CN108147723A - 一种高强耐腐蚀预应力混凝土管桩 - Google Patents

一种高强耐腐蚀预应力混凝土管桩 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高强耐腐蚀预应力混凝土管桩，包括如下重量份数的组分，水泥25～27份、复合掺和料10～12份、碎石108～116份、砂子52～60份、减水剂1～2份，水10～14份；其中，所述复合掺和料包括粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、煤化工工业尾料、冶金工业尾料、玻璃工业尾料、混凝土激发剂，其各组分的质量比为(45～65)：(10～18)：(8～17)：(4～9)：(5～12)：(2～7)。本发明所述的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩，桩身的混凝土配合中掺入复合掺和料，良好的流变性使得管桩离心成型后混凝土致密性好，减少了微观结构裂缝，抗氯离子渗透，抗硫酸盐侵蚀，抗冻性能，抗渗性能，抗腐蚀性能等都有所提高，混凝土能保护管桩内部的钢筋不易锈蚀破坏。

Description

一种高强耐腐蚀预应力混凝土管桩
技术领域
本发明属于混凝土管桩领域，尤其是涉及一种高强耐腐蚀预应力混凝土管桩。
背景技术
混凝土管桩是应用较为广泛的混凝土基础构件之一；在管桩的实际使用过程中，经常处于潮湿的环境，特别有对管桩基础有中强腐蚀的水和土，还有干湿交替的使用环境，会使管桩的表面以及内部发生腐蚀，一旦腐蚀过度，将会严重影响着管桩的结构强度和使用寿命，甚至会造成建筑物、桥梁等坍塌，造成严重的事故，对人们的生命财产构成极大的威胁。高性能混凝土的一个重要指标就是耐久性；如何提高混凝土管桩的耐腐蚀性，是本行业持续的研究目的；且还需要保证在提供耐腐蚀性的同时，降低成本。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种高强耐腐蚀预应力混凝土管桩，提高混凝土的耐腐蚀性，保护管桩内部钢筋不易锈蚀，提高混凝土的强度和混凝土的操作性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种高强耐腐蚀预应力混凝土管桩，其特征在于：包括如下重量份数的组分，水泥25～27份、复合掺和料10～12份、碎石108～116份、砂子52～60份、水10～14份、减水剂1～2份；
其中，所述复合掺和料包括粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、煤化工工业尾料、冶金工业尾料、玻璃工业尾料、混凝土激发剂，其各组分的质量比为(45～65)：(10～18)：(8～17)：(4～9)：(5～12)：(2～7)。
复合掺和料间化学性质的复合使用，活性与惰性的合理搭配，颗粒级配的级配合理搭配，对提高混凝土性能有良好作用。
优选的，还包括钢筋阻锈剂1.0～1.5份；优选的，减水剂为聚羧酸减水剂，钢筋阻锈剂为无氯低碱复合型外加剂；优选的，钢筋阻锈剂为CABR-MS605。
优选的，复合掺和料中，占其质量30％～40％的颗粒粒径为纳米级；且占其质量40～60％的颗粒粒径在3μm以下。超细的颗粒填充效果突出，能够使被包裹的水分释放出来，颗粒级配趋势更加合理，填充效果更佳因而减水率更高。混凝土用复合掺和料与化学外加剂的相容性主要体现在其碱性强、活性低，细度适当。则与减水剂的适应性趋势向好。可改善掺和料与混凝土减水剂的适应性，从而使混凝土的和易性、耐久性及强度得到均衡有效地提高。
优选的，砂子细度模量为2.5～3.2，含泥量不大于1.0％，碎石的平均粒径为15～20mm，含泥量不大于0.5％，抗压强度不小于120MPa.。
优选的，所述复合掺和料包括粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、煤化工工业尾料、冶金工业尾料、玻璃工业尾料、混凝土激发剂，其各组分的质量比为(50～60)：(12～16)：(10～15)：(5～8)：(7～10)：(3～5)。
