CN113387653A - 一种免蒸压的高强混凝土管桩及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种免蒸压的高强混凝土管桩，管桩混凝土中每立方米高强混凝土包括以下组分的原料：大石580‑720kg，小石600‑800kg，机砂650‑930kg，水泥300‑400kg，外加剂19‑39kg，水40‑60kg，微珠粉占混凝土总量的24‑36％。本发明还公开了一种免蒸压的高强混凝土管桩的制备方法。本发明未使用压蒸养护的工序来制备预应力高强混凝土管桩，节省了资源，减少了能源消耗，提高了企业的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及建筑工程材料技术领域，具体涉及到一种免蒸压的高强混凝土管桩及其制备方法。
背景技术
随着工程建设技术的快速发展，以及地基处理工程施工工艺和机械设备的不断更新，高强混凝土管桩的应用越来越广泛。
预应力混凝土管桩可分为后张法预应力管桩和先张法预应力管桩。先张法预应力管桩是采用先张法预应力工艺和离心成型法制成的一种空心筒体细长混凝土预制构件，主要由圆筒形桩身、端头板和钢套箍等组成。管桩按混凝土强度等级或有效预压应力分为预应力混凝土管桩和预应力高强混凝土管桩。预应力混凝土管桩代号为PC，预应力高强混凝土管桩代号为PHC，薄壁管桩代号为PTC。PC桩的混凝土强度不得低于C60，薄壁管桩强度等级不得低于C60，PHC桩的混凝土强度等级不得低于C80。
预应力高强混凝土管桩的养护一般采用蒸汽养护的方式，现有技术中，高强混凝土管桩的蒸汽养护分为两阶段：第一阶段为常压蒸汽养护保证脱模，第二阶段为高压蒸汽养护保证混凝土强度。高压蒸汽养护工艺需要在高压釜中进行，设备投入较高；并且在养护过程中需要燃烧大量的燃煤来产生蒸汽，能源消耗较大。使用燃煤来产生蒸汽，燃煤的燃烧会产生大量的烟气，为使烟气的排放符合排放指标，需对烟气进行处理，因此会加大管桩的生产成本，影响企业的经济效益。由此可见，研究高强混凝土管桩的免蒸压技术已成为企业面临的迫切问题。
玻璃微珠是近年来发展起来的一种用途广泛、性能特殊的一种新型材料。该产品由硼硅酸盐原料经高科技加工而成，粒度为10—250微米，壁厚1-2微米。该产品具有质轻、低导热、较高的强度、良好的化学稳定性等优点，其表面经过特殊处理具有亲油憎水性能，非常容易分散于有机材料体系中。文献《微珠、硅粉对高强混凝土性能的影响研究》中公开了在高强混凝土中掺入微珠可降低混凝土的需水比，并有提高混凝土的密实性、耐久性以及抗腐蚀性能，但其并没有公开在高强混凝土中掺入微珠可提高混凝土的早期强度。
专利201610146329.8公开了一种免压蒸预应力高强管桩混凝土及管桩制备方法，混凝土组分包括PⅠ或PⅡ52.5水泥300-420份，矿粉5-80份，锂渣粉5-100份，玻璃微珠粉5-40份，砂680-720份，碎石1125-1170份，水125-135份，聚羧酸减水剂4-5份，激发剂2-5份；在搅拌成型后80℃蒸汽养护8小时即可。此专利通过在混凝土中加入锂辉渣从而提高混凝土管桩的早期强度，使得混凝土管桩免蒸压亦可达到混凝土管桩的性能要求。
本发明通过增大混凝土中微珠粉的掺入量来解决高强混凝土管桩蒸汽养护过程中需高压蒸汽养护的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种免蒸压的高强混凝土管桩及其制备方法，用于解决现有技术中高强混凝土管桩蒸汽养护过程中需高压蒸汽养护的技术问题。
为达上述目的，本发明的一个实施例中提供了一种免蒸压的高强混凝土管桩一种免蒸压的高强混凝土管桩，管桩混凝土中每立方米高强混凝土包括以下组分的原料：
大石580-720kg，小石600-800kg，机砂650-930kg，
水泥300-400kg，外加剂19-39kg，水40-60kg，
微珠粉占混凝土总量的24-36％；
本发明优选的方案之一，大石的粒径范围为15-20mm，含泥量＜1％，针片状＜2.5％。
本发明优选的方案之一，小石的粒径范围为5-10mm，含泥量＜1％，针片状＜2.5％。
