CN117342849B - 一种管桩用混凝土及免压蒸预应力混凝土管桩和管桩制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种管桩用混凝土及免压蒸预应力混凝土管桩和管桩制备方法，属于高强混凝土技术领域。该管桩混凝土包括400‑500重量份胶凝材料、2‑5重量份聚羧酸减水剂和600‑750重量份级配料，所述胶凝材料由硅酸盐水泥、活性激发剂、活性微粉组成。本发明制备的免压蒸预应力高强混凝土管桩强度、冻融循环性和抗硫酸盐侵蚀性明显提高，降低总养护煤耗，降低生产成本，减少烟气的排放，减轻企业的负担，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及高强混凝土技术领域，具体涉及一种管桩用混凝土及免压蒸预应力混凝土管桩和管桩制备方法。
背景技术
在经济高速发展的今天，能源和环境已成为影响我国发展步伐的重要因素。现阶段，我国能源呈现紧张趋势，由于矿难及老的采煤基地产量的下滑，煤炭供应已出现不足；石油资源也相对匮乏，我国石油进口量所占比例也在不断增加，而随着国际油价的上涨，使得各行各业的生产成本一路上涨。
目前，预应力高强混凝土管桩(PHC管桩)是现阶段基础建设中最为常用的一种建筑构件，在生产过程中，通常将水泥与矿物掺合料混合搅拌，经过离心工艺，采用常压蒸汽养护工艺和高压蒸汽养护工艺相结合的二次养护工艺进行养护而制得。高强预应力管桩常采用蒸汽蒸压养护工艺进行制备，但该工艺成本昂贵、耗时较多、消耗能源大、污染环境。免压蒸技术可以实现高强预应力管桩生产工艺的简化，从而提升生产效率、降低能耗、减少污染、降低生产成本。
发明内容
本发明的目的在于一种管桩用混凝土及免压蒸预应力混凝土管桩和管桩制备方法，所述混凝土管桩能够在常压下蒸汽养护成型，同时强度、冻融循环性和抗硫酸盐侵蚀性明显提高，降低总养护煤耗，降低生产成本，减少烟气的排放，减轻企业的负担。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种管桩用混凝土，该混凝土包括400-500重量份胶凝材料、2-5重量份聚羧酸减水剂和600-750重量份级配料，所述胶凝材料由硅酸盐水泥、活性激发剂、活性微粉组成，所述活性微粉的制备方法如下：
S1.将异丙醇铝和正硅酸乙酯混合溶于乙醇中，加入氨水，加热搅拌反应，形成溶胶，煅烧，球磨，制得Al2O3/SiO2纳米粉；
S2.将步骤S1制得的Al2O3/SiO2纳米粉分散于水中，加入钙盐和镁盐，挥干溶剂，煅烧，洗涤，干燥，制得活性微粉。
所述级配料由平均粒径0.5-1mm的中砂、平均粒径5-10mm和10-20mm的碎石组成，并且优选的，中砂、平均粒径5-10mm的碎石、平均粒径10-20mm的碎石三者之间的质量比为1-2：1-2：1-2。
作为本发明的进一步改进，所述活性激发剂由Na2SiO3·9H2O、Ca2SO4·2H2O和CaCl2混合制备而成，质量比为10-12:3-5:1-2。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中所述异丙醇铝、正硅酸乙酯、乙醇、氨水的质量比为10-15:7-10:100-120:30-50，所述加热搅拌反应的温度为40-50℃，时间为3-5h，所述煅烧的温度为500-700℃，时间为2-4h，所述球磨的时间为2-4h。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中所述Al2O3/SiO2纳米粉、钙盐和镁盐的质量比为100:7-12:10-15，所述钙盐选自氯化钙、硝酸钙中的至少一种，所述镁盐选自氯化镁、硫酸镁、硝酸镁中的至少一种，所述煅烧的温度为400-600℃，时间为1-3h。
作为本发明的进一步改进，所述活性微粉的平均粒径为300-500nm。
