发明内容
为了克服现有技术中所存在的问题,本发明的目的在于提供一种免蒸养工艺大管桩用混凝土及其制备与应用。
为了实现上述目的以及其他相关目的,本发明采用如下技术方案:
本发明的第一方面提供一种免蒸养工艺大管桩用混凝土,每立方米所述混凝土的制备原料包括下列组分:水泥360~450kg;矿渣粉30~80kg;粉煤灰微珠10~70kg;硅灰10~50kg;细骨料540~625kg;粗骨料1200~1270kg;甲酸钙1~4kg;硫酸锂1~4kg;无水石膏6~12kg;减水剂2~5kg;水115~130kg。
优选地,所述水泥为硅酸盐水泥。更优选地,所述水泥为强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥。例如,可选用但不限于:强度等级为52.5的Ⅱ型早强型硅酸盐水泥。
优选地,所述矿渣粉为粒化高炉矿渣粉。优选地,所述矿渣粉为等级不低于S95级的粒化高炉矿渣粉。例如,可选用但不限于:等级为S105级的粒化高炉矿渣粉。
本发明采用粒化高炉矿渣粉作为混凝土矿物掺合料,粒化高炉矿渣粉具有较高的活性,可改善混凝土强度和耐久性,并能有效减小混凝土的坍落度损失,同时粒化高炉矿渣粉的活性与粉磨细度密切相关。
优选地,粉煤灰微珠的需水量比80%,7天活性指数不小于85%。
本发明采用粉煤灰微珠作为混凝土矿物掺合料。粉煤灰微珠具有活性高、耐腐蚀、抗压强度高、流动性好、无毒等优异功能,可提高混凝土的密实性、耐久性、抗腐蚀等性能,可以降低混凝土的用水量,有效提高混凝土强度。
优选地,所述硅灰的比表面积大于18000m2/kg,28天的活性指数大于95%。更优选地,所述硅灰的比表面积18500m2/kg,28天的活性指数大于等于96%。
本发明采用硅灰作为混凝土矿物掺合料。硅灰属于超细矿物掺合料,具有较高活性和填充性能,提高混凝土强度和耐久性。
粒径小于5mm的骨料称为细骨料,俗称砂。常用的有河砂、湖砂、山砂及淡化海砂。
优选地,所述细骨料的细度模数为2.6~3.0,含泥量不大于1.5wt%,泥块含量不大于0.5wt%。更优选地,所述细骨料的细度模数为2.6,含泥量为0.5wt%,泥块含量0.2wt%。
粒径5mm以上的骨料称为粗骨料,俗称石。常用的有碎石及卵石。为增加骨料界面粘结强度,采用碎石。
优选地,所述粗骨料最大粒径不大于20mm,粒径5mm以下含量不宜小于6wt%,含泥量不大于0.7wt%,泥块含量不大于0.2wt%。优选地,所述粗骨料的针片状含量不大于8wt%。更优选地,所述粗骨料由5~16mm与10~20mm级配组成,5~16mm与10~20mm的重量比例为2.5:7.5。
本发明采用甲酸钙作为早强剂,甲酸钙具有促凝和早强作用,是由于甲酸钙中的HCOO-能够形成AFt和AFm的相似物(C3A·3Ca(HCOO)2·30H2O、C3A·Ca(HCOO)2·10H2O等),极大地缩短了水泥凝结时间。此外,甲酸钙还能促进硅酸钙的水化,因为HCOO-离子扩散速度比Ca2+离子快,因而可以渗透到C3S和C2S的水化层,加速Ca(OH)2的沉淀以及硅酸钙的分解。在本发明中,与其它有机早强剂相比,如三异丙醇胺、甲醇、乙醇等有机早强剂,甲酸钙综合效果更为突出。
本发明采用硫酸锂早强剂与甲酸钙复合早强,锂盐具有半径小、极化作用强等特性,锂离子更容易穿过水化膜进入膜内,加快水化保护膜破裂,由于同离子效应的作用促进膜内钙离子流到膜外而冲破水化膜,促进水泥水化的进行,使水泥诱导期缩短和水化反应提前进入加速期阶段,提高水泥中C3S和C2S的低温水化能力。与其它无机早强剂相比,如氯化钠、硫酸钠、硫酸钾等无机早强剂,硫酸锂克服了碱和氯离子对混凝土耐久性的影响,综合效果优异。
本发明采用无水石膏作为激发剂,激发粒化高炉矿渣粉、粉煤灰微珠等矿物掺合料的活性,加速矿物掺合料二次水化反应,提高混凝土的早期强度。
优选地,所述减水剂为减水率大于25%的高性能减水剂。高性能减水剂与粒化高炉矿渣粉、粉煤灰微珠以及硅灰复合,提高混凝土工作性和抗压强度。例如,可选用但不限于:上海高铁化学有效公司GTS-413早强型聚羧酸高效减水剂。
采用上海高铁化学有效公司GTS-413早强型聚羧酸高效减水剂。特制的早强型聚羧酸减水剂具有较长侧链,改善了在水泥颗粒表面的吸附状态,促使细小的钙矾石晶体生长,加速混凝土早期强度增长。