本发明优选的方案之一，机砂的细度模量为2.3-3.4，含泥量＜0.3％。
本发明优选的方案之一，外加剂为减水剂，减水剂为萘系高效减水剂。
基于本发明提出的免蒸压的高强混凝土管桩，本发明还公开了免蒸压的高强混凝土管桩的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备高强混凝土：按照重量份称取原料，然后将大石、小石、机砂、水泥、外加剂、微珠粉和水混合搅拌，得到高强混凝土；
(2)制作钢筋笼；然后将制作完毕的钢筋笼放入模具中；
(3)布料：向模具中灌装高强混凝土，填充钢筋笼，填充完毕后合模；
(4)预应力张拉：进行纵向张拉，对钢筋笼进行整体张拉；
(5)离心成型：将张拉后的带料桩模放在离心机上离心成型；
(6)养护：
a.静停：蒸养池加盖后，静停15分钟开始升温；
b.升温：静停后进行常压蒸汽养护，开汽后第一小时内蒸养池均速升温25-30℃；第二小时内均速升温35-40℃；
c.保温：混凝土在85-92℃的常压蒸养池中恒温3-4小时后揭盖；
d.降温：揭盖以后，自然降温半小时以上；
(7)脱模、预应力放张；脱模后得到高强混凝土管桩；
(8)成品检验。
本发明优选的方案之一，步骤(5)中，离心成型的工序为：低速250r/min，离心4分钟；低中速700r/min，离心2分钟；中速710r/min，离心4分钟；高速1100r/min，离心6分钟。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、采用本发明的混凝土的配比，管桩可不经过高能耗的高压蒸汽养护的过程，但制得的管桩可达到与原工艺制得的管桩相当的力学性能。本发明的生产工艺与传统的预应力高强混凝土管桩的生产工艺相比，本发明实现了资源的节约，降低了能源的损耗。
2、本发明制备所得混凝土管桩具有高强度、高稳定性以及耐腐蚀、抗裂性好的特点。
具体实施方式
实施例1
一种免蒸压的高强混凝土管桩，管桩混凝土中每立方米高强混凝土包括以下组分的原料：
大石650kg，小石700kg，机砂780kg，
水泥350kg，外加剂(减水剂)29kg，水50kg，
微珠粉占混凝土总量的30％；
其中大石的粒径范围为15-20mm，含泥量＜1％，针片状＜2.5％；
小石的粒径范围为5-10mm，含泥量＜1％，针片状＜2.5％；
机砂的细度模量为2.3-3.4，含泥量＜0.3％；
水泥采用R42.5及以上的硅酸盐水泥；
减水剂为为萘系高效减水剂。
一种免蒸压的高强混凝土管桩的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备高强混凝土：按照重量份称取原料，然后将大石、小石、机砂、水泥、减水剂、微珠粉和水混合搅拌，从而得到高强混凝土；
(2)制作钢筋笼；然后将制作完毕的钢筋笼放入模具中；
(3)布料：向模具中灌装高强混凝土，填充钢筋笼，填充完毕后合模；布料按照“先中间—两头—中间”的布料要求布料，严禁从头到尾直接布料，布好料以后要有专人完成两头的插料；合模先合上上模盖，然后拧紧连接螺丝(从一端两边同时向另一端打紧螺丝，先打跑轮旁边的螺丝，再按顺序依次打完所有的螺丝，确保合模合拢，二次扳手对螺丝松紧程度进行检查和补拧)；
(4)预应力张拉：进行纵向张拉，对钢筋笼进行整体张拉，并且要保证张拉杆与张拉头对正扣好成一水平线才能张拉，不准成角度张拉；
(5)离心成型：将张拉后的带料桩模放在离心机上离心成型，并且离心成型过程分为四阶段：低速250r/min，离心4分钟；低中速700r/min，离心2分钟；中速710r/min，离心4分钟；高速1100r/min，离心6分钟；
(6)养护：
a.静停：蒸养池加盖后，静停15分钟开始升温；
b.升温：静停后进行常压蒸汽养护，开汽后第一小时内蒸养池均速升温25-30℃；第二小时内均速升温35-40℃；
c.保温：混凝土在85-92℃的常压蒸养池中恒温3-4小时后揭盖；
d.降温：揭盖以后，自然降温半小时以上；
注：①升温阶段每间隔15分钟测试一次温度，记录每次测试的温度并根据情况调整供气阀门，以控制入气量，达到均速升温的效果；
