CN117466599A - 一种抗腐蚀预制混凝土方桩 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种抗腐蚀预制混凝土方桩，属于特种混凝土制备技术领域，其制备方法包括以下步骤：将各原料搅拌混合得到混凝土复合料，将所述混凝土复合料通过方桩模具进行灌浆，养护至指定强度后，脱模得到所述抗腐蚀预制混凝土方桩；其中，按重量份数计，所述混凝土复合料包括有如下的组分组成：水泥320‑380份、粉煤灰60‑90份、粗骨料850‑1150份、细骨料460‑600份、增强剂18‑36份、减水剂7.2‑9.6份、分散剂1‑10份、抗渗剂12‑28份、水140‑220份；本发明在现有方桩的基础上通过复合组分调节进而提高混凝土方桩的抗腐蚀性能。

Description

一种抗腐蚀预制混凝土方桩
技术领域
本发明涉及特种混凝土制备技术领域，具体涉及一种抗腐蚀预制混凝土方桩。
背景技术
预制桩，是在工厂或施工现场制成的各种材料、各种形式的桩(如木桩、混凝土方桩、预应力混凝土管桩、钢桩等)，其特点是能承受较大的荷载、坚固耐久、施工速度快，对周围环境影响较小，当前建筑施工领域中采用较多的预制桩主要是混凝土预制桩和钢桩两大类。混凝土预制桩为钢筋实心桩，断面一般呈方形，截面尺寸一般为200×200mm-600×600mm，限于桩架高度，现场预制桩的长度一般在25-30m以内；限于运输条件，工厂预制桩，桩长一般不超过12m。钢筋混凝土实心桩的优点在于长度和截面可在一定范围内根据现场实际需要选择，由于在地面上预制，制作质量容易保证，承载能力高，耐久性好，因此在工程上应用较广。
我国幅员辽阔，海洋环境各异且气候多样，如东南沿海地区的湿热、碳化和氯盐腐蚀，北方沿海地区的冻融、碳化和氯盐腐蚀，西部盐湖地区的干冷、干热、氯盐和硫酸盐腐蚀，这些都使得预制混凝土的破坏形式普遍、多样且复杂。现有研究指出，混凝土构件破坏的主要原因按重要性递减排列顺序：钢筋锈蚀、冻融循环、侵蚀环境的物理化学作用，也就是说，腐蚀是影响混凝土耐久性的主要因素之一，通常腐蚀包括酸、碱、盐对混凝土的腐蚀。现有的预制方桩为了解决抗盐碱问题，大多采用在桩表面设置耐腐蚀层的方式进行保护，或者是在混凝土原料内添加抗腐蚀性材料，一方面耐腐蚀层与预制方桩的结合力较差，随着时间的推移在水分渗透作用下容易出现脱落和腐蚀空洞，进而造成桩体的腐蚀，另一方面耐腐蚀层的抗盐碱作用有限，在高盐高碱环境下无法满足预制方桩的耐腐蚀要求，这对预制方桩的耐久性提出了巨大挑战。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种抗腐蚀预制混凝土方桩。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
一种抗腐蚀预制混凝土方桩，其制备方法包括以下步骤：
将各原料搅拌混合得到混凝土复合料，将所述混凝土复合料通过方桩模具进行灌浆，养护至指定强度后，脱模得到所述抗腐蚀预制混凝土方桩；
其中，按重量份数计，所述混凝土复合料包括有如下的组分组成：
水泥320-380份、粉煤灰60-90份、粗骨料850-1150份、细骨料460-600份、增强剂18-36份、减水剂7.2-9.6份、分散剂1-10份、抗渗剂12-28份、水140-220份；
所述抗渗剂的制备方法包括以下步骤：
(1)在冰水浴条件下，将叠氮-聚乙二醇-聚倍半硅氧烷有机高分子材料分散溶解在四氢呋喃溶剂中，加入溴化亚铜和五甲基二亚乙基三胺作为催化剂，充分搅拌混合后，加入4-(甲酸甲酯)-α-炔丙基苯基乙酸甲酯，再次搅拌混合，混合体系经通氮除氧后，在保护气氛下，升温至35-40℃并保温搅拌反应36-48h，反应完成后加入冷水以冷却反应体系，分离沉淀并以有机溶剂洗涤，制得前体产物；
