。
2. 本发明能有减少管桩生产过程中的副产品——余浆的产量，减少余浆处理成本。
3. 本发明仅需要在拌合混凝土时加入引气剂，不改变原有工艺流程，也不需要增加设备，便于推广。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
以下实施例采用的水泥为华润水泥P.Ⅱ42.5R，砂为天然河砂（2区中砂，细度模数2.9），碎石由粒径5-10mm和10-20mm两类碎石混合成连续级配。
实施例1
一种降低胶凝材料用量的免蒸压PHC管桩制备方法，包括步骤：
1）配制并拌合混凝土，所述混凝土每立方米总质量为2550kg，其中胶凝材料质量为450kg，水与胶凝材料的质量比为0.18：1，减水剂用量为胶凝材料质量的1.6%，引气剂用量为胶凝材料质量的0.005%，余量为砂子和石子，其中砂子与砂石的质量比为0.32:1，所述胶凝材料中水泥占55%，矿物掺合料占45%；
2）将拌合好的混凝土投入喂料机中布料，管桩模具合模、张拉；
3）管桩离心，使混凝土中由引气剂引入的气体基本被挤出；
4）蒸养养护，养护时间共7h；
5）管桩脱模。
具体来说，本实施例的步骤3中管桩离心过程依次包括低速、低中速、中高速、高速四个阶段。
具体来说，本实施例的所述步骤4的蒸养养护过程包括静停阶段、由静停温度升至恒温温度的升温阶段、恒温阶段、由恒温温度降至室温温度的降温阶段四个阶段，所述静停阶段的温度为40~55℃，恒温阶段的温度为80~90℃。
具体来说，本实施例的所述减水剂为40%固含量聚羧酸减水剂。
本实施例制备的免蒸压PHC管桩的混凝土参数及性能见表1，由表1可看出，本实施例相比现有免蒸压PHC管桩工艺减少了4.3%的胶凝材料用量，而其他检查项目等均符合相关的检测标准。
实施例2
一种降低胶凝材料用量的免蒸压PHC管桩制备方法，包括步骤：
1）配制并拌合混凝土，所述混凝土每立方米总质量为2500kg，其中胶凝材料质量为420kg，水与胶凝材料的质量比为0.20：1，减水剂用量为胶凝材料质量的1.4%，引气剂用量为胶凝材料质量的0.01%，余量为砂子和石子，其中砂子与砂石的质量比为0.33:1，所述胶凝材料中水泥占70%，矿物掺合料占30%。本实施例的引气剂预先与减水剂混合制备成引气减水剂使用；
2）将拌合好的混凝土投入喂料机中布料，管桩模具合模、张拉；
3）管桩离心，使混凝土中由引气剂引入的气体基本被挤出；
4）蒸养养护，养护时间共7.5h；
5）管桩脱模。
具体来说，本实施例的步骤3中管桩离心过程依次包括低速、低中速、中高速、高速四个阶段。
具体来说，本实施例的所述步骤4的蒸养养护过程包括静停阶段、由静停温度升至恒温温度的升温阶段、恒温阶段、由恒温温度降至室温温度的降温阶段四个阶段，所述静停阶段的温度为40~55℃，恒温阶段的温度为80~90℃。
具体来说，本实施例的所述减水剂为40%固含量聚羧酸减水剂。
本实施例制备的免蒸压PHC管桩的混凝土参数及性能见表1，由表1可看出，本实施例相比现有免蒸压PHC管桩工艺减少了10.6%的胶凝材料用量，而其他检查项目等均符合相关的检测标准。
实施例3
一种降低胶凝材料用量的免蒸压PHC管桩制备方法，包括步骤：
1）配制并拌合混凝土，所述混凝土每立方米总质量为2490kg，其中胶凝材料质量为380kg，水与胶凝材料的质量比为0.22：1，减水剂用量为胶凝材料质量的1.3%，引气剂用量为胶凝材料质量的0.05%，余量为砂子和石子，其中砂子与砂石的质量比为0.35:1，所述胶凝材料中水泥占70%，矿物掺合料占30%；
2）将拌合好的混凝土投入喂料机中布料，管桩模具合模、张拉；
3）管桩离心，使混凝土中由引气剂引入的气体基本被挤出；
4）蒸养养护，养护时间共8h；
5）管桩脱模。
具体来说，本实施例的步骤3中管桩离心过程依次包括低速、低中速、中高速、高速四个阶段。
具体来说，本实施例的所述步骤4的蒸养养护过程包括静停阶段、由静停温度升至恒温温度的升温阶段、恒温阶段、由恒温温度降至室温温度的降温阶段四个阶段，所述静停阶段的温度为40~55℃，恒温阶段的温度为80~90℃。
