CN114873985A - Phc管桩混凝土及phc管桩 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及管桩生产领域，具体公开了PHC管桩混凝土及PHC管桩，按重量份数，包括有以下组分：水泥220～370份，粗骨料1000～1400份,减水剂3～11份，水100～150份，粉煤灰30～85份，复合细骨料800～1000份；所述复合细骨料的制备方法包括以下步骤：将砂、锡尾矿和水玻璃搅拌均匀，得到复合细骨料；所述砂、锡尾矿和水玻璃的重量比为1：（0.85～1）：（0.4～0.6）。由PHC管桩混凝土制得的PHC管桩，PHC管桩的制备包括离心成型步骤。本申请的PHC管桩混凝土缓解了砂供应不足的现状，提高锡尾矿的利用率。

Description

PHC管桩混凝土及PHC管桩
技术领域
本申请涉及管桩生产领域，更具体地说，它涉及PHC管桩混凝土及PHC管桩。
背景技术
PHC管桩即预应力高强度混凝土管桩，是建筑基础中常用的混凝土预制构件。管桩制作的主要原料是混凝土，混凝土由胶凝材料将颗粒状骨料胶结而成。PHC管桩混凝土未凝结前为PHC管桩混凝土的拌合物，PHC管桩混凝土的拌合物于管桩制作模具内经管桩离心机高速离心，以形成PHC管桩的圆筒形结构。
目前，PHC管桩混凝土常采用天然砂为细骨料，但天然砂的长期开采导致天然砂的资源日渐枯竭，天然砂出现供应不足的现状。
发明内容
为了缓解天然砂供应不足的现状，本申请提供PHC管桩混凝土及PHC管桩。
本申请提供的PHC管桩混凝土及PHC管桩采用如下的技术方案：
第一方面，本申请提供PHC管桩混凝土，采用如下的技术方案：
PHC管桩混凝土，按重量份数，包括有以下组分：水泥220～370份，粗骨料1000～1400 份,减水剂3～11份，水100～150份，粉煤灰30～85份，复合细骨料800～1000份；
所述复合细骨料包括的制备方法包括以下步骤：将砂、锡尾矿和水玻璃搅拌均匀，得到复合细骨料；所述砂、锡尾矿和水玻璃的重量比为1：(0.85～1)：(0.4～0.6)。
通过采用上述技术方案，本申请采用锡尾矿这种工业固体废料，锡尾矿是锡矿石经选矿中分选作业后产生的废料，目前锡尾矿的资源利用率低，锡尾矿大量的堆存易造成环境的污染。本申请采用锡尾矿替代部分砂作为部分细骨料，不仅缓解了砂供应不足的问题，而且提高了锡尾矿的利用率。
实验过程中发现，单纯加入锡尾矿以代替部分砂会导致由添加锡尾矿后的PHC管桩混凝土制备的PHC管桩的力学性能降低，分析其原因在于，PHC管桩于离心成型后出现分层的现象，进一步分析其原因在于，锡尾矿的表观密度较大，使得锡尾矿具备较大的离心力而在离心时外挤至PHC管桩的外层，PHC管桩成品出现分层现象，PHC管桩的力学性能因此受到影响而有所降低。
为了改善加入锡尾矿导致PHC管桩成品的力学性能降低的现象，本申请采用砂和水玻璃对锡尾矿进行处理，实验发现，PHC管桩的力学性能回升至接近现有管桩的水平。分析其原因在于，一方面，砂和水玻璃的密度均小于锡尾矿的密度，使得粘附在锡尾矿周围的砂和水玻璃一定程度上降低了锡尾矿颗粒的密度，从而减轻密度差异导致的分层，另一方面，锡尾矿颗粒表面的砂和水玻璃增强了锡尾矿与混凝土基体之间的结合力，从而加大离心过程中锡尾矿位移的难度。
可选的，所述复合细骨料还包括聚丙烯酸铵，复合细骨料中砂、锡尾矿、水玻璃和聚丙烯酸铵的重量比为1：(0.85～1)：(0.4～0.6)：(0.002～0.004)。
