CN105777008B - 一种免压蒸预应力高强管桩混凝土及管桩制备方法 - Google Patents

一种免压蒸预应力高强管桩混凝土及管桩制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种免压蒸预应力高强管桩混凝土及管桩制备方法，所述混凝土由以下质量份组成，PI或PII52.5水泥300‑420份，矿粉5‑80份，锂渣粉5‑100份，玻璃微珠粉5‑40份，砂680‑720份，碎石1125‑1170份，水125‑135份，聚羧酸减水剂4‑5份，激发剂2‑5份。在搅拌成型后采用常压蒸养6‑8小时便可达到C80强度要求，降低能耗，同时本发明将工业废弃物锂渣粉利用到免蒸压混凝土管桩中，在一定程度上解决了资源浪费和环境污染问题。

Description

一种免压蒸预应力高强管桩混凝土及管桩制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土管桩技术领域，具体涉及一种免压蒸预应力高强管桩混凝土及管桩制备方法。
背景技术
目前工业生产预应力高强混凝土管桩，一般先采用常压蒸汽养护和高压养护二次结合的方式，高压养护是预应力高强混凝土管桩工艺中耗时、耗能源最多的工艺，因此研究免蒸压技术成为众多管桩企业面临的迫切问题。
专利200910041269.3公开了一种免蒸压高性能预应力高强混凝土管桩，每立方米管桩混凝土中包含有400～500kg硅酸盐水泥与自制的特种矿物掺合料、高效萘系减水剂和所需的砂石，其中自制的特种矿物掺合料各组分占混凝土总量的比例为：矿渣微粉15-25％、硫酸盐6-10％、活性二氧化硅5-7％、氧化钙2-4％、粉煤灰7-15％，特种矿物掺合料占混凝土总量的25-45％。在搅拌成型后，直接采用常压蒸汽养护工艺和自然养护工艺即可使混凝土的强度满足设计要求，可降低煤耗达50％以上。
专利201110156066.6公开了一种免蒸压及免倒余浆的混凝土桩生产方法：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，其矿物增效剂由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，常压蒸汽养护75-95℃，养护时间为4-6小时即可。
专利201210265829.5公开了一种用于免压蒸免蒸养预应力管桩的矿物掺合料及其制作方法：该矿物掺合料由超细矿渣粉、硅粉、S95级矿粉和沸石粉和PVC糊树脂保塑降粘剂制成。在预应力管桩混凝土配合比中掺加这种掺合料，不需要经过常压蒸养和高压蒸养即可生产低碳技术管桩。在预应力管桩混凝土中，掺合料的掺加量为100kg/m3-200kg/m3，采用这种掺合料进行预应力管桩生产，可节省能源、降低水泥用量和生产成本、减少CO2排放。
专利201210513881.8公开了一种免压蒸预应力高强混凝土管桩及其生产方法，方法中采用了一种特种矿物掺合料：超细矿渣粉15～25％，超细石英砂粉5～10％，膨润土0.2～1％，炉渣粉1～5％。该混凝土管桩只采用常压蒸汽养护和短期自然停放，无须进行高压蒸汽养护工艺就能达到使用要求，可降低煤耗，降低生产成本，减少烟气的排放，减轻企业的环保负担。
专利201210513901.1公开了一种免压蒸预应力高强离心管桩及其制备方法，方法中采用的胶凝材料按重量百分比由70-90％水泥、微珠5-20％和硅灰5-10％组成。
专利201410119486.0公开了一种制备预应力高强度混凝土管桩的混凝土及 管桩的制备方法，该混凝土中，每立方混凝土由以下组分组成：硅酸盐水泥：360-500kg；S95矿粉：50-150kg；超细矿粉：0-50kg；砂：700-750kg；碎石：1150-1250kg；水：115-151kg；减水剂：3.68-5.4kg；CaCl2或者NaSO4激发剂：9.2-10.8kg。