(2)将所述前体产物分散溶解在四氢呋喃与水的混合溶剂中，加入碱液调节pH至9-10，升温至35-40℃并保温搅拌反应2-6h，反应完成后加入酸液调节pH至5-7，加入冷水以冷却反应体系，分离沉淀并以有机溶剂洗涤，制得所述抗渗剂。
在一些优选的实施方式中，所述叠氮-聚乙二醇-聚倍半硅氧烷有机高分子材料的分子量在1k-2k，所述叠氮-聚乙二醇-聚倍半硅氧烷有机高分子材料与所述溴化亚铜、所述五甲基二亚乙基三胺、所述4-(甲酸甲酯)-α-炔丙基苯基乙酸甲酯的质量比例为10：(0.1-0.2)：(0.3-0.35)：(11-13)。
在一些优选的实施方式中，所述水泥为普通硅酸盐水泥，标号PO42.5。
在一些优选的实施方式中，所述粉煤灰为表面处理的粉煤灰，其制备方法包括以下步骤：
S1、将粉煤灰浸渍在酸性的过氧化氢溶液中，在常温下搅拌反应过夜，滤出沉淀并以水淋洗至中性，备用；
S2、将步骤S1制得的粉煤灰分散在二甲基甲酰胺溶剂中，加入烷基二酸或其酸酐，在搅拌条件下，加入1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和4-二甲氨基吡啶，升温至50-100℃并保温反应1-2h，反应完成后滤出沉淀，备用；
S3、称取聚氧乙烯-聚苯乙烯-聚氧乙烯嵌段聚合物并溶解在二甲基甲酰胺溶剂中，在搅拌条件下，加入1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和4-二甲氨基吡啶，加入步骤S2制得的沉淀，搅拌升温至50-100℃并保温反应1-2h，反应完成后滤出沉淀，洗涤、干燥后制得。
在一些优选的实施方式中，步骤S2中所述烷基二酸或其酸酐在溶剂中的浓度为0.01-0.1mol/L，步骤S3中所述聚氧乙烯-聚苯乙烯-聚氧乙烯嵌段聚合物在溶剂中的浓度为30-100g/L。
在一些优选的实施方式中，所述粗骨料为玄武岩石块，其粒径在4.5-31.5mm；所述细骨料为天然河砂，其粒径在0.15-4.75mm。
在一些优选的实施方式中，所述增强剂为短切纤维，包括聚丙烯纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、钢纤维中的至少一种，其长度在3-15mm，直径在20-150μm。
在一些优选的实施方式中，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂，包括DH-4005型、DH-4004型、DH701型中的至少一种。
在一些优选的实施方式中，所述分散剂为己烯基双硬脂酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、硬脂酸单甘油酯中的至少一种。
本发明的有益效果为：
针对现有技术中预制方桩的抗腐蚀性较差、耐久性不高的问题，本发明提供一种抗腐蚀预制混凝土方桩，在现有方桩的基础上通过复合组分调节进而提高混凝土方桩的抗腐蚀性，具体来说，本发明以刚性的笼型聚倍半硅氧烷为骨架，以接枝有聚乙二醇亲水化的笼型聚倍半硅氧烷为原料，通过叠氮-炔点击反应在单体上引入苯基烷酸酯，再水解制得具有多端羧基的改性产物，将其作为抗渗剂添加到混凝土复合料中，其中，刚性的笼型聚倍半硅氧烷起到类填料的增强作用，减少外加剂对预制方桩强度的影响，同时，在混凝土水化环境下，所述抗渗剂局部高浓度的—COO-可表现出聚阴离子行为，其体现为减水效应，与减水剂协同促进混凝土的水化强度，提高混凝土的密实度和耐久性，改善其抗腐蚀性能；针对粉煤灰混凝土早期强度生长较慢的问题，本发明还通过对粉煤灰进行表面改性进一步提高早期混凝土强度同时进一步提高抗渗性能，具体是，以聚氧乙烯-聚苯乙烯-聚氧乙烯嵌段聚合物为疏/亲水体，通过烷基二酸或酸酐将其与表面羟基改性的粉煤灰进行酯化接枝，利用两亲性嵌段共聚物的诱导自组装作用形成超交联聚合结构，交联结构可有效提高早期混凝土强度，同时提高抗渗、抗腐蚀性能。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