具体来说，本实施例的所述减水剂为40%固含量聚羧酸减水剂。
本实施例制备的免蒸压PHC管桩的混凝土参数及性能见表1，由表1可看出，本实施例相比现有免蒸压PHC管桩工艺减少了19.1%的胶凝材料用量，而其他检查项目等均符合相关的检测标准。
实施例4
一种降低胶凝材料用量的免蒸压PHC管桩制备方法，包括步骤：
1）配制并拌合混凝土，所述混凝土每立方米总质量为2480kg，其中胶凝材料质量为350kg，水与胶凝材料的质量比为0.25：1，减水剂用量为胶凝材料质量的1.1%，引气剂用量为胶凝材料质量的0.10%，余量为砂子和石子，其中砂子与砂石的质量比为0.36:1，所述胶凝材料中水泥占90%，矿物掺合料占10%；
2）将拌合好的混凝土投入喂料机中布料，管桩模具合模、张拉；
3）管桩离心，使混凝土中由引气剂引入的气体基本被挤出；
4）蒸养养护，养护时间共9h；
5）管桩脱模。
具体来说，本实施例的步骤3中管桩离心过程依次包括低速、低中速、中高速、高速四个阶段。
具体来说，本实施例的所述步骤4的蒸养养护过程包括静停阶段、由静停温度升至恒温温度的升温阶段、恒温阶段、由恒温温度降至室温温度的降温阶段四个阶段，所述静停阶段的温度为40~55℃，恒温阶段的温度为80~90℃。
具体来说，本实施例的所述减水剂为40%固含量聚羧酸减水剂。
本实施例制备的免蒸压PHC管桩的混凝土参数及性能见表1，由表1可看出，本实施例相比现有免蒸压PHC管桩工艺减少了25.5%的胶凝材料用量，而其他检查项目等均符合相关的检测标准。
表1 ：
  基准对比样 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
引气剂掺量（%） 0 0.005 0.01 0.05 0.1
胶凝材料用量（kg/m3） 470 450 420 380 350
减少胶凝材料用量（%） — 4.3 10.6 19.1 25.5
1d抗压强度（MPa） 92.2 92.6 93.9 92.4 92.8
28d电通量（C） 119 96 111 117 191
免蒸压PHC管桩检测结果* 合格 合格 合格 合格 合格
*检测标准为GB13476-2009《先张法预应力混凝土管桩》中的预应力高强混凝土管桩性能标准。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种降低胶凝材料用量的免蒸压PHC管桩制备方法，其特征在于，包括步骤：
1）配制并拌合混凝土，所述混凝土每立方米总质量为2480~2550kg，其中胶凝材料质量为450~350kg，水与胶凝材料的质量比为0.18~0.25：1，减水剂用量为胶凝材料质量的1.1~1.6%，引气剂用量为胶凝材料质量的0.005~0.10%，余量为砂子和石子，其中砂子与砂石的质量比为0.32~0.36:1，所述胶凝材料中水泥占55~90%，矿物掺合料占10~45%；
2）将拌合好的混凝土投入喂料机中布料，管桩模具合模、张拉；
3）管桩离心，使混凝土中由引气剂引入的气体被挤出；
4）蒸养养护，养护时间共7~9h；
5）管桩脱模。
2.根据权利要求1所述的降低胶凝材料用量的免蒸压PHC管桩制备方法，其特征在于：步骤3中管桩离心过程依次包括低速、低中速、中高速、高速四个阶段。
3.根据权利要求1所述的降低胶凝材料用量的免蒸压PHC管桩制备方法，其特征在于：所述步骤4的蒸养养护过程包括静停阶段、由静停温度升至恒温温度的升温阶段、恒温阶段、由恒温温度降至室温温度的降温阶段四个阶段，所述静停阶段的温度为40~55℃，恒温阶段的温度为80~90℃。
4.根据权利要求1所述的降低胶凝材料用量的免蒸压PHC管桩制备方法，其特征在于：拌合混凝土前，所述引气剂预先与减水剂充分混合，制备成引气减水剂。
5.根据权利要求1所述的降低胶凝材料用量的免蒸压PHC管桩制备方法，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸减水剂。
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