CN108409245A - 一种适用于地下氯盐侵蚀环境的约束管灌注桩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于地下氯盐侵蚀环境的约束管灌注桩及其制备方法，约束管采用纤维增强聚合物改性水泥基复合材料，按照离心工艺预制而成。现场施工时人工成孔，放入约束管，然后按设计要求向管内安置钢筋笼并灌注混凝土，经养护硬化后制备而成。本发明利用高抗氯离子渗透的约束管将内部灌注的混凝土与外界侵蚀环境隔绝开，保证了内部钢筋混凝土结构的完整性及各项力学性能参数，从而满足在地下氯盐侵蚀性环境条件下对桩体结构耐久性能的要求。本发明桩体成型品质高，结构组合合理，材料力学性能能够得到充分发挥，桩体承载能力高。

Description

一种适用于地下氯盐侵蚀环境的约束管灌注桩

技术领域

本发明涉及一种约束管灌注桩，具体说是一种适用于地下氯盐侵蚀环境的约束管灌注桩。

背景技术：

桩基作为一种重要的基础形式，由于其能够贯穿整个软弱地基土层传力于地质优良的土层，克服了不良土层带来的消极影响，能够为上部结构提供较高的承载能力，因此被广泛应用于现代各种建筑物、构筑物地基中。

中国地域辽阔，自然环境复杂多样，桩基础所处服役环境复杂多样，海洋和近海氯离子侵蚀环境与内陆盐湖和盐碱地硫酸盐腐蚀环境非常普遍。不同侵蚀环境中混凝土结构遭受侵蚀损害的程度与机理不尽相同，在内陆盐湖和盐碱地硫酸盐侵蚀环境中，混凝土结构的耐久性劣化主要以硫酸盐结晶胀裂破坏为主，但在海洋和近海氯盐侵蚀环境中混凝土结构劣化则主要以钢筋锈蚀导致的锈胀开裂破坏为主。这些环境条件下侵蚀性离子的腐蚀作用将会对桩体产生不可忽视的损坏，严重影响桩体的品质，危及桩体的承载能力及各项性能，并随着时间的延长，其破坏现象不断加重，带来严重的安全隐患，严重威胁上部结构的安全。

由于现有灌注桩施工工艺限制，其成型质量与到周围环境因素关系密切，尤其当其处于氯盐侵蚀环境中时，桩体在浇筑、养护及成桩使用过程中不可避免地会有氯离子侵入，危害桩体安全，存在严重的安全隐患。因此对于一些地质条件较为苛刻的氯盐侵蚀性地下区域，必须采用相关措施以抑制氯盐侵蚀导致桩体内部钢筋锈蚀的破坏现象。

聚合物改性混凝土是在普通水泥混凝土的配方基础上，于水泥混凝土搅拌阶段渗入单体或聚合物，浇筑后经养护和聚合，成型后经养护而成为一种含有机聚合物的水泥混凝土。聚合物在混凝土内部形成薄膜，填充水泥化合物和骨料之间的孔隙并与水泥水化物结成一体，使之具有较好的黏性和综合性能，从而大幅提高混凝土的抗渗性能。如果在灌注桩表面加上聚合物改性水泥基材料保护层外壁，则可以大幅提高桩体的抗氯离子渗透能力，从而将灌注桩应用到氯盐侵蚀环境中。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于，客服现有技术存在的缺陷，提出了一种适用于地下氯盐侵蚀环境的约束管灌注桩，以应对在地下氯盐侵蚀环境条件下对灌注桩耐久性能的要求。

为了达到上述目的，本发明的主要技术思路：通过抗氯离子渗透的约束管将内部灌注混凝土与外界侵蚀环境隔绝开，避免地下环境中的不良因素尤其是氯离子对内部结构产生影响，保证了内部钢筋混凝土结构的完整性及各项力学性能参数，从而满足在地下氯盐侵蚀环境中对桩体结构承载能力及耐久性能的要求。