实验发现，通过添加聚丙烯酸铵，由采用复合细骨料获得的PHC管桩混凝土制备的PHC管桩的力学性能进一步得到提升，可达到现有PHC管桩的水平。分析其原因在于，聚丙烯酸铵提高了复合细骨料各组分之间的紧密程度，减轻复合细骨料破损的可能性，进一步减小因复合细骨料破损导致锡尾矿的位移难度降低而易发生离心分层的现象。
可选的，所述砂选用含泥量≤1％，细度模数为2.3～3.0，粒径为2.2～4mm的天然砂。
通过采用上述技术方案，天然砂的含泥量、细度模数和粒径处于较合理的参数范围，以提高复合细骨料的结构密实度。
可选的，所述锡尾矿的粒径为0.5～1.5mm连续配级，表观密度为2800～2900kg/m3。
通过上述技术方案，锡尾矿的粒径为0.5～1.5mm连续配级，可以更大程度地填充至天然砂的间隙中，提高PHC管桩混凝土中固体颗粒分布结构的合理性，进而提高PHC管桩的抗压强度。锡尾矿的表观密度处于2800～2900kg/m3的范围时，复合细骨料与PHC管桩混凝土的密度差异较小。
可选的，所述水玻璃的波美度为37～38。
通过采用上述技术方案，选用波美度为37～38的水玻璃时，水玻璃粘附于锡尾矿周围时降低锡尾矿颗粒的密度的效果最佳，有利于改善添加锡尾矿导致的PHC管桩混凝土的分层现象。
可选的，所述水泥采用普通硅酸盐水泥，所述减水剂采取聚羧酸减水剂。
通过采用上述技术方案，普通硅酸盐水泥的凝结强度高，凝结速度快。聚羧酸减水剂改善PHC管桩混凝土的和易性的效果显著，可更加有效地提高PHC管桩混凝土的流动性和抗压强度。
第二方面，本申请提供一种由上述PHC管桩混凝土所制备的PHC管桩，采用如下的技术方案：
PHC管桩的制作包括离心成型步骤：
慢速离心:转速为200～350r/min，时间为1.5～2min；
中速离心：转速为370～700r/min，时间为3～4.5min；
高速离心：转速为1100～1250r/min，时间为5～8min。
通过采用上述技术方案，离心参数处于合适的范围，使PHC管桩混凝土中固体颗粒分布合理，提高PHC管桩结构的密实度，以改善PHC管桩离心分层的现象。
可选的，所述PHC管桩的制作还包括以下步骤：
离心成型前的制作步骤：
PHC管桩混凝土拌合：将称量的PHC管桩混凝土各组分混合搅拌，制得PHC管桩混凝土拌合物；
PHC管桩混凝土布料：将PHC管桩混凝土拌合物浇灌于管桩模具中；
施加预应力：利用张拉机对管桩进行张拉；
离心成型后的制作步骤：
蒸汽养护：对离心后的PHC管桩分别进行常压蒸养和高压蒸养以使PHC管桩达到规定抗压强度。
通过采用上述技术方案，可制得符合抗压强度要求的PHC管桩。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请通过将锡尾矿、砂和水玻璃混合制得复合细骨料以作为PHC管桩混凝土中的细骨料组分，一方面，缓解了砂供应不足的问题，并提高了锡尾矿这种废料的利用率，另一方面，砂和水玻璃粘附于锡尾矿上，改善了单纯使用锡尾矿作为细骨料时出现的PHC管桩的力学性能降低的现象，减小了PHC管桩离心分层的情况；
2、聚丙烯酸铵的添加使得采用复合细骨料获得的PHC管桩混凝土制备的PHC管桩的力学性能进一步得到提升；
3、由本申请PHC管桩混凝土制得的PHC管桩，在利用锡尾矿代替部分砂后仍可达到现有 PHC管桩的力学性能水平，减轻了PHC管桩离心分层的现象。
