CN110372304A - 一种免压蒸phc管桩混凝土 - Google Patents

一种免压蒸phc管桩混凝土 Download PDF

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Abstract

一种免压蒸PHC管桩混凝土，属于混凝土材料技术领域，其由胶凝主料、胶凝辅料、细集料、粗集料、掺合料、膨胀剂、粘合剂、减水剂、蓄水剂组成，特别是其中采用三乙醇胺、硫酸锂、亚硝酸盐、磷酸、一氧化铜粉、氢氧化铝作为胶凝辅料，采用酒石酸、硅酸钠、硫铝酸钙、氧化镁、氧化钙和硬石膏作为膨胀剂，采用羟丙甲纤维素作为蓄水剂，该混凝土所生产的PHC管桩在常温免压蒸条件下工作性能好，大大降低了混凝土含气量，可以降低收缩幅度，避免裂痕产生；早强进度提前，后期抗压强度增加速度更快；耐久性和相对动弹性模量值也有很大提高，抗冻抗裂性能强，大量次循环冻融后没有丝毫细微裂缝；还可以降低成本，减少环境污染。

Description

一种免压蒸PHC管桩混凝土
技术领域
本发明涉及混凝土材料技术领域，具体涉及免压蒸PHC管桩混凝土。
背景技术
预应力高强混凝土管桩(以下简称PHC管桩)采用离心成型工艺，混凝土强度等级不低于C80级。为了达到混凝土高强度等级，通常采用高强度等级的水泥、高效减水剂、良好级配的砂石料，同时为了提高混凝土的耐久性和降低混凝土的制造成本，通常还会在混凝土中掺加掺合料，包括矿粉、磨细砂等。
PHC管桩生产过程中采用常压蒸养或高压蒸养，常压蒸养工艺目的是加快混凝土早期水化进程，提高模板的周转；在常压蒸养护过程中，混凝土内部硅酸钙的水热合成反应能增加和改变胶凝材料水化产物，从而提高混凝土的强度，因此压蒸工艺对PHC管桩的各项物理性能有着重要影响。高压蒸养需在蒸汽压力0.95～1.0MPa和温度170～180℃的条件下进行蒸压养护，其工艺一般是：混凝土浇筑好后静停1小时→升温2小时到80℃—90℃→恒温3小时→脱模→进高压釜升温2.5小时到180℃→恒温6.5小时→出釜→场地冷却存放。在实际生产和使用过程中发现，其带来的主要弊端表现在：(1)使混凝土内部孔隙增大，降低PHC管桩对氯离子渗透的抵抗力；(2)混凝土脆性变大，影响了PHC管桩的耐打性；(3) 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；(4)生产工艺比较复杂，有一定的安全隐患；(5)消耗大量的能源，提高了管桩的生产成本。
因此，研发适合于免蒸汽养护生产PHC管桩用混凝土，是当前迫切需要研究和解决的问题。专利文献CN 105174874 A公开了一种PHC 管桩混凝土及其免压蒸养护方法，该方法采用高强度性能的矿物外加剂—S115矿粉替代部分水泥，采用了矿物掺和料，具有早期强度更高，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，但是该种混凝土制备的管桩在半年内多有出现细微裂缝的情况。
专利文献CN 105837117 A公开了一种免压蒸PHC管桩混凝土，其包括：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。该混凝土用于制备PHC管柱，可以在常温条件下并能在较短的时间内达到免压蒸PHC管桩脱模强度和C80混凝土的强度要求；但是该混凝土制备的管桩从夏天到冬天，多数有细微裂缝产生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述技术问题，提供一种免压蒸PHC管桩混凝土，并使该混凝土制备的PHC管桩可以在常温养护条件下达到免压蒸PHC管桩脱模强度和C80混凝土的强度要求，且避免长期使用后产生裂缝。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是一种免压蒸PHC管桩混凝土，其特征在于各组分及其重量比如下。
⑴胶凝主料：硅酸盐水泥300-450份；所述硅酸盐水泥最好是强度等级为52.5的Ⅱ型早强型硅酸盐水泥。
⑵胶凝辅料：磷酸0.1-0.2份、一氧化铜粉0.2-0.4份、氢氧化铝0.2-0.4份、三乙醇胺0.3-0.5份、亚硝酸盐 1-3份、硫酸锂3-5份、陶瓷微粉 3-5份、石英砂2-4份。
⑶细集料：细度模数2.5～3.5的细骨料630-750份；粒径小于5mm的砂料称为细集料，包括河砂、山砂或淡化海砂，也可以是人工砂；最好是所述细集料的含泥量小于1wt%，石粉含量小于5wt%。