专利201410279827.0公开了一种混凝土、混凝土管桩及其制备方法，未使用水泥，采用水玻璃激发矿粉方法提高混凝土早期强度。
专利201410607914.4公开了一种抗硫酸盐耐腐蚀抗渗免蒸压C80P12混凝土管桩，每立方米混凝土中各组成分所占的质量百分数如下：水泥13-20％，磨细微珠2-4％，矿粉0.5-1.5％，黄砂20-28％，碎石43-54％，复配减水剂0.4-0.8％，防腐剂0.4-0.8％，阻锈剂0.4-0.8％，水3-8％。
专利201410722812.7公开了一种混凝土管桩的混凝土配方及管桩制备方法，其混凝土配方包括胶凝材料、石子、黄砂和缓凝剂，其中，所述的胶凝材料由矿粉和水玻璃液组成。每立方混凝土中，石子、黄砂和矿粉质量比为石子∶黄砂∶矿粉＝135∶65∶45；所述的水玻璃液与矿粉质量比为(0.30-0.35)∶1，采用上述混凝土配方制备混凝土管桩，进行静停养护、常压蒸汽养护，使得混凝土管桩成形。制备方法用水量小、不用减水剂、配比简单、不经过高压等工序，混凝土管桩具有强度高的优点。
专利201510639736.8公开了一种PHC管桩混凝土及其免压蒸养护方法，混凝土组分包括PII52.5水泥14.20-15.01％、S115矿粉3.31-3.70％、砂石料79.44-80.82％、减水剂0.18-0.20％、微珠掺合料1.49-1.65％。有早期强度更高，掺量少，蒸养时间缩短，只需采用普通养护或常压蒸养工艺，即能生产PHC管桩混凝土，其混凝土早期强度、后期强度发展及保证率、混凝土耐久性均优于压蒸工艺生产的PHC制品，可完全取消高压釜。
同时，锂渣是利用锂辉石矿石经过1200℃高温煅烧后用硫酸法生产碳酸锂过程产生的副产品，即生产碳酸锂过程中，碳酸锂熟料经过浸出、过滤、洗涤后排出的残渣。每吨碳酸锂产品约产出锂渣10吨，以中国最大的锂盐厂——新疆锂盐厂为例，现每年排放锂渣5万t，截止到2000年已堆存废渣近110万t，占地1.3万m2，浪费资源，污染环境，经文献检索，未有公开文献关于锂渣在管桩领域相关应用。本发明以锂渣应用于免蒸养预应力高强管桩，解决了蒸压管桩能耗高，锂渣占用土地、浪费资源的问题。
发明内容
技术问题：本发明要解决的技术问题是提供一种免压蒸预应力高强管桩混凝土及管桩制备方法，该发明首先解决了预应力高强管桩蒸压养护时耗能高的问题，其次解决了锂渣占用土地污染环境的问题。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种免压蒸预应力高强管桩混凝土，其特征在于所述混凝土由以下质量份组成：PI或PII52.5水泥300-420份，矿粉5-80份，锂渣粉5-100份，玻璃微珠粉5-40份，砂680-720份，碎石1125-1170份，水125-135份，聚羧酸减水剂4-5份，激发剂2-5份。
所述矿粉比表面积＞350m2/kg，需水量比＜100％，28天活性指数＞95％。
所述锂渣粉比表面积＞350m2/kg。
所述玻璃微珠粉比表面积＞2000m2/kg，需水量比＜90％，SiO2和Al2O3重量含量之和大于80％。
所述砂为中砂，含泥量＜1％。
所述碎石粒径为5-25mm，压碎值小于6％。
所述聚羧酸减水剂减水率＞15％，28天抗压强度比不小于110％。
所述激发剂为石灰、元明粉、Al2(SO4)3·18H2O、石膏、KAI(SO4)2·12H2O中的一种或几种。
上述免压蒸预应力高强管桩，本发明通过以下制备工艺实现：
包括以下步骤：
1)将激发剂掺入水泥、矿粉、锂渣粉、玻璃微珠粉中搅拌均匀；
2)然后将剩余物料：砂、碎石、水、聚羧酸减水剂搅拌成均匀混凝土；
3)将混凝土浇筑到装有钢筋笼的管桩模具中，布料张拉、施加预应力，离心成型；
4)静置1-2小时，并进行蒸汽养护；
5)脱模，自然养护3天。