具体实施方式
以下对本申请作进一步详细说明。
原料介绍
表1 PHC管桩混凝土的制备原料
Figure BDA0003666558550000031
Figure BDA0003666558550000041
实施例
实施例1：
PHC管桩混凝土，包括普通硅酸盐水泥220kg，粗骨料1400kg，聚羧酸减水剂3kg，水150kg，粉煤灰30kg，复合细骨料800kg；其中，复合细骨料包括重量比为1：1：0.4的天然砂、锡尾矿和水玻璃，复合细骨料中各组分重量为天然砂333kg、锡尾矿333kg、水玻璃 133kg。
该PHC管桩混凝土及PHC管桩制备方法包括有以下步骤：
制备复合细骨料：将称量的天然砂、锡尾矿和水玻璃在60℃下混合搅拌均匀，得到复合细骨料；
PHC管桩混凝土拌合：投入普通硅酸盐水泥、复合细骨料、粉煤灰和聚羧酸减水剂于搅拌机内，加入水总量的80％，搅拌25s，随后加入粗骨料和余下的20％水，搅拌均匀即可获得 PHC管桩混凝土拌合物；
PHC管桩混凝土布料：将PHC管桩混凝土拌合物浇灌于管桩模具中；
施加预应力：利用张拉机对管桩进行张拉；
离心成型：将已填充PHC管桩混凝土的管桩模具放置于管桩离心机上，离心包括慢速、中速、快速三个阶段，慢速离心的转速为350r/min，慢速离心的时间为1.5min，中速离心的转速为600r/min，中速离心的时间为3min，高速离心的转速为1250r/min，高速离心的时间为 7min，离心后倒清余浆，即获得离心成型的PHC管桩：
蒸汽养护：对离心后的PHC管桩分别进行常规的常压蒸养和高压蒸养以使PHC管桩达到规定抗压强度。
实施例2：
PHC管桩混凝土，包括普通硅酸盐水泥370kg，粗骨料1000kg，聚羧酸减水剂11kg，水 110kg，粉煤灰85kg，复合细骨料1000kg；其中，复合细骨料包括重量比为1：0.85：0.6的天然砂、锡尾矿和水玻璃，复合细骨料中各组分重量为天然砂408kg、锡尾矿347kg、水玻璃245kg。
该PHC管桩混凝土及PHC管桩制备方法包括有以下步骤：
制备复合细骨料：将称量的天然砂、锡尾矿和水玻璃在60℃下混合搅拌均匀，得到复合细骨料；
PHC管桩混凝土拌合：投入普通硅酸盐水泥、复合细骨料、粉煤灰和聚羧酸减水剂于搅拌机内，加入拌合水总量的80％，搅拌25s，随后加入粗骨料和余下的20％拌合水，搅拌均匀即可获得PHC管桩混凝土拌合物；
PHC管桩混凝土布料：将PHC管桩混凝土拌合物浇灌于管桩模具中；
施加预应力：利用张拉机对管桩进行张拉；
离心成型：将已填充PHC管桩混凝土的管桩模具放置于管桩离心机上，离心包括慢速、中速、快速三个阶段，慢速离心的转速为350r/min，慢速离心的时间为1.5min，中速离心的转速为600r/min，中速离心的时间为3min，高速离心的转速为1250r/min，高速离心的时间为 7min，离心后倒清余浆，即获得离心成型的PHC管桩：
蒸汽养护：对离心后的PHC管桩分别进行常规的常压蒸养和高压蒸养以使PHC管桩达到规定抗压强度。
实施例3：
PHC管桩混凝土，包括普通硅酸盐水泥350kg，粗骨料1100kg，聚羧酸减水剂9kg，水112kg，粉煤灰70kg，复合细骨料900kg；其中，复合细骨料包括重量比为1：0.9：0.55的天然砂、锡尾矿和水玻璃，复合细骨料中各组分重量为天然砂367kg、锡尾矿331kg、水玻璃202kg。
