CN110550916A - 一种耐腐蚀phc管桩及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀PHC管桩及其制备方法。按重量份计，混凝土制备原料包括水泥280‑340份、石365‑425份、砂420‑480份、钢渣粉250‑300份、改性空心玻璃微珠15‑20份、水140‑165份、减水剂1.5‑2.5份、粉煤灰75‑85份、可再分散乳胶粉32‑40份、无水硅酸铝5.5‑10份、阴离子表面活性剂2‑5.5份、氢氧化钠15‑20份；采用硅烷偶联剂对空心玻璃微珠进行改性，获得改性空心玻璃微珠；钢渣经粉磨获得钢渣粉，粉磨期间，加入钢渣质量的0.7‑1.3%的复合助磨剂；按重量份计，复合助磨剂包括三乙醇胺3‑5.5份、元明粉1.5‑3份、胶体石墨粉1‑2份。上述耐腐蚀PHC管桩的制备包括：配制混凝土；混凝土成型；保温养护。本发明的耐腐蚀PHC管桩同时具有高耐腐蚀性和高强度的特点。

Description

一种耐腐蚀PHC管桩及其制备方法

技术领域

本发明涉及管桩的技术领域，特别涉及一种耐腐蚀PHC管桩及其制备方法。

背景技术

受海水倒灌、浸渍等的影响，沿海地区的盐渍土中含有较多的盐分，主要是钾、钠、镁、钙的氯盐、硫酸盐和碳酸盐。这些盐分对目前使用的基于硅酸盐系列水泥的混凝土产生较为严重的腐蚀，从而对采用现有的基于硅酸盐系列水泥制成的混凝土结构的耐久性构成严重威胁。

PHC管桩，即预应力高强度混凝土管桩，是常用建(构)筑物的基础形式。但是目前所使用的PHC管桩的耐腐蚀性不甚理想，严重限制了其在盐渍土地区中的应用。因此，迫切需要开发新的耐腐蚀性佳的PHC管桩，以满足盐渍土地区的工程需要。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的一在于：提供一种耐腐蚀PHC管桩，以达到提高耐腐蚀性的效果。

本发明的第一个目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种耐腐蚀PHC管桩，按重量份计，所采用的混凝土的制备原料包括有以下组分：

水泥280-340份、石365-425份、砂420-480份、钢渣粉250-300份、改性空心玻璃微珠15-20份、水140-165份、减水剂1.5-2.5份、粉煤灰75-85份、可再分散乳胶粉32-40份、无水硅酸铝5.5-10份、阴离子表面活性剂2-5.5份、氢氧化钠15-20份；

所述改性空心玻璃微珠的制备方法包括有以下步骤：采用硅烷偶联剂对空心玻璃微珠进行改性；

所述钢渣粉的制备方法包括有以下步骤：将钢渣经粉磨处理获得钢渣粉，粉磨处理期间，加入复合助磨剂，复合助磨剂的质量占钢渣质量的0.7-1.3％；按重量份计，复合助磨剂包括三乙醇胺3-5.5份、元明粉1.5-3份、胶体石墨粉1-2份。

通过采用上述方案，本发明在制备PHC管桩的混凝土组分中加入了改性空心玻璃微珠。空心玻璃微珠属于一种尺寸微小的空心玻璃球体。改性空心玻璃微珠的加入能够改善混凝土的流动性，从而改善混凝土的和易性，降低用水量，由此减少混凝土凝固过程中由于水分蒸发留下的空洞的数量，由此提高混凝土的密实度，不仅能够提高混凝土的强度，而且还能提高混凝土阻隔外界腐蚀介质进入PHC管桩及在PHC管桩中内迁的能力，由此大幅提高PHC管桩的耐腐蚀性能。

然而，空心玻璃微珠的加入对PHC管桩混凝土的强度产生了不良影响，为此，本发明首先通过硅烷偶联剂对空心玻璃微珠的表面进行改性处理。空心玻璃微珠的主要化学成分包括二氧化硅、氧化铝，硅烷偶联剂的作用使得空心玻璃微珠表面的二氧化硅、氧化铝成分被活化，形成活性二氧化硅、活性氧化铝。本发明的PHC管桩混凝土在凝固过程中，氢氧化钠与水泥中的硫酸钙反应生成氢氧化钙，氢氧化钙能与改性空心玻璃微珠表面的活性二氧化硅和活性氧化铝反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，不仅能够加快混凝土的硬化、增加混凝土的强度，而且还能提高改性空心玻璃微珠与混凝土基体之间的联结性能，由此改善改性空心玻璃微珠表面的界面强度。由此，在获得高耐腐蚀性PHC管桩混凝土的前提下，改善PHC管桩混凝土的强度。

