CN105777006A - 一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩及其制备方法。该种混凝土管桩由普通硅酸盐水泥、矿物掺和料、水化硅酸钙晶种粉、砂、石、减水剂和消泡剂组成。本发明提出的水化硅酸钙晶种粉作为激发剂，既可降低水泥水化的核化势垒，并对反应物离子进行优先吸附成核，促进水泥水化，又可提前矿物掺和料的火山灰效应，从多方面提高了混凝土的早期强度，从而实现了免压蒸的目的。本发明既可解决传统高性能混凝土管桩早期强度不足，生产工艺复杂、能耗大等缺点，还可减少设备购买及维护费用，有很好的经济社会效益。

Description

一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩及其制备方法。
背景技术
预应力高性能混凝土管桩（简称PHC管桩）是近30年发展起来的一种新型混凝土制品，是一种重要的桩基材料，被广泛应用于高层建筑、大跨度桥梁、高速公路和港口码头等基础工程。与其他桩基材料相比，混凝土管桩不仅可以缩短建设周期，而且具有制作工艺简单、质量容易保证、植桩方便、耐打性好、造价便宜、施工速度快、桩基抗震性能好等优点。
在过去的几十年，混凝土管桩在生产工艺及质量控制、施工技术标准等方面都取得了的不断进步，但是能耗仍然是混凝土管桩生产中亟待解决的关键问题。目前，混凝土管桩生产中的能耗主要体现在：（1）管桩生产中各种机械设备正常运转所需的电力消耗；（2）管桩离心成型后的两次蒸汽养护过程中的能耗。其中，生产中正常运转的能耗一般只能通过改良生产设备来实现，较为困难。但是，蒸养过程的能耗却是有很大的提升空间，可以通过改善混凝土配合比等方法缩短蒸养周期来实现。国内管桩生产厂多是是用磨细砂或磨细矿渣作掺和料，采用蒸养+压蒸二次水热养护工艺，其中压蒸养护过程是在180℃蒸汽和1MPa压强下进行6h的养护，压蒸养护不仅需要添加蒸压釜设备，而且能耗高，维护费用高。因此，业内许多学者和厂家也都对其进行了研究，并尝试通过使用矿物掺合料等方法以免去压蒸养护这一过程，从而达到降低能耗的目的。虽然这些方法都有取得了一定的成效，但效果不是很明显。
压蒸养护的主要目的是加速水泥的水化进程，增加混凝土的强度。压蒸养护的原理从微观上来讲，主要是通过高温、高压以提高水分子及反应物离子的活化能，进而克服反应势垒，促进水泥的水化反应，加速成核，最终加速混凝土强度的增长。如果可以通过某些方法降低水泥水化反应势垒，那么，将会与压蒸养护起到同样的效果，从而实现免压蒸的目的。研究发现，水化硅酸钙晶种粉就有这样的功效。水化硅酸钙晶种粉加入水泥体系后，为水泥水化提供了大量的成核基点，降低了水泥水化的核化势垒，使水化反应可以在较低的离子浓度下就可以开始。另外，由于水化硅酸钙晶种粉拥有较大的介电常数（约为9），远大于原始凝胶的介电常数（5-6），加入水泥体系后会使溶液中的离子择优吸附在其周围并核化，从而缓和甚至消除了C3S表面的高浓度屏蔽效应，同样促进了水泥水化。
采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂生产免压蒸高性能混凝土管桩，在国内尚属首次。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩及其制备方法。
本发明提出的一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩，由42.5级普通硅酸盐水泥、矿物掺和料、砂、石、减水剂、消泡剂和水化硅酸钙晶种粉组成，各组分的重量比为：
普通硅酸盐水泥　　　100
矿物掺和料　　　　　25-40
水化硅酸钙晶种粉　　2-12
砂　　　　　　　　　120-145
石　　　　　　　　　200-225
减水剂　　　　　　　1.5-2.5
消泡剂　　　　　　　0.05-0.50。
各组份较佳的重量比为：
普通硅酸盐水泥　　100
矿物掺和料　　　　30-35
水化硅酸钙晶种粉　5-10
砂　　　　　　　　125-135
