CN113336499A - 一种phc管桩及其制备方法及其施工工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及混凝土管桩领域，具体公开了一种PHC管桩及其制备方法及其静压施工工艺。PHC管桩由PHC管桩用混凝土拌合物制备而成，PHC管桩用混凝土拌合物包括以下质量份数的组分：胶凝材料、粗骨料、细骨料、水、焦磷酸钠、纳米氧化镁、超细硅酸铝。PHC管桩制备方法为：步骤1）制备PHC管桩用混凝土拌合物；步骤2）浇筑，离心成型；步骤3）常压蒸汽养护，得到PHC管桩粗产品；步骤4）脱模，自然养护，得到PHC管桩。PHC管桩静压施工工艺为：步骤1）测量放样；步骤2）缓冲孔定位开孔；步骤3）桩机就位；步骤4）管桩就位；步骤5）管桩静压；步骤6）接桩；步骤7）终桩；步骤8）移机。本申请的PHC管桩具有更高的抗裂性能及抗压强度。

Description

一种PHC管桩及其制备方法及其施工工艺

技术领域

本申请涉及混凝土管桩的领域，尤其是涉及一种PHC管柱及其制备方法及其静压施工工艺。

背景技术

PHC管桩，即预应力高强混凝土管桩。是一种空心圆筒型混凝土预制构件，混凝土强度等级不低于C80。预应力高强混凝土管桩被广泛地应用于各类建筑、交通、水利等工程。

PHC管桩部分进入土壤，需要长时间承受土壤的挤压力，PHC管桩在外部荷载作用下，由于内部骨料中的水分受荷载作用产生流动，使得PHC管桩产生细微的变形，使得PHC管桩的预应力值损失，从而容易出现裂缝，使得PHC管桩容易损坏，减少了PHC管桩的使用年限。

针对上述中的相关技术，发明人认为PHC管桩容易出现裂缝，对此有待进一步改进。

发明内容

为了提高PHC管桩的抗裂性能，本申请提供一种PHC管柱及其制备方法及其静压施工工艺。

第一方面，本申请提供一种PHC管桩，采用如下的技术方案：

一种PHC管桩，所述PHC管桩由PHC管桩用混凝土制备而成，所述PHC管桩用混凝土拌合物包括以下质量份数的组分：

胶凝材料400-650份，

粗骨料1100-1200份，

细骨料640-720份，

水130-150份，

焦磷酸钠1-2份，

纳米氧化镁1.5-2.5份，

超细硅酸铝1.5-2.5份。

优选的，所述PHC管桩用混凝土拌合物包括以下质量份数的组分：

胶凝材料450-600份，

粗骨料1150-1180份，

细骨料680-700份，

水135-145份，

焦磷酸钠1.5-1.8份，

纳米氧化镁1.8-2.2份，

超细硅酸铝1.8-2.2份。

通过采用上述技术方案，采用焦磷酸钠、纳米氧化镁、超细硅酸铝以特定的比例进行复配，使得制备所得的PHC管桩具有更好的保水性，减少PHC管桩的坍落度损失和泌水率，有效降低微裂应力集中，有利于阻止裂缝扩展，减少裂缝尖端延展为微裂区，有助于增加裂缝开裂路径的曲折性，由于裂缝延展速率缓慢，使得PHC管桩的抗裂性能有所提高，有利于提高PHC管桩的抗压强度。

优选的，所述PHC管桩用混凝土拌合物还包括以下质量份数的组分：

减水剂4-5份。

通过采用上述技术，在制备PHC管桩时还添加有特定质量份数的减水剂，减水剂有助于减少水化热的产生，有助于控制PHC管桩内部温度的升高，从而减少PHC管桩由于线性膨胀而产生裂缝，使得PHC管桩的抗裂性能进一步提高，同时，减水剂有助于提高混凝土拌合时的流动性，有助于泵送和浇筑PHC管桩用混凝土。

优选的，所述减水剂包括十二烷基苯磺酸三乙醇胺、聚萘甲醛磺酸钠盐、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。