为了进一步提高PHC管桩混凝土的强度，本发明在PHC管桩的混凝土的原料组分中加入了大量由钢渣制备而成的钢渣粉。钢渣是炼钢过程中的一种副产品，其组成成分包括生铁中的硅、锰、磷、硫等杂质在熔炼过程中氧化而成的氧化物以及这些氧化物与溶剂反应生成的盐类、炼钢过程中侵蚀下来的炉衬材料等。钢渣具有强度高、硬度高、耐磨性好、耐腐蚀等优良性能。将钢渣处理成钢渣粉加入混凝土中，能够提高混凝土的强度，使得由该种混凝土制备而成的PHC管桩具有较高的强度，有效降低PHC管桩服役期间出现裂纹等现象，避免外界腐蚀介质通过裂纹快速进入PHC管桩内部，加速PHC管桩的腐蚀。而且，钢渣作为炼钢过程中产生的大量废弃物，将其应用于PHC管桩混凝土中，能够实现钢渣的废物利用，减轻钢渣堆积带来的占用土地资源以及污染环境的现象。

上述钢渣粉磨处理期间，加入了由三乙醇胺、元明粉和胶体石墨粉组成的复合助磨剂，随着粉磨处理的进行，三乙醇胺、元明粉和胶体石墨粉附着在钢渣颗粒的表面，能够促进钢渣颗粒裂缝的成长，防止钢渣颗粒再次结合，由此加快粉磨处理的进程，同时提高钢渣粉的产率和效率。

钢渣经粉磨处理后获得的钢渣粉的颗粒表面粘附有三乙醇胺，三乙醇胺中含有极性基团，这些极性基团能够吸附在钢渣粉颗粒的表面，形成一层保护膜，有效减轻PHC管桩中钢渣粉的腐蚀。作为炼钢过程中的副产品，钢渣中含有大量的Fe³⁺，粘附在钢渣颗粒表面的三乙醇胺还能与这些Fe³⁺发生化学吸附，形成不溶性的保护性螯合膜，能够进一步减轻PHC管桩中钢渣粉的腐蚀，由此提高PHC管桩整体的耐腐蚀性。

钢渣经粉磨处理后获得的钢渣粉的颗粒表面粘附有元明粉，混凝土凝固过程中，元明粉能够加快水化产物硫铝酸钙的生成，加快水泥的水泥硬化速度，从而大幅提高钢渣粉颗粒表面的界面强度，由此提高PHC管桩的最终的强度。而钢渣粉颗粒粘附的胶体石墨粉能够提高钢渣粉表面的耐碱性，由此进一步改善钢渣粉颗粒表面的界面强度，进一步提高提高PHC管桩的最终的强度。

本发明进一步设置为：采用硅烷偶联剂对空心玻璃微珠进行改性的具体操作为：将空心玻璃微珠浸泡于体积浓度为0.5-1.5％的硅烷偶联剂的水溶液中1.5-2h，取出干燥得改性空心玻璃微珠。

本发明进一步设置为：所述空心玻璃微珠的粒径为50-150μm。

本发明进一步设置为：所述钢渣的粒径为1-10mm，钢渣经粉磨处理后获得的钢渣粉的粒径为0.2-1mm。

本发明进一步设置为：所述钢渣中，Tfe＜10.5％。

本发明进一步设置为：所述石的粒径为5-25mm，含泥量≤5％。

本发明进一步设置为：所述阴离子表面活性剂选用十二烷基苯磺酸钠。

本发明的目的二在于：提供一种上述耐腐蚀PHC管桩的制备方法，包括有以下步骤：

a，将混凝土的制备原料混合制成混凝土；

b，采用步骤a获得的混凝土，经成型获得PHC管桩半成品；

c，步骤b获得的PHC管桩半成品经保温养护获得上述耐腐蚀PHC管桩。

通过采用上述方案，本发明制备的PHC管桩能够实现免蒸养，相比于传统的高压蒸汽养护等处理方式，能够大大降低能耗，降低生产成本，提高企业利润。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明在PHC管桩混凝土中加入了改性空心玻璃微珠与钢渣粉，使得制备的PHC管桩同时具有高耐腐蚀性和高强性能；