作为本发明的进一步改进，所述硅酸盐水泥为P.O.42.5的硅酸盐水泥或更高强度的水泥。
作为本发明的进一步改进，所述硅酸盐水泥、活性激发剂、活性微粉的质量比为50-70：5-7：20-25。
作为本发明的进一步改进，所述聚羧酸减水剂没有特别限制，选自聚丙烯酸酯类、聚苯乙烯酸酯类、聚羧酸酯酚类、聚甲基丙稀酸酯酚类或者类似的共聚型减水剂都可以，优选早强型聚羧酸减水剂，例如，购自北京慕湖外加剂有限公司的早强型聚羧酸减水剂MNC系列。
作为本发明的进一步改进，所述管桩混凝土的抗压强度大于100MPa，且抗冻融循环次数达到500次以上都能保持很好的强度性能。
本发明进一步提供一种免压蒸预应力混凝土管桩，其通过前述混凝土浇筑成型而得。
本发明还提供一种上述免压蒸预应力混凝土管桩的制备方法，包括以下步骤：
（1）将硅酸盐水泥、活性激发剂、活性微粉混合均匀，制得凝胶材料；
（2）将胶凝材料、聚羧酸减水剂和级配料搅拌混合，离心，浇筑成型，再将静置0.5-1h，在80-90℃蒸汽养护3-5h，自然养护3-7天，制得免压蒸预应力高强混凝土管桩。
本发明具有如下有益效果：
本发明制备了一种活性微粉，通过溶胶凝胶反应制备的Al2O3/SiO2纳米粉表面沉积氧化钙和氧化镁活性组分，能更好地参与胶结材料的水化、凝结过程，与水泥水化时析出的氢氧化钙，生成含水的硅酸钙薄膜状凝胶和含水的铝酸钙凝胶，促进了水泥水化程度，使水泥石结构更致密，同时，降低泌水量，避免硬化后水泥石微小裂缝的出现，改善粗骨料与胶结料的粘结界面，使混凝土的宏观力学性能得到提高。
本发明添加的活性激发剂组合物包括Na2SiO3·9H2O、Ca2SO4·2H2O和CaCl2，三者协同作用下，激发活性微粉的水化反应，可提高混凝土早期强度和抗冲磨强度，从而提高了混凝土的强度和性能。
本发明添加了高效聚羧酸减水剂，添加量较高，能够降低混凝土用水量，使水灰比降低，用水量减少，会使混凝土的早期强度提高；同时聚羧酸减水剂有一定的早强功能，可以促进水泥水化，提高早期强度。
本发明制备的免压蒸预应力高强混凝土管桩各项性能明显提高，降低总养护煤耗，降低生产成本，减少烟气的排放，减轻企业的负担，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下实施例和对比例中所用级配料的组成：所述级配料由平均粒径0.5-1mm的中砂、平均粒径5-10mm和10-20mm的碎石组成，并且，中砂、平均粒径5-10mm的碎石、平均粒径10-20mm的碎石三者之间的质量比为1：1：1。
实施例和对比例中所述减水剂均为早强减水剂MNC-A3。
制备例1 活性微粉的制备
方法如下：
S1.将110重量份异丙醇铝和90重量份正硅酸乙酯混合溶于1000重量份乙醇中，加入300重量份氨水，加热至40℃，搅拌反应3h，形成溶胶，500℃煅烧2h，球磨2h，制得Al2O3/SiO2纳米粉；
S2.将100重量份步骤S1制得的Al2O3/SiO2纳米粉分散于500重量份水中，加入7重量份氯化钙和10重量份氯化镁，挥干溶剂，400℃煅烧1h，洗涤，干燥，制得活性微粉，经过显微检测，平均粒径为300nm。
制备例2 活性微粉的制备
方法如下：
S1.将150重量份异丙醇铝和120重量份正硅酸乙酯混合溶于1200重量份乙醇中，加入500重量份氨水，加热至50℃，搅拌反应5h，形成溶胶，700℃煅烧4h，球磨4h，制得Al2O3/SiO2纳米粉；
S2.将100重量份步骤S1制得的Al2O3/SiO2纳米粉分散于500重量份水中，加入12重量份硝酸钙和15重量份硫酸镁，挥干溶剂，600℃煅烧3h，洗涤，干燥，制得活性微粉，经过显微检测，平均粒径为500nm。
制备例3 活性微粉的制备
方法如下：
S1.将120重量份异丙醇铝和85重量份正硅酸乙酯混合溶于1100重量份乙醇中，加入400重量份氨水，加热至45℃，搅拌反应4h，形成溶胶，600℃煅烧3h，球磨3h，制得Al2O3/SiO2纳米粉；