本发明的实施例涉及一种抗腐蚀预制混凝土方桩，其制备方法包括以下步骤：
将各原料搅拌混合得到混凝土复合料，将所述混凝土复合料通过方桩模具进行灌浆，养护至指定强度后，脱模得到所述抗腐蚀预制混凝土方桩；
其中，按重量份数计，所述混凝土复合料包括有如下的组分组成：
水泥320-380份、粉煤灰60-90份、粗骨料850-1150份、细骨料460-600份、增强剂18-36份、减水剂7.2-9.6份、分散剂1-10份、抗渗剂12-28份、水140-220份；
钢筋混凝土实心桩所用混凝土的强度等级不宜低于C30(30N/mm2)，采用静压法沉桩时，可适当降低，但不宜低于C20，预应力混凝土桩的混凝土的强度等级不宜低于C40，主筋根据桩断面大小及吊装验算确定，一般为4-8根，直径12-25mm；不宜小于Φ14，箍筋直径为6-8mm，间距不大于200mm，打入桩桩顶2-3d长度范围内箍筋应加密，并设置钢筋网片，预制桩纵向钢筋的混凝土保护层厚度不宜小于30mm。桩尖处可将主筋合拢焊在桩尖辅助钢筋上，在密实砂和碎石类土中，可在桩尖处包以钢板桩靴，加强桩尖；
在本发明的实施例中：
所述水泥为P.O42.5，符合GB175-2007《通用硅酸盐水泥》规定的技术指标要求，经长期统计28d抗压强度为48MPa；
所述粉煤灰为F类II级，符合GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的技术指标要求；
所述粗骨料为玄武岩碎石，其粒径在4.5-31.5mm，小于16.0mm的碎石质量占比为40％，其质量满足JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及验收方法标准》技术指标要求；
所述细骨料为天然河砂，Ⅱ区中砂，细度模数2.6，符合JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及验收方法标准》技术指标要求；
所述增强剂为聚丙烯纤维，长度为10-15mm，直径是20-30μm；
所述减水剂为聚羧酸系减水剂DH-4005型；
所述分散剂为AEO-3；
所述水为自来水。
实施例1
一种抗腐蚀预制混凝土方桩，其制备方法包括以下步骤：
将各原料搅拌混合得到混凝土复合料，将所述混凝土复合料通过方桩模具进行灌浆，养护至指定强度后，脱模得到所述抗腐蚀预制混凝土方桩；
其中，按重量份数计，所述混凝土复合料包括有如下的组分组成：
水泥346份、粉煤灰78份、粗骨料950份、细骨料560份、增强剂21份、减水剂7.8份、分散剂2.4份、抗渗剂19份、水194份；
所述抗渗剂的制备方法包括以下步骤：
(1)在冰水浴条件下，将叠氮-聚乙二醇-聚倍半硅氧烷有机高分子材料(Mn＝1000g/mol)分散溶解在四氢呋喃溶剂中，加入溴化亚铜和五甲基二亚乙基三胺作为催化剂，充分搅拌混合后，加入4-(甲酸甲酯)-α-炔丙基苯基乙酸甲酯，再次搅拌混合，混合体系经通氮除氧后，在保护气氛下，升温至35℃并保温搅拌反应38h，反应完成后加入冷水以冷却反应体系，分离沉淀并以乙醇洗涤，制得前体产物；
其中，所述叠氮-聚乙二醇-聚倍半硅氧烷有机高分子材料与所述溴化亚铜、所述五甲基二亚乙基三胺、所述4-(甲酸甲酯)-α-炔丙基苯基乙酸甲酯的质量比例为10：0.12：0.33：11.8；
(2)将所述前体产物分散溶解在四氢呋喃与水的混合溶剂(V/V＝2：1)中，加入碱液调节pH至9-10，升温至35℃并保温搅拌反应3h，反应完成后加入酸液调节pH至5-7，加入冷水以冷却反应体系，分离沉淀并以乙醇洗涤，干燥制得所述抗渗剂。
对比例
一种预制混凝土方桩，其制备方法包括以下步骤：