2、本发明在PHC管桩混凝土的配方中加入了适量的经硅烷偶联剂改性处理的改性空心玻璃微珠，能够改善PHC管桩混凝土的流动性、和易性，降低用水量，减少混凝土凝固过程中由于水分蒸发留下的空洞的数量，提高混凝土的密实度，由此同时提高混凝土的耐腐蚀性能和强度；

3、本发明的PHC管桩混凝土在凝固过程中，氢氧化钠与水泥中的硫酸钙反应生成氢氧化钙，氢氧化钙与改性空心玻璃微珠表面的活性二氧化硅和活性氧化铝反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，能够加快混凝土的硬化、增加混凝土的强度，提高改性空心玻璃微珠与混凝土基体之间的界面联结性能，提高混凝土的强度；

4、本发明在PHC管桩混凝土的配方中加入了大量的钢渣粉，利用钢渣粉本身的高强特性，大幅提高了混凝土以及PHC管桩的强度；

5、大量钢渣粉的使用实现了钢渣的废物利用，有利于减轻钢渣堆积带来的占用土地资源以及污染环境的现象；

6、钢渣粉磨获得钢渣粉的过程中，加入了由三乙醇胺、元明粉和胶体石墨粉组成的复合助磨剂，能够同时提高钢渣粉的产率和效率；

7、钢渣粉颗粒表面粘附的三乙醇胺能够形成一层保护膜，而且，三乙醇胺还能与钢渣粉中的Fe³⁺发生化学吸附形成不溶性的保护性螯合膜，由此减轻钢渣粉的腐蚀，提高PHC管桩整体的耐腐蚀性；

8、钢渣粉颗粒表面粘附的元明粉能够加快水泥的水泥硬化速度，从而大幅提高钢渣粉颗粒表面的界面强度，由此提高PHC管桩的最终的强度；

9、钢渣粉颗粒粘附的胶体石墨粉能够提高钢渣粉表面的耐碱性，由此进一步改善钢渣粉颗粒表面的界面强度，进一步提高提高PHC管桩的最终的强度；

10、本发明制备的PHC管桩能够实现免蒸养，由此降低能耗，降低生产成本，提高企业利润。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细说明。

以下实施例和对比例中：

采用的水泥为强度等级为42.5R的普通硅酸盐水泥；

采用的石的粒径为5-25mm，含泥量≤5％；

采用的砂的细度模数为2.7；

采用的细沙的比表面积为400-420m²/kg；

采用的空心玻璃微珠的粒径为50-150μm；

采用的减水剂为型号为8020的聚羧酸减水剂；

采用的粉煤灰的粒径≤0.1mm；

采用的阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；

采用的硅烷偶联剂为KH560硅烷偶联剂；

采用的钢渣的理化参数如表1所示。

表1钢渣的理化参数

实施例1

一种耐腐蚀PHC管桩，按重量份计，所采用的混凝土的制备原料包括有以下组分：水泥280份、石425份、砂420份、钢渣粉300份、改性空心玻璃微珠15份、水165份、减水剂1.5份、粉煤灰85份、可再分散乳胶粉32份、无水硅酸铝10份、阴离子表面活性剂2份、氢氧化钠20份；

所述钢渣粉的制备方法包括有以下步骤：将钢渣经粉磨处理获得粒径为0.2-1mm的钢渣粉，粉磨处理期间，加入复合助磨剂，复合助磨剂的质量占钢渣质量的0.7％；按重量份计，复合助磨剂包括三乙醇胺3份、元明粉1.5份和胶体石墨粉2份；

