CN117185752B - 空心预应力管桩及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水泥基建筑材料技术领域，尤其是涉及一种空心预应力管桩及其制备方法，采用水泥作为胶凝材料，采用稻壳灰、粉煤灰微珠、刚玉微粉作为掺合料与水泥进行复合，调整管桩力学性能和成型效果，同时调整外加剂组成，制备得到高强耐久、免压蒸、无余浆空心预应力管桩。

Description

空心预应力管桩及其制备方法

技术领域

本发明涉及水泥基建筑材料技术领域，尤其是涉及一种空心预应力管桩及其制备方法。

背景技术

随着工程建设地下空间的不断发展，地下基础结构的要求也随之提高，管桩具有施工便捷、承载力高、质量可靠、经济效益好的特点，成为现阶段基础建设中最常用的基础构件。其中，先张法预应力管桩生产效率高，模具周转快，受到工程界普遍应用，然而，现有技术中管桩生产过程中普遍采用蒸压养护，能耗较高，且离心工艺中经常产生余浆，造成原材料的浪费。

现有技术CN108081447A公开了一种管桩生产工艺，包括如下步骤：混合搅拌、制备钢筋笼和模具、浇注、离心养护：拉伸完成后，将所述管桩模具置于卧式离心机上；离心后静停25-35min，放入蒸汽养护池中，在90-110℃的温度下养护；降温脱模：降温、脱模，制得管桩，CN110550916A公开了一种耐腐蚀PHC管桩，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，CN102875093A公开了一种抗冲击磨蚀增韧预应力混凝土管桩，然而，上述技术原料和工艺较为复杂，且生产过程存在余浆，CN103896531A公开了一种掺磨细稻壳灰的高强混凝土管桩，制备管桩的混凝土中掺有比表面积≥400㎡/kɡ的磨细稻壳灰，然而，其需要采用蒸压养护，生产能耗高，采用水泥标号高，成本高，CN103030342A公开了一种免压蒸预应力高强离心管桩，原料和制备工艺均较简单，然而采用大量天然原料，抗渗抗腐蚀性能有待进一步提高。

因此，制备一种免压蒸无余浆高强耐腐蚀预应力管桩，简化生产工艺，降低生产能耗，对节能减排、提高工程质量和经济效益具有十分重要的意义。

发明内容

为克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种空心预应力管桩，采用水泥作为胶凝材料，采用稻壳灰、粉煤灰微珠、刚玉微粉作为掺合料与水泥进行复合，调整管桩力学性能和成型效果，同时调整外加剂组成，制备得到高强耐久、免压蒸、无余浆空心预应力管桩。

具体的，本发明空心预应力管桩，其特征在于，由如下重量份原料制备而成：水泥300-400份，稻壳灰80-100份，粉煤灰微珠50-80份，刚玉微粉20-40份，粗骨料900-1100份，细骨料700-900份，减水剂12-20份，硅酸钠5-8份，氧化钙2-3份，缓凝剂2-4份，消泡剂1-2份，甲基硅酸钠2-3份，水130-180份。

优选的，所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的至少一种。

优选的，所述稻壳灰比表面积≥400m²/kg。

优选的，所述粉煤灰微珠粒径为0.5-10μm，烧失量＜1%。

优选的，所述刚玉微粉粒径为10-200μm，Al₂O₃含量≥98%。

本发明为实现管桩免压蒸条件下达到力学性能的增长，并实现离心成型过程中无余浆，经大量试验，选用稻壳灰、粉煤灰微珠和刚玉微粉作为掺合料，其中，稻壳灰是由稻谷外壳经燃烧、磨细制备而成，具有多孔性状，主要成分为活性硅，粉煤灰微珠是由优质粉煤灰经过独特工艺精选加工而成，属于超细粉体，具有连续粒径分布，粒径位于亚微米级，球形度高，因此具有活性高、密度小、水化热低、流动性好的优点，刚玉微粉主要成分为Al₂O₃，其活性较低，质地致密，粒径小，属于惰性掺合料，现有技术中常用硅灰作为高活性掺合料，而硅灰价格高，且不易分散，导致管桩成型过程中存在困难，容易产生余浆，本发明采用稻壳灰配合粉煤灰微珠，实现混凝土粘度和稠度的平衡，满足管桩混凝土施工和易性要求，刚玉微粉可与水泥、稻壳灰、粉煤灰微珠形成紧密堆积，填充材料体系微孔，并且可以提高混凝土模量和刚度，有助于先张法施工；并且，根据掺合料的活性特点，本发明经大量试验，采用硅酸钠、氧化钙对掺合料活性进行激发，提供钙离子和硅酸根，形成水化密实结构，填堵混凝土微孔，且甲基硅酸钾可与本发明混凝土硬化体实现配合，综合提高混凝土致密度，大幅提升混凝土抗渗性和耐久性。