②恒温阶段每间隔30分钟测试一次温度，记录每次测试的温度并根据情况调整供气阀门，以控制入气量，达到恒温的效果；
(7)脱模、预应力放张；脱模后得到高强混凝土管桩；拆模顺序为：卸张拉尾板—合模螺栓—张拉挡板—起吊上模盖—卸张拉头板—起吊管桩；脱模后得到高强混凝土管桩应外观平整，无降窝状无大面积缺料，钢筋裸露标识清晰，内容齐全；
(8)成品检验：产品外观质量符合GB13476-1999标准，产品出厂砼强度＞80Mpa。
实施例2
一种免蒸压的高强混凝土管桩，管桩混凝土中每立方米高强混凝土包括以下组分的原料：
大石580kg，小石800kg，机砂650kg，
水泥400kg，外加剂(减水剂)39kg，水60kg，
微珠粉占混凝土总量的36％；
其中大石的粒径范围为15-20mm，含泥量＜1％，针片状＜2.5％；
小石的粒径范围为5-10mm，含泥量＜1％，针片状＜2.5％；
机砂的细度模量为2.3-3.4，含泥量＜0.3％；
水泥采用R42.5及以上的硅酸盐水泥；
减水剂为为萘系高效减水剂。
实施例2免蒸压的高强混凝土管桩的制备方法与实施例1相同。
实施例3
一种免蒸压的高强混凝土管桩，管桩混凝土中每立方米高强混凝土包括以下组分的原料：
大石720kg，小石600kg，机砂930kg，
水泥300kg，外加剂(减水剂)19kg，水40kg，
微珠粉占混凝土总量的24％；
其中大石的粒径范围为15-20mm，含泥量＜1％，针片状＜2.5％；
小石的粒径范围为5-10mm，含泥量＜1％，针片状＜2.5％；
机砂的细度模量为2.3-3.4，含泥量＜0.3％；
水泥采用R42.5及以上的硅酸盐水泥；
减水剂为为萘系高效减水剂。
实施例3免蒸压的高强混凝土管桩的制备方法与实施例1相同。
实施例4
一种免蒸压的高强混凝土管桩，管桩混凝土中每立方米高强混凝土包括以下组分的原料：
大石615kg，小石750kg，机砂725kg，
水泥375kg，外加剂(减水剂)34kg，水55kg，
微珠粉占混凝土总量的33％；
其中大石的粒径范围为15-20mm，含泥量＜1％，针片状＜2.5％；
小石的粒径范围为5-10mm，含泥量＜1％，针片状＜2.5％；
机砂的细度模量为2.3-3.4，含泥量＜0.3％；
水泥采用R42.5及以上的硅酸盐水泥；
减水剂为为萘系高效减水剂。
实施例4免蒸压的高强混凝土管桩的制备方法与实施例1相同。
实施例5
一种免蒸压的高强混凝土管桩，管桩混凝土中每立方米高强混凝土包括以下组分的原料：
大石685kg，小石650kg，机砂855kg，
水泥325kg，外加剂(减水剂)24kg，水45kg，
微珠粉占混凝土总量的27％；
其中大石的粒径范围为15-20mm，含泥量＜1％，针片状＜2.5％；
小石的粒径范围为5-10mm，含泥量＜1％，针片状＜2.5％；
机砂的细度模量为2.3-3.4，含泥量＜0.3％；
水泥采用R42.5及以上的硅酸盐水泥；
减水剂为为萘系高效减水剂。
实施例5免蒸压的高强混凝土管桩的制备方法与实施例1相同。
对比例1
一种蒸压的高强混凝土管桩，管桩混凝土中每立方米高强混凝土包括以下组分的原料：
大石650kg，小石700kg，机砂780kg，
水泥350kg，外加剂(减水剂)29kg，水50kg，
微珠粉占混凝土总量的3％；
其中大石的粒径范围为15-20mm，含泥量＜1％，针片状＜2.5％；
小石的粒径范围为5-10mm，含泥量＜1％，针片状＜2.5％；
机砂的细度模量为2.3-3.4，含泥量＜0.3％；
水泥采用R42.5及以上的硅酸盐水泥；
减水剂为为萘系高效减水剂。
一种蒸压的高强混凝土管桩的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备高强混凝土：按照重量份称取原料，然后将大石、小石、机砂、水泥、减水剂、微珠粉和水混合搅拌，从而得到高强混凝土；
(2)制作钢筋笼；然后将制作完毕的钢筋笼放入模具中；
(3)布料：向模具中灌装高强混凝土，填充钢筋笼，填充完毕后合模；布料按照“先中间—两头—中间”的布料要求布料，严禁从头到尾直接布料，布好料以后要有专人完成两头的插料；合模先合上上模盖，然后拧紧连接螺丝(从一端两边同时向另一端打紧螺丝，先打跑轮旁边的螺丝，再按顺序依次打完所有的螺丝，确保合模合拢，二次扳手对螺丝松紧程度进行检查和补拧)；
