CN111099851A - 一种用于phc管桩的免压蒸掺合料及制备phc管桩的方法 - Google Patents

一种用于phc管桩的免压蒸掺合料及制备phc管桩的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于PHC管桩的免压蒸掺合料及制备PHC管桩的方法，属于建筑材料技术领域。所述用于PHC管桩的免压蒸掺合料的组成按重量百分比计分别为：超细矿渣粉58‑74wt％，Ⅱ级粉煤灰20‑30wt％，脱硫石膏5‑10wt％，激发剂1.0‑2.0wt％，总计为100wt％。所述的用于PHC管桩的免压蒸掺合料按组成质量百分比混合均匀，添加到胶凝材料中，并与骨料、外加剂和水搅拌制成预应力混凝土拌合物，制成后期强度稳定、耐久性优异的预应力高强混凝土管桩，最后进行常压蒸汽养护工艺的短时间养护。本发明可免除管桩生产过程中的蒸压工艺，改善混凝土和易性，缩短蒸养时间，有效降低生产成本。

Description

一种用于PHC管桩的免压蒸掺合料及制备PHC管桩的方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种用于PHC管桩的免压蒸掺合料及制备PHC管桩的方法。
背景技术
PHC管桩，又名为预应力高强度混凝土管桩，是目前基础建设中用量最多的水泥制品构件，具有单桩强度高、适应性广、运输方便、施工便捷等优点，已广泛地应用于各类民用建筑、公路与铁路桥梁、港口码头等各类工程结构。
目前PHC管桩多采用离心成型工艺，进行“蒸养+蒸压”相结合的养护方式得到高强度管桩。即60-95℃常压蒸汽养护4-8h后脱模，再经过8-12个大气压、180℃左右的高压蒸汽养护4-6h，制成一种空心圆筒型混疑土管桩，管身长度、壁厚、直径根据设计而定，桩身混凝土一般大于C80级混凝土。
现今预制管桩中，均采用“蒸养+蒸压”相结合的养护方式来提高产品早期强度、提高模具周转率、增加生产进度。然而，这种生产方式也存在一些弊端，如管桩质量波动大、耐久性差、生产成本高、能源消耗大等缺点。
近几年虽然研发出来免蒸压掺和料，可以免除管桩生产中蒸压工艺，达到管桩要求，但需要常温蒸汽养护时间长、材料成本高，且制备管桩的混凝土和易性差从而导致产品难以推广，局限性较大。
此外，市面上用以生产PHC管桩混凝土的免蒸压掺合料通常采用S115等级矿粉、I级粉煤灰、硅灰和激发剂组成。此免蒸压掺合料的原料选择存在一定的优点：其矿粉采用工业废渣通过粉磨加工而成，可以有效减少工业废渣储存，具有较大经济效益，有效提高产品质量；但是其也存在以下缺点：1)、影响混凝土和易性，需要加大水胶比来解决；2)、I级粉煤灰部分地区稀缺，原材料来源面狭窄；3)、蒸养时间长，早期强度偏低。
针对以上所述的问题，目前急需一种在常压蒸汽养护条件下时间短、生产效率高、早期强度高、耐久性好的免蒸压PHC管桩及其免蒸压掺合料的原料选择。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的常温蒸汽养护时间长、材料成本高，且制备管桩的混凝土和易性差从而导致产品难以推广，局限性较大。
本发明提供一种用于PHC管桩的免压蒸掺合料，所述用于PHC管桩的免压蒸掺合料的组成按重量百分比计分别为：超细矿渣粉58-74wt％，Ⅱ级粉煤灰20-30wt％，脱硫石膏5-10wt％，激发剂1.0-2.0wt％，总计为100wt％。
优选地，所述用于PHC管桩的免压蒸掺合料为比表面积至少600m2/kg的复合掺合料。
