CN105837117B - 免蒸养phc管桩混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种免蒸养PHC管桩混凝土，所述混凝土中，每立方米混凝土的制备原料包括下列组分：硅酸盐水泥300～450kg；粒化高炉矿渣粉25～110kg；粉煤灰微珠10～100kg；硅灰10～100 kg；膨胀剂20～60kg；细度模数2.4～3.0的细骨料640～725kg；级配为5～25mm的粗骨料1120～1200kg；三乙醇胺0.1～0.5kg；硫酸锂2～6kg；无水石膏7～13kg；减水剂4～7kg；水125～140kg。本发明的混凝土用于制备PHC管柱，可以在常温条件下并能在较短的时间内达到免蒸养PHC管桩脱模强度和C80混凝土的强度要求。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土材料技术领域，具体涉及免蒸养PHC管桩混凝土。
背景技术
目前，PHC管桩的混凝土配制均需采用常压蒸汽养护或高压蒸汽养护工艺，以提高混凝土早期强度，保证PHC尽早脱模和提高生产效率。在PHC管桩的生产过程中，蒸汽和蒸压养护工序不仅需要一定时间和消耗大量能源，而且常压蒸汽养护和高压蒸汽养护均会对混凝土性能产生不利影响。在蒸汽养护条件下会使混凝土内部孔隙增大，降低混凝土对氯离子渗透的抵抗力；采用不正确的蒸养制度还会对混凝土后期抗压强度产生不利影响，静养时间过短会引起蒸养混凝土的表面产生水平裂缝。高压蒸养需在蒸汽压力0.95～1.0MPa和温度170～180℃的条件下，蒸压养护3～5小时，蒸压养护会对混凝土性能产生影响，尤其是蒸压养护出蒸压釜时温度很高，若不经过有效的降温处理，则温差可使PHC管桩混凝土产生裂缝，对PHC管桩混凝土的耐久性带来不利影响。若不采用蒸汽养护或高压蒸汽养护，现有PHC管桩混凝土配制方法不能满足生产需要。因此，研发适合于免蒸汽养护生产PHC管桩用混凝土，可有效提高PHC管桩性能，并可节约大量的能源消耗。
发明内容
本发明的目的克服现有技术中的缺陷，提供一种免蒸养PHC管桩混凝土。本发明的混凝土用于制备PHC管柱，可以在常温条件下并能在较短的时间内达到免蒸养PHC管桩脱模强度和C80混凝土的强度要求。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明的免蒸养PHC管桩混凝土，所述混凝土中，每立方米混凝土的制备原料包括下列组分：
粒径小于5mm的骨料称为细骨料，俗称砂，重用的有河砂、湖砂、山砂及淡化海砂。
优选的，所述细骨料的含泥量不大于1.5wt％，泥块含量不大于0.5wt％。
粒径5mm以上的骨料称为粗骨料，俗称石，常用的有碎石及卵石，为增加骨料界面粘结强度，采用碎石。
优选的，所述粗骨料最大粒径不大于25mm，针片状含量不大于10wt％，含泥量不大于0.7wt％，泥块含量不大于0.2wt％。实施例具体列举了采用5-25mm连续级配的碎石作粗骨料。其碎石可由5-10mm和16-25两级配配制而成，5-10mm和16-25mm的比例为3：7，针片状含量为不大于5.0wt％，含泥量为0.5％，泥块含量0.2％。
优选的，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂，如上海华登HP400早强型聚羧酸高效减水剂、上海三瑞化学有限公司VIVID-500早强型聚羧酸高效减水剂。更优选的，所述减水剂为上海华登HP400早强型聚羧酸高效减水剂。
采用减水剂减水率大于25％的高效减水剂，高效减水剂与粒化高炉矿渣粉和粉煤灰微珠复合，提高混凝土工作性和抗压强度。
优选的，所述硅酸盐水泥为水泥强度等级为52.5的Ⅱ型早强型硅酸盐水泥。
本发明采用粒化高炉矿渣粉作为混凝土矿物掺合料，粒化高炉矿渣粉具有较高的活性，可改善混凝土强度和耐久性，并能有效减小混凝土的坍落度损失，同时粒化高炉矿渣粉的活性与粉磨细度密切相关。优选的，所述粒化高炉矿渣粉为等级为S115级粒化高炉矿渣粉。
本发明采用粉煤灰微珠作为混凝土矿物掺合料。粉煤灰微珠具有活性高、耐腐蚀、抗压强度高、流动性好、无毒等优异功能，可提高混凝土的密实性、耐久性、抗腐蚀等性能，可以降低混凝土的用水量，有效提高混凝土强度。优选的，所述粉煤灰微珠的需水量比80％，7天活性指数不小于85％。
