高强度管桩用混凝土配方及其拌合与养护工艺

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及高强度管桩用混凝土配方及其拌合与养护工艺。

背景技术

管桩在建筑施工中具有重要的作用，管桩分为后张法预应力管桩和先张法预应力管桩,预应力混凝土管桩(PC管桩)和预应力混凝土薄壁管桩(PTC管桩)及高强度预应力混凝土管桩(PHC管桩)。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。管桩在击打或静压过程中主要受到轴向应力，因此，其轴向力学性能尤为关键，现有的管桩力学性能已经达到瓶颈，除非在材料方面有较大突破，否则很难实现突破。

此外，在现有的管桩用混凝土配方中，砂率作为配合比中一个重要的参数不容忽视，砂率的大小既会影响混凝土的强度，又会影响混凝土的和易性、弹性模量及抗冲击性能。

一般情况，提高砂率可以增加混凝土的流动性，但却会使骨料的表面积增大，为达到同样坍落度所需的用水量就要增加。砂率过小，虽可以提高混凝土强度，但和易性会随之变差，同时弹性模量也会随之发生较大变化。众所周知，混凝土强度越高，随之而来的混凝土脆性也越大，抗冲击性能就会变差，况且，现阶段PHC管桩绝大部分还是用柴油锤施打的，现有技术中这一矛盾还难以解决。

发明内容

本发明旨在提供了高强度管桩用混凝土配方及其拌合与养护工艺，该高强度管桩用混凝土配方及其拌合与养护工艺能够在减少用砂量和用水量的同时，还使混凝土具有良好的流动性，并提高管桩的强度和韧性，同时减少管桩内部的孔隙缺陷。

本发明的技术方案如下：

高强度管桩用混凝土配方，包括水泥380～430kg/m

其中，所述聚乙烯颗粒或聚苯乙烯颗粒的粒径为150～200目。

其中，所述矿物掺合料为偏高岭土和矿粉。

其中，所述偏高岭土和矿粉的含量比为1～2。

其中，所述粗集料为碎石，采用两种粒径的碎石掺配使用，粒径分别为6～10mm和20～30mm。

其中，所述细集料为天然河砂，河砂细度模数为2.5～3.0；

其中，所述水泥为高标号水泥。

其中，所述增强纤维为芳纶纤维、奥纶纤维、聚酯纤维的一种或多种，在聚乙烯或聚苯乙烯拉丝切粒前的塑化过程中混入或在拉丝过程中并入。

其中，所述混凝土的拌合工艺为：

①将聚乙烯颗粒或聚苯乙烯颗粒与水泥混合干拌；

②继续添加矿物掺合料和细集料混合干拌；

③继续加入50％～70％拌合水，搅拌1～2min；

④继续加入其余拌合水以及减水剂混合搅拌2～3min；

⑤继续添加粗集料混合搅拌均匀。

其中，所述混凝土的养护工艺为：

①将离心成型后的管桩连带钢模吊入常压养护池中养护，养护温度为90℃，常压养护时间4～6h；

②脱模后放入高压釜中蒸养，养护温度为200℃～220℃，蒸汽压力为1-1.2MPa，养护时间13～17h。

本发明具有如下有益效果：

1、该高强度管桩用混凝土配方及其拌合与养护工艺能够在减少用砂量和用水量的同时，还使混凝土具有良好的流动性，并提高管桩的强度和韧性，同时减少管桩内部的孔隙缺陷。

2、该管桩用混凝土配方中添加了颗粒状的聚乙烯或聚苯乙烯，利用其颗粒状的外形能够促进混凝土的流动性，替代部分河砂的作用，同时结合离心成型后的管桩在高压釜中的蒸养工艺，由于聚乙烯的熔点为120～136℃，聚苯乙烯的熔点为120℃左右，均大大低于高压釜的蒸养温度，因此，混凝土在高压蒸养的中后期，其内部温度足够高于两者的熔点，在这个过程中颗粒状的聚乙烯或聚苯乙烯会融化，一方面可以降低骨料的表面积，减少了达到同样坍落度所需的用水量；另一方面融化后的聚乙烯或聚苯乙烯具有液态的流动性能能够填充混凝土内部的孔隙，降低毛细孔和气孔含量，同时利用这些孔隙在混凝土内部与增强纤维一起形成网状结构，一方面减少蒸汽养护对混凝上孔结构造成的热胀损害，一方面提高管桩的抗裂性能，一方面提高管桩的韧性。

3、本发明的混凝土配方中使用了偏高岭土，其具有较高的火山灰活性，用于混凝土矿物掺合料时能显著改善胶凝体系的凝结硬化性能，对混凝土的高强化和早强化具有明显的促进作用，与矿粉一起添加还可以克服偏高岭土高比表面积和片层状结构对混凝土工作性能会产生影响的不足。两者结合组成的矿物掺合料能改善蒸养高强混凝土的孔结构，提高凝胶孔含量，降低毛细孔和气孔含量，细化孔径，消除蒸汽养护对混凝上孔结构造成的热胀损害。