所述改性空心玻璃微珠的制备方法包括有以下步骤：将空心玻璃微珠浸泡于体积浓度为0.5％的硅烷偶联剂的水溶液中1.5h，取出干燥得改性空心玻璃微珠；

上述耐腐蚀PHC管桩的制备方法包括有以下步骤：

a，将混凝土的制备原料混合制成混凝土；

b，采用步骤a获得的混凝土，经成型获得PHC管桩半成品；

c，将步骤b获得的PHC管桩半成品吊入密闭培养池进行保温养护，获得规格为PHC600(AB)110-13m的试制PHC管桩。

实施例2

一种耐腐蚀PHC管桩，按重量份计，所采用的混凝土的制备原料包括有以下组分：水泥310份、石395份、砂455份、钢渣粉275份、改性空心玻璃微珠18份、水155份、减水剂2.2份、粉煤灰80份、可再分散乳胶粉36份、无水硅酸铝8份、阴离子表面活性剂3.5份、氢氧化钠17份；

所述钢渣粉的制备方法包括有以下步骤：将钢渣经粉磨处理获得粒径为0.2-1mm的钢渣粉，粉磨处理期间，加入复合助磨剂，复合助磨剂的质量占钢渣质量的1％；按重量份计，复合助磨剂包括三乙醇胺4份、元明粉2.5份和胶体石墨粉1.5份；

所述改性空心玻璃微珠的制备方法包括有以下步骤：将空心玻璃微珠浸泡于体积浓度为1％的硅烷偶联剂的水溶液中1.5h，取出干燥得改性空心玻璃微珠；

上述耐腐蚀PHC管桩的制备方法包括有以下步骤：

a，将混凝土的制备原料混合制成混凝土；

b，采用步骤a获得的混凝土，经成型获得PHC管桩半成品；

c，将步骤b获得的PHC管桩半成品吊入密闭培养池进行保温养护，获得规格为PHC600(AB)110-13m的试制PHC管桩。

实施例3

一种耐腐蚀PHC管桩，按重量份计，所采用的混凝土的制备原料包括有以下组分：水泥340份、石365份、砂480份、钢渣粉250份、改性空心玻璃微珠20份、水140份、减水剂2.5份、粉煤灰75份、可再分散乳胶粉40份、无水硅酸铝5.5份、阴离子表面活性剂5.5份、氢氧化钠15份；

所述钢渣粉的制备方法包括有以下步骤：将钢渣经粉磨处理获得粒径为0.2-1mm的钢渣粉，粉磨处理期间，加入复合助磨剂，复合助磨剂的质量占钢渣质量的1.3％；按重量份计，复合助磨剂包括三乙醇胺5.5份、元明粉3份和胶体石墨粉1份；

所述改性空心玻璃微珠的制备方法包括有以下步骤：将空心玻璃微珠浸泡于体积浓度为1.5％的硅烷偶联剂的水溶液中2h，取出干燥得改性空心玻璃微珠；

上述耐腐蚀PHC管桩的制备方法包括有以下步骤：

a，将混凝土的制备原料混合制成混凝土；

b，采用步骤a获得的混凝土，经成型获得PHC管桩半成品；

c，将步骤b获得的PHC管桩半成品吊入密闭培养池进行保温养护，获得规格为PHC600(AB)110-13m的试制PHC管桩。

对比例1

按照申请公布号为CN104386965A的专利申请实施例第三组的介绍，制备的规格为PHC600(AB)110-13m的试制PHC管桩，其中，所采用的混凝土的制备原料摘录如下：42.5P.HSR高抗硫酸盐硅酸盐水泥443份、煤灰磨细微珠70份、S95级矿粉27份、细度模数为2.7的砂589份、粒径为5-25mm的石1143份、AKII复配减水剂16.2份、抗硫酸盐防腐剂16.2份、阻锈剂16.2份、水129.4份。

性能检测

按照JGJ/T193-2009中的规定，对实施例1-3和对比例1制备的试制PHC管桩进行耐腐蚀性能检测，结果如表2所示。

实施例1-3和对比例1中的试制PHC管桩的制作过程中，由各自的PHC管桩半成品中取样制作试块，试块跟随各自对应的PHC管桩半成品一同进行保温养护，检测实施例1-3和对比例1对应的试块的强度，结果如表3所示。

表2耐腐蚀性能检测结果

表3强度性能检测结果

试块	脱模强度	3d强度	7d强度	28d强度
					标准要求	≥75	≥80	≥85	≥90
实施例1	86.5	90.8	94.3	97.7
					实施例2	88.4	91.5	94.8	98.6
实施例3	85.8	90.2	94.5	97.3
					对比例1	82.9	84.7	88.3	92.0