该PHC管桩混凝土及PHC管桩制备方法包括有以下步骤：
制备复合细骨料：将称量的天然砂、锡尾矿和水玻璃在60℃下混合搅拌均匀，得到复合细骨料；
PHC管桩混凝土拌合：投入普通硅酸盐水泥、复合细骨料、粉煤灰和聚羧酸减水剂于搅拌机内，加入拌合水总量的80％，搅拌25s，随后加入粗骨料和余下的20％拌合水，搅拌均匀即可获得PHC管桩混凝土拌合物；
PHC管桩混凝土布料：将PHC管桩混凝土拌合物浇灌于管桩模具中；
施加预应力：利用张拉机对管桩进行张拉；
离心成型：将已填充PHC管桩混凝土的管桩模具放置于管桩离心机上，离心包括慢速、中速、快速三个阶段，慢速离心的转速为350r/min，慢速离心的时间为1.5min，中速离心的转速为600r/min，中速离心的时间为3min，高速离心的转速为1250r/min，高速离心的时间为 7min，离心后倒清余浆，即获得离心成型的PHC管桩：
蒸汽养护：对离心后的PHC管桩分别进行常规的常压蒸养和高压蒸养以使PHC管桩达到规定抗压强度。
实施例4：
实施例4与实施例3的区别在于复合细骨料还包括0.7kg聚丙烯酸铵，复合细骨料中砂、锡尾矿、水玻璃和聚丙烯酸铵的重量比为1：0.9：0.55：0.002。
实施例5
实施例5与实施例3的区别在于复合细骨料还包括1.3kg聚丙烯酸铵，复合细骨料中砂、锡尾矿、水玻璃和聚丙烯酸铵的重量比为1：0.9：0.55：0.0035。
实施例6
实施例6与实施例3的区别在于复合细骨料还包括1.5kg聚丙烯酸铵，复合细骨料中砂、锡尾矿、水玻璃和聚丙烯酸铵的重量比为1：0.9：0.55：0.004。
实施例7：
实施例7与实施例5的区别在于：复合细骨料中采用等量的甲基纤维素代替聚丙烯酸铵。
对比例
对比例1：
对比例1与实施例3的区别在于：复合细骨料采用等量的天然砂代替。
对比例2：
对比例2与实施例3的区别在于：PHC管桩混凝土中的细骨料未采用复合细骨料，而是选用重量比为1:0.9的天然砂和锡尾矿的混合物，细骨料混合物的重量为900kg。
性能检测
对实施例1～7和对比例1～2中制备的PHC管桩进行28d抗压强度(MPa)的测试，以及对由实施例1～7和对比例1～2中制备的PHC管桩混凝土制备的PHC管桩钻取管桩芯样，观察PHC管桩混凝土的分层程度，分层情况的评定结果分为“未见明显分层”、“未见分层”、“可见分层”和“明显分层”。
表2实施例1～7和对比例1～2制备的PHC管桩的抗压强度测试结果
Figure BDA0003666558550000071
根据表2记载的测试数据，由对比例1、实施例1～7可以看出，本申请制得的PHC管桩混凝土均达到PHC管桩的抗压强度接近现有PHC管桩的水平，且PHC管桩经离心成型工艺后未见明显分层现象。PHC管桩混凝土的组分颗粒分布合理，密实程度高，说明锡尾矿采用天然砂和水玻璃的粘附处理后可添加至PHC管桩混凝土中以缓解天然砂供应不足的现状，提高锡尾矿的资源利用率。
由实施例3、对比例2可以看出，锡尾矿未经水玻璃处理直接与天然砂混合后作为PHC管桩的细骨料时，PHC管桩的抗压强度明显下降、离心分层现象较严重，分析其原因可能在于，锡尾矿的表观密度较大，使得锡尾矿具备较大的离心力而在离心时会外挤至 PHC管桩的外层，PHC管桩出现分层现象，进而影响PHC管桩的抗压强度。添加水玻璃后，水玻璃可连同天然砂一起对锡尾矿进行粘附处理，天然砂和水玻璃的密度均小于锡尾矿颗粒的密度，粘附后降低了PHC管桩因密度差异导致的分层，同时，水玻璃和天然砂增强了锡尾矿与混凝土基体之间的结合力，从而加大离心过程中锡尾矿位移的难度。