优选的，所述粗骨料为碎石、再生粗骨料的至少一种，粒径为5-20mm连续级配。

优选的，所述细骨料为河砂、石英砂、机制砂的至少一种，细度模数为2.3-2.6。

合理级配的骨料形成密实骨架结构，降低混凝土收缩，提高混凝土力学性能。

优选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂，所述缓凝剂为蔗糖、葡萄糖酸钠、硼砂的至少一种。

优选的，所述消泡剂为有机硅消泡剂。消泡剂的添加可消除混凝土拌合过程中的有害气泡，最终降低混凝土孔隙率，提高管桩表面质量。

本发明还涉及上述空心预应力管桩的生产工艺，具体的，包括如下步骤：

1）按质量份称取各原料，

2）将减水剂、硅酸钠、氧化钙、缓凝剂、消泡剂、甲基硅酸钠加入水中，搅拌均匀，得水溶液，

3）将水泥、稻壳灰、粉煤灰微珠、刚玉微粉、细骨料加入搅拌机干拌，然后加入粗骨料和水溶液搅拌均匀，得混凝土浆料，

4）将管桩钢模涂刷脱模剂，将混凝土布料后进行合模，预应力筋张拉，在离心机上离心成型，

5）成型后的管桩进行80-90℃常压蒸汽养护8-10h，自然停放即得。

本发明具有如下技术优势：

1.采用特殊组成的胶凝材料，满足管桩力学性能和施工条件，掺合料价格更低，降低原材料成本，

2.采用复配外加剂激发胶凝材料活性和耐久性，

3.管桩生产无需压蒸，制备过程中无余浆产生。

具体实施方式

为表征本发明技术效果，制备管桩混凝土并进行性能测试，其中抗压强度在7d进行，耐久性测试在28d进行。试验过程中水泥采用P·O42.5水泥，稻壳灰比表面积≥400m²/kg，粉煤灰微珠粒径为0.5-10μm，烧失量＜1%，所述刚玉微粉粒径为10-200μm，Al₂O₃含量≥98%，粗骨料选用5-20mm连续级配花岗岩碎石，细骨料选用细度模数2.4河砂，减水剂选用聚羧酸减水剂，缓凝剂选用葡萄糖酸钠，消泡剂选用有机硅消泡剂。

实施例1

管桩混凝土，由如下重量份原料制备而成：水泥340份，稻壳灰80份，粉煤灰微珠70份，刚玉微粉40份，粗骨料950份，细骨料780份，减水剂15份，硅酸钠6份，氧化钙2份，缓凝剂2.5份，消泡剂2份，甲基硅酸钠3份，水160份。

经检测，混凝土7d抗压强度102.6MPa，抗渗等级P12，28d碳化深度0.4mm，电通量532c。

实施例2

管桩混凝土，由如下重量份原料制备而成：水泥380份，稻壳灰90份，粉煤灰微珠60份，刚玉微粉30份，粗骨料900份，细骨料800份，减水剂17份，硅酸钠8份，氧化钙2.3份，缓凝剂3.4份，消泡剂1.5份，甲基硅酸钠2.5份，水160份。

经检测，混凝土7d抗压强度107.5MPa，抗渗等级P12，28d碳化深度0.3mm，电通量398c。

对比例1

管桩混凝土，由如下重量份原料制备而成：水泥380份，粉煤灰90份，矿粉60份，硅灰30份，粗骨料900份，细骨料800份，减水剂17份，硅酸钠8份，氧化钙2.3份，缓凝剂3.4份，消泡剂1.5份，甲基硅酸钠2.5份，水160份。