优选地，所述的超细矿渣粉为比表面积至少800m2/kg的工业炼铁副产品，所述的Ⅱ级粉煤灰为比表面积至少450m2/kg的Ⅱ级粉煤灰，所述的脱硫石膏为比表面积至少500m2/kg干基石膏。
优选地，所述的超细矿渣粉需水量比为98％，28d活性可达到120％；所述的Ⅱ级粉煤灰需水量比小于85％，28d活性指数大于90％；所述的脱硫石膏二水硫酸钙含量大于85％，氯离子含量小于400mg/kg。
优选地，所述的激发剂为硝酸钙和三乙醇胺按质量比5:1混合而成。
一种利用所述的用于PHC管桩的免压蒸掺合料制备PHC管桩的方法，权利要求1-5任一所述的用于PHC管桩的免压蒸掺合料按组成质量百分比混合均匀，添加到胶凝材料中，所述免压蒸掺合料将占所述胶凝材料的质量百分比为10-30wt％；并与骨料、外加剂和水搅拌制成预应力混凝土拌合物，制成后期强度稳定、耐久性优异的预应力高强混凝土管桩，最后进行常压蒸汽养护工艺的短时间养护。
优选地，所述预应力混凝土拌合物的设计容重为2500kg/m3，包括胶凝材料为315-396kg/m3的P·O 42.5水泥，54-135kg/m3的免压蒸掺合料，33％-36％的砂率，0.26-0.29的水胶比，占胶凝材料2.0％的减水剂。
优选地，所述常压蒸汽养护工艺为：(1)预应力高强混凝土管桩成型后静停6h；(2)进行常压蒸养：先升温1.5h至95℃，再恒温4.5h，最后降至环境温度。对应的常压蒸汽养护工艺处理后的预应力高强混凝土管桩测试强度为83-85MPa，3d后的抗压强度为88-92MPa。
优选地，所述常压蒸汽养护工艺为：(1)预应力高强混凝土管桩成型后静停3h；(2)进行常压蒸养：先升温1.5h至95℃，再恒温3.5h，最后降至环境温度。对应的常压蒸汽养护工艺处理后的预应力高强混凝土管桩测试强度为80-83MPa，3d后的抗压强度为83-88MPa。
优选地，所述预应力高强混凝土管桩出机状态及抗压强度的测试结果为：初始塌落度220mm，初始扩展度450-470mm。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明把各种原材料按比例计量后直接混合均匀制得用于预应力高强混凝土管桩的免压蒸掺合料占胶凝材料的10-30wt％，添加到胶凝材料中，并与骨料、外加剂和水搅拌制成混凝土拌合物，制成后期强度稳定、耐久性优异的预应力高强混凝土管桩。
而当免压蒸掺合料占胶凝材料10-30wt％时，可以提高管桩试模的周转效率，有效降低混凝土拌合物的粘度及混凝土水化热，减少结构开裂几率，保证预应力混凝土管桩后期强度发展的稳定性，显著提升耐久性。
综上，本发明不仅能够提供可免除管桩生产过程中的蒸压工艺，改善混凝土和易性，缩短蒸养时间，有效降低生产成本，同时还提高模具周转率、提高生产效率，生产过程中安全、节能、环保。采用本发明产品生产管桩脱模快、强度高、耐久性好。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
本发明要解决的技术问题是现有的常温蒸汽养护时间长、材料成本高，且制备管桩的混凝土和易性差从而导致产品难以推广，局限性较大。
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于PHC管桩的免压蒸掺合料，所述用于PHC管桩的免压蒸掺合料的组成按重量百分比计分别为：超细矿渣粉58-74wt％，Ⅱ级粉煤灰20-30wt％，脱硫石膏5-10wt％，激发剂1.0-2.0wt％，总计为100wt％。