本发明中,胶凝材料包括硅酸盐水泥、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰微珠、硅灰和无水石膏。硅酸盐水泥、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰微珠、硅灰和无水石膏的优选配比为:硅酸盐水泥占胶凝材料总重的75%,粒化高炉矿渣粉占胶凝材料11%,粉煤灰微珠占胶凝材料7%,硅灰占胶凝材料4%,无水石膏占胶凝材料3%。
本发明进一步从混凝土工作性、强度、耐久性和收缩率等方面综合考虑,提供了优选的混凝土配合比,即所述混凝土的水胶比0.24~0.30;胶凝材料用量小于520kg/m3;砂率为31~34%。
水胶比0.24~0.30既能满足本发明混凝土的工作性,又能保证混凝土的抗压强度。虽然增加胶凝材料用量可一定程度地提高大管桩干硬性混凝土的强度,但较高的胶凝材料用量可引起混凝土收缩增加,引起混凝土开裂,导致混凝土耐久性大幅度下降,较高的胶凝材料用量还会导致混凝土弹性模量下降。因此,混凝土胶凝材料用量优选控制在520kg/m3以内,可克服常规配制高强混凝土采用较高胶凝材料用量带来混凝土性能不利影响。合理砂率既可提高混凝土强度,又能保证混凝土具有良好的工作性,混凝土砂率控制在32%左右。
本发明的大管桩用混凝土为干硬性混凝土,采用维勃稠度控制其工作性,优选的维勃稠度控制在25~35s。
本发明的混凝土的制备方法可采用常规方法,本技术领域的技术人员在获知本发明混凝土成分的基础上,可采用常规混凝土制备方法获得本发明的混凝土。
本发明的第二方面,提供了前述混凝土用于制备免蒸养工艺大管桩的用途。
本发明的第三方面,提供了一种免蒸养工艺大管桩,由前述混凝土制备而成。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
免蒸养工艺大管桩能否在常温条件下较早地达到42MPa脱模强度,并在一定的时间内达到C60的抗压强度以及其它技术要求,采用合适混凝土配合比可保证混凝土工作度,加速胶凝材料水化反应,保证混凝土脱模强度和后期强度,且具有较高的耐久性和较低脆性,特别适合于抗氯盐侵蚀和北方抗冻等耐久性较高的环境,并可有效提高大管桩抗锤击性能。本发明对混凝土配合比进行了系列试验研究,获得了在常温条件下,并能在较短的时间内达到大管桩脱模强度和C60混凝土的强度要求的优化混凝土配合比。
实施例
一、实施例的原材料
(1)水泥:强度等级为52.5的Ⅱ型早强型硅酸盐水泥。
(2)矿渣粉:S105级粒化高炉矿渣粉。
(3)粉煤灰微珠:需水量比为80%,7天活性指数为85%。
(4)硅灰:比表面积为18500m2/kg,28天的活性指数为96%。
(5)细骨料(砂):细度模数为2.6的中砂,含泥量为0.5wt%,泥块含量0.2wt%。
(6)粗骨料(石):5-20mm连续级配的碎石(由5-16mm和10-20mm两级配配制而成,5-16mm和16-20mm的重量比例为2.5:7.5),含泥量为0.4wt%,泥块含量为0.1wt%。
(8)早强剂一:甲酸钙。
(9)早强剂二:硫酸锂。
(10)激发剂:无水石膏。
(11)减水剂:上海高铁化学有限公司GTS-413早强型聚羧酸高性能减水剂。
(12)拌合水:采用城市自来水。
二、实施例试验方法
(1)力学性能
混凝土工作性和抗压强度试验按《水运工程混凝土试验规程》(JTJ270)的有关规定进行。
(2)耐久性
混凝土电通量、扩散系数(RCM法)以及抗冻性试验按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T50082-2009)有关规定进行。
实施例采用的养护方法:养护温度为18-22℃,养护湿度大于95%。
三、实例混凝土配合比
混凝土配合比如表1所示。
表1混凝土配合比(kg/m3)
四、混凝土性能试验
(1)工作性
混凝土工作性测试结果如表2所示。测试结果表明,复掺甲酸钙和硫酸锂混凝土的维勃稠度均满足大管桩生产要求。同时混凝土的表观密度较大,具有较高的密实性。
表2混凝土工作性测试结果
编号 |
维勃稠度(s) |
表观密度(kg/m3) |
A1 |
30 |
2510 |
A2 |
31 |
2520 |
A3 |
29 |
2520 |
A4 |
34 |
2525 |
A5 |
28 |
2510 |
(2)抗压强度