所述步骤4)中，蒸汽养护的温度为60-80℃，时间为6-8小时。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下明显优点：
1、锂渣粉具有较高的活性，本发明将锂渣粉应用到免压蒸预应力高强管桩中，在蒸养和激发剂共同存在的条件下可大幅提高混凝土早期强度，节约水泥用量，降低预应力管桩制作的能耗，同时处理了废渣改善了环境。另外，锂渣粉含有较高的硫含量，在铝酸盐矿物及Al2(SO4)3·18H2O、KAI(SO4)2·12H2O激发剂存在条件下，水化后生成钙矾石具有微膨胀性能，具有较好的抗裂、抗渗性性能。锂渣易磨性较水泥熟料好，通过机械粉磨提高其化学活性成本低。
2、同时利用微珠粉较小的颗粒粒径、球形的颗粒形貌可降低混凝土需水量、提高混凝土密实性，同时其具有较高的火山灰活性，可以提高混凝土强度。
3、矿粉和微珠粉均有较好的减水作用，而锂渣粉需水量比水泥稍大，两者正好互补，且锂渣粉掺量较少，不影响混凝土需水量。
4、本发明使用大量矿粉、微珠粉、锂渣粉，使用激发剂石灰、元明粉、Al2(SO4)3·18H2O、石膏、KAI(SO4)2·12H2O的硫酸盐激发、碱激发及铝盐激发(激发锂渣)提高矿粉、微珠粉、锂渣粉活性，降低了水泥用量，同时提高了混凝土抗渗、抗冻融、抗硫酸盐侵蚀等耐久性。
具体实施方式
本发明一种免压蒸预应力高强管桩混凝土由以下组份质量份组成：PI或PII52.5水泥300-420份，矿粉5-80份，锂渣粉5-100份，玻璃微珠粉5-40份，砂680-720份，碎石1125-1170份，水125-135份，聚羧酸减水剂4-5份，激发剂2-5份。
所述矿粉比表面积＞350m2/kg，需水量比＜100％，28天活性指数＞95％。
所述锂渣粉比表面积＞350m2/kg。
所述玻璃微珠粉比表面积＞2000m2/kg，需水量比＜90％，SiO2和Al2O3重量含量之和大于80％。
所述砂为中砂，含泥量＜1％。
所述碎石粒径为5-25mm，压碎值小于6％。
所述聚羧酸减水剂减水率＞15％，28天抗压强度比不小于110％。
所述激发剂为石灰、元明粉、Al2(SO4)3·18H2O、石膏、KAI(SO4)2·12H2O中的一种或几种。
其制备包括以下步骤：
1)将激发剂掺入水泥、矿粉、锂渣粉、玻璃微珠粉中搅拌均匀；
2)然后将剩余物料：砂、碎石、水、聚羧酸减水剂搅拌成均匀混凝土；
3)将混凝土浇筑到装有钢筋笼的管桩模具中，布料张拉、施加预应力，离心成型；
4)静置1-2小时，并进行蒸汽养护；
5)脱模，自然养护3天。
所述步骤4)中，蒸汽养护的温度为60-80℃，时间为6-8小时。
实施例一、
免压蒸预应力高强管桩混凝土由以下组份质量份组成：PII52.5水泥340份，矿粉50份，锂渣粉100份，玻璃微珠粉25份，砂680份，碎石1160份，水135份，聚羧酸减水剂5份，Al2(SO4)3·18H2O 2份。
免压蒸预应力高强管桩制备包括以下步骤：
1)将Al2(SO4)3·18H2O掺入水泥、矿粉、锂渣粉、玻璃微珠粉中搅拌均匀；
2)然后将剩余物料：砂、碎石、水、聚羧酸减水剂搅拌成均匀混凝土；
3)将混凝土浇筑到装有钢筋笼的管桩模具中，布料张拉、施加预应力，离心成型；
4)静置2小时，在80℃蒸汽养护6小时；
5)脱模，然后自然养护3天。
实施例二、
免压蒸预应力高强管桩混凝土由以下组份质量份组成：PII52.5水泥370份，矿粉80份，锂渣粉25份，玻璃微珠粉40份，砂720份，碎石1125份，水130份，聚羧酸减水剂4份，元明粉3份。
免压蒸预应力高强管桩制备包括以下步骤：
1)将元明粉掺入水泥、矿粉、锂渣粉、玻璃微珠粉中搅拌均匀；
2)然后将剩余物料：砂、碎石、水、聚羧酸减水剂搅拌成均匀混凝土；
3)将混凝土浇筑到装有钢筋笼的管桩模具中，布料张拉、施加预应力，离心成型；