本发明采用硅灰作为混凝土矿物掺合料。硅灰属于超细矿物掺合料，具有较高活性和填充性能，提高混凝土强度和耐久性。优选的，所述硅灰比表面积大于18000m2/kg，28天的活性指数大于95％。更优选的，所述硅灰的比表面积为18500m2/kg，28天的活性指数大于96％。
本发明采用膨胀剂补偿混凝土收缩，降低胶凝材料引起混凝土收缩，提高混凝土早期强度和耐久性等性能。优选的，所述膨胀剂的碱含量小于0.75wt％，氯离子含量小于0.05wt％，水中7天限制膨胀率大于0.025％。更优选的，所述膨胀剂为低碱含量ZY膨胀剂，碱含量0.30wt％，氯离子含量0.005wt％，水中7天限制膨胀率0.028％。
本发明采用三乙醇胺作为早强剂，三乙醇胺能促进C3A的水化，在C3A-CaSO4-H2O体系中，它能加快钙矾石的生成，有利于提高混凝土早期强度，同时还可改善和提高混凝土的流动性，可有效提高混凝土早期强度和改善混凝土工作性。在本发明中，与其它有机早强剂相比，如三异丙醇胺、甲醇、乙醇等有机早强剂，三乙醇胺综合效果更为突出。
本发明采用硫酸锂早强剂与三乙醇胺复合早强，锂盐具有半径小、极化作用强等特性，锂离子更容易穿过水化膜进入膜内，加快水化保护膜破裂，由于同离子效应的作用促进膜内钙离子流到膜外而冲破水化膜，促进水泥水化的进行，使水泥诱导期缩短和水化反应提前进入加速期阶段，提高水泥中C3S和C2S的低温水化能力。与其它无机早强剂相比，如氯化钠、硫酸钠、硫酸钾等无机早强剂，硫酸锂克服了碱和氯离子对混凝土耐久性的影响，综合效果优异。
本发明采用无水石膏作为激发剂，激发粒化高炉矿渣粉等矿物掺合料的活性，加速矿物掺合料二次水化反应，提高混凝土的早期强度。
本发明采用上海华登HP400早强型聚羧酸高效减水剂，具有较长侧链，改善了在水泥颗粒表面的吸附状态，促使细小的钙矾石晶体生长，加速混凝土早期强度增长。
本发明中，粒化高炉矿渣粉、粉煤灰微珠、硅灰和膨胀剂的优选配比为：所述粒化高炉矿渣粉占胶凝材料总重量的15％，所述粉煤灰微珠占胶凝材料总重量的10％，所述硅灰占胶凝材料总重量的10％，所述膨胀剂占胶凝材料总重量的5％，所述胶凝材料包括硅酸盐水泥、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰微珠、硅灰和膨胀剂。
本发明进一步从混凝土工作性、强度、耐久性和收缩率等方面综合考虑，提供了优选的混凝土配合比，即所述混凝土的水胶比0.24～0.27；胶凝材料用量小于540kg/m3；砂率为36～39％。
水胶比0.24～0.27既能满足本发明混凝土的工作性，又能保证混凝土的抗压强度。虽然增加胶凝材料用量可一定程度地提高混凝土的强度，但较高的胶凝材料用量可引起混凝土收缩增加，引起混凝土开裂，导致混凝土耐久性大幅度下降，较高的胶凝材料用量还会导致混凝土弹性模量下降。因此，混凝土胶凝材料用量优选控制在540kg/m3以内，可克服常规配制高强混凝土采用较高胶凝材料用量带来混凝土性能不利影响。合理砂率既可提高混凝土强度，又能保证混凝土具有良好的工作性，混凝土砂率控制在38％左右。
上述免蒸养PHC管桩混凝土制备的免蒸养PHC管桩。本发明的混凝土可用于免蒸养PHC管桩。
本发明的混凝土的制备方法采用常规方法，本技术领域的技术人员在获知本发明混凝土成分的基础上，可采用常规混凝土制备方法获得本发明的混凝土。
免蒸养PHC管桩能否在常温条件下使PHC管桩具有一定的工作性，较早地达到45MPa脱模强度，并在一定的时间内达到C80的抗压强度以及其它技术要求，采用本发明的混凝土配合比可保证混凝土工作性，加速胶凝材料水化反应，保证混凝土脱模强度和后期强度，且具有较高的耐久性，特别适合于抗氯盐侵蚀和北方抗冻等耐久性较高的环境。本发明对混凝土配合比进行了深入研究，获得了在常温条件下并能在较短的时间内达到PHC管桩脱模强度和C80混凝土的强度要求的优化混凝土配合比。
具体实施方式
以下列举具体实施方式以进一步阐述本发明，应理解，实例并非用于限制本发明的保护范围。
实施例的原材料
(1)水泥：强度等级52.5Ⅱ型硅酸盐水泥
(2)矿渣粉：S115级粒化高炉矿渣粉
(3)粉煤灰微珠：需水量比为80％，7天活性指数为85％。
(4)硅灰：比表面积为18500m2/kg，28天的活性指数为96％。
(5)膨胀剂：采用北京新中岩建材科技有限公司生产的ZY膨胀剂，碱含量0.30wt％，氯离子含量0.005wt％，水中7天限制膨胀率0.028％。
(6)细骨料(砂)：细度模数为2.7的中砂，含泥量为0.5wt％，泥块含量0.2wt％。