特别地，所述用于PHC管桩的免压蒸掺合料为比表面积至少600m2/kg的复合掺合料。
特别地，所述的超细矿渣粉为比表面积至少800m2/kg的工业炼铁副产品，所述的Ⅱ级粉煤灰为比表面积至少450m2/kg的Ⅱ级粉煤灰，所述的脱硫石膏为比表面积至少500m2/kg干基石膏。
特别地，所述的超细矿渣粉需水量比为98％，28d活性可达到120％；所述的Ⅱ级粉煤灰需水量比小于85％，28d活性指数大于90％；所述的脱硫石膏二水硫酸钙含量大于85％，氯离子含量小于400mg/kg。
特别地，所述的激发剂为硝酸钙和三乙醇胺按质量比5:1混合而成。
一种利用所述的用于PHC管桩的免压蒸掺合料制备PHC管桩的方法，权利要求1-5任一所述的用于PHC管桩的免压蒸掺合料按组成质量百分比混合均匀，添加到胶凝材料中，所述免压蒸掺合料将占所述胶凝材料的质量百分比为10-30wt％；并与骨料、外加剂和水搅拌制成预应力混凝土拌合物，制成后期强度稳定、耐久性优异的预应力高强混凝土管桩，最后进行常压蒸汽养护工艺的短时间养护。
特别地，所述预应力混凝土拌合物的设计容重为2500kg/m3，包括胶凝材料为315-396kg/m3的P·O 42.5水泥，54-135kg/m3的免压蒸掺合料，33％-36％的砂率，0.26-0.29的水胶比，占胶凝材料2.0％的减水剂。
特别地，所述常压蒸汽养护工艺为：(1)预应力高强混凝土管桩成型后静停6h；(2)进行常压蒸养：先升温1.5h至95℃，再恒温4.5h，最后降至环境温度。对应的常压蒸汽养护工艺处理后的预应力高强混凝土管桩测试强度为83-85MPa，3d后的抗压强度为88-92MPa。
特别地，所述常压蒸汽养护工艺为：(1)预应力高强混凝土管桩成型后静停3h；(2)进行常压蒸养：先升温1.5h至95℃，再恒温3.5h，最后降至环境温度。对应的常压蒸汽养护工艺处理后的预应力高强混凝土管桩测试强度为80-83MPa，3d后的抗压强度为83-88MPa。
特别地，所述预应力高强混凝土管桩出机状态及抗压强度的测试结果为：初始塌落度220mm，初始扩展度450-470mm。
具体的利用所述的用于PHC管桩的免压蒸掺合料制备PHC管桩的方法结合以下实施例进行说明：
以下所有实施例涉及物质的厂家及型号如下所示：
超细矿渣粉：比表面积800m2/kg以上，金泰成环境资源股份有限公司生产。
激发剂：由硝酸钙和三乙醇胺按质量比5:1混合而成，金泰成环境资源股份有限公司生产。
水泥：P·O 42.5级普通硅酸盐水泥，河北邢台咏宁水泥有限公司生产。
机制砂：石灰岩类，石粉含量10％，细度模数为2.6，沙河市瑞邦新材料科技有限公司生产。
碎石：5-10mm、10-25mm两种碎石，沙河市瑞邦新材料科技有限公司生产。
PC聚竣酸高效减水剂：固含量20％，减水率28％，沙河市祥康外加剂有限公司生产。
水：自来水。
实施例一：
一种利用所述的用于PHC管桩的免压蒸掺合料制备PHC管桩的方法，具体步骤如下：
首先将原料按组成和配比为超细矿渣粉62.8wt％、Ⅱ级粉煤灰28.0wt％、脱硫石膏8.0wt％、激发剂1.2wt％，然后将称量好的原料送入混料机或者球磨机混合、粉磨均匀，经检测合格后输送到成品库或成品仓进行储存。
将制得的预应力高强混凝土管桩的免压蒸掺合料添加到混凝土胶凝材料中，并与机制砂、碎石、水和外加剂混合搅拌制成预应力混凝土拌合物；所述的预应力混凝土出机状态及抗压强度的测试结果为：初始塌落度220mm，初始扩展度450mm。