在配制混凝土时，加入复合矿物掺和料不仅能节约水泥，降低混凝土的水化热温升，而且由于掺和料的形态效应、微集料效应和火山灰效应能改善混凝土工作性，增加混凝土的强度，改善混凝土的内部孔结构，提高混凝土的密实度、抗裂性及耐久性，此外，复合矿物掺和料对碱—集料反应有强抑制作用。
优选的，所述混凝土激发剂为碱性激发剂，所述碱性激发剂包括钠碱以及钠盐；优选的，所述碱性激发剂包括NaOH、Na2CO3、Na2SiO3、Na2SO4，且几者的配比为(0.7～1)：(0.4～0.7)：(0.5～0.8)：(0.3～0.5)。
优选的，煤化工工业尾料指的是煤气化固废物提取的微珠。微珠指的是粒径为0.1μm～5μm的球状粉。
优选的，所述玻璃工厂工业尾料是以二氧化硅为主要成分的矿物尾料，其二氧化硅质量百分数大于85％，余量为杂质，各组分的质量百分数之和为100％。
优选的，所述冶金尾料包括硅灰；且冶金尾料中，硅灰的质量百分数大于85％；余量为杂质，各组分的质量百分数之和为100％。
本发明还提供一种制备如上所述的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩的方法，包括计量、搅拌、钢筋笼入模、灌料、合模、张拉、离心成型、蒸汽养护、脱模工艺；其中蒸汽养护在80～85℃进行；养护过程为，2.0～2.5小时均匀升温到80～85℃，80～85℃恒温4～6小时，降温1～2小时到50～60℃，出池脱模。其他工艺流程均与现有的管桩标准技术工艺一致。
原理分析：
本发明使用的复合掺和料可降低混凝土水化热，减少水泥用量，降低混凝土温升，水化析热速度慢，有利于防止混凝土内部温升引起的裂缝，尤其是应用于大体积混凝土施工和高强高性能混凝土(水利水电站，核电站，跨海大桥)。
通过活化激发微集料，它能显著增进混凝土的强度发展；掺和料的颗粒粒径进行控制，充分填充了混凝土中毛细孔，置换了毛细孔中自由水，优化了混凝土孔结构，使混凝土结构更加致密，提高混凝土的抗冻、抗渗、抗硫酸盐侵蚀等耐久性能。且低氯、低碱、对钢筋无锈蚀作用，无毒、无害，对健康和环境均安全。
所述煤化工工业尾料基本都为微珠，是一种几乎不含多孔状物质的全球状颗粒，粒径极细，这就为混凝土带来极好的填充和“滚珠润滑”效应，物理减水效果显著，在相同塌落度条件下，混凝土用水量明显减少，减水率达15％左右，流动性增加。使得混凝土级配在微观层面上得到了极好的优化，混凝土更加密实，强度更高，同时混凝土抗渗、抗蚀性能也得到极大的改善
本发明同时提供如上所述的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩或者如上所述的制备方法制备的混凝土管桩在工业与民用建筑工程、海港工程及市政、桥梁、铁路、公路或水利工程中的应用。
相对于现有技术，本发明所述的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩，具有以下优势：
(1)本发明所述的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩，桩身的混凝土配合中掺入复合掺和料，使得管桩离心成型后混凝土致密性好，减少了微观结构裂缝，混凝土的电通量，抗氯离子渗透，抗硫酸盐侵蚀，抗冻性，抗渗性，抗腐蚀性等性能有所提高，高性能的混凝土能较好保护管桩内部的钢筋不易锈蚀破坏。
(2)本发明所述的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩，采用免高压蒸养工艺，减除高压蒸养工艺对混凝土的耐久性影响。只需采用常压蒸汽养护一道养护生产就完成产品，且能达到标准所要求的混凝土强度C80等级要求，脱模强度提高45％以上，脱模再自然养护28天能提高30％以上。
(3)本发明所述的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩，提高混凝土的耐久性(耐腐，耐冻，抗渗，抗硫酸盐，抗碳化等)，保护管桩内部钢筋不易锈蚀，提高混凝土的强度和混凝土的操作性能，使用搅拌后混凝土不离稀不分层，砂石等骨料均匀布在混凝土中，减少混凝土不均带来的内部及外观质量。