通过采用上述技术方案，减水剂采用二烷基苯磺酸三乙醇胺、聚萘甲醛磺酸钠盐、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种，有助于更好地减少PHC管桩的坍落度损失和泌水率，不但能有助于增强PHC管桩的抗裂性能，使PHC管桩在抗压强度的方面有显著提高。

优选的，所述减水剂由十二烷基苯磺酸三乙醇胺、聚萘甲醛磺酸钠盐按照3： (1-5)的质量比混合而成。

通过采用上述技术方案，采用十二烷基苯磺酸三乙醇胺、聚萘甲醛磺酸钠盐以特定比例进行复配的减水剂在制备PHC管桩时有助于提高PHC管桩用混凝土的和易性，减少水化热的产生，从而减少微裂情况，进一步提高PHC管桩的抗裂性能和抗压强度，同时十二烷基苯磺酸三乙醇胺、聚萘甲醛磺酸钠盐与焦磷酸钠、纳米氧化镁、超细硅酸铝协同复配，使得PHC管桩用混凝土密实度进一步提高，有助于遏制腐蚀性物质的渗透，有利于改善PHC管桩的耐腐蚀能力。

优选的，所述PHC管桩用混凝土拌合物还包括以下质量份数的组分：

纳米硅酸钙1-1.5份。

通过采用上述技术方案，在制备PHC管桩时还添加有纳米硅酸钙，纳米硅酸钙与焦磷酸钠、纳米氧化镁、超细硅酸铝协同复配，有助于促进PHC管桩的内部孔隙水与易腐蚀物的中和，提高PHC管桩的耐腐蚀能力，从而减少PHC管桩的腐蚀微裂，进一步提高PHC管桩的抗裂性能。

第二方面，本申请提供一种PHC管桩制备方法，采用如下的技术方案：

一种PHC管桩制备方法，包括以下步骤：

步骤1)称取胶凝材料，加入水、粗骨料、细骨料、焦磷酸钠、纳米氧化镁、超细硅酸铝，混合，得到PHC管桩用混凝土拌合物；

步骤2)将PHC管桩用混凝土拌合物浇筑在PHC管桩模具中，离心成型，得到PHC管桩初产品；

步骤3)将PHC管桩初产品先进行常压蒸汽养护，从室温升温至95-100℃，控制时间为1.5-2.5h，保温5-6h，降温20-35min，得到PHC管桩粗产品；

步骤4)PHC管桩粗产品脱模后，自然养护3-7d，得到PHC管桩。

通过采用上述技术方案，利用焦磷酸钠、纳米氧化镁、超细硅酸铝复配，改善PHC管桩的坍落度损失和泌水率，有助于增加裂缝开裂路径的曲折性，从而提高PHC管桩的抗裂性能以及抗压强度。

优选的，所述步骤1)中还添加有3-5质量份的减水剂、1-1.5质量份的纳米硅酸钙。

通过采用上述技术方案，在制备PHC管桩时还添加有减水剂、纳米硅酸钙，有助于更好地减少PHC管桩的坍落度损失和泌水率，不但能有助于增强PHC管桩的抗裂性能，使PHC管桩在抗压强度的方面有显著提高，同时有助于提高PHC 管桩的耐腐蚀能力。

