一种金刚桩的制备方法

技术领域

本发明涉及管桩技术领域，尤其涉及一种金刚桩的制备方法。

背景技术

混凝土管桩是应用较为广泛的混凝土基础构件之一。当前，管桩的强度普遍在C80，在一些砂层比较厚的地质或有孤石以及软硬突变的地质时，容易打爆桩或桩身偏折；此外，在管桩的实际使用过程中，经常处于潮湿的环境，特别有对管桩基础有中强腐蚀的水和土，还有干湿交替的使用环境，会使管桩的表面以及内部发生腐蚀，一旦腐蚀过度，将会严重影响着管桩的结构强度和使用寿命，甚至会造成建筑物、桥梁等坍塌，造成严重的事故，对人们的生命财产构成极大的威胁。高性能混凝土的重要指标就是强度及耐久性，如何提高混凝土管桩的耐腐蚀性，是本行业持续的研究目的，且还需要保证在提供耐腐蚀性的同时，降低成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种金刚桩的制备方法，提高混凝土管桩的强度、抗弯性和抗腐蚀性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种金刚桩的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备混凝土，每立方米混凝土包括：250～300kg水泥、700～900kg砂、1200～1300kg骨料、130～160kg掺合料、9～12kg减水剂和120～140kg水，所述掺合料由组分A和组分B组成，所述组分A选自矿渣微粉、硅砂粉、硅灰粉中的一种或几种，所述组分B选自硫酸钙、硫酸铜、硫酸铁中的一种或几种；

S2、将混凝土布入钢筋笼、合模、预应力张拉、离心成型；

S3、静停养护、常压蒸汽养护、拆模；

S4、高压蒸汽养护、热水喷淋、降温，热水喷淋的方法为：高压蒸汽养护结束排气降压时，采用75～90℃的热水雾化喷淋管桩，喷淋时间为0.3～1小时。

作为上述方案的改进，所述组分B选用硫酸钙和硫酸铜，硫酸钙的用量：硫酸铜的用量＝1:(0.3～0.5)。

作为上述方案的改进，所述掺合料由93wt％～97wt％矿渣微粉和3wt％～7wt％组分B组成。

作为上述方案的改进，步骤S4中，高压蒸汽养护结束排气降压至0.4～0.6MPa时，采用75～85℃的热水雾化喷淋管桩，喷淋时间为0.3～1小时。

作为上述方案的改进，步骤S4中，高压蒸汽养护的方法为：在温度为170～190℃，压力为0.8～1.2MPa的条件下，保温3～5小时。

作为上述方案的改进，步骤S4中，将管桩放入高压釜内，通入蒸汽，在1.2～1.7小时内升温至170～190℃。

作为上述方案的改进，步骤S4中，降温的方法为：喷淋结束后，将压力降至常压，然后用以14～17℃/小时的降温速度降至室温。

作为上述方案的改进，所述离心成型至少包括以下依次设置的三个阶段：低速离心阶段、中速离心阶段和高速离心阶段；

以φ500的管桩为例：低速离心阶段的转速为70～75转/min，离心时间为2～5min，中速离心阶段的转速为165～175转/min，离心时间为1～2min，所述中高速阶段的转速为280～310转/min，离心时间为1～2min；高速离心阶段的转速为470～490转/min，离心时间为7～10min。

以φ600的管桩为例：低速离心阶段的转速为65～70转/min，离心时间为2～5min，中速离心阶段的转速为145～165转/min，离心时间为1～2min，所述中高速阶段的转速为270～290转/min，离心时间为1～2min；高速离心阶段的转速为450～470转/min，离心时间为7～10min。

作为上述方案的改进，所述骨料包括10wt％～～25wt％第一骨料、25wt％～～40wt％第二骨料和45wt％～～60wt％第三骨料，所述第一骨料的粒径为5～10mm，所述第二骨料的粒径为10～20mm，所述第三骨料的粒径为20～40mm。