S2.将100重量份步骤S1制得的Al2O3/SiO2纳米粉分散于500重量份水中，加入10重量份氯化钙和12重量份硝酸镁，挥干溶剂，500℃煅烧2h，洗涤，干燥，制得活性微粉，经过显微检测，平均粒径为400nm。
实施例1
本实施例提供一种管桩用混凝土及一种免压蒸预应力高强混凝土管桩，包括以下步骤：
（1）将600重量份P.O.42.5的硅酸盐水泥、50重量份活性激发剂、200重量份制备例1制得的活性微粉混合均匀，制得凝胶材料；
所述活性激发剂由Na2SiO3·9H2O、Ca2SO4·2H2O和CaCl2混合制备而成，质量比为10:3:1。
（1）将400重量份胶凝材料、2重量份聚羧酸减水剂（早强减水剂MNC-A3，购自北京慕湖外加剂有限公司）和600重量份级配料搅拌混合，制得管用混凝土；
（2）将步骤（2）所得混凝土离心，浇筑成型，再将静置0.5h，在80℃蒸汽养护3h，自然养护3天，制得免压蒸预应力混凝土管桩。
实施例2
本实施例提供一种管桩用混凝土及一种免压蒸预应力高强混凝土管桩，包括以下步：
（1）将600重量份P.O.42.5的硅酸盐水泥、60重量份活性激发剂、250重量份制备例2制得的活性微粉混合均匀，制得凝胶材料；
所述活性激发剂由Na2SiO3·9H2O、Ca2SO4·2H2O和CaCl2混合制备而成，质量比为12:5:2。
（2）将500重量份胶凝材料、3重量份聚羧酸减水剂（早强减水剂MNC-A3，购自北京慕湖外加剂有限公司）和750重量份级配料搅拌混合，制得管用混凝土；
（3）将步骤（2）所得混凝土离心，浇筑成型，再将静置1h，在90℃蒸汽养护5h，自然养护7天，制得免压蒸预应力混凝土管桩。
实施例3
本实施例提供一种管桩用混凝土及一种免压蒸预应力高强混凝土管桩，包括以下步骤：
（1）将600重量份P.O.42.5的硅酸盐水泥、60重量份活性激发剂、220重量份制备例3制得的活性微粉混合均匀，制得凝胶材料；
所述活性激发剂由Na2SiO3·9H2O、Ca2SO4·2H2O和CaCl2混合制备而成，质量比为11:4:1.5。
（2）将450重量份胶凝材料、3重量份聚羧酸减水剂（早强减水剂MNC-A3，购自北京慕湖外加剂有限公司）和670重量份级配料搅拌混合，制得管用混凝土；
（3）将步骤（2）所得混凝土离心，浇筑成型，再将静置1h，在85℃蒸汽养护4h，自然养护5天，制得免压蒸预应力混凝土管桩。
实施例4
与实施例3相比，不同之处在于，活性激发剂由Ca2SO4·2H2O和CaCl2混合制备而成，质量比为4:1.5。
实施例5
与实施例3相比，不同之处在于，活性激发剂由Na2SiO3·9H2O和CaCl2混合制备而成，质量比为11:1.5。
实施例6
与实施例3相比，不同之处在于，活性激发剂由Na2SiO3·9H2O、Ca2SO4·2H2O混合制备而成，质量比为11:4。
对比例1
与实施例3相比，不同之处在于，凝胶材料中未添加活性激发剂。
具体如下：
（1）将60重量份P.O.42.5的硅酸盐水泥、22重量份制备例3制得的活性微粉混合均匀，制得凝胶材料；
（2）将450重量份胶凝材料、2重量份聚羧酸减水剂（早强减水剂MNC-A3，购自北京慕湖外加剂有限公司）和670重量份级配料搅拌混合，制得管用混凝土；
（3）将步骤（2）所得混凝土离心，浇筑成型，再将静置1h，在85℃蒸汽养护4h，自然养护5天，制得免压蒸预应力混凝土管桩。
对比例2
与实施例3相比，不同之处在于，凝胶材料中活性微粉由粉煤灰替代。
具体如下：
（1）将60重量份P.O.42.5的硅酸盐水泥、6重量份活性激发剂、22重量份粉煤灰混合均匀，制得凝胶材料；
所述活性激发剂由Na2SiO3·9H2O、Ca2SO4·2H2O和CaCl2混合制备而成，质量比为11:4:1.5。