第三方面，本申请提供一种PHC管桩静压施工工艺，采用如下的技术方案：

一种PHC管桩静压施工工艺，包括以下步骤：

S1、测量放样：

按照施工图纸测量定位，采用木桩作为标记，木桩突出地面10-20cm；

S2、缓冲孔定位开孔：

确定缓冲孔的位置，在缓冲孔四周开设排水沟，钻设缓冲孔；

S3、桩机就位：

桩机上行走装置，移动行走就位；

S4、PHC管桩就位：

工作人员进行桩位对中，垂直度校正，第一节PHC管桩起吊就位插入地面时垂直度偏差不得大于0.5％；

S5、PHC管桩静压：

调整桩机配重大于压桩阻力的20％，保持PHC管桩轴心受压，压桩速度控制在1.5-2m/min，PHC管桩露出地面0.5-1.0m；

S6、接桩：

起吊新一节PHC管桩至已压入地面的PHC管桩的正上方，使得新一节管桩与第一节PHC管桩轴线保持一致，错位偏差小于2cm，焊接，自然冷却8min以上；

S7、终桩：

PHC管桩压桩桩长达到设计要求，控制PHC管桩桩顶高程达到设计要求，反复压PHC管桩，直至PHC管桩下沉量小于1mm；

S8、移机：

PHC管桩停压后移动转向至下一根桩施工。

通过采用上述技术方案，使用静压施工，较低的噪声，对环境污染较小，施工时桩机与PHC管桩的接触面吻合性好，不容易发生左右晃动和上下跳动，对PHC管桩本身破坏较小，能较大程度保持PHC管桩本身的强度性能。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过采用焦磷酸钠、纳米氧化镁、超细硅酸铝以特定的比例进行复配，有助于减少PHC管桩的坍落度损失和泌水率，有利于阻止裂缝扩展，减少裂缝尖端延展为微裂区，有助于增加裂缝开裂路径的曲折性，使得PHC管桩的抗裂性能有所提高，从而提高了PHC管桩抗压强度；

2.通过采用十二烷基苯磺酸三乙醇胺、聚萘甲醛磺酸钠盐以特定比例进行复配的减水剂有助于提高PHC管桩用混凝土的和易性，减少水化热的产生，从而减少微裂情况，进一步提高PHC管桩的抗裂性能和抗压强度，同时有利于改善PHC管桩的耐腐蚀能力；

3.通过制备PHC管桩时还添加有纳米硅酸钙，纳米硅酸钙与焦磷酸钠、纳米氧化镁、超细硅酸铝协同复配，有助于促进PHC管桩的内部孔隙水与易腐蚀物的中和，提高PHC管桩的耐腐蚀能力，从而减少PHC管桩的腐蚀微裂，进一步提高PHC管桩的抗裂性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

以下实施例及对比例中所用到的各组分的来源信息详见表1。

表1

实施例1

一种PHC管桩，由PHC管桩用混凝土拌合物制备而成，PHC管桩用混凝土拌合物包括胶凝材料400kg、粗骨料1100kg、细骨料640kg、水130kg、焦磷酸钠1kg、纳米氧化镁1.5kg、超细硅酸铝1.5kg。

胶凝材料由280kg的P.II52.5R水泥、80kg的Ⅱ级粉煤灰、40kg的S95级矿粉组成。

粗骨料为碎石，碎石的粒径为10-30mm。

细骨料为河砂，河砂的细模度数为3.0—2.3。

本实施例还公开一种PHC管桩制备方法，包括以下步骤：

步骤1)称取P.II52.5R水泥、Ⅱ级粉煤灰、S95级矿粉，加入水、粗骨料、细骨料、焦磷酸钠、纳米氧化镁、超细硅酸铝至搅拌机中，转速为500r/min，搅拌10min，得到PHC管桩用混凝土拌合物；

步骤2)将PHC管桩用混凝土拌合物浇筑在PHC管桩模具中，进行布料张拉，施加预应力，采用离心机进行离心成型，离心成型时先调低速为80r/min，保持 3min，然后调中速为200r/min，保持2.5min，最后调高速为450r/min，保持 6min，得到PHC管桩初产品；