作为上述方案的改进，所述混凝土的水胶比0.31～0.32，所述掺合料的比表面积为450～550m

实施本发明，具有如下有益效果：

1、本发明通过高压蒸汽养护、热水喷淋和降温工艺的相互配合来提高管桩的密实性、强度、抗弯性和抗腐蚀性，具体的，高压蒸汽养护是通过高压蒸汽使混凝土的反应条件达到170～190℃，以使掺合料中的SiO

2、本发明将不同粒径的骨料按照一定的比例进行配合，形成紧密堆积结构，有效提高混凝土的密实性和桩身的强度，同时通过热水喷淋工艺，缩减混凝土微观孔道，提高抗腐蚀性能。

3、本发明的组分B用于激发组分A的活性，使得掺合料与混凝土反应更充分，有效提高混凝土的强度，且组分A和组分B的反应产物能够发生微膨胀，因此在组分B和组分A的共同作用，可以提高混凝土的抗腐蚀性能，特别是抗硫酸盐侵蚀。

4、本发明通过三个不同离心速度的配合，使得混凝土在管模内成型，并使得余浆析出，降低水胶比，更利于桩身混凝土结构排布，从而提升混凝土强度。

附图说明

图1是本发明金刚桩的制备流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。仅此声明，本发明在文中出现或即将出现的上、下、左、右、前、后、内、外等方位用词，仅以本发明的附图为基准，其并不是对本发明的具体限定。

参见图1，本发明提供的一种金刚桩的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备混凝土；

具体的，本发明每立方米混凝土包括：250～300kg水泥、700～900kg砂、1200～1300kg骨料、130～160kg掺合料、9～12kg减水剂和120～140kg水。

其中，所述掺合料由组分A和组分B组成，所述组分A选自矿渣微粉、硅砂粉、硅灰粉中的一种或几种，所述组分B选自硫酸钙、硫酸铜、硫酸铁中的一种或几种。优选的，所述组分A为矿渣微粉。

矿渣微粉用于改善混凝土的综合性能，具体表现为：a)可以大幅度提高水泥混凝土的强度，能配制出超高强水泥混凝土；b)可以有效抑制水泥混凝土的碱骨料反应，显著提高水泥混凝土的抗碱骨料反应性能，提高水泥混凝土的耐久性；c)可以有效提高水泥混凝土的抗海水浸蚀性能，特别适用于抗海水工程；d)可以显著减少水泥混凝土的泌水量，改善混凝土的和易性；e)可以显著提高水泥混凝土的致密性，改善水泥混凝土的抗渗性；f)可以显著降低水泥混凝土的水化热，适用于配制大体积混凝土。

本发明的组分B用于激发组分A的活性，使得掺合料与混凝土反应更充分，有效提高混凝土的强度，且组分A和组分B的反应产物能够发生微膨胀，因此在组分B和组分A的共同作用，可以提高混凝土的抗腐蚀性能，特别是抗硫酸盐侵蚀。

根据矿渣微粉在混凝土中的作用，以及组分B对矿渣微粉的激发作用，为了达到最佳的效果，优选的，所述掺合料由93wt％～97wt％矿渣微粉和3～7wt％组分B组成。若组分B的含量在掺合料中小于3wt％，则激发矿渣微粉活性的效果不明显，若组分B的含量在掺合料中大于7wt％，则含量过多，会发生延迟钙矾石膨胀，管桩会膨胀开裂。更优的，所述掺合料由94wt％～96wt％矿渣微粉和4wt％～6wt％组分B组成。

优选的，所述组分B选用硫酸钙和硫酸铜，硫酸钙的用量：硫酸铜的用量＝1:(0.3～0.5)。具体的，硫酸钙和硫酸铜可以加速矿渣微粉的二次水化反应的进行，其中，硫酸钙可以提高混凝土的早期强度，硫酸铜可以加快水泥的凝结、固化。