（2）将450重量份胶凝材料、2重量份聚羧酸减水剂（早强减水剂MNC-A3，购自北京慕湖外加剂有限公司）和670重量份级配料搅拌混合，制得管用混凝土；
（3）将步骤（2）所得混凝土离心，浇筑成型，再将静置1h，在85℃蒸汽养护4h，自然养护5天，制得免压蒸预应力混凝土管桩。
测试例1
将本发明实施例1-6和对比例1-2制得的免压蒸预应力高强混凝土进行性能测试，结果见表1。
混凝土抗压强度试验按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。
耐久性能制样及测试（抗冻融、抗硫酸盐）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》进行。
表1 实施例和对比例的性能比较
。
由上表可知，本发明实施例1-3制得的免压蒸预应力高强混凝土28天抗压强度大于100MPa，冻融循环次数达到500次以上都能保持很好的强度性能，具有较好的抗硫酸盐侵蚀性能。实施例4-6中没有采用Na2SiO3·9H2O、Ca2SO4·2H2O和CaCl2作为活性激发剂，但是采用了本发明特定的活性微粉，所得混凝土管桩的强度、冻融循环性和抗硫酸盐侵蚀性也都显著优于对比例。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种管桩用混凝土，其特征在于，所述混凝土包括400-500重量份胶凝材料、2-5重量份聚羧酸减水剂和600-750重量份级配料，所述胶凝材料由硅酸盐水泥、活性激发剂、活性微粉组成，所述硅酸盐水泥、活性激发剂、活性微粉的质量比为50-70：5-7：20-25，所述活性微粉的制备方法如下：
S1.将异丙醇铝和正硅酸乙酯混合溶于乙醇中，加入氨水，加热搅拌反应，形成溶胶，煅烧，球磨，制得Al2O3/SiO2纳米粉；所述异丙醇铝、正硅酸乙酯、乙醇、氨水的质量比为10-15:7-10:100-120:30-50；
S2.将步骤S1制得的Al2O3/SiO2纳米粉分散于水中，加入钙盐和镁盐，挥干溶剂，煅烧，洗涤，干燥，制得活性微粉；所述Al2O3/SiO2纳米粉、钙盐和镁盐的质量比为100:7-12:10-15；所述活性激发剂由Na2SiO3·9H2O、Ca2SO4·2H2O和CaCl2混合制备而成，质量比为10-12:3-5:1-2。
2.根据权利要求1所述混凝土，其特征在于，步骤S1中，所述加热搅拌反应的温度为40-50℃，时间为3-5h，所述煅烧的温度为500-700℃，时间为2-4h，所述球磨的时间为2-4h。
3.根据权利要求1所述混凝土，其特征在于，步骤S2中，所述钙盐选自氯化钙、硝酸钙中的至少一种，所述镁盐选自氯化镁、硫酸镁、硝酸镁中的至少一种，所述煅烧的温度为400-600℃，时间为1-3h。
4.根据权利要求1所述混凝土，其特征在于，所述活性微粉的平均粒径为300-500nm。
5.根据权利要求1所述混凝土，其特征在于，所述级配料由平均粒径0.5-1mm的中砂、平均粒径5-10mm和10-20mm的碎石组成，并且，中砂、平均粒径5-10mm的碎石、平均粒径10-20mm的碎石三者之间的质量比为1-2：1-2：1-2。
6.一种免压蒸预应力混凝土管桩，其通过权利要求1-5任一项所述混凝土浇筑成型而得。
7.如权利要求6所述免压蒸预应力混凝土管桩的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将硅酸盐水泥、活性激发剂、活性微粉混合均匀，制得凝胶材料；
（2）将胶凝材料、聚羧酸减水剂和级配料搅拌混合，离心，浇筑成型，再静置0.5-1h，在80-90℃蒸汽养护3-5h，自然养护3-7天，制得免压蒸预应力混凝土管桩。
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