本发明提出一种适用于地下氯盐侵蚀环境的约束管灌注桩，包括约束管，所述约束管内套装钢筋笼并灌注混凝土。其特征在于：所述约束管为纤维增强水泥基复合材料约束管。所述纤维增强水泥基复合材料为水泥中掺入短切乱向均匀分布的有机纤维复合而成，纤维掺量占水泥的质量百分比3-8%。

所述的水泥为强度等级不低于52.5的硅酸盐系列水泥；所述的有机纤维为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维、聚甲醛纤维等有机纤维。

外部约束管作为主要围护结构，将内部结构与外界侵蚀性环境隔离开，同时给与内部钢筋混凝土结构侧向约束作用；内部现浇钢筋混凝土结构作为主要受力结构，承受上部结构传递的大部分荷载，同时抑制约束管局部屈曲破坏现象的发生。二者相互协调共同作用。

本发明约束管灌注桩其抗氯盐侵蚀性能大小与约束管性能密切相关，具体表征为约束管（材料）抗氯离子渗透性能越大，壁厚越大，桩体抗氯盐侵蚀能力越强。实际工程中可根据具体地下环境氯盐侵蚀程度的大小进行约束管壁厚的调整设计。

所述适用于地下氯盐侵蚀性环境的约束管灌注桩的制备方法，其步骤是：

步骤1.按照所述原料配比配置纤维增强水泥基复合材料浆体。

按照纤维掺量占水泥的质量百分比3-8%的配比，制备粉体材料。加入占粉体材料的质量百分比5-15%的聚合物乳液和占粉体材料的质量百分比1-2%的减水剂掺量，按照水灰比（水与水泥的质量比）0.25-0.40加入水。搅拌，制得纤维增强水泥基复合材料浆体。

步骤2.将制得的纤维增强水泥基复合材料浆体，按照现有管桩离心成型工艺组模、布料、离心及养护，制作纤维增强水泥基复合材料约束管。

（3）在施工现场，人工成孔后，将纤维增强水泥基复合材料约束管置入孔中固定就位后，按照现有灌注桩施工工艺向其内部安置钢筋笼及灌注满足设计要求的混凝土，经养护硬化后，即得本发明成品。

所述的聚合物乳液为非反应型丁苯胶乳、丙烯酸酯乳液、醋酸乙烯乳液或乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液。

所述的高效减水剂为聚羧酸、萘系、脂肪族等系列的高效减水剂。

本发明适用于地下氯盐侵蚀环境的约束管灌注桩具有一下有益效果：

1、抗氯盐侵蚀性能好，能够满足不同氯盐侵蚀程度下的地下环境

本发明产品由于纤维增强水泥基复合材料约束管抗氯离子渗透的隔离保护作用，使得内部结构免受外部侵蚀性因素的干扰，成型品质高，承载能力稳定，满足在各类氯盐侵蚀环境下对桩体耐久性能的要求。可根据地下环境氯盐侵蚀程度的不同，通过合理设计约束的壁厚来满足不同程度氯盐侵蚀下对桩体耐久性的要求。

2、结构组合形式合理

外部约束管作为主要围护结构，将内部结构与外界侵蚀性环境隔离开，同时给与内部钢筋混凝土结构侧向约束作用；内部现浇钢筋混凝土结构作为主要受力结构，承受上部结构传递的大部分荷载，同时抑制约束管局部屈曲破坏现象的发生。二者相互协调共同作用。

3、 承载能力高，具有比现有桩体更高的抗压承载能力

作为围护结构的约束管对内部钢筋混凝土起到侧向约束作用，使得内部钢筋混凝土结构承压时处于三向受压状态，其材料力学性能能够充分发挥，承压能力得到成倍提升。经初步测试本发明桩体具有比现有现浇或预制钢筋混凝土桩体更高的竖向承载能力。