为了进一步提高混凝土的防腐性能，所述掺合料还包括防腐剂，所述防腐剂为阻锈剂。

经发明人研究表明，在本发明高压蒸汽养护和热水喷淋的情况下，骨料的细度比例对混凝土抗压强度产生较大影响，需要严格控制。具体的，所述骨料包括10wt％～25wt％第一骨料、25wt％～40wt％第二骨料和45wt％～60wt％第三骨料，所述第一骨料的粒径为5～10mm，所述第二骨料的粒径为10～20mm，所述第三骨料的粒径为20～40mm。

更优的，所述骨料包括15wt％～25wt％第一骨料、35wt％～55wt％第二骨料和15wt％～30wt％第三骨料。

最优的，所述骨料包括20wt％第一骨料、30wt％第二骨料和50wt％第三骨料。

本发明进一步从混凝土的工作性、耐久性、强度、弹性模量和干缩率等方面综合考量，提供了优选的配合比，即所述混凝土的水胶比0.31～0.32，所述掺合料的比表面积为450～550m

本发明混凝土的水胶比为0.31～0.32既能满足本发明混凝土的工作性的条件，又能保证混凝土的抗压强度。控制掺合料的比表面积为450～550m

具体的，所述水泥为硅酸盐水泥，其强度等级不低于42.5级，所述减水剂为聚羧酸减水剂。

S2、将混凝土布入钢筋笼、合模、预应力张拉、离心成型；

所述离心成型至少包括以下依次设置的三个阶段：低速离心阶段、中速离心阶段和高速离心阶段，本发明通过三个不同离心速度的配合，使得混凝土在管模内成型，并使得余浆析出，降低水胶比，提升混凝土强度。优选的，所述离心成型还包括中高速阶段，所述中高速阶段在中速离心阶段和高速离心阶段之间。

具体的，不同直径的管桩，离心的速度和时间不同。

以φ500的管桩为例：低速离心阶段的转速为70～75转/min，离心时间为2～5min，中速离心阶段的转速为165～175转/min，离心时间为1～2min，所述中高速阶段的转速为280～310转/min，离心时间为1～2min；高速离心阶段的转速为470～490转/min，离心时间为7～10min。

以φ600的管桩为例：低速离心阶段的转速为65～70转/min，离心时间为2～5min，中速离心阶段的转速为145～165转/min，离心时间为1～2min，所述中高速阶段的转速为270～290转/min，离心时间为1～2min；高速离心阶段的转速为450～470转/min，离心时间为7～10min。

本发明通过不同离心速度和时间的配合，更利于桩身混凝土结构排布，降低水胶比。

S3、静停养护、常压蒸汽养护、拆模；

具体的，在常温下静停2.5～3.5小时，然后以15～20℃/小时的升温速度升至80～85℃，保温7～8小时，然后拆模。

常压蒸汽养护的作用是提高反应效率。与现有的静停养护相比，本发明的静停养护时间延长了约1小时，可以使混凝土水化以获得一定的初始强度，避免混凝土的结构疏松对强度及抗腐蚀性能造成影响。

S4、高压蒸汽养护、热水喷淋、降温；

高压蒸汽养护的方法为：在温度为170～190℃，压力为0.8～1.2MPa的条件下，保温3～5小时。

热水喷淋的方法为：高压蒸汽养护结束排气降压时，采用75～90℃的热水雾化喷淋管桩，喷淋时间为0.3～1小时。

具体的，所述高压蒸汽养护的方法为：将管桩放入高压釜内，通入蒸汽，在1.2～1.7小时内将气压升至预设值，以获得所需的温度，具体的，氧化温度为170～190℃。

本发明通过高压蒸汽养护、热水喷淋和降温工艺的相互配合来提高管桩的密实性、强度、抗弯性和抗腐蚀性，具体的，高压蒸汽养护是通过高压蒸汽使混凝土的反应条件达到170～190℃，以使掺合料中的SiO