(4)预应力张拉：进行纵向张拉，对钢筋笼进行整体张拉，并且要保证张拉杆与张拉头对正扣好成一水平线才能张拉，不准成角度张拉；
(5)离心成型：将张拉后的带料桩模放在离心机上离心成型，并且离心成型过程分为四阶段：低速250r/min，离心4分钟；低中速700r/min，离心2分钟；中速710r/min，离心4分钟；高速1100r/min，离心6分钟；
(6)常压蒸汽养护：
a.静停：蒸养池加盖后，静停15分钟开始升温；
b.升温：静停后进行常压蒸汽养护，开汽后第一小时内蒸养池均速升温25-30℃；第二小时内均速升温35-40℃；
c.保温：混凝土在85-92℃的常压蒸养池中恒温3-4小时后揭盖；
d.降温：揭盖以后，自然降温半小时以上；
注：①升温阶段每间隔15分钟测试一次温度，记录每次测试的温度并根据情况调整供气阀门，以控制入气量，达到均速升温的效果；
②恒温阶段每间隔30分钟测试一次温度，记录每次测试的温度并根据情况调整供气阀门，以控制入气量，达到恒温的效果；
(7)脱模、预应力放张；脱模后得到高强混凝土管桩；拆模顺序为：卸张拉尾板—合模螺栓—张拉挡板—起吊上模盖—卸张拉头板—起吊管桩；脱模后得到高强混凝土管桩应外观平整，无降窝状无大面积缺料，钢筋裸露标识清晰，内容齐全；
(8)压蒸养护：
a.升温升压阶段：以0.3Mpa/小时的升压速度均匀升压至1.0Mpa时停止升压；
b.恒温恒压阶段：混凝土在1.0Mpa、165℃的蒸压釜中恒温恒压4小时；
c.降压阶段：2-3小时内把蒸压釜内压力降至0，蒸压釜内温度与环境温度之差小于50℃。
(9)成品检验：产品外观质量符合GB13476-1999标准，产品出厂砼强度＞80Mpa。
对比例2
一种蒸压的高强混凝土管桩，管桩混凝土中每立方米高强混凝土包括以下组分的原料：
大石580kg，小石800kg，机砂650kg，
水泥400kg，外加剂(减水剂)39kg，水60kg，
微珠粉占混凝土总量的2％；
其中大石的粒径范围为15-20mm，含泥量＜1％，针片状＜2.5％；
小石的粒径范围为5-10mm，含泥量＜1％，针片状＜2.5％；
机砂的细度模量为2.3-3.4，含泥量＜0.3％；
水泥采用R42.5及以上的硅酸盐水泥；
减水剂为为萘系高效减水剂。
一种蒸压的高强混凝土管桩的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备高强混凝土：按照重量份称取原料，然后将大石、小石、机砂、水泥、减水剂、微珠粉和水混合搅拌，从而得到高强混凝土；
(2)制作钢筋笼；然后将制作完毕的钢筋笼放入模具中；
(3)布料：向模具中灌装高强混凝土，填充钢筋笼，填充完毕后合模；布料按照“先中间—两头—中间”的布料要求布料，严禁从头到尾直接布料，布好料以后要有专人完成两头的插料；合模先合上上模盖，然后拧紧连接螺丝(从一端两边同时向另一端打紧螺丝，先打跑轮旁边的螺丝，再按顺序依次打完所有的螺丝，确保合模合拢，二次扳手对螺丝松紧程度进行检查和补拧)；
(4)预应力张拉：进行纵向张拉，对钢筋笼进行整体张拉，并且要保证张拉杆与张拉头对正扣好成一水平线才能张拉，不准成角度张拉；
(5)离心成型：将张拉后的带料桩模放在离心机上离心成型，并且离心成型过程分为四阶段：低速250r/min，离心4分钟；低中速700r/min，离心2分钟；中速710r/min，离心4分钟；高速1100r/min，离心6分钟；
(6)常压蒸汽养护：
a.静停：蒸养池加盖后，静停15分钟开始升温；
b.升温：静停后进行常压蒸汽养护，开汽后第一小时内蒸养池均速升温25-30℃；第二小时内均速升温35-40℃；
c.保温：混凝土在85-92℃的常压蒸养池中恒温3-4小时后揭盖；
d.降温：揭盖以后，自然降温半小时以上；
注：①升温阶段每间隔15分钟测试一次温度，记录每次测试的温度并根据情况调整供气阀门，以控制入气量，达到均速升温的效果；
②恒温阶段每间隔30分钟测试一次温度，记录每次测试的温度并根据情况调整供气阀门，以控制入气量，达到恒温的效果；