经检测，混凝土7d抗压强度85.6MPa，抗渗等级P8，28d碳化深度0.9mm，电通量968c。

对比例2

管桩混凝土，由如下重量份原料制备而成：水泥380份，稻壳灰90份，粉煤灰微珠60份，刚玉微粉30份，粗骨料900份，细骨料800份，减水剂17份，硅酸钠10.3份，缓凝剂3.4份，消泡剂1.5份，甲基硅酸钠2.5份，水160份。

经检测，混凝土振捣过程中出现浮浆，7d抗压强度93.2MPa，抗渗等级P6，28d碳化深度1.4mm，电通量1070c。

对比例3

管桩混凝土，由如下重量份原料制备而成：水泥380份，稻壳灰90份，粉煤灰微珠60份，刚玉微粉30份，粗骨料900份，细骨料800份，减水剂17份，氧化钙10.3份，缓凝剂3.4份，消泡剂1.5份，甲基硅酸钠2.5份，水160份。

经检测，混凝土干硬，和易性较差，7d抗压强度79.5MPa，抗渗等级P6，28d碳化深度2.4mm，电通量1275c。

对比例4

管桩混凝土，由如下重量份原料制备而成：水泥380份，稻壳灰90份，粉煤灰微珠90份，粗骨料900份，细骨料800份，减水剂17份，硅酸钠8份，氧化钙2.3份，缓凝剂34份，消泡剂1.5份，甲基硅酸钠2.5份，水160份。

经检测，混凝土7d抗压强度93.8MPa，抗渗等级P8，28d碳化深度1.1mm，电通量1033c。

对比例5

管桩混凝土，由如下重量份原料制备而成：水泥380份，稻壳灰90份，粉煤灰微珠60份，刚玉微粉30份，粗骨料900份，细骨料800份，减水剂17份，甲酸钙10.3份，缓凝剂34份，消泡剂1.5份，水160份。

经检测，混凝土7d抗压强度95.6MPa，抗渗等级P6，28d碳化深度2.1mm，电通量1520c。

最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种空心预应力管桩，其特征在于，由如下重量份原料制备而成：水泥300-400份，稻壳灰80-100份，粉煤灰微珠50-80份，刚玉微粉20-40份，粗骨料900-1100份，细骨料700-900份，减水剂12-20份，硅酸钠5-8份，氧化钙2-3份，缓凝剂2-4份，消泡剂1-2份，甲基硅酸钠2-3份，水130-180份。

2.根据权利要求1所述空心预应力管桩，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥的至少一种。

3.根据权利要求1所述空心预应力管桩，其特征在于，所述稻壳灰比表面积≥400m²/kg。

4.根据权利要求1所述空心预应力管桩，其特征在于，所述粉煤灰微珠粒径为0.5-10μm，烧失量＜1%。

5.根据权利要求1所述空心预应力管桩，其特征在于，所述刚玉微粉粒径为10-200μm，Al₂O₃含量≥98%。

6.根据权利要求1所述空心预应力管桩，其特征在于，所述粗骨料为碎石、再生粗骨料的至少一种，粒径为5-20mm连续级配。

7.根据权利要求1所述空心预应力管桩，其特征在于，所述细骨料为河砂、石英砂、机制砂的至少一种，细度模数为2.3-2.6。

8.根据权利要求1所述空心预应力管桩，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂，所述缓凝剂为蔗糖、葡萄糖酸钠、硼砂的至少一种。

9.根据权利要求1所述空心预应力管桩，其特征在于，所述消泡剂为有机硅消泡剂。

10.根据权利要求1-9任一项所述空心预应力管桩的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）按质量份称取各原料，

2）将减水剂、硅酸钠、氧化钙、缓凝剂、消泡剂、甲基硅酸钠加入水中，搅拌均匀，得水溶液，

3）将水泥、稻壳灰、粉煤灰微珠、刚玉微粉、细骨料加入搅拌机干拌，然后加入粗骨料和水溶液搅拌均匀，得混凝土浆料，

4）将管桩钢模涂刷脱模剂，将混凝土布料后进行合模，预应力筋张拉，在离心机上离心成型，

5）成型后的管桩进行80-90℃常压蒸汽养护8-10h，自然停放即得空心预应力管桩。