其中：所述预应力混凝土拌合物的设计容重为2500kg/m3，包括胶凝材料为315kg/m3的P·O 42.5水泥，135kg/m3的免压蒸掺合料，36％的砂率，0.29的水胶比，占胶凝材料2.0％的减水剂。
将上述所得的预应力混凝土搅拌物成型为预应力混凝土管桩，分别在A类型养护制度和B类型养护制度下养护，制得的免压蒸PHC管桩的测试强度和3d后的抗压强度如下所示：
养护制度为A类型(1、预应力混凝土管桩成型后静停6h；2、进行常压蒸养：先升温1.5h至95℃，再恒温4.5h，最后降至环境温度)测试强度为85MPa，3d后的抗压强度为92MPa；
养护制度为B类型(1、预应力混凝土管桩成型后静停3h；2、进行常压蒸养：先升温1.5h至95℃，再恒温5.5h，最后降至环境温度)测试强度为83MPa，3d后的抗压强度为88MPa。
对比例
将磨细石英砂添加到胶凝材料中，并与机制砂、碎石和水混合搅拌制成预应力混凝土拌合物，制成预应力混凝土拌合物后期强度稳定、耐久性优异的预应力混凝土。所述的预应力混凝土出机状态及抗压强度的测试结果为：初始塌落度190mm，初始扩展度420mm。
其中：预应力混凝土的设计容重为2500kg/m3，包括胶凝材料为315kg/m3的P·O42.5水泥，135kg/m3的磨细石英砂，36％的砂率，0.29的水胶比，占胶凝材料2.0％的减水剂。
将上述所得的预应力混凝土搅拌物成型为预应力混凝土管桩，分别在A类型养护制度和B类型养护制度下养护，制得的免压蒸PHC管桩的测试强度和3d后的抗压强度如下所示：
养护制度为A类型(1、预应力混凝土管桩成型后静停6h；2、进行常压蒸养：先升温1.5h至95℃，再恒温4.5h，最后降至环境温度)测试强度为62MPa，3d后的抗压强度为70MPa；
养护制度为B类型(1、预应力混凝土管桩成型后静停3h；2、进行常压蒸养：先升温1.5h至95℃，再恒温5.5h，最后降至环境温度)测试强度为60MPa，3d后的抗压强度为72MPa。
由实施例一和对比例可知，实施例一中的添加到胶凝材料中的免压蒸掺合料和磨细石英砂占比相同均为30wt％，且两者采用相同的预应力混凝土配合比。
总结实施例一和对比例，两者相同配合比、相同掺量、相同养护工艺，实施例一初始坍落度和扩展度明显优于对比例，两种养护工艺中A优于B工艺，脱模强度高，且后期增长强度高。对比而言混凝土后期强度增长快，强度高，混凝土耐久性好，碳化深度低，可保护钢筋的锈蚀起到保护作用。
实施例二
首先将原料按组成和配比为超细矿渣粉64wt％、Ⅱ级粉煤灰27.0wt％、脱硫石膏7.5wt％、激发剂1.5wt％,然后将称量好的原料送入混料机或者球磨机混合、粉磨均匀，经检测合格后输送到成品库或成品仓储存。
将制得的预应力高强混凝土管桩的免压蒸掺合料添加到混凝土胶凝材料中，并与机制砂、碎石、水和外加剂混合搅拌制成预应力混凝土拌合物；所述的预应力混凝土出机状态及抗压强度的测试结果为：初始塌落度220mm，初始扩展度460mm；
其中：预应力混凝土的设计容重为2500kg/m3，包括胶凝材料为355.5kg/m3的P·O42.5水泥，94.5kg/m3的免压蒸掺合料，34.5％的砂率，0.275的水胶比，占胶凝材料2.0％的减水剂。
将上述所得的预应力混凝土搅拌物成型为预应力混凝土管桩，分别在A类型养护制度和B类型养护制度下养护，制得的免压蒸PHC管桩的测试强度和3d后的抗压强度如下所示：
养护制度为A类型(1、预应力混凝土管桩成型后静停6h；2、进行常压蒸养：先升温1.5h至95℃，再恒温4.5h，最后降至环境温度)测试强度为84MPa，3d后的抗压强度为90MPa；