(4)本发明所述的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩，使用了电厂工业尾料粉煤灰，煤化工业尾料、玻璃工业尾料、冶金工业尾料，从一定程度上降低生产成本，且减少对环境的污染。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
一种高强耐腐蚀预应力混凝土管桩，包括如下重量份数的组分，水泥25份、复合掺和料10份、碎石110份、砂子54份、水11份；聚羧酸减水剂1份。
其中，所述复合掺和料包括粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、煤化工工业尾料、冶金工业尾料、玻璃工业尾料、混凝土激发剂，其各组分的质量比为52：13：12：5：8：3。
复合掺和料中，占其质量30％的颗粒粒径为纳米级，且占其质量40％的颗粒粒径在3μm以下。
砂子细度模量为2.5～3.2，含泥量不大于1.0％，碎石的平均粒径为15～20mm，含泥量不大于0.5％,抗压强度不小于120MPa.。
所述混凝土激发剂为碱性激发剂，所述碱性激发剂包括NaOH、Na2CO3、Na2SiO3、Na2SO4，且几者的配比为1：0.5：0.4：0.3。
所述煤化工工业尾料指的是煤气化固废物提取的微珠，其平均粒径为1.5μm的球状粉。
所述玻璃工业尾料是以二氧化硅为主要成分的矿物尾料，其二氧化硅质量百分数为88％，余量为杂质，各组分的质量百分数之和为100％。
所述冶金工业尾料包括硅灰；且冶金工业尾料中，硅灰的质量百分数为90％；余量为杂质，各组分的质量百分数之和为100％。
一种制备如上所述的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩的方法，包括计量、搅拌、钢筋笼入模、灌料、合模、张拉、离心成型、蒸汽养护、脱模工艺；其中蒸汽养护在85℃进行；养护过程为，2小时均匀升温到85℃，85℃恒温5小时，降温1.5小时到50℃，出池脱模。其他工艺流程均与现有的标准工艺一致。
实施例二
一种高强耐腐蚀预应力混凝土管桩，包括如下重量份数的组分，水泥26份、复合掺和料11份、碎石112份、砂子54份、水12份、聚羧酸减水剂1份、钢筋阻锈剂1.2份。
其中，所述复合掺和料包括粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、煤化工工业尾料、冶金工业尾料、玻璃工业尾料、混凝土激发剂，其各组分的质量比为55：14：13：6：9：4。
复合掺和料中，占其质量35％的颗粒粒径为纳米级，且占其质量55％的颗粒粒径在3μm以下。
减水剂为聚羧酸减水剂，钢筋阻锈剂为无氯低碱复合型外加剂；钢筋阻锈剂为CABR-MS605。
砂子细度模量为2.5～3.2，含泥量不大于1.0％，碎石的平均粒径为15～20mm，含泥量不大于0.5％，抗压强度不小于120MPa.。
所述混凝土激发剂为碱性激发剂，所述碱性激发剂包括Na2CO3、NaOH、Na2SO4，Na2SiO3，且几者的配比为1：0.5：0.4：0.3。
所述煤化工工业尾料指的是煤气化固废物提取的微珠，其平均粒径为1.5μm的球状粉。
所述玻璃工业尾料是以二氧化硅为主要成分的矿物尾料，其二氧化硅质量百分数为88％，余量为杂质，各组分的质量百分数之和为100％。
所述冶金工业尾料包括硅灰；且冶金工业尾料中，硅灰的质量百分数为90％；余量为杂质，各组分的质量百分数之和为100％。
一种制备如上所述的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩的方法，包括计量、搅拌、钢筋笼入模、灌料、合模、张拉、离心成型、蒸汽养护、脱模工艺；其中蒸汽养护在85℃进行；养护过程为，2小时均匀升温到85℃，85℃恒温5小时，降温1.5小时到50℃，出池脱模。其他工艺流程均与现有的标准工艺一致。
对比例1
预应力混凝土管桩，包括如下重量份数的组分，水泥26份、矿粉10份、碎石112份、砂子54份、水12份、萘系高效减水剂1份。.