石　　　　　　　　210-220
减水剂　　　　　　1.7-2.2
消泡剂　　　　　　0.10-0.30。
本发明中，所述普通硅酸盐水泥为52.5级普通硅酸盐水泥或42.5级普通硅酸盐水泥中的一种。
本发明中，所述矿物掺和料为磨细砂或矿渣粉中的一种。
本发明中，所述砂为中砂，细度模数为2.5-3.2，含泥量≤1%。
本发明中，所述石为碎石，（5-25）mm连续级配，含泥量≤1%。
本发明中，所述减水剂为萘系高效减水剂。
本发明中，所述消泡剂为有机硅消泡剂。
本发明中，所述水化硅酸钙晶种粉为常压下通过水热法合成，其合成步骤如下：
（1）按预先设定的钙硅比（1.0-1.5）称取Na2SiO3·5H2O和Ca(NO)3·4H2O粉末，并通过机械搅拌将其混合均匀；
（2）根据设定的水固比（5-30）加入自来水，并加入浓度为30%的NaOH溶液调整pH值至12以上，在常压及恒温60℃的条件下充分搅拌至反应完全；
（4）经过抽滤、洗涤、干燥及粉磨工序，即可得到水化硅酸钙晶种粉；
（5）将得到的水化硅酸钙粉末态晶种封装，并置于干燥的环境中保存以备使用。
本发明提出的一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩的制备方法，具体步骤如下：
（1）使用编制机编制钢筋笼，编制好后将其装入所需类型的管桩模具中；
（2）按照前述质量比例称取普通硅酸盐水泥、矿物掺合料、水化硅酸钙晶种粉、砂、石、减水剂和消泡剂，并将配置好的物料放入搅拌机中进行搅拌，加水量为水泥用量的26%-28%；
（3）将步骤（2）得到的混凝土灌注入步骤（1）得到的管桩模具中，安装好模具盖，进行张拉，离心，混凝土管桩成型；
（4）待步骤（3）所得混凝土管桩静停养护足够时间（3h左右）后，进行常压蒸养；
（5）将步骤（4）所得混凝土管桩进行强度检验，强度达到C80后，即可进行拆模处理，达不到C80强度则要适当延长蒸养时间；
（6）将步骤（5）所得的管桩进行自然养护，并采用覆盖、浇水等措施以防止其早期开裂。
本发明中，普通硅酸盐水泥作为主要的胶凝组分，磨细砂或矿渣粉作为矿物掺合料，水化硅酸钙晶种粉作为激发剂。普通硅酸盐水泥凝结速度一般，早期强度低、后期强度增长显著；矿物掺和料对水泥水化的影响也主要体现在后期强度的增长。但是，水化硅酸钙晶种粉的掺入同时解决了这两方面的问题，不仅促进了水泥的水化，而且提前了矿物掺合料的火山灰效应，使混凝土可以在早期即可达到足够的强度。
减水剂的加入使得混凝土在保证一定流动性（坍落度10mm-30mm）的同时减少用水量，同时有助于提高混凝土的稳定性。
消泡剂的加入能减少混凝土的含气量，防止混凝土管桩成型后表面出现气泡等缺陷。
本发明产品以普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，以磨细砂或矿渣粉作为矿物掺合料，以水化硅酸钙晶种粉为激发剂，以河砂为细集料，以碎石为粗集料，并加入减水剂和消泡剂制备而成。它的制备工艺简单，只需普通蒸汽养护，无需压蒸，早期强度发展快、后期强度高，既可以缩短生产周期，提高生产效率，又可以节约昂贵的压蒸设备费用，具有很好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1，一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩，选用圆形钢模的底模，并放入预先编制好的钢筋笼；按42.5级普通硅酸盐水泥100，矿渣粉25，水化硅酸钙晶种粉2，河砂120，石225，减水剂1.5，消泡剂0.05的重量比称取物料，按水泥用量的26%加水搅拌约60s；将搅拌好的混凝土加入到上述模具中进行离心成型；成型后静停3h，然后进行常压蒸汽养护，养护温度为90℃，蒸养时间为8h；使用和管桩同步获得的混凝土试件进行检测，试件的强度见表1，试件强度达到了C80，表示混凝土管桩的强度达到了C80；拆模后即可得到所需要的混凝土管桩，对其进行自然养护，并采用覆盖、浇水等措施以防止其早期开裂。