由于管桩本身的温度在170～190℃之间，若喷淋管桩的热水温度小于75℃，在管桩容易因急速冷却而产生裂纹；若喷淋管桩的热水温度大于90℃，则吸热效果不佳。

优选的，所述热水喷淋的方法为：高压蒸汽养护结束排气降压至0.4～0.6MPa时，采用75～85℃的热水雾化喷淋管桩，喷淋时间为0.3～1小时。

根据理想气体状态方程PV＝nRT可知，高压蒸汽养护结束排气降压至0.4～0.6MPa时，高压釜内高压蒸汽温度已降低，由于管桩为固体温度仍然在170～190℃之间，此时采用热水雾化喷淋管桩，应用热胀冷缩效应，通过喷淋降温，使桩身混凝土冷缩，紧缩因高压蒸汽进入桩身的微观孔道。

更优的，所述热水喷淋的方法为：高压蒸汽养护结束排气降压至0.5MPa时，采用80℃的热水雾化喷淋管桩，喷淋时间为0.5小时。

降温的方法为：喷淋结束后，将压力降至常压，然后用以14～17℃/小时的降温速度降至室温。

具体的，喷淋结束后，将压力降至常压，然后将管桩送入保温棚，以15℃/小时的降温速度降至室温。

下面将以具体实施例来进一步阐述本发明

实施例1

一种金刚桩的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备混凝土，每立方米混凝土包括：280kg水泥、800kg砂、5～10mm石子250kg、10～20mm石子375kg、20～40mm石子625kg、掺合料150kg(矿渣微粉142.5kg、硫酸钙5kg、硫酸铜2.5kg)、减水剂10.5kg、水135kg，掺合料的比表面积为500m

S2、将混凝土布入钢筋笼、合模、预应力张拉、离心成型，其中，低速离心阶段的转速为72转/min，离心时间为4min，中速离心阶段的转速为168转/min，离心时间为1min，所述中高速阶段的转速为300转/min，离心时间为1min；高速离心阶段的转速为470转/min，离心时间为9min；

S3、在常温下静停3小时，然后以18℃/小时的升温速度升至80℃，保温7小时，然后拆模；

S4、将管桩放入高压釜内，通入蒸汽，在1.5小时内将温度升至180℃(气压约为1.0MPa)，然后保温4小时；

高压蒸汽养护结束排气降压至0.5MPa时，采用80℃的热水雾化喷淋管桩，喷淋时间为0.5小时；

喷淋结束后，将压力降至常压，然后用以15℃/小时的降温速度降至室温。

实施例2

一种金刚桩的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备混凝土，每立方米混凝土包括：265kg水泥、750kg砂、5～10mm石子130kg、10～20mm石子420kg、20～40mm石子750kg、掺合料135kg(硅砂粉125.5kg、硫酸钙7.3kg、硫酸铜2.2kg)、减水剂9.8kg、水135kg，掺合料的比表面积为450m

S2、将混凝土布入钢筋笼、合模、预应力张拉、离心成型，其中，低速离心阶段的转速为70转/min，离心时间为5min，中速离心阶段的转速为165转/min，离心时间为2min，所述中高速阶段的转速为280转/min，离心时间为2min；高速离心阶段的转速为480转/min，离心时间为10min；

S3、在常温下静停3小时，然后以18℃/小时的升温速度升至80℃，保温7小时，然后拆模；

S4、将管桩放入高压釜内，通入蒸汽，在1.3小时内将温度升至170℃，然后保温5小时；

高压蒸汽养护结束排气降压至0.4MPa时，采用90℃的热水雾化喷淋管桩，喷淋时间为0.3小时；

喷淋结束后，将压力降至常压，然后用以17℃/小时的降温速度降至室温。

实施例3

一种金刚桩的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备混凝土，每立方米混凝土包括：300kg水泥、900kg砂、5～10mm石子150kg、10～20mm石子300kg、20～40mm石子700kg、掺合料160kg(矿渣微粉155kg、硫酸钙3.5kg、硫酸铜1.5kg)、减水剂12kg、水147kg，掺合料的比表面积为550m