由表2和表3可以看出，相对于对比例1，本发明制备的PHC管桩同时具备高耐腐蚀性和高强度，主要原因分析如下：

(1)本发明在PHC管桩混凝土的配方中加入了适量的经硅烷偶联剂改性处理的改性空心玻璃微珠，能够改善PHC管桩混凝土的流动性、和易性，降低用水量，减少混凝土凝固过程中由于水分蒸发留下的空洞的数量，提高混凝土的密实度，由此同时提高混凝土的耐腐蚀性能和强度；本发明的PHC管桩混凝土在凝固过程中，氢氧化钠与水泥中的硫酸钙反应生成氢氧化钙，氢氧化钙与改性空心玻璃微珠表面的活性二氧化硅和活性氧化铝反应生成稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙，能够加快混凝土的硬化、增加混凝土的强度，提高改性空心玻璃微珠与混凝土基体之间的界面联结性能，提高混凝土的强度；

(2)本发明在PHC管桩混凝土的配方中加入了大量的钢渣粉，利用钢渣粉本身的高强特性，大幅提高了混凝土以及PHC管桩的强度；钢渣粉颗粒表面粘附的三乙醇胺能够形成一层保护膜，而且，三乙醇胺还能与钢渣粉中的Fe3+发生化学吸附形成不溶性的保护性螯合膜，由此减轻钢渣粉的腐蚀，提高PHC管桩整体的耐腐蚀性；钢渣粉颗粒表面粘附的元明粉能够加快水泥的水泥硬化速度，从而大幅提高钢渣粉颗粒表面的界面强度，由此提高PHC管桩的最终的强度；钢渣粉颗粒粘附的胶体石墨粉能够提高钢渣粉表面的耐碱性，由此进一步改善钢渣粉颗粒表面的界面强度，进一步提高提高PHC管桩的最终的强度。

上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种耐腐蚀PHC管桩，其特征在于，按重量份计，所采用的混凝土的制备原料包括有以下组分：水泥280-340份、石365-425份、砂420-480份、钢渣粉250-300份、改性空心玻璃微珠15-20份、水140-165份、减水剂1.5-2.5份、粉煤灰75-85份、可再分散乳胶粉32-40份、无水硅酸铝5.5-10份、阴离子表面活性剂2-5.5份、氢氧化钠15-20份；

所述改性空心玻璃微珠的制备方法包括有以下步骤：采用硅烷偶联剂对空心玻璃微珠进行改性；

所述钢渣粉的制备方法包括有以下步骤：将钢渣经粉磨处理获得钢渣粉，粉磨处理期间，加入复合助磨剂，复合助磨剂的质量占钢渣质量的0.7-1.3%；按重量份计，复合助磨剂包括三乙醇胺3-5.5份、元明粉1.5-3份、胶体石墨粉1-2份。

2.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀PHC管桩，其特征在于：采用硅烷偶联剂对空心玻璃微珠进行改性的具体操作为：将空心玻璃微珠浸泡于体积浓度为0.5-1.5%的硅烷偶联剂的水溶液中1.5-2h，取出干燥得改性空心玻璃微珠。

3.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀PHC管桩，其特征在于：所述空心玻璃微珠的粒径为50-150μm。

4.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀PHC管桩，其特征在于：所述钢渣的粒径为1-10mm，钢渣经粉磨处理后获得的钢渣粉的粒径为0.2-1mm。

5.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀PHC管桩，其特征在于：所述钢渣中，Tfe＜10.5%。

6.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀PHC管桩，其特征在于：所述石的粒径为5-25mm，含泥量≤5%。

7.根据权利要求1所述的一种耐腐蚀PHC管桩，其特征在于：所述阴离子表面活性剂选用十二烷基苯磺酸钠。

8.一种权利要求1-7任一所述的耐腐蚀PHC管桩的制备方法，其特征在于，包括有以下步骤：

a，将混凝土的制备原料混合制成混凝土；

b，采用步骤a获得的混凝土，经成型获得PHC管桩半成品；

c，步骤b获得的PHC管桩半成品经保温养护获得上述耐腐蚀PHC管桩。