CN108487241B - 一种用于氯盐侵蚀环境的预应力管桩的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于氯盐侵蚀环境的预应力管桩及其制备方法，属于土木工程材料制造领域。在管体外部形成一定厚度的抗氯离子渗透的纤维增强水泥基复合材料保护层，将内部承载的钢筋混凝土管体与外界侵蚀环境隔绝开。并在施工现场待其沉桩后，向管径内注满泡沫混凝土，从而避免地下水的渗入对管体内壁造成直接破坏，从而增加桩体在氯盐侵蚀环境中的使用寿命。本发明施工工艺简便，可工业化高效生产，管体成型品质高，经久耐用，能够满足各类氯盐侵蚀环境中对桩体耐久性能的要求。

Description

一种用于氯盐侵蚀环境的预应力管桩的制备方法

技术领域

本发明涉及一种预应力管桩，具体说是一种用于氯盐侵蚀环境的预应力管桩，属于土木工程桩基技术领域。

背景技术

桩基由于其能够克服不良地质条件的影响并提供较高承载能力，已经在当今各类工程中广泛应用。其中管桩作为一类重要的桩基形式，由于其低水灰比离心成型、内含预应力钢筋笼及工业化控制生产等特点，其桩体成型品质好，强度高，且施工方便快捷能够满足各类工程地质承载力的需要。随着我国经济建设的快速发展，城镇化和沿海大开发的不断推进，管桩的需求量巨大，据相关资料的不完全统计，至2007年底，我国管桩的年生产量近2.5亿米，产值达 300多亿元人民币；到 2011 年底，我国已有 500 多家管桩生产企业，年产量超过3.5亿米，成为世界上管桩产量最高的国家。

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。

由此，《工业建筑防腐蚀设计规范》GB50046-2008规定，由于管桩存在预应力钢筋对腐蚀敏感和管壁较薄的问题，SO₄ ^2-和Cl-均为强腐蚀介质，硫酸盐侵蚀环境下预应力混凝土管桩不应采用，氯盐侵蚀环境下预应力混凝土管桩不易采用。规范的限定无疑给管桩行业的发展带来了危机，也迫切要求设计出更加符合行业要求的桩型来服务于建筑行业的发展。

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，提出了一种用于氯盐侵蚀环境的预应力管桩。

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。如果在管桩表面加上聚合物改性水泥基材料保护层外壁，则可以大幅提高管桩的抗氯离子渗透能力，从而将管桩应用到氯盐侵蚀环境中。

基于上述思路，本发明用于氯盐侵蚀环境的预应力管桩的基本结构：该管桩利用二次离心工艺生产，首次离心成型抗氯离子渗透保护层外壁，主要发挥隔离围护作用，二次离心成型钢筋混凝土管体，主要发挥受力承载作用。利用首次成型的抗氯离子渗透保护层外壁将内部承载管体与外界侵蚀环境隔绝开，避免了在侵蚀环境中内部承载管体结构完整性的破坏及各项性能的衰退。

本发明实现发明目的的技术方案是：用于氯盐侵蚀环境的预应力管桩，包括管体，所述管体为双层管体，其内层为钢筋混凝土管层，外层为纤维增强水泥基复合材料保护层。管体内灌注泡沫混凝土。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。

本发明用于氯盐侵蚀环境的预应力管桩的制备方法，其步骤如下：

步骤1. 制备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%组分配比准备粉体材料，再加入占粉体材料质量百分比5-15%的聚合物乳液、占粉体材料质量百分比1-2%的减水剂掺量，按水灰比（水与粉体材料质量比）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.在离心浇铸模具内放置钢筋笼。

步骤3.离心制备保护层外壁（第一次离心成型）。

使用纤维增强水泥基复合材料浆体布料，按照现有管桩离心成型工艺，离心成型保护层，带模养护至设定时间。

步骤3. 混凝土管体的成型（二次离心成型）

向保护层内进行管体混凝土拌和物的布料，然后按照现有预应力管桩的施工工艺张拉预应力筋，再一次离心成型，并进行养护，即制得带有纤维增强水泥基复合材料保护层的钢筋混凝土管体。

步骤4.填芯保护

在施工现场待管体沉桩后向管内注满泡沫混凝土，待其硬化后即得本发明用于氯盐侵蚀环境的预应力管桩。

在施工现场沉桩后，向管内注满泡沫混凝土，该部分泡沫混凝土不承受荷载，主要发挥填充作用以避免含有侵蚀性介质的地下水通过管桩连接处渗入管内，对管体内部直接产生侵蚀破坏。

本发明管桩其抗侵蚀性能的大小与首次离心成型的保护层性能密切相关，具体表征为：随着保护层（材料）抗氯离子渗透能力的增大、保护层厚度的增大，管桩的抗侵蚀性能越强。实际工程中可根据具体氯盐侵蚀环境侵蚀程度的大小进行材料及保护层厚度的合理调整设计。

合理控制两次离心的时间间隔，在首次离心成型的保护层外壁初凝并达到一定强度后，方可继续喂料进行二次离心成型，具体强度数值应以保证在二次离心成型过程中管桩外壁不被损坏为依据进行合理安排设计。从而满足在不对保护层产生损伤的基础上最大程度地使首次成型的保护层与二次成型的管体紧密连接。