实施例2，一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩，选用圆形钢模的底模，并放入预先编制好的钢筋笼；按42.5级普通硅酸盐水泥100，矿渣粉30，水化硅酸钙晶种粉8，河砂130，石215，减水剂2.0，消泡剂0.20的重量比称取物料，按水泥用量的27%加水搅拌约60s；将搅拌好的混凝土加入到上述模具中进行离心成型；成型后静停3h，然后进行常压蒸汽养护，养护温度为90℃，蒸养时间为8h；使用和管桩同步获得的混凝土试件进行检测，试件的强度见表1，试件强度达到了C80，表示混凝土管桩的强度达到了C80；拆模后即可得到所需要的混凝土管桩，对其进行自然养护，并采用覆盖、浇水等措施以防止其早期开裂。
实施例3，一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩，选用圆形钢模的底模，并放入预先编制好的钢筋笼；按42.5级普通硅酸盐水泥100，矿渣粉40，水化硅酸钙晶种粉12，河砂145，石200，减水剂2.5，消泡剂0.50的重量比称取物料，按水泥用量的28%加水搅拌约60s；将搅拌好的混凝土加入到上述模具中进行离心成型；成型后静停3h，然后进行常压蒸汽养护，养护温度为90℃，蒸养时间为8h；使用和管桩同步获得的混凝土试件进行检测，试件的强度见表1，试件强度达到了C80，表示混凝土管桩的强度达到了C80；拆模后即可得到所需要的混凝土管桩，对其进行自然养护，并采用覆盖、浇水等措施以防止其早期开裂。
实施例4，一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩，选用圆形钢模的底模，并放入预先编制好的钢筋笼；按52.5级普通硅酸盐水泥100，矿渣粉25，水化硅酸钙晶种粉2，河砂120，石225，减水剂1.5，消泡剂0.05的重量比称取物料，按水泥用量的26%加水搅拌约60s；将搅拌好的混凝土加入到上述模具中进行离心成型；成型后静停3h，然后进行常压蒸汽养护，养护温度为90℃，蒸养时间为8h；使用和管桩同步获得的混凝土试件进行检测，试件的强度见表1，试件强度达到了C80，表示混凝土管桩的强度达到了C80；拆模后即可得到所需要的混凝土管桩，对其进行自然养护，并采用覆盖、浇水等措施以防止其早期开裂。
实施例5，一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩，选用圆形钢模的底模，并放入预先编制好的钢筋笼；按52.5级普通硅酸盐水泥100，矿渣粉30，水化硅酸钙晶种粉8，河砂130，石215，减水剂2.0，消泡剂0.20的重量比称取物料，按水泥用量的27%加水搅拌约60s；将搅拌好的混凝土加入到上述模具中进行离心成型；成型后静停3h，然后进行常压蒸汽养护，养护温度为90℃，蒸养时间为8h；使用和管桩同步获得的混凝土试件进行检测，试件的强度见表1，试件强度达到了C80，表示混凝土管桩的强度达到了C80；拆模后即可得到所需要的混凝土管桩，对其进行自然养护，并采用覆盖、浇水等措施以防止其早期开裂。
实施例6，一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩，选用圆形钢模的底模，并放入预先编制好的钢筋笼；按52.5级普通硅酸盐水泥100，矿渣粉40，水化硅酸钙晶种粉12，河砂145，石200，减水剂2.5，消泡剂0.50的重量比称取物料，按水泥用量的28%加水搅拌约60s；将搅拌好的混凝土加入到上述模具中进行离心成型；成型后静停3h，然后进行常压蒸汽养护，养护温度为90℃，蒸养时间为8h；使用和管桩同步获得的混凝土试件进行检测，试件的强度见表1，试件强度达到了C80，表示混凝土管桩的强度达到了C80；拆模后即可得到所需要的混凝土管桩，对其进行自然养护，并采用覆盖、浇水等措施以防止其早期开裂。
表1实施例性能测试结果

Claims (10)