⑷粗集料：级配为15～25mm的粗骨料1100-1200份，最好是花岗岩或玄武岩碎石，针片状含量少于10wt％，碎石的含泥量小于0.2wt%，硫化物及硫酸盐含量小于5wt%。
⑸掺合料：粒化高炉矿渣粉50-110份、粉煤灰微珠30-80份、硅灰30-80份；所述粒化高炉矿渣粉最好是等级为S115级的粒化高炉矿渣粉；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％。
⑹膨胀剂：酒石酸2-4份、硅酸钠4-6份、硫铝酸钙4-6份、氧化镁5-7份、氧化钙5-7份、硬石膏18-22份。
⑺粘合剂：除氯自来水，最好是去离子水120-150份。
⑻减水剂：聚羧酸减水剂5-7份。
⑼蓄水剂：羟丙甲纤维素15-20份。
本方案采用三乙醇胺、硫酸锂、亚硝酸盐、磷酸、一氧化铜粉、氢氧化铝作为胶凝辅料，可以加快水化保护膜破裂，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，可提高混凝土早期强度，改善和提高混凝土的流动性，提高水泥中C3S和C2S的低温水化能力；亚硝酸盐还可以克服混凝土中碱集料反应以及电化学腐蚀的缺陷，改进混凝土的物理力学性能和耐久性；采用陶瓷微粉和石英砂，陶瓷微粉具有良好的分散性和悬浮性，将石英砂和陶瓷微粉混合可很好的拓宽陶瓷微粉的粒度范围，弥补水泥颗粒较粗造成的粒度范围缺失，可更好的发挥陶瓷微粉的物理填充作用；同时，陶瓷微粉可促进水泥的初始水化和后期强度的稳步增长。
本方案采用酒石酸、硅酸钠、硫铝酸钙、氧化镁、氧化钙和硬石膏作为膨胀剂，以氧化镁、氧化钙作为膨胀源，协同硫酸铝钙和硬石膏可提高补偿能力，结合酒石酸、硅酸钠和硫酸锂可以提高早起强度和后期强度；采用聚羧酸高效减水剂，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；采用羟丙甲纤维素，可以吸收水分，保持羟丙甲纤维素在管桩内的体积，在干燥过程中放慢水分释放，使得管桩在气温下降及水分释放过程中收缩放缓，使收缩速度与膨胀速度趋向一致，在最终硬化后仍能保持吸水时的体积，达到补偿原料组分的沉降收缩效果，从而避免出现裂缝。
PHC管桩的制备方法包括以下步骤。
⑴原料称取、按照质量分数称取所有的原材料。
⑵将胶凝主料、胶凝辅料、细集料、投入到搅拌机内，进行搅拌直至均匀。
⑶将粘合剂总量的70%～80%投入到搅拌机内，进行搅拌直至均匀。
⑷投入参合料，进行搅拌直至均匀。
⑸投入粗集料，进行搅拌直至均匀。
⑹投入膨胀剂。
⑺投入减水剂、蓄水剂和剩余的20%～30%粘合剂，进行搅拌直至均匀。
⑻然后对混凝土内控坍落度进行检测；对符合要求的进入下一步。
⑼将混凝土均匀的装入PHC管模内，经张拉、离心成型后，进行养护，养护温度为10-35℃，养护湿度大于95％，保持湿度养护10-30天。
如需加快水泥水化，并使混凝土快速凝结，可采用常压蒸气养护，具体方法是，将步骤⑼采用常压蒸气养护，即在离心成型后进行养护时，首先静停1-1.5小时，然后用2小时的时间匀速升温至80-90℃，并在此温度条件下用蒸气养护，其蒸气养护时间为。
t=180分钟×（1+h/6000）×（1+d/90）÷(w/80)。
其中：t为时间，h为海拔高度，当海拔高度小于1或小于0时均按1计算，d为纬度，当纬度小于1时按1计算，w为温度。
蒸气养护后再自然常温养护3-7天，然后脱模，放入场地存放。
本发明的有益效果是采用本技术方案所生产的PHC管桩在常温免压蒸条件下工作性能更好，大大降低了混凝土含气量，可以降低收缩幅度，避免裂痕产生；早强进度提前，后期强度增加速度更快；耐久性也得到了大大提高，相对动弹性模量值也有了提高，特别是抗冻抗裂性能很强，大量次循环冻融后没有丝毫细微裂缝；本方法还可降低总养护煤耗，降低生产成本，减少烟气的排放，减少环境污染。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例所采用的材料。
⑴胶凝主料：强度等级为52.5的Ⅱ型早强型硅酸盐水泥。
⑵胶凝辅料：磷酸、一氧化铜粉、氢氧化铝、三乙醇胺、亚硝酸盐、硫酸锂、陶瓷微粉、石英砂等均从建材市场购买。
⑶细集料：细度模数2.5～3.5的细骨料；本处采用人工砂，该人工砂的含泥量小于1wt%，石粉含量小于5wt%。
⑷粗集料：级配为15～25mm的粗骨料，本处采用花岗岩碎石，其针片状含量少于10wt％，碎石的含泥量小于0.2wt%，硫化物及硫酸盐含量小于5wt%。
⑸掺合料：粒化高炉矿渣粉、粉煤灰微珠、硅灰；所述粒化高炉矿渣粉为S115级粒化高炉矿渣粉；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％。