步骤3)将PHC管桩初产品先进行常压蒸汽养护，从室温升温至95℃，控制时间为2.5h，保温6h，降温35min，得到PHC管桩粗产品；

步骤4)PHC管桩粗产品脱模后，自然养护3d，得到PHC管桩。

本实施例还公开一种PHC管桩静压施工工艺，包括以下步骤：

S1、测量放样：

按照施工图纸给定的坐标，用经纬仪及钢尺将轴线及桩位测放定位,并用木桩锤入土层做好标记，木桩突出地面10cm；

S2、缓冲孔定位开孔：

对施工场地进行平整，根据桩位点，确定缓冲孔的位置，在缓冲孔四周开设排水沟，由钻机钻设缓冲孔；

S3、桩机就位：

桩机上行走装置，移动行走就位；

S4、PHC管桩就位：

工作人员进行桩位对中，垂直度校正，第一节管桩起吊就位插入地面时的垂直度偏差不得大于0.5％，并用长条水准尺或其他测量仪器校正；

S5、PHC管桩静压：

对每根PHC管桩根据轴线进行复核纠正，每天应对轴线控制PHC管桩进行复测校正，桩位偏差不得大于20mm，将桩机的配重调至大于压桩阻力的20％，保持PHC管桩的轴心受压后，压桩速度为1.5m/min，将PHC管桩一次性连续压到底，PHC管桩露出地面0.5m；