(7)脱模、预应力放张；脱模后得到高强混凝土管桩；拆模顺序为：卸张拉尾板—合模螺栓—张拉挡板—起吊上模盖—卸张拉头板—起吊管桩；脱模后得到高强混凝土管桩应外观平整，无降窝状无大面积缺料，钢筋裸露标识清晰，内容齐全；
(8)压蒸养护：
a.升温升压阶段：以0.3Mpa/小时的升压速度均匀升压至1.0Mpa时停止升压；
b.恒温恒压阶段：混凝土在1.0Mpa、165℃的蒸压釜中恒温恒压4小时；
c.降压阶段：2-3小时内把蒸压釜内压力降至0，蒸压釜内温度与环境温度之差小于50℃。
(9)成品检验：产品外观质量符合GB13476-1999标准，产品出厂砼强度＞80Mpa。
本实施例和对比例制备的混凝土管桩的性能检测根据GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》以及GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》执行。
本实施例和对比例的性能测试结果如表1所示：
表1：实施例和对比例性能测试结果
从表1中可看出：本实施例1-5制备的混凝土管桩达到了GB13476-2009规定的PHC管桩出厂强度要求，并且本实施例1-5制备的混凝土管桩都具有抗压强度高、抗氯离子侵蚀能力佳、抗硫酸盐侵蚀能力佳以及抗冻性好的特点。
实施例1-5与对比例1-2对比可知：实施例制备的混凝土管桩的抗压强度、28d抗氯离子扩散系数、90次干湿循环硫酸盐侵蚀抗压强度耐蚀系数以及抗冻循环350次质量损失都优于对比例1-2制备的混凝土管桩。
由此可见，本发明实施例制备的免蒸压的混凝土管桩满足产品规范，并且其性能能达到压蒸混凝土管桩的性能，甚至优于压蒸混凝土管桩的性能。本发明未使用压蒸养护的工序来制备预应力高强混凝土管桩，节省了资源，减少了能源消耗，提高了企业的经济效益。
Claims (7)
1.一种免蒸压的高强混凝土管桩，其特征在于：管桩混凝土中每立方米高强混凝土包括以下组分的原料：
大石580-720kg，小石600-800kg，机砂650-930kg，
水泥300-400kg，外加剂19-39kg，水40-60kg，
微珠粉占混凝土总量的24-36％。
2.如权利要求1所述的免蒸压的高强混凝土管桩，其特征在于：所述大石的粒径范围为15-20mm，含泥量＜1％，针片状＜2.5％。
3.如权利要求1所述的免蒸压的高强混凝土管桩，其特征在于：所述小石的粒径范围为5-10mm，含泥量＜1％，针片状＜2.5％。
4.如权利要求1所述的免蒸压的高强混凝土管桩，其特征在于：所述机砂的细度模量为2.3-3.4，含泥量＜0.3％。
5.如权利要求1所述的免蒸压的高强混凝土管桩，其特征在于：所述外加剂为减水剂，所述减水剂为萘系高效减水剂。
6.一种免蒸压的高强混凝土管桩的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)制备高强混凝土：按照重量份称取原料，然后将大石、小石、机砂、水泥、外加剂、微珠粉和水混合搅拌，得到高强混凝土；
(2)制作钢筋笼；然后将制作完毕的钢筋笼放入模具中；
(3)布料：向模具中灌装高强混凝土，填充钢筋笼，填充完毕后合模；
(4)预应力张拉：进行纵向张拉，对钢筋笼进行整体张拉；
(5)离心成型：将张拉后的带料桩模放在离心机上离心成型；
(6)养护：
a.静停：蒸养池加盖后，静停15分钟开始升温；
b.升温：静停后进行常压蒸汽养护，开汽后第一小时内蒸养池均速升温25-30℃；第二小时内均速升温35-40℃；
c.保温：混凝土在85-92℃的常压蒸养池中恒温3-4小时后揭盖；
d.降温：揭盖以后，自然降温半小时以上；
(7)脱模、预应力放张；脱模后得到高强混凝土管桩；
(8)成品检验。
7.如权利要求6所述的免蒸压的高强混凝土管桩的生产工艺，其特征在于：步骤(5)中，所述离心成型的工序为：低速250r/min，离心4分钟；低中速700r/min，离心2分钟；中速710r/min，离心4分钟；高速1100r/min，离心6分钟。
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