一种制备如上所述的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩的方法，包括计量、搅拌、钢筋笼入模、灌料、合模、张拉、离心成型、蒸汽养护、脱模工艺；蒸汽养护在85℃进行；养护过程为，2小时均匀升温到85℃，85℃恒温5小时，降温1.5小时到50℃，出池脱模。
将实施例一、实施例二以及对比例1制备的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩进行性能验证。验证标准为GB13476-2009(先张法预应力混凝土管桩)、GB/T 50081(混凝土物理力学性能试验方法标准)、GB/T 50082(普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准)、GB/T50107(混凝土强度检验评定标准)以及JGJ/T 193-2009(混凝土耐久性检验评定标准)。
与对比例1相比，实施例1的脱模强度提高了45％～50％，脱模后再自然养护28天能提高30％～35％。
与对比例1相比，实施例2的脱模强度提高了45％～50％，脱模后再自然养护28天能提高30％～35％。
对比例1的抗硫酸盐等级为KS60；实施例1的抗硫酸盐等级为KS150；实施例2的抗硫酸盐等级大于KS150。
快冻试验，对比例1的抗冻等级为F200；实施例1的抗冻等级为F400；实施例2的抗冻等级为大于F400。
对比例1的快速氯离子迁移系数为3.2*10-12m2/s；实施例1的快速氯离子迁移系数为2.1*10-12m2/s；实施例2的快速氯离子迁移系数为1.5*10-12m2/s；
对比例1的混凝土的平均碳化深度为3mm；实施例1的混凝土的平均碳化深度为0.35；实施例2混凝土的平均碳化深度为0.25。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高强耐腐蚀预应力混凝土管桩，其特征在于：包括如下重量份数的组分，水泥25～27份、复合掺和料10～12份、碎石108～116份、砂子52～60份、水10～14份、减水剂1～2份；
其中，所述复合掺和料包括粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、煤化工工业尾料、冶金工业尾料、玻璃工业尾料、混凝土激发剂，其各组分的质量比为(45～65)：(10～18)：(8～17)：(4～9)：(5～12)：(2～7)。
2.根据权利要求1所述的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩，其特征在于：还包括钢筋阻锈剂1.0～1.5份；优选的，减水剂为聚羧酸减水剂，钢筋阻锈剂为无氯低碱复合型外加剂；优选的，钢筋阻锈剂为CABR-MS605。
3.根据权利要求1所述的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩，其特征在于：复合掺和料中，占其质量30％～40％的颗粒粒径为纳米级，且占其质量40～60％的颗粒粒径在3μm以下；优选的，砂子细度模量为2.5～3.2，含泥量不大于1.0％，碎石的平均粒径为15～20mm，含泥量不大于0.5％,抗压强度不小于120MPa.。
4.根据权利要求1所述的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩，其特征在于：所述复合掺和料包括粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、煤化工工业尾料、冶金工业尾料、玻璃工业尾料、混凝土激发剂，其各组分的质量比为(50～60)：(12～16)：(10～15)：(5～8)：(7～10)：(3～5)。
5.根据权利要求1所述的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩，其特征在于：所述混凝土激发剂为碱性激发剂，所述碱性激发剂包括钠碱以及钠盐；优选的，所述碱性激发剂包括NaOH、Na2CO3、Na2SiO3以及Na2SO4，且几者的配比为(0.7～1)：(0.4～0.7)：(0.5～0.8)：(0.3～0.5)。
6.根据权利要求5所述的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩，其特征在于：煤化工工业尾料指的是煤气化固废物提取的微珠。
7.根据权利要求1所述的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩，其特征在于：所述玻璃工厂工业尾料是以二氧化硅为主要成分的矿物尾料，其二氧化硅质量百分数大于85％，余量为杂质，各组分的质量百分数之和为100％。
8.根据权利要求1所述的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩，其特征在于：所述冶金工业尾料包括硅灰；且冶金工业尾料中，硅灰的质量百分数大于85％；余量为杂质，各组分的质量百分数之和为100％。
9.一种制备如权利要求1～8任一项所述的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩的方法，其特征在于：包括计量、搅拌、钢筋笼入模、灌料、合模、张拉、离心成型、蒸汽养护、脱模工艺；其中蒸汽养护在80-85℃进行；养护过程为，2.0～2.5小时均匀升温到80-85℃，80-85℃恒温4～6小时，降温1～2小时到50～60℃，出池脱模。
10.根据权利要求1～8任一项所述的高强耐腐蚀预应力混凝土管桩或者根据权利要求9所述的制备方法制备的混凝土管桩在工业与民用建筑工程、海港工程及市政、桥梁、铁路、公路或水利工程中的应用。
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