将各原料搅拌混合得到混凝土复合料，将所述混凝土复合料通过方桩模具进行灌浆，养护至指定强度后，脱模得到所述抗腐蚀预制混凝土方桩；
其中，按重量份数计，所述混凝土复合料包括有如下的组分组成：
水泥346份、粉煤灰78份、粗骨料950份、细骨料560份、增强剂21份、减水剂7.8份、分散剂2.4份、水194份。
实施例2
一种抗腐蚀预制混凝土方桩，其制备方法包括以下步骤：
将各原料搅拌混合得到混凝土复合料，将所述混凝土复合料通过方桩模具进行灌浆，养护至指定强度后，脱模得到所述抗腐蚀预制混凝土方桩；
其中，按重量份数计，所述混凝土复合料包括有如下的组分组成：
水泥346份、粉煤灰78份、粗骨料950份、细骨料560份、增强剂21份、减水剂7.8份、分散剂2.4份、抗渗剂19份、水194份；
所述抗渗剂的制备方法同实施例1；
所述粉煤灰为表面处理的粉煤灰，其制备方法包括以下步骤：
S1、将粉煤灰浸渍在10％的过氧化氢溶液中，调节pH至2-3，在常温下搅拌反应过夜，滤出沉淀并以水淋洗至中性，备用；
S2、将步骤S1制得的粉煤灰分散在二甲基甲酰胺溶剂中，加入丁二酸，溶解后浓度为0.04mol/L，在搅拌条件下，加入1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和4-二甲氨基吡啶，溶解后浓度分别为12.2g/L、0.47g/L，升温至60℃并保温反应1.5h，反应完成后滤出沉淀，备用；
S3、称取聚氧乙烯-聚苯乙烯-聚氧乙烯嵌段聚合物(Mn＝1000g/mol，PDI<1.05)并溶解在二甲基甲酰胺溶剂中，溶解后浓度为80g/L，在搅拌条件下，加入1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和4-二甲氨基吡啶，溶解后浓度分别为12.2g/L、0.47g/L，加入步骤S2制得的沉淀，搅拌升温至60℃并保温反应1.5h，反应完成后滤出沉淀，洗涤、干燥后制得。
实施例3
一种抗腐蚀预制混凝土方桩，其制备方法包括以下步骤：
将各原料搅拌混合得到混凝土复合料，将所述混凝土复合料通过方桩模具进行灌浆，养护至指定强度后，脱模得到所述抗腐蚀预制混凝土方桩；
其中，按重量份数计，所述混凝土复合料包括有如下的组分组成：
水泥346份、粉煤灰78份、粗骨料950份、细骨料560份、增强剂21份、减水剂7.8份、分散剂2.4份、水194份；
所述粉煤灰为表面处理的粉煤灰，其制备方法同实施例1。
实验例
为进一步地验证本发明的效果，对实施例1-3和对比例制备的混凝土方桩材料进行性能检测比较，其中，抗压强度和抗折强度检测参照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，耐久性检测参照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，氯离子渗透系数检测参照GB/T749-2008《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》；测试结果如下表所示：
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种抗腐蚀预制混凝土方桩，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：
将各原料搅拌混合得到混凝土复合料，将所述混凝土复合料通过方桩模具进行灌浆，养护至指定强度后，脱模得到所述抗腐蚀预制混凝土方桩；
其中，按重量份数计，所述混凝土复合料包括有如下的组分组成：
水泥320-380份、粉煤灰60-90份、粗骨料850-1150份、细骨料460-600份、增强剂18-36份、减水剂7.2-9.6份、分散剂1-10份、抗渗剂12-28份、水140-220份；