4)静置1小时，在60℃蒸汽养护8小时；
5)脱模，然后自然养护3天。
实施例三、
免压蒸预应力高强管桩混凝土由以下组份质量份组成：PI52.5水泥300份，矿粉80份，锂渣粉80份，玻璃微珠粉32份，砂700份，碎石1170份，水125份，聚羧酸减水剂5份，石膏5份。
免压蒸预应力高强管桩制备包括以下步骤：
1)将石膏掺入水泥、矿粉、锂渣粉、玻璃微珠粉中搅拌均匀；
2)然后将剩余物料：砂、碎石、水、聚羧酸减水剂搅拌成均匀混凝土；
3)将混凝土浇筑到装有钢筋笼的管桩模具中，布料张拉、施加预应力，离心成型；
4)静置1小时，在80℃蒸汽养护8小时；
5)脱模，然后自然养护3天。
实施例四、
免压蒸预应力高强管桩混凝土由以下组份质量份组成：PII52.5水泥330份，矿粉80份，锂渣粉80份，玻璃微珠粉25份，砂680份，碎石1160份，水132份，聚羧酸减水剂5份，石灰5份。
免压蒸预应力高强管桩制备包括以下步骤：
1)将石灰掺入水泥、矿粉、锂渣粉、玻璃微珠粉中搅拌均匀；
2)然后将剩余物料：砂、碎石、水、聚羧酸减水剂搅拌成均匀混凝土；
3)将混凝土浇筑到装有钢筋笼的管桩模具中，布料张拉、施加预应力，离心成型；
4)静置1小时，在80℃蒸汽养护8小时；
5)脱模，然后自然养护3天。
实施例五、
免压蒸预应力高强管桩混凝土由以下组份质量份组成：PII52.5水泥420份，锂渣粉65份，矿粉5份，玻璃微珠粉25份，砂680份，碎石1164份，水130份，聚羧酸减水剂5份，KAI(SO4)2·12H2O3份。
免压蒸预应力高强管桩制备包括以下步骤：
1)将KAI(SO4)2·12H2O掺入水泥、锂渣粉、玻璃微珠粉中搅拌均匀；
2)然后将剩余物料：砂、碎石、水、聚羧酸减水剂搅拌成均匀混凝土；
3)将混凝土浇筑到装有钢筋笼的管桩模具中，布料张拉、施加预应力，离心成型；
4)静置1小时，在80℃蒸汽养护8小时；
5)脱模，然后自然养护3天。
实施例六、
免压蒸预应力高强管桩混凝土由以下组份质量份组成：PII52.5水泥420份，锂渣粉85份，矿粉5份，玻璃微珠粉5份，砂680份，碎石1160份，水132份，聚羧酸减水剂5份，KAI(SO4)2·12H2O 3份、元明粉2份。
免压蒸预应力高强管桩制备包括以下步骤：
1)将KAI(SO4)2·12H2O、元明粉掺入水泥、锂渣粉中搅拌均匀；
2)然后将剩余物料：砂、碎石、水、聚羧酸减水剂搅拌成均匀混凝土；
3)将混凝土浇筑到装有钢筋笼的管桩模具中，布料张拉、施加预应力，离心成型；
4)静置1小时，在80℃蒸汽养护7小时；
5)脱模，然后自然养护3天。
实施例七、
免压蒸预应力高强管桩混凝土由以下组份质量份组成：PI52.5水泥390份，锂渣粉5份，矿粉80份，玻璃微珠粉40份，砂680份，碎石1163份，水130份，聚羧酸减水剂4份，石膏3份、元明粉2份。
免压蒸预应力高强管桩制备包括以下步骤：
1)将石膏、元明粉掺入水泥、矿粉、玻璃微珠粉中搅拌均匀；
2)然后将剩余物料：砂、碎石、水、聚羧酸减水剂搅拌成均匀混凝土；
3)将混凝土浇筑到装有钢筋笼的管桩模具中，布料张拉、施加预应力，离 心成型；
4)静置2小时，在80℃蒸汽养护7小时；
5)脱模，然后自然养护3天。
混凝土性能考核指标按照《普通混凝土拌合物性能试验方法》(GB/T 50080-2002)、《普通混凝土力学试验方法》(GB/T 50081-2002)和《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082-2009)执行。本发明实施例1-7制得免压蒸预应力高强管桩混凝土与压蒸预应力高强管桩混凝土(即对比例)具体性能指标对比如表1所示。
而对比例混凝土由以下组份质量份组成：PII52.5水泥515份，砂692份，碎石1150份，水135份，聚羧酸减水剂5份。