由实施例3、实施例4～6可以看出，在复合细骨料中添加聚丙烯酸铵可进一步改善PHC管桩分层的现象，使PHC管桩混凝土的抗压强度得到提高，分析其原因可能在于，聚丙烯酸铵提高了复合细骨料各组分之间的紧密程度，减轻复合细骨料破损的可能性，进一步减小因复合细骨料破损导致锡尾矿的位移难度降低而易发生离心分层的现象。
由实施例4～6对比实施例7可以看出，添加甲基纤维素以代替聚丙烯酸铵时，PHC管桩的抗压强度有所降低，PHC管桩的离心分层现象较明显。由此可见，聚丙烯酸铵提高抗压强度以及减小PHC管桩分层现象的效果更佳。
本具体实施方式的实施例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，其中相同的零部件用相同的标记表示。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 (8)

1.PHC管桩混凝土，其特征在于，按重量份数，包括有以下组分：水泥220～370份，粗骨料1000～1400份,减水剂3～11份，水100～150份，粉煤灰30～85份，复合细骨料800～1000份；
所述复合细骨料的制备方法包括以下步骤：将砂、锡尾矿和水玻璃搅拌均匀，得到复合细骨料；所述砂、锡尾矿和水玻璃的重量比为1：（0.85～1）：（0.4～0.6）。
2.根据权利要求1所述的PHC管桩混凝土，其特征在于：所述复合细骨料还包括聚丙烯酸铵，复合细骨料中砂、锡尾矿、水玻璃和聚丙烯酸铵的重量比为1：（0.85～1）：（0.4～0.6）：（0.002～0.004）。
3.根据权利要求1所述的PHC管桩混凝土，其特征在于：所述砂选用含泥量≤1%，细度模数为2.3～3.0，粒径为2.2～4mm的天然砂。
4.根据权利要求1所述的PHC管桩混凝土，其特征在于：所述锡尾矿的粒径为0.5～1.5mm连续配级，表观密度为2800～2900kg/m³。
5.根据权利要求1所述的PHC管桩混凝土，其特征在于：所述水玻璃的波美度为37～38。
6.根据权利要求1所述的PHC管桩混凝土，其特征在于：所述水泥采用普通硅酸盐水泥，所述减水剂采取聚羧酸减水剂。
7.由权利要求1～6任意一项所述的PHC管桩混凝土所制备的PHC管桩，其特征在于，所述PHC管桩的制作包括离心成型步骤：
慢速离心:转速为200～350r/min，时间为1.5～2min；
中速离心：转速为370～700r/min，时间为3～4.5 min；
高速离心：转速为1100～1250r/min，时间为5～8 min。
8.根据权利要求7所述的PHC管桩，其特征在于：所述PHC管桩的制作还包括以下步骤：
离心成型前的制作步骤：
PHC管桩混凝土拌合：将称量的PHC管桩混凝土各组分混合搅拌，制得PHC管桩混凝土拌合物；
PHC管桩混凝土布料：将PHC管桩混凝土拌合物浇灌于管桩模具中；
施加预应力：利用张拉机对管桩进行张拉；
离心成型后的制作步骤：
蒸汽养护：对离心后的PHC管桩分别进行常压蒸养和高压蒸养以使PHC管桩达到规定抗压强度。
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