⑹膨胀剂：酒石酸、硅酸钠、硫铝酸钙、氧化镁、氧化钙、硬石膏等均从建材市场购买。
⑺粘合剂：除氯自来水，将自来水注入水池敞开自然放置2-3天得到除氯自来水。
⑻减水剂：聚羧酸减水剂为早强型聚羧酸高效减水剂，从建材市场购得。
⑼蓄水剂：羟丙甲纤维素从山东创耀生物科技有限公司购得。
实施例共进行了5种材料配比并与现有技术两种材料配比进行了对照试验。
各个实施例混凝土配合比如下表1所示。所用材料均以kg为单位。
。
上述实施例1-5均采用常温常压进行养护，按照如下步骤制备。
⑴原料称取、按照质量分数称取所有的原材料。
⑵将胶凝主料、胶凝辅料、细集料、投入到搅拌机内，进行搅拌直至均匀。
⑶将粘合剂总量的70%～80%投入到搅拌机内，进行搅拌直至均匀。
⑷投入参合料，进行搅拌直至均匀。
⑸投入粗集料，进行搅拌直至均匀。
⑹投入膨胀剂。
⑺投入减水剂、蓄水剂和剩余的20%～30%粘合剂，进行搅拌直至均匀。
⑻然后对混凝土内控坍落度进行检测。
⑼将混凝土均匀的装入PHC管模内，经张拉、离心成型后进行常压养护，养护温度为10-35℃，养护湿度大于95％，保持湿度养护28天。
上述实施例6-7均采用常压蒸气进行养护，即在上述步骤⑼中在离心成型后进行养护时，首先静停105分钟，然后用120分钟的时间匀速升温至80-90℃，并在此温度条件下用蒸气养护，其蒸气养护时间为。
t=180分钟×（1+h/6000）×（1+d/90）÷(w/80)。
其中：t为时间，h为养护地点的海拔高度，当海拔高度小于1或小于0时均按1计算，d为纬度，当纬度小于1时按1计算，w为温度。
本公司所在试验场海拔约h=301米，纬度约d=29.3度，采用85℃进行养护，故养护时间为t=180×（1+301/6000）×（1+29.3/90）÷(85/80)≈237分钟。
即蒸气养护237分钟后再自然常温养护7天。
上述对照例1-2按照常规混凝土制备方法制备，即将各原材料投入搅拌机内混匀，再加入水和减水剂混匀，然后对混凝土内控坍落度进行检测，再将混凝土均匀的装入PHC管模内，经张拉、离心成型后，进行常压养护，养护温度为18-22℃，养护湿度大于95％，保持湿度养护28天。
混凝土性能试验。
试验方法：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。
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。
混凝土工作性测试结果如表2所示。测试结果表明，本方案实施例和对照例的坍落度均满足PHC管桩生产要求，但本发明实施例的混凝土含气量更低，表观密度更大。本发明各个实施例的平均含气量为0.63%，对照实施例的平均含气量为1.15%，说明本发明实施例的混凝土含气量降低了45.3%，这样可以大大降低收缩幅度，避免裂痕产生。
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，本方案实施例和对照例的混凝土18小时均超过45MPa脱模强度，3天均可满足PHC管桩80MPa出厂要求。同时，混凝土后期强度不断增加，28天强度均超过100MPa。在常压蒸养条件下，本方案实施例6、7的混凝土5小时即在静养和蒸养后，强度均超过了50MPa，3天强度均达到了98MPa，7天强度均达到了110MPa。本方案早强进度提前，后期强度增加速度更快。各实施例的28天强度值更大，本发明各个常温实施例的28天的平均强度为115.08 MPa，对照实施例的28天的平均强度为105.05 MPa，说明本发明实施例的混凝土抗压强度高9.5%。常温蒸气实施例的28天平均强度为118.6 MPa，抗压强度更高。
。
混凝土的电通量和扩散系数如表4所示。测试结果表明，本方案实施例1-7的混凝土56天电通量均小于105C，84天扩散系数均为0.1×10-12m2/s；对照实施例1、2的混凝土56天电通量均大于110C，84天扩散系数均为0.3×10-12m2/s；说明本方案各个实施例的混凝土耐久性均高于对照实施例。
。
混凝土养护28天的抗冻抗裂性如表5所述，测试结果表面，本方案实施例和对照例的混凝土400次循环冻融相对动弹性模量值较高，质量损失率均为0，但对照例有多个细微裂缝，细微裂缝宽度均小于0.2mm，而本方案各个实施例均没有发现细微裂缝。
可见，采用本技术方案所生产的PHC管桩在常温免压蒸条件下工作性能好，常压蒸气养护条件下工作性能更好，可以提早达到45MPa脱模强度，常温常压下3天即可达到C80的出厂抗压强度，与现有技术相比，其抗压强度增加速度更快，耐久性更高，并且长期循环冻融无裂缝。