S6、接桩：

起吊新一节PHC管桩至已压入地面的PHC管桩的正上方，使得新一节管桩与第一节PHC管桩轴线保持一致，错位偏差小于2mm，焊接，自然冷却9min；

S7、终桩：

PHC管桩压桩桩长达到设计要求，控制PHC管桩桩顶高程达到设计要求，反复压PHC管桩，直至PHC管桩下沉量小于1mm；

S8、移机：

PHC管桩停压后移动转向至下一根桩施工。

实施例2

与实施例1相比，区别仅在于：

胶凝材料的添加量为650kg、粗骨料1200kg、细骨料720kg、水150kg、焦磷酸钠2kg、纳米氧化镁2.5kg、超细硅酸铝2.5kg。

胶凝材料由370kg的P.II52.5R水泥、180kg的Ⅱ级粉煤灰、100kg的S95级矿粉组成。

步骤3)中升温至100℃，控制时间为1.5h，保温5h，降温20min。

步骤4)中自然养护7d。

S1中，木桩突出地面20cm。

S5中，压桩速度控制为2m/min，PHC管桩露出地面1.0m。

S6中，自然冷却15min。

实施例3

与实施例1相比，区别仅在于：

胶凝材料的添加量为550kg、粗骨料1160kg、细骨料690kg、水140kg、焦磷酸钠1.7kg、纳米氧化镁2kg、超细硅酸铝2kg。

胶凝材料由350kg的P.II52.5R水泥、120kg的Ⅱ级粉煤灰、80kg的S95级矿粉组成。

步骤3)中升温至98℃，控制时间为2h，保温5.5h，降温28min。

步骤4)中自然养护5d。

实施例4

与实施例3相比，区别仅在于：

胶凝材料的添加量为450kg、粗骨料1150kg、细骨料680kg、水135kg、焦磷酸钠1.5kg、纳米氧化镁1.8kg、超细硅酸铝1.8kg。

胶凝材料由300kg的P.II52.5R水泥、100kg的Ⅱ级粉煤灰、50kg的S95 级矿粉组成。

实施例5

与实施例3相比，区别仅在于：

胶凝材料的添加量为600kg、粗骨料1180kg、细骨料700kg、水145kg、焦磷酸钠1.8kg、纳米氧化镁2.2kg、超细硅酸铝2.2kg。

胶凝材料由370kg的P.II52.5R水泥、140kg的Ⅱ级粉煤灰、90kg的S95 级矿粉组成。

实施例6

与实施例3相比，区别仅在于：

步骤1)中，还添加4kg的减水剂。

本实施例中，减水剂为木质素磺酸盐。

实施例7

与实施例6相比，区别仅在于：

木质素磺酸盐的添加量为5kg。

实施例8

与实施例6相比，区别仅在于：

减水剂由2kg的十二烷基苯磺酸钠、2kg的聚萘甲醛磺酸钠盐组成。

实施例9

与实施例6相比，区别仅在于：

减水剂由1.5kg的十二烷基苯磺酸三乙醇胺、2.5kg的聚萘甲醛磺酸钠盐组成。

实施例10

与实施例6相比，区别仅在于：

减水剂由3kg的十二烷基苯磺酸三乙醇胺、1kg的聚萘甲醛磺酸钠盐组成。

实施例11

与实施例10相比，区别仅在于：

减水剂由3kg的木质素磺酸盐、1kg的聚萘甲醛磺酸钠盐组成。

实施例12

与实施例10相比，区别仅在于：

减水剂由3kg的十二烷基苯磺酸三乙醇胺、1kg的木质素磺酸盐组成。

实施例13

与实施例3相比，区别仅在于：

步骤1)中，还添加1kg的纳米硅酸钙。

实施例14

与实施例13相比，区别仅在于：

纳米硅酸钙的添加量为1.5kg。

实施例15

与实施例3相比，区别仅在于：

步骤1)中，还添加4kg的减水剂、1kg的纳米硅酸钙。

减水剂由3kg的十二烷基苯磺酸三乙醇胺、1kg的聚萘甲醛磺酸钠盐组成。

对比例1

与实施例3相比，区别仅在于：

采用等量的硫酸钠替代焦磷酸钠、纳米氧化镁、超细硅酸铝。

对比例2

与实施例3相比，区别仅在于：

采用等量的硫酸钠替代纳米氧化镁、超细硅酸铝。

对比例3

与实施例3相比，区别仅在于：

采用等量的硫酸钠替代纳米氧化镁。

对比例4

与实施例3相比，区别仅在于：

采用等量的硫酸钠替代超细硅酸铝。

对比例5

与实施例3相比，区别仅在于：

采用等量的硫酸钠替代焦磷酸钠。

实验1

抗裂性能测试

按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中9.劈裂抗压强度试验，取各实施例及对比例步骤1)中制备的PHC管桩用混凝土拌合物进行劈裂抗压强度(MPa)的测试。

实验2

抗压强度测试

按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》中6.抗压强度试验，取各实施例及对比例步骤1)中制备的PHC管桩用混凝土拌合物进行 28d抗压强度(MPa)的测试。

实施例3

耐腐蚀性能测试

按照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中 14.抗硫酸盐侵蚀试验，取各实施例及对比例步骤1)中制备的PHC管桩用混凝土拌合物进行60次干湿循环抗压强度耐蚀系数(％)测试。

实验1～3的检测数据详见表2。

表2

根据表2中，实施例1～5分别与对比例1的数据对比可得，在制备PHC管桩时添加有磷酸钠、纳米氧化镁、超细硅酸铝组合，制备所得的PHC管桩的劈裂抗压强度、抗压强度、抗压强度耐蚀系数均明显增大，说明在PHC管桩中添加磷酸钠、纳米氧化镁、超细硅酸铝组合明显有助于提高PHC管桩的抗裂性能、抗压强度。

根据表2中，实施例6、7分别与实施例3的数据对比可得，在制备PHC管桩时还添加有特定量的减水剂，制备所得的PHC管桩的劈裂抗压强度有所增大，说明在PHC管桩中添加特定量的减水剂在一定程度上有助于提高PHC管桩的抗裂性能。

根据表2中，实施例8与实施例6的数据对比可得，在制备PHC管桩时添加的减水剂采用十二烷基苯磺酸三乙醇胺、聚萘甲醛磺酸钠盐、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种，制备所得的PHC管桩的劈裂抗压强度、抗压强度有所增大，说明在PHC管桩中添加特定的减水剂在一定程度上有助于提高PHC管桩的抗裂性能和抗压强度。

根据表2中，实施例9～12分别与实施例6的数据对比可得，在制备PHC 管桩时添加的减水剂由十二烷基苯磺酸三乙醇胺、聚萘甲醛磺酸钠盐按照特定比例复配，制备所得的PHC管桩的劈裂抗压强度、抗压强度、抗压强度耐蚀系数有所增大，说明采用十二烷基苯磺酸三乙醇胺、聚萘甲醛磺酸钠盐以特定比例复配作为减水剂，在一定程度上有助于提高PHC管桩的抗裂性能、抗压强度以及耐腐蚀性能。