压蒸预应力高强管桩制备包括以下步骤：
1)将水泥、矿粉、砂、碎石、水、聚羧酸减水剂搅拌成均匀混凝土；
2)将混凝土浇筑到装有钢筋笼的管桩模具中，布料张拉、施加预应力，离心成型；
3)静置1小时，在80℃蒸汽养护8小时；
4)脱模，将混凝土管桩放入蒸压釜中蒸养4小时。
表1
经过对比发现本发明制备的免压蒸预应力高强管桩混凝土7d抗压强度要优于对比样压蒸预应力高强管桩混凝土强度，且28d抗氯离子扩散系数、60次干湿循环硫酸盐侵蚀抗压强度耐蚀系数、抗冻循环350次质量损失等耐久性指标均优于对比样。
本发明通过使用锂渣粉来提高免压蒸预应力高强管桩混凝土早强度，锂渣粉含有较高的二氧化硅和三氧化铝含量，掺锂渣粉混凝土在蒸汽养护和激发剂共同存在条件可以大幅度混凝土早期强度。同时锂渣易磨性较水泥熟料好，可以根据需要增加锂渣细度，提高其化学活性成本低。另外，锂渣粉含有较高的硫含量，在铝酸盐矿物存在条件下，水化后生成钙矾石具有微膨胀性能，具有较好的抗裂性能，抗渗性。本发明中使用了Al2(SO4)3·18H2O、石膏、KAI(SO4)2·12H2O、石灰、元明粉等激发剂，在提供硫酸盐激发、碱激发的同时提供了铝盐(Al2(SO4)3·18H2O、KAI(SO4)2·12H2O)激发锂渣(铝盐与锂渣中硫反应生成钙矾石等水化产物)，提高锂渣早期活性。
同时利用玻璃微珠粉较小的颗粒粒径、球形的颗粒形貌、较高的化学活性来填充、密实混凝土、提高混凝土强度，同时混凝土搅拌初期起减水作用，提高混凝土流动性。本发明中使用的矿粉同样具有减水作用，矿粉和玻璃微珠粉的存在正好可以弥补锂渣粉需水较多的问题。
本发明大量使用矿粉、微珠粉、锂渣粉，降低了水泥用量，大大提高了混凝土抗渗、抗冻融及抗硫酸盐侵蚀等耐久性。本发明未使用压蒸养护制备了预应力高强混凝土管桩，降低了压蒸养护时的能耗，同时使用锂渣等工业废渣，改善了环境。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种免压蒸预应力高强管桩混凝土，其特征在于所述混凝土由以下质量份组成：PI或PII52.5水泥300-420份，矿粉5-80份，锂渣粉5-100份，玻璃微珠粉5-40份，砂680-720份，碎石1125-1170份，水125-135份，聚羧酸减水剂4-5份，激发剂2-5份；
所述矿粉比表面积＞350m2/kg，需水量比＜100％，28天活性指数＞95％；
所述锂渣粉比表面积＞350m2/kg；
所述玻璃微珠粉比表面积＞2000m2/kg，需水量比＜90％，SiO2和Al2O3重量含量之和大于80％；
所述激发剂为Al2(SO4)3·18H2O或KAl(SO4)2·12H2O。
2.根据权利要求1所述的一种免压蒸预应力高强管桩混凝土，其特征在于所述砂为中砂，含泥量＜1％。
3.根据权利要求1所述的一种免压蒸预应力高强管桩混凝土，其特征在于所述碎石粒径为5-25mm，压碎值小于6％。
4.根据权利要求1所述的一种免压蒸预应力高强管桩混凝土，其特征在于所述聚羧酸减水剂减水率＞15％，28天抗压强度比不小于110％。
5.一种采用权利要求1至4所述的任一种免压蒸预应力高强管桩混凝土制备管桩的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将激发剂掺入水泥、矿粉、锂渣粉、玻璃微珠粉中搅拌均匀；
2)然后将剩余物料：砂、碎石、水、聚羧酸减水剂搅拌成均匀混凝土；
3)将混凝土浇筑到装有钢筋笼的管桩模具中，布料张拉、施加预应力，离心成型；
4)静置1-2小时，并进行蒸汽养护；
5)脱模，自然养护3天。
6.根据权利要求5所述的制备管桩的方法，其特征在于所述步骤4)中，蒸汽养护的温度为60-80℃，时间为6-8小时。
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