4、 成本低廉，质优价廉

本发明主要从结构组合角度通过不同结构分工协作来改善桩体抗侵蚀性能，组合结构桩体较现有处理方式桩体成本更为低廉，经济效果更好。

本发明是一种半预制桩体，其施工便捷，承载能力高，且抗氯盐侵蚀性能好。利用高抗渗约束管将内部钢筋混凝土结构与周边地下环境的侵蚀性介质尤其是氯离子隔绝开，使得桩体结构成型品质高，各项性能参数能够保持稳定，经久耐用；并且内部钢筋混凝土受到约束管的侧向约束作用，当内部钢筋混凝土结构承压时将处于三向受压状态，其力学性能能够得的到极大的发挥，具有较高的力学承载能力。本发明完全可以作为一种能用于地下氯盐侵蚀环境，提高结构耐久性能的新型组合桩体使用。

具体实施例：

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明：

实施例1：

适用于地下氯盐侵蚀环境的约束管灌注桩的生产流程及实施效果性能测试

1.用于地下氯盐侵蚀环境的约束管灌注桩的生产流程

（1）纤维增强水泥基复合材料约束管的制备

1）按照纤维掺量占水泥的质量百分比5%配比制备粉体材料，聚合物乳液占粉体材料的10%、减水剂掺量占粉体材料的1%，水灰比0.3，搅拌制备纤维增强水泥基复合材料浆体。水泥为P.O 52.5硅酸盐水泥, 有机纤维为聚丙烯纤维，聚合物乳液采用丁苯胶乳，减水剂采用聚羧酸。

2）按照外径、壁厚及管长为φ500*22*500设计参数，依照现有管桩离心成型工艺及养护条件，制作纤维增强水泥基复合材料约束管。

（2）制备混凝土及钢筋笼

1）按照如下配比制备灌注用混凝土，P.O 52.5硅酸盐水泥（掺量488kg/m3）；细骨料砂子（掺量767kg/m3）；粗骨料为5~20mm的级配碎石（掺量1051kg/m3）；水（掺量185kg/m3）；聚羧酸高效减水剂（掺量10kg/m3）。采用强制式混凝土搅拌机搅拌制备混凝土拌和物，搅拌后预留三个150*150*150mm的立方体试块，试块与试件养护条件相同，于试件试验当日试压。试验时混凝土龄期均超过40天。如下表1.1所示

表1.1 混凝土材料性能表

2）钢筋笼的制备按照现有灌注桩钢筋笼设计规范制作满足要求适合抗侵蚀约束管尺寸的钢筋笼。

（3）用于地下氯盐侵蚀环境的约束管灌注桩测试件的制备

1）将约束管的底端用加固胶粘接10mm厚的钢板堵孔。

2）将约束管竖直，安置好钢筋笼后将混凝土自上口灌入，同时用插入式振捣器振捣密实，注意不要触碰钢筋笼，待灌满后将管口混凝土抹平，自然养护28天。

3）养护结束后用高强水泥砂浆将上端的混凝土表面与约束管抹平，然后再用加固胶粘接10mm厚的钢板作为盖板用以模拟实际工程中的桩顶构造。

实际工作中，将约束管置入地下后，置入钢筋笼，将混凝土自约束管上口灌入，同时用插入式振捣器振捣密实，注意不要触碰钢筋笼，待灌满后将管口混凝土抹平，自然养护28天。

2. 用于地下氯盐侵蚀环境的约束管灌注桩抗侵蚀及承载力性能测试

（1）承载能力测试

将制得的一组桩体进行轴压试验，该实验在中国矿业大学工程结构试验中心万能压力试验机上进行，上、下柱端采用刀口绞加载。试验前，用打磨机将其顶端打磨平整。试验时对其全程进行了观测。受荷初期，结构的变形和应变都较小，且与荷载成线性变化关系，未有肉眼可见变形。随着荷载不断加大，试件上部一侧板面出现突鼓，逐渐拓展到其他侧面，突鼓逐渐加大，最后钢管圆弧与矩形交界处焊缝上部开裂，停止加载。测得加载的最大值Nmax，经测试测得其抗压承载力为81.25Mpa。满足当前桩体承载力设计要求。