1.一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩，其特征在于由普通硅酸盐水泥、矿物掺和料、砂、石、减水剂、消泡剂和水化硅酸钙晶种粉组成，各组分的重量比为：
普通硅酸盐水泥　　　100
矿物掺和料　　　　　25-40
水化硅酸钙晶种粉　　2-12
砂　　　　　　　　120-145
石　　　　　　　　　200-225
减水剂　　　　　　　1.5-2.5
消泡剂　　　　　　　0.05-0.50。
2.根据权利要求1所述的一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩，其特征在于各组份重量比为：
普通硅酸盐水泥　　　100
矿物掺和料　　　　　30-35
水化硅酸钙晶种粉　　5-10
砂　　　　　　　　　125-135
石　　　　　　　　　210-220
减水剂　　　　　　　1.7-2.2
消泡剂　　　　　　　0.10-0.30。
3.根据权利要求1所述的一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩，其特征在于所述普通硅酸盐水泥为52.5级普通硅酸盐水泥或42.5级普通硅酸盐水泥中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩及其制备方法，其特征在于所述矿物掺和料为磨细砂或矿渣粉中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩，其特征在于所述砂为中砂，细度模数为2.5-3.2，含泥量≤1%。
6.根据权利要求1所述的一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩，其特征在于所述石为碎石，（5-25）mm连续级配，含泥量≤1%。
7.根据权利要求1所述的一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩，其特征在于所述减水剂为萘系高效减水剂。
8.根据权利要求1所述的一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩，其特征在于所述消泡剂为有机硅消泡剂。
9.根据权利要求1所述的一种采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩，其特征在于所述水化硅酸钙晶种粉为常压下通过水热法合成，其合成步骤如下：
（1）按预先设定的钙硅比（1.0-1.5）称取Na2SiO3·5H2O和Ca(NO)3·4H2O粉末，并通过机械搅拌将其混合均匀；
（2）根据设定的水固比（5-30）加入自来水，并加入浓度为30%的NaOH溶液调整pH值至12以上，在常压及恒温60℃的条件下充分搅拌至反应完全；
（4）经过抽滤、洗涤、干燥及粉磨工序，即可得到水化硅酸钙晶种粉；
（5）将得到的水化硅酸钙粉末态晶种封装，并置于干燥的环境中保存以备使用。
10.一种如权利要求1所述的采用水化硅酸钙晶种粉作为激发剂的免压蒸高性能混凝土管桩的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
（1）使用编制机编制钢筋笼，编制好后将其装入所需类型的管桩模具中；
（2）按照前述质量比例称取普通硅酸盐水泥、矿物掺合料、水化硅酸钙晶种粉、砂、石、减水剂和消泡剂，并将配置好的物料放入搅拌机中进行搅拌，加水量为水泥用量的26%-28%；
（3）将步骤（2）得到的混凝土灌注入步骤（1）得到的管桩模具中，安装好模具盖，进行张拉，离心，混凝土管桩成型；
（4）待步骤（3）所得混凝土管桩静停养护足够时间（3h左右）后，进行常压蒸养；
（5）将步骤（4）所得混凝土管桩进行强度检验，强度达到C80后，即可进行拆模处理，达不到C80强度则要适当延长蒸养时间；
（6）将步骤（5）所得的管桩进行自然养护，并采用覆盖、浇水等措施以防止其早期开裂。
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