本发明用于氯盐侵蚀环境的管桩具有以下有益效果：

（1）抗氯盐侵蚀能力高，经久耐用。

本发明产品的保护层外壁结构采用高抗氯离子渗透的纤维增强水泥基复合材料制备而成。通过首次离心成型的外壁结构，使得内部承载的钢筋混凝土结构免受外部侵蚀性因素的干扰。同时管内灌注泡沫混凝土，防止地下水的侵入对管桩内壁产生侵蚀。二者共同作用使得桩体承载能力稳定，各项性能不发生衰退，满足在氯盐侵蚀环境下对桩体耐久性能的要求。经初步测试能够满足地下混凝土结构施工要求的抗氯盐侵蚀性能。

（2）能够满足不同氯盐侵蚀程度的地下环境。

根据地下环境氯离子含量的不同，可以通过合理设计首次离心成型的保护层壁厚来满足地下不同程度的侵蚀环境对桩体耐久性的要求。即地下环境中氯离子浓度越大，侵蚀破坏性越强，首次离心成型的保护层就应越厚。

（3）结构组合形式合理，承载能力高

首次离心成型的保护层及填充泡沫混凝土除发挥隔离保护作用外，同时还对预应力钢筋混凝土管体产生侧向约束作用，使得管体在承压时其力学性能能够更好地发挥，经测试本发明管桩力学承载力明显高于同等预应力管桩。

（4）生产效率高，质优价廉

本发明适用于大规模工业化、机械化生产，生产效率高，成型品质高，且施工便捷，耐久性能好，经久耐用，经济价值高。

本发明是结合当前市场常用的桩基抗侵蚀特点并引入聚合物改进材料对现有管桩进行了较大程度的改进，生产出一种具有外壁隔离保护功能的抗氯盐侵蚀的预应力管桩。利用首次离心成型的抗氯离子渗透聚合物改性水泥基材料保护层外壁将二次离心成型的承载预应力钢筋混凝土管体与外界侵蚀环境分隔开，保护内部承载管体免受外界不良因素的干扰，尤其是免受氯离子对管体的侵蚀破坏。内部填充泡沫混凝土则是对其桩体的进一步保护，当管桩位于地下水位下时，带有侵蚀性介质的地下水会通过桩体连接处渗入管内，对管体内部产生侵蚀危害，因此通过向管桩内部填充泡沫混凝土使得地下水难以直接对管体内壁产生侵害。通过对承载管体的内外全面保护措施使得本发明桩体在更为恶劣的地下侵蚀环境中依然适用。同时本发明中作为承载的预应力钢筋混凝土管体还受到侧向约束作用，在承压时其力学性能能够的到更好的发挥。本发明完全可以适用于各类氯盐侵蚀环境中的，且经久耐用，且承载能力高，方便工厂化高效生产。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明。

实施例1. 用于氯盐侵蚀环境的预应力管桩，钢筋混凝土管体内灌注泡沫混凝土。所述钢筋混凝土管体外表面裹附保护层。该保护层采用纤维增强水泥基复合材料。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5%。

所述的水泥采用强度等级不低于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中的一种或多种。

该用于氯盐侵蚀环境的预应力管桩的制备方法过程如下：

步骤1. 制备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5%组分配比准备粉体材料，再加入占粉体材料质量百分比10%的聚合物乳液、占粉体材料质量百分比1.5%的减水剂掺量，按水灰比（水与粉体材料质量比）0.30加入水，搅拌制得纤维增强水泥基复合材料浆体。

步骤2.在离心浇铸模具内放置钢筋笼。

步骤3.离心制备保护层外壁（第一次离心成型）。

使用纤维增强水泥基复合材料浆体布料，按照现有管桩离心成型工艺，离心成型保护层，带模养护至设定时间。

步骤3. 混凝土管体的成型（二次离心成型）

向保护层内进行管体混凝土拌和物的布料，然后按照现有预应力管桩的施工工艺张拉预应力筋，再一次离心成型，并进行养护，即制得带有纤维增强水泥基复合材料保护层的钢筋混凝土管体。

步骤4.填芯保护

在施工现场待管体沉桩后向管内注满泡沫混凝土，待其硬化后即得本发明用于氯盐侵蚀环境的预应力管桩。

实施例2.与实施例1基本相同，所不同的是：纤维掺量占水泥的质量百分比为3%，加入的聚合物乳液占粉体材料质量百分比为5%、减水剂掺量占粉体材料质量百分比为1%，水灰比（水与粉体材料质量比0.25。

实施例3.与实施例1基本相同，所不同的是：纤维掺量占水泥的质量百分比为8%，加入的聚合物乳液占粉体材料质量百分比为15%、减水剂掺量占粉体材料质量百分比为2%，水灰比（水与粉体材料质量比0.40。

Claims (1)

1.一种用于氯盐侵蚀环境的预应力管桩的制备方法，所述预应力管桩为双层管体，内层为钢筋混凝土管层，外层为纤维增强水泥基复合材料保护层；管体内灌注泡沫混凝土；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，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、聚酯纤维或聚甲醛纤维；

制备步骤如下：

步骤1. 制备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%组分配比准备粉体材料，再加入占粉体材料质量百分比5-15%的聚合物乳液、占粉体材料质量百分比1-2%的减水剂掺量，按水灰比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.在离心浇铸模具内放置钢筋笼；

步骤3.离心制备保护层外壁

使用纤维增强水泥基复合材料浆体布料，离心成型保护层，带模养护至设定时间；

步骤4. 混凝土管体的成型

向保护层内进行管体混凝土拌和物的布料，然后张拉预应力筋，离心成型钢筋混凝土管体，并进行养护，即制得带有纤维增强水泥基复合材料保护层的钢筋混凝土管体；

步骤5.填芯保护

在施工现场待管体沉桩后向管内注满泡沫混凝土，待其硬化后即得用于氯盐侵蚀环境的预应力管桩。