养护制度为B类型(1、预应力混凝土管桩成型后静停3h；2、进行常压蒸养：先升温1.5h至95℃，再恒温3.5h，最后降至环境温度)测试强度为82MPa，3d后的抗压强度为85MPa。
由实施例二和对比例可知，实施例二中的添加到胶凝材料中的的免压蒸掺合料占比为17.5wt％，而对比例中的添加到胶凝材料中的磨细石英砂占比为30wt％，对比例中的磨细石英砂占比明显大于实施例二的免压蒸掺合料占比。
在上述配比和工艺中，实施例二的新鲜混凝土的初始扩展度大于对比例，在低掺量的情况下实施例二和对比例相比其初始坍落度、初始扩展度、抗压强度也相应降低，两种养护工艺中A优于B工艺，脱模强度高，且后期增长强度高。对比而言混凝土后期强度增长快，强度高，混凝土耐久性好，碳化深度低，可保护钢筋的锈蚀起到保护作用。
实施例三
首先将原料按组成和配比为超细矿渣粉65.5wt％、Ⅱ级粉煤灰26.0wt％、脱硫石膏7.0wt％、激发剂1.5wt％,然后将称量好的原料送入混料机或者球磨机混合、粉磨均匀，经检测合格后输送到成品库或成品仓储存。
将制得的预应力高强混凝土管桩的免压蒸掺合料添加到混凝土胶凝材料中，并与机制砂、碎石、水和外加剂混合搅拌制成预应力混凝土拌合物；所述的预应力混凝土出机状态及抗压强度的测试结果为：初始塌落度220mm，初始扩展度470mm；
其中：预应力混凝土的设计容重为2500kg/m3，包括胶凝材料为396kg/m3的P·O42.5水泥，54kg/m3的免压蒸掺合料，33％的砂率，0.26的水胶比，占胶凝材料2.0％的减水剂。
将上述所得的预应力混凝土搅拌物成型为预应力混凝土管桩，分别在A类型养护制度和B类型养护制度下养护，制得的免压蒸PHC管桩的测试强度和3d后的抗压强度如下所示：
养护制度为A类型(1、预应力混凝土管桩成型后静停6h；2、进行常压蒸养：先升温1.5h至95℃，再恒温4.5h，最后降至环境温度)测试强度为83MPa，3d后的抗压强度为88MPa；
养护制度为B类型(1、预应力混凝土管桩成型后静停3h；2、进行常压蒸养：先升温1.5h至95℃，再恒温3.5h，最后降至环境温度)测试强度为80MPa，3d后的抗压强度为83MPa。
由实施例三和对比例可知，实施例三中添加到胶凝材料中的的免压蒸掺合料占比为12wt％，而对比例中的添加到胶凝材料中的磨细石英砂占比为30wt％，对比例中的磨细石英砂占比明显大于实施例二的免压蒸掺合料占比。
在上述配比和工艺中，实施例三的新鲜混凝土的初始扩展度大于对比例，在低掺量的情况下实施例三和对比例相比其初始坍落度、初始扩展度、抗压强度也相应降低，两种养护工艺中A优于B工艺，脱模强度高，且后期增长强度高。对比而言混凝土后期强度增长快，强度高，混凝土耐久性好，碳化深度低，可保护钢筋的锈蚀起到保护作用。
综上可见，本发明把各种原材料按比例计量后直接混合均匀制得用于预应力高强混凝土管桩的免压蒸掺合料占胶凝材料的10-30wt％，添加到胶凝材料中，并与骨料、外加剂和水搅拌制成混凝土拌合物，制成后期强度稳定、耐久性优异的预应力高强混凝土管桩。
而当免压蒸掺合料占胶凝材料10-30wt％时，可以提高管桩试模的周转效率，有效降低混凝土拌合物的粘度及混凝土水化热，减少结构开裂几率，保证预应力混凝土管桩后期强度发展的稳定性，显著提升耐久性。