(7)粗骨料(石)：5-25mm连续级配的碎石(由5-10mm和16-25两级配配制而成，5-10mm和16-25mm的比例为3：7)，针片状含量为4.6wt％，含泥量为0.5wt％，泥块含量为0.1wt％。
(8)早强剂一：三乙醇胺。
(9)早强剂二：硫酸锂。
(10)激发剂：无水石膏。
(11)减水剂：减水剂一即上海华登HP400早强型聚羧酸高效减水剂；减水剂二为上海三瑞化学有限公司VIVID-500早强型聚羧酸高效减水剂。
(12)拌合水：采用城市自来水。
实施例试验方法
(1)力学性能
混凝土工作性和抗压强度试验按《水运工程混凝土试验规程》(JTJ270)的有关规定进行。
(2)耐久性
混凝土电通量、扩散系数(RCM法)以及抗冻性试验按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T50082-2009)有关规定进行。
实施例采用的养护方法：养护温度为18-22℃，养护湿度大于95％。
实例混凝土配合比
混凝土配合比如表1所示。
表1混凝土配合比(kg/m3)
混凝土性能试验
(1)工作性
混凝土工作性测试结果如表2所示。测试结果表明，复掺硫酸锂和三乙醇胺混凝土的坍落度均满足PHC管桩生产要求。同时混凝土含气量较低，表观密度较大。
表2混凝土工作性测试结果
| 编号 | 坍落度(mm) | 含气量(％) | 表观密度(kg/m3) |
| B1 | 150 | 1.0 | 2.522 |
| B2 | 145 | 1.2 | 2.520 |
| B3 | 140 | 1.3 | 2.521 |
| B4 | 130 | 1.0 | 2.525 |
| B5 | 135 | 1.2 | 2.520 |
| B6 | 140 | 1.1 | 2.528 |
| B7 | 120 | 1.2 | 2.519 |
| B8 | 130 | 1.3 | 2.522 |
| B9 | 50 | 1.1 | 2.528 |
(2)抗压强度
混凝土抗压强度如表3所示。测试结果表明，在常温20℃条件下，编号为B1、B2、B3、B4、B5混凝土18小时就超过45MPa脱模强度，且3天可满足PHC管桩80MPa出厂要求。同时，混凝土后期强度不断增加，28天强度超过100MPa。免蒸养混凝土可以保证较早地脱模，并可保证PHC管桩尽早出厂，可满足PHC管桩正常生产，具有较高的生产效率。
表3混凝土抗压强度测试结果(MPa)
(3)混凝土耐久性
测试混凝土的电通量和扩散系数，如表4所示。测试结果表明，复掺硫酸锂和三乙醇胺混凝土56天电通量小于120C，84天扩散系数小于0.4×10-12m2/s，其耐久性均高于蒸汽养护和高压蒸养混凝土，具有较高的抗氯盐侵蚀的耐久性，特别适合于海水抗氯侵蚀环境。
表4混凝土耐久性测试结果
| 编号 | 56天电通量(C) | 84天扩散系数(×10-12m2/s) |
| B1 | 115 | 0.3 |
| B2 | 111 | 0.3 |
| B3 | 109 | 0.2 |
| B4 | 101 | 0.1 |
| B5 | 115 | 0.2 |
| B6 | 315 | 1.0 |
| B7 | 251 | 0.9 |
| B8 | 218 | 0.7 |
| B9 | 650 | 1.3 |
测试了混凝土养护28天的抗冻性，相对动弹性模量和质量损失率分别如表5和表6所示。实施例混凝土400次冻融循环相对动弹性模量值较高，质量损失率为0，远高于有关标准的要求，具有较高抗冻性，特别适合于北方抗冻环境。
表5混凝土相对动弹性模量测试结果(％)
| 编号 | 50次 | 100次 | 150次 | 200次 | 250次 | 300次 | 350次 | 400次 |
| B1 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 99 |
| B2 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 99 | 99 |
| B3 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 99 | 99 |
| B4 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 99 | 99 |