根据表2中，实施例13、14分别与实施例3的数据对比可得，在制备PHC 管桩时还添加有特定量的硅酸钙，制备所得的PHC管桩的劈裂抗压强度、抗压强度耐蚀系数有所增大，说明在制备PHC管桩时还添加有特定量的硅酸钙，在一定程度上有助于提高PHC管桩的抗裂性能和耐腐蚀性能。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种PHC管桩，其特征在于：所述PHC管桩由PHC管桩用混凝土拌合物制备而成，所述PHC管桩用混凝土拌合物包括以下质量份数的组分：

胶凝材料400-650份，

粗骨料1100-1200份，

细骨料640-720份，

水130-150份，

焦磷酸钠1-2份，

纳米氧化镁1.5-2.5份，

超细硅酸铝1.5-2.5份。

2.根据权利要求1所述的PHC管桩，其特征在于：所述PHC管桩用混凝土拌合物包括以下质量份数的组分：

胶凝材料450-600份，

粗骨料1150-1180份，

细骨料680-700份，

水135-145份，

焦磷酸钠1.5-1.8份，

纳米氧化镁1.8-2.2份，

超细硅酸铝1.8-2.2份。

3.根据权利要求2所述的PHC管桩，其特征在于：所述PHC管桩用混凝土拌合物还包括以下质量份数的组分：

减水剂4-5份。

4.根据权利要求3所述的PHC管桩，其特征在于：所述减水剂包括十二烷基苯磺酸三乙醇胺、聚萘甲醛磺酸钠盐、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的PHC管桩，其特征在于：所述减水剂由十二烷基苯磺酸三乙醇胺、聚萘甲醛磺酸钠盐按照3：（1-5）的质量比混合而成。

6.根据权利要求1-2任一所述的PHC管桩，其特征在于：所述PHC管桩用混凝土拌合物还包括以下质量份数的组分：

纳米硅酸钙1-1.5份。

7.一种如权利要求1-2任一所述的PHC管桩制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1）称取胶凝材料，加入水、粗骨料、细骨料、焦磷酸钠、纳米氧化镁、超细硅酸铝，混合，得到PHC管桩用混凝土拌合物；

步骤2）将PHC管桩用混凝土拌合物浇筑在PHC管桩模具中，离心成型，得到PHC管桩初产品；

步骤3）将PHC管桩初产品先进行常压蒸汽养护，从室温升温至95-100℃，控制时间为1.5-2.5h，保温5-6h，降温20-35min，得到PHC管桩粗产品；

步骤4）PHC管桩粗产品脱模后，自然养护3-7d，得到PHC管桩。

8.根据权利要求7所述的PHC管桩制备方法，其特征在于：所述步骤1）中还添加有3-5质量份的减水剂、1-1.5质量份的纳米硅酸钙。

9.一种如权利要求1-6任一所述的PHC管桩静压施工工艺，其特征在于：包括以下步骤：

S1、测量放样：

按照施工图纸测量定位，采用木桩作为标记，木桩突出地面10-20cm；

S2、缓冲孔定位开孔：

确定缓冲孔的位置，在缓冲孔四周开设排水沟，钻设缓冲孔；

S3、桩机就位：

桩机上行走装置，移动行走就位；

S4 、PHC管桩就位：

工作人员进行桩位对中，垂直度校正，第一节PHC管桩起吊就位插入地面时垂直度偏差不得大于0.5%；

S5、 PHC管桩静压：

调整桩机配重大于压桩阻力的20%，保持PHC管桩轴心受压，压桩速度控制在1.5-2m/min，PHC管桩露出地面0.5-1.0m；

S6、接桩：

起吊新一节PHC管桩至已压入地面的PHC管桩的正上方，使得新一节管桩与第一节PHC管桩轴线保持一致，错位偏差小于2cm，焊接，自然冷却8min以上；

S7、终桩：

PHC管桩压桩桩长达到设计要求，控制PHC管桩桩顶高程达到设计要求，反复压PHC管桩，直至PHC管桩下沉量小于1mm；

S8、移机：

PHC管桩停压后移动转向至下一根桩施工。