所述抗渗剂的制备方法包括以下步骤：
(1)在冰水浴条件下，将叠氮-聚乙二醇-聚倍半硅氧烷有机高分子材料分散溶解在四氢呋喃溶剂中，加入溴化亚铜和五甲基二亚乙基三胺作为催化剂，充分搅拌混合后，加入4-(甲酸甲酯)-α-炔丙基苯基乙酸甲酯，再次搅拌混合，混合体系经通氮除氧后，在保护气氛下，升温至35-40℃并保温搅拌反应36-48h，反应完成后加入冷水以冷却反应体系，分离沉淀并以有机溶剂洗涤，制得前体产物；
(2)将所述前体产物分散溶解在四氢呋喃与水的混合溶剂中，加入碱液调节pH至9-10，升温至35-40℃并保温搅拌反应2-6h，反应完成后加入酸液调节pH至5-7，加入冷水以冷却反应体系，分离沉淀并以有机溶剂洗涤，制得所述抗渗剂。
2.根据权利要求1所述的一种抗腐蚀预制混凝土方桩，其特征在于，所述叠氮-聚乙二醇-聚倍半硅氧烷有机高分子材料的分子量在1k-2k，所述叠氮-聚乙二醇-聚倍半硅氧烷有机高分子材料与所述溴化亚铜、所述五甲基二亚乙基三胺、所述4-(甲酸甲酯)-α-炔丙基苯基乙酸甲酯的质量比例为10：(0.1-0.2)：(0.3-0.35)：(11-13)。
3.根据权利要求1所述的一种抗腐蚀预制混凝土方桩，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥，标号PO42.5。
4.根据权利要求1所述的一种抗腐蚀预制混凝土方桩，其特征在于，所述粉煤灰为表面处理的粉煤灰，其制备方法包括以下步骤：
S1、将粉煤灰浸渍在酸性的过氧化氢溶液中，在常温下搅拌反应过夜，滤出沉淀并以水淋洗至中性，备用；
S2、将步骤S1制得的粉煤灰分散在二甲基甲酰胺溶剂中，加入烷基二酸或其酸酐，在搅拌条件下，加入1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和4-二甲氨基吡啶，升温至50-100℃并保温反应1-2h，反应完成后滤出沉淀，备用；
S3、称取聚氧乙烯-聚苯乙烯-聚氧乙烯嵌段聚合物并溶解在二甲基甲酰胺溶剂中，在搅拌条件下，加入1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和4-二甲氨基吡啶，加入步骤S2制得的沉淀，搅拌升温至50-100℃并保温反应1-2h，反应完成后滤出沉淀，洗涤、干燥后制得。
5.根据权利要求4所述的一种抗腐蚀预制混凝土方桩，其特征在于，步骤S2中所述烷基二酸或其酸酐在溶剂中的浓度为0.01-0.1mol/L，步骤S3中所述聚氧乙烯-聚苯乙烯-聚氧乙烯嵌段聚合物在溶剂中的浓度为30-100g/L。
6.根据权利要求1所述的一种抗腐蚀预制混凝土方桩，其特征在于，所述粗骨料为玄武岩石块，其粒径在4.5-31.5mm；所述细骨料为天然河砂，其粒径在0.15-4.75mm。
7.根据权利要求1所述的一种抗腐蚀预制混凝土方桩，其特征在于，所述增强剂为短切纤维，包括聚丙烯纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维、钢纤维中的至少一种，其长度在3-15mm，直径在20-150μm。
8.根据权利要求1所述的一种抗腐蚀预制混凝土方桩，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂，包括DH-4005型、DH-4004型、DH701型中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种抗腐蚀预制混凝土方桩，其特征在于，所述分散剂为己烯基双硬脂酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、硬脂酸单甘油酯中的至少一种。
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