| B5 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 99 | 99 |
| B6 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 99 | 99 |
| B7 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 99 | 99 |
| B8 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 99 | 99 |
| B9 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 99 | 99 |
表6混凝土质量损失测试结果(％)
| 编号 | 50次 | 100次 | 150次 | 200次 | 250次 | 300次 | 350次 | 400次 |
| B1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| B2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| B3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| B4 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| B5 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| B6 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| B7 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| B8 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| B9 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
根据试验结果，确定免蒸养PHC管桩混凝土配合比如下表所示：
依次按下表配方配制混凝土，并检测相关指标：
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (9)
1.一种免蒸养PHC管桩混凝土，所述混凝土中，每立方米混凝土的制备原料包括下列组分：
所述粉煤灰微珠的需水量比80％，7天活性指数不小于85％，所述硅灰的比表面积大于18000m2/kg，28天的活性指数大于95％，所述膨胀剂的碱含量小于0.75wt％，氯离子含量小于0.05wt％，水中7天限制膨胀率大于0.025％。
2.如权利要求1所述的免蒸养PHC管桩混凝土，其特征在于，所述细骨料的含泥量不大于1.5wt％，泥块含量不大于0.5wt％。
3.如权利要求1所述的免蒸养PHC管桩混凝土，其特征在于，所述粗骨料最大粒径不大于25mm，针片状含量不大于10wt％，含泥量不大于0.7wt％，泥块含量不大于0.2wt％。
4.如权利要求1所述的免蒸养PHC管桩混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂。
5.如权利要求1所述的免蒸养PHC管桩混凝土，其特征在于，所述硅酸盐水泥为水泥强度等级为52.5的Ⅱ型硅酸盐水泥。
6.如权利要求1所述的免蒸养PHC管桩混凝土，其特征在于，所述粒化高炉矿渣粉为等级为S115级粒化高炉矿渣粉。
7.如权利要求1所述的免蒸养PHC管桩混凝土，其特征在于，所述粒化高炉矿渣粉占胶凝材料总重量的15％，所述粉煤灰微珠占胶凝材料总重量的10％，所述硅灰占胶凝材料总重量的10％，所述膨胀剂占胶凝材料总重量的5％，所述胶凝材料包括硅酸盐水泥、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰微珠、硅灰和膨胀剂。
8.如权利要求1所述的免蒸养PHC管桩混凝土，其特征在于，所述混凝土的水胶比0.24～0.27；胶凝材料用量小于540kg/m3；砂率为36～39％。
9.如权利要求1至8任一项所述的免蒸养PHC管桩混凝土制备的免蒸养PHC管桩。
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