Claims (7)

1.一种免压蒸PHC管桩混凝土，其特征在于各组分及其重量比为：
⑴胶凝主料：硅酸盐水泥300-450份；
⑵胶凝辅料：磷酸0.1-0.2份、一氧化铜粉0.2-0.4份、氢氧化铝0.2-0.4份、三乙醇胺0.3-0.5份、亚硝酸盐 1-3份、硫酸锂3-5份、陶瓷微粉 3-5份、石英砂2-4份；
⑶细集料：细度模数2.5～3.5的细骨料630-750份；
⑷粗集料：级配为15～25mm的粗骨料1100-1200份；
⑸掺合料：粒化高炉矿渣粉50-110份、粉煤灰微珠30-80份、硅灰30-80份；
⑹膨胀剂：酒石酸2-4份、硅酸钠4-6份、硫铝酸钙4-6份、氧化镁5-7份、氧化钙5-7份、硬石膏18-22份；
⑺粘合剂：除氯自来水120-150份；
⑻减水剂：聚羧酸减水剂5-7份；
⑼蓄水剂：羟丙甲纤维素15-20份。
2.根据权利要求1所述的免压蒸PHC管桩混凝土，其特征在于所述细集料是人工砂，其含泥量小于1wt%，石粉含量小于5wt%。
3.根据权利要求1所述的免压蒸PHC管桩混凝土，其特征在于所述粗集料是花岗岩碎石，其针片状含量少于10wt％，碎石的含泥量小于0.2wt%，硫化物及硫酸盐含量小于5wt%。
4.根据权利要求1所述的免压蒸PHC管桩混凝土，其特征在于所述粒化高炉矿渣粉是等级为S115级的粒化高炉矿渣粉；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％。
5.根据权利要求1所述的免压蒸PHC管桩混凝土，其特征在于所述粘合剂可以是去离子水。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的免压蒸PHC管桩混凝土，其特征在于采用该混凝土制备免压蒸PHC管桩的方法包括以下步骤：
⑴原料称取、按照质量分数称取所有的原材料；
⑵将胶凝主料、胶凝辅料、细集料、投入到搅拌机内，进行搅拌直至均匀；
⑶将粘合剂总量的70%～80%投入到搅拌机内，进行搅拌直至均匀；
⑷投入参合料，进行搅拌直至均匀；
⑸投入粗集料，进行搅拌直至均匀；
⑹投入膨胀剂；
⑺投入减水剂、蓄水剂和剩余的20%～30%粘合剂，进行搅拌直至均匀；
⑻然后对混凝土内控坍落度进行检测；
⑼将混凝土均匀的装入PHC管模内，经张拉、离心成型后进行养护，养护温度为10-35℃，养护湿度大于95％，保持湿度养护10-30天。
7.根据权利要求6所述的免压蒸PHC管桩混凝土，其特征在于步骤⑼采用常压蒸气养护，养护时，首先静停1-1.5小时，然后用2小时的时间匀速升温至80-90℃，在此温度条件下用蒸气养护，其蒸气养护时间为：
t=150分钟×（1+h/6000）×（1+d/90）÷(w/80)；
其中t为时间，h为海拔高度，d为纬度，w为温度；
蒸气养护后再自然常温养护3-7天。
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