混凝土抗压强度如表3所示。测试结果表明,在常温20度条件下,混凝土18小时就超过42MPa脱模强度,且1天可满足大管桩60MPa出厂要求。同时,混凝土后期强度不断增加,28天强度超过90MPa。免蒸养工艺混凝土可以保证较早地脱模,并可保证大管桩尽早出厂,可满足大管桩正常生产,有效提高了生产效率。
表3混凝土抗压强度测试结果(MPa)
编号 |
18小时 |
1天 |
3天 |
7天 |
28天 |
A1 |
46.5 |
63.5 |
69.4 |
81.9 |
97.1 |
A2 |
47.9 |
63.1 |
75.3 |
86.3 |
96.0 |
A3 |
48.5 |
65.1 |
74.7 |
84.5 |
95.9 |
A4 |
48.0 |
64.6 |
71.5 |
85.2 |
91.8 |
A5 |
47.5 |
62.8 |
73.7 |
85.8 |
94.1 |
(3)混凝土耐久性
测试混凝土的电通量和扩散系数,如表4所示。测试结果表明,混凝土56天电通量小于300C,84天扩散系数小于0.8×10-12m2/s,其耐久性具有较高的抗氯盐侵蚀的耐久性,特别适合于海水抗氯侵蚀环境。因此,采用免蒸养工艺可有效提高大管桩混凝土的耐久性。
表4混凝土耐久性测试结果
编号 |
56天电通量(C) |
84天扩散系数(×10-12m2/s) |
A1 |
280 |
0.5 |
A2 |
297 |
0.4 |
A3 |
180 |
0.6 |
A4 |
217 |
0.5 |
A5 |
256 |
0.7 |
测试了混凝土养护28天的抗冻性,相对动弹性模量和质量损失率分别如表5和表6所示。实施例混凝土结果400次冻融循环后的相对动弹性模量值较高,质量损失率为0,远高于有关标准的要求,具有较高抗冻性,特别适合于北方抗冻环境。
表5混凝土相对动弹性模量测试结果(%)
编号 |
50次 |
100次 |
150次 |
200次 |
250次 |
300次 |
350次 |
400次 |
A1 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
99 |
A2 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
99 |
99 |
A3 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
99 |
99 |
A4 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
99 |
99 |
A5 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
100 |
表6混凝土质量损失测试结果(%)
编号 |
50次 |
100次 |
150次 |
200次 |
250次 |
300次 |
350次 |
400次 |
A1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
A2 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
A3 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
A4 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
A5 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
根据试验结果,确定免蒸养工艺大管桩用混凝土配合比如下表7所示:
表7混凝土配合比(kg/m3)
按下表8配方配制混凝土,并检测相关指标:
以上所述,仅为本发明的较佳实施例,并非对本发明任何形式上和实质上的限制,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明方法的前提下,还将可以做出若干改进和补充,这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化,均为本发明的等效实施例;同时,凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变,均仍属于本发明的技术方案的范围内。