总之，本发明不仅能够提供可免除管桩生产过程中的蒸压工艺，改善混凝土和易性，缩短蒸养时间，有效降低生产成本，同时还提高模具周转率、提高生产效率，生产过程中安全、节能、环保。采用本发明产品生产管桩脱模快、强度高、耐久性好。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于PHC管桩的免压蒸掺合料，其特征在于，所述用于PHC管桩的免压蒸掺合料的组成按重量百分比计分别为：超细矿渣粉58-74wt％，Ⅱ级粉煤灰20-30wt％，脱硫石膏5-10wt％，激发剂1.0-2.0wt％，总计为100wt％。
2.根据权利要求1所述的用于PHC管桩的免压蒸掺合料，其特征在于，所述用于PHC管桩的免压蒸掺合料为比表面积至少600m2/kg的复合掺合料。
3.根据权利要求1所述的用于PHC管桩的免压蒸掺合料，其特征在于，所述的超细矿渣粉为比表面积至少800m2/kg的工业炼铁副产品，所述的Ⅱ级粉煤灰为比表面积至少450m2/kg的Ⅱ级粉煤灰，所述的脱硫石膏为比表面积至少500m2/kg干基石膏。
4.根据权利要求1所述的用于PHC管桩的免压蒸掺合料，其特征在于，所述的超细矿渣粉需水量比为98％，28d活性可达到120％；所述的Ⅱ级粉煤灰需水量比小于85％，28d活性指数大于90％；所述的脱硫石膏二水硫酸钙含量大于85％，氯离子含量小于400mg/kg。
5.根据权利要求1所述的用于PHC管桩的免压蒸掺合料，其特征在于，所述的激发剂为硝酸钙和三乙醇胺按质量比5:1混合而成。
6.一种利用权利要求1-5任一所述的用于PHC管桩的免压蒸掺合料制备PHC管桩的方法，其特征在于，权利要求1-5任一所述的用于PHC管桩的免压蒸掺合料按组成质量百分比混合均匀，添加到胶凝材料中，所述免压蒸掺合料将占所述胶凝材料的质量百分比为10-30wt％；并与骨料、外加剂和水搅拌制成预应力混凝土拌合物，制成后期强度稳定、耐久性优异的预应力高强混凝土管桩，最后进行常压蒸汽养护工艺的短时间养护。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预应力混凝土拌合物的设计容重为2500kg/m3，包括胶凝材料为315-396kg/m3的P·O 42.5水泥，54-135kg/m3的免压蒸掺合料，33％-36％的砂率，0.26-0.29的水胶比，占胶凝材料2.0％的减水剂。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述常压蒸汽养护工艺为：(1)预应力高强混凝土管桩成型后静停6h；(2)进行常压蒸养：先升温1.5h至95℃，再恒温4.5h，最后降至环境温度。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述常压蒸汽养护工艺为：(1)预应力高强混凝土管桩成型后静停3h；(2)进行常压蒸养：先升温1.5h至95℃，再恒温3.5h，最后降至环境温度。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述预应力高强混凝土管桩出机状态及抗压强度的测试结果为：初始塌落度220mm，初始扩展度450-470mm；
权利要求8对应的常压蒸汽养护工艺处理后的预应力高强混凝土管桩测试强度为83-85MPa，3d后的抗压强度为88-92MPa；
权利要求9对应的常压蒸汽养护工艺处理后的预应力高强混凝土管桩测试强度为80-83MPa，3d后的抗压强度为83-88MPa。
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