S2、将混凝土布入钢筋笼、合模、预应力张拉、离心成型，其中，低速离心阶段的转速为75转/min，离心时间为2min，中速离心阶段的转速为175转/min，离心时间为1min，所述中高速阶段的转速为310转/min，离心时间为1min；高速离心阶段的转速为490转/min，离心时间为7min；

S3、在常温下静停3小时，然后以18℃/小时的升温速度升至80℃，保温7小时，然后拆模；

S4、将管桩放入高压釜内，通入蒸汽，在1.7小时内将气温升至190℃，然后保温3小时；

高压蒸汽养护结束排气降压至0.6MPa时，采用75℃的热水雾化喷淋管桩，喷淋时间为0.8小时；

喷淋结束后，将压力降至常压，然后用以17℃/小时的降温速度降至室温。

实施例4

与实施例1不同的是，160kg掺合料包括矿渣微粉155kg和硫酸钙5kg。

对比例1

一种金刚桩的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备混凝土，每立方米混凝土包括：280kg水泥、800kg砂、5～10mm石子250kg、10～20mm石子375kg、20～40mm石子625kg、硅砂粉150kg、防腐剂5kg、减水剂10.5kg、水135kg，混凝土的水胶比为0.31；

其他步骤与实施例1相同。

对比例2

与实施例1不同的是，1250kg的骨料由粒径小于20mm的石子组成。

对比例3

与实施例1不同的是，高压蒸汽养护结束后直接降温。

对比例4

一种PHC管桩的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备混凝土，每立方米混凝土包括：260kg水泥、750kg砂、＜20mm石子1300kg、硅砂粉140kg、减水剂9kg、水132kg，混凝土的水胶比为0.33；

S2、将混凝土布入钢筋笼、合模、预应力张拉、离心成型、静停养护、常压蒸汽养护、拆模、高压蒸汽养护，

低速离心阶段的转速为72转/min，离心时间为3min，中速离心阶段的转速为168转/min，离心时间为1min，所述中高速阶段的转速为300转/min，离心时间为1min；高速离心阶段的转速为430转/min，离心时间为6min；

在常温下静停3小时，然后以18℃/小时的升温速度升至80℃，保温7小时，然后拆模；

将管桩放入高压釜内，通入蒸汽，在1.5小时内将气温升至180℃，然后保温4小时；

将压力降至常压，然后用以15℃/小时的降温速度降至室温。

按照实施例1～4和对比例1～4的制备方法制得φ500的管桩，按照标准(《先张法预应力混凝土管桩》GB/T13476-2009)和(《先张法预应力金刚桩》Q/GDSH001-2019)对实施例1～4和对比例1～4的所制得的管桩进行测试，每组试验取10根管桩进行测试，取平均值，结果如下：

从上述结果可知，本申请实施例1～4与对比例1相比，通过加入本申请的掺合料，可以提高管桩的耐腐蚀性能；本申请实施例1～4与对比例2相比，将不同粒径的骨料按照一定的比例进行配合，可以提高管桩的强度和耐腐蚀性能性能；本申请实施例1～4与对比例3相比，通过高压蒸汽养护、热水喷淋和降温工艺的相互配合，将不同粒径的骨料按照一定的比例进行配合，可以提高管桩的强度和耐腐蚀性能性能；本申请实施例1～4与现有的普通管桩相比，有效提高管桩的强度和耐腐蚀性能性能。

本申请金刚桩的混凝土结构更为致密，氯离子、硫酸根离子难以渗入管桩结构内部发生电化学、结晶反应而产生破坏；此外，本申请掺合料中的组分A和组分B相互配合，使得混凝土本身即含有大量硫酸盐反应稳定产物(钙矾石)，外界硫酸盐难以侵入管桩混凝土发生反应，其抗硫酸盐性能更强。

需要说明的是，对比例2和对比例3的强度等级达不到C100的标准，因此标准中没有写出等级。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。