4、本发明的配方使用了多元胶凝材料复合化体系，结合固体颗粒，能够优化蒸养过程中混凝土界面区的性能，促使界面处弱区消失，增加界面过渡区水化产物分布的均匀密实，有利于混凝土的高强和早强化，保证混凝土的良好工作性能，还能显著降低蒸汽养护对高强混凝土耐久性的劣化影响。

具体实施方式

本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。

实施例1

高强度管桩用混凝土配方，包括水泥380kg/m

聚乙烯颗粒的粒径为150～200目。

矿物掺合料为偏高岭土和矿粉。

偏高岭土和矿粉的含量比为1。

粗集料为碎石，采用两种粒径的碎石掺配使用，粒径分别为6～10mm和20～30mm。

细集料为天然河砂，河砂细度模数为2.5；

水泥为P.II 42.5普通硅酸盐水泥，减水剂为聚羧酸系高效减水剂。

增强纤维为芳纶纤维，在聚乙烯拉丝切粒前的塑化过程中混入或在拉丝过程中并入。

进一步的，所述混凝土的拌合工艺为：

①将聚乙烯颗粒与水泥混合干拌；

②继续添加矿物掺合料和细集料混合干拌；

③继续加入50％拌合水，搅拌1min；

④继续加入其余拌合水以及减水剂混合搅拌3min；

⑤继续添加粗集料混合搅拌均匀。

进一步的，所述混凝土的养护工艺为：

①将离心成型后的管桩连带钢模吊入常压养护池中养护，养护温度为90℃，常压养护时间4h；

②脱模后放入高压釜中蒸养，养护温度为200℃，蒸汽压力为1MPa，养护时间13h。

实施例2

高强度管桩用混凝土配方，包括水泥430kg/m

聚苯乙烯颗粒的粒径为150～200目。

矿物掺合料为偏高岭土和矿粉。

偏高岭土和矿粉的含量比为2。

粗集料为碎石，采用两种粒径的碎石掺配使用，粒径分别为6～10mm和20～30mm。

细集料为天然河砂，河砂细度模数为3.0；

水泥为P.II 42.5普通硅酸盐水泥，减水剂为聚羧酸系高效减水剂。

增强纤维为奥纶纤维，在聚苯乙烯拉丝切粒前的塑化过程中混入或在拉丝过程中并入。

进一步的，所述混凝土的拌合工艺为：

①将聚苯乙烯颗粒与水泥混合干拌；

②继续添加矿物掺合料和细集料混合干拌；

③继续加入70％拌合水，搅拌2min；

④继续加入其余拌合水以及减水剂混合搅拌2min；

⑤继续添加粗集料混合搅拌均匀。

进一步的，所述混凝土的养护工艺为：

①将离心成型后的管桩连带钢模吊入常压养护池中养护，养护温度为90℃，常压养护时间6h；

②脱模后放入高压釜中蒸养，养护温度为220℃，蒸汽压力为1.2MPa，养护时间17h。

实施例3

高强度管桩用混凝土配方，包括水泥400kg/m

聚乙烯颗粒的粒径为150～200目。

矿物掺合料为偏高岭土和矿粉。

偏高岭土和矿粉的含量比为1.5。

粗集料为碎石，采用两种粒径的碎石掺配使用，粒径分别为6～10mm和20～30mm。

细集料为天然河砂，河砂细度模数为2.7；

水泥为P.II 42.5普通硅酸盐水泥，减水剂为聚羧酸系高效减水剂。

增强纤维为聚酯纤维，在聚乙烯拉丝切粒前的塑化过程中混入或在拉丝过程中并入。

进一步的，所述混凝土的拌合工艺为：

①将聚乙烯颗粒与水泥混合干拌；

②继续添加矿物掺合料和细集料混合干拌；

③继续加入60％拌合水，搅拌1.5min；

④继续加入其余拌合水以及减水剂混合搅拌2.5min；

⑤继续添加粗集料混合搅拌均匀。

进一步的，所述混凝土的养护工艺为：

①将离心成型后的管桩连带钢模吊入常压养护池中养护，养护温度为90℃，常压养护时间5h；

②脱模后放入高压釜中蒸养，养护温度为210℃，蒸汽压力为1.1MPa，养护时间15h。

对比样品：

浙江某公司制造的管桩，管桩类别PHC，强度等级C80，型号A，规格300x70，养护时间25d。

依照三种实施例和工艺制作的管桩有部分相同的基本参数：管桩外径300mm，型号A2，主筋直径6，数量12根，分别切割100mmx100mmx50mm试件，将测试结果见下表：通过对3种实施例的试验样品以及对比样品分别进行检测，得出以下检测数据：

由上表可见，制得的耐压抗裂管桩相比对比实施例，具有更小的坍落度、以及更大的抗压强度，整体性能提高约10％以上。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。