（2）抗氯盐侵蚀性能测试

将制得的一组桩体上下钢板与约束管体粘接缝隙及钢板表面处用石蜡进行密封处理，然后将其分别浸入含有质量分数5%的氯化钠及质量分数5%的氯化镁溶液中自然条件下浸泡。360天后取出试件烘干进行轴压测试，经测其强度损失低于5%。满足地下混凝土结构施工要求的耐久性能。

由本实例的用于地下氯盐侵蚀环境的约束管灌注桩可判定其抗氯盐侵蚀性能及承载能力满足当前行业及市场需要。本产品承载能力高且抗氯盐侵蚀性能好，经久耐用，经济价值高。

实施例2.与实施例1基本相同，所不同的是：纤维掺量占水泥的8%，聚合物乳液占粉体材料的15%、减水剂掺量占粉体材料的2%，水灰比0.40。

有机纤维采用聚丙烯腈纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维或聚甲醛纤维，性能上没有实质性区别。聚合物乳液采用丁苯胶乳、丙烯酸酯乳液、醋酸乙烯乳液或乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液。减水剂采用聚羧酸、萘系或脂肪族高效减水剂。

实施例3.与实施例1基本相同，所不同的是：纤维掺量占水泥的5%，聚合物乳液占粉体材料的5%、减水剂掺量占粉体材料的1.5%，水灰比0.25。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，上述说明书和实施例中描述的只是本发明的原理及按照本发明原理设计的一个具体事例，在任何不脱离本发明精神和范围前提下的变化和修改，都应属于本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种适用于地下氯盐侵蚀环境的约束管灌注桩，包括约束管，所述约束管内套装钢筋笼并灌注混凝土；其特征在于：所述约束管为纤维增强水泥基复合材料约束管；所述纤维增强水泥基复合材料为水泥中掺入有机纤维复合而成，有机纤维掺量占水泥的质量百分比3-8%。

2.根据权利要求1所述适用于地下氯盐侵蚀环境的约束管灌注桩，其特征是：所述的水泥为强度等级不低于52.5的硅酸盐系列水泥；所述的有机纤维为聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、超高分子量聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维或聚甲醛纤维。

3.一种制备权利要求1或2所述的适用于地下氯盐侵蚀性环境的约束管灌注桩的方法，其步骤是：

步骤1.按照所述原料配比配置纤维增强水泥基复合材料浆体

按照纤维掺量占水泥的质量百分比3-8%的配比，制备粉体材料；加入占粉体材料的质量百分比5-15%的聚合物乳液和占粉体材料的质量百分比1-2%的减水剂掺量，按照水灰比0.25-0.40加入水；搅拌，制得纤维增强水泥基复合材料浆体；

步骤2.将制得的纤维增强水泥基复合材料浆体，离心成型制作纤维增强水泥基复合材料约束管；

步骤3.在施工现场将纤维增强水泥基复合材料约束管固定就位后，向纤维增强水泥基复合材料约束管内部安置钢筋笼及灌注混凝土，经养护硬化后，即得适用于地下氯盐侵蚀环境的约束管灌注桩。

4.根据权利要求3所述制备权利要求1或2所述的适用于地下氯盐侵蚀性环境的约束管灌注桩的方法，其特征是：所述的聚合物乳液为非反应型丁苯胶乳、丙烯酸酯乳液、醋酸乙烯乳液或乙烯-醋酸乙烯共聚物乳液。

5.根据权利要求3所述制备权利要求1或2所述的适用于地下氯盐侵蚀性环境的约束管灌注桩的方法，其特征是：所述的高效减水剂为聚羧酸、萘系或脂肪族高效减水剂。