超细粉制备高强度管桩及其性能研究

超细粉制备高强度管桩及其性能研究

0强度滤剂的制备目前，国内外的大型混凝土管桩通常使用细砂磨合材料作为混合材料。管桩离心成型后,先蒸养(85℃,恒温4~5h),使混凝土强度达到45MPa左右,脱模,进入高压蒸养(180℃,恒温10h左右),使磨细石英砂与石灰反应,生成托勃莫来石,以获得高强度。本研究以纳米微珠超细粉技术配制混凝土,通过蒸养(85℃,恒温4~5h),混凝土的强度可达100~110MPa,获得了高强度高性能管桩,该种新管桩的性能优于普通管桩,且成本下降,是一种省资源、省能源、与环境相协调的混凝土低碳技术。1混凝土材料混合剂复合减水剂水泥:52.5级早强型水泥。磨细砂:河砂干燥后磨细,比表面积4100cm2/g。细骨料:水洗海砂,细度模数2.8~3.2,属中偏粗砂,级配合格。粗骨料:花岗岩碎石,二级配:5~25.6mm(70%);0~5mm(30%),压碎指标7.5%~7.8%,含泥量1.5%,石粉含量2.0%,含泥量偏高。减水剂:(1)萘系水剂,含固量30%,净浆流动度230mm,减水率22%;(2)萘系、氨基系与天然沸石粉复合减水剂HRWA。纳米微珠(N-MB):一种新的超细粉,具有特殊的物理化学性能,对水泥混凝土具有填充效应、减水效应、增强效应及耐久性效应。天然沸石超细粉:比表面积6000cm2/g,由浙江某沸石粉厂供应。复合超细粉:由微珠与天然沸石粉复合而成。硅粉:贵州遵义市产的凝聚硅粉SF。2每m桩养护工艺表1为普通管桩生产用的混凝土配合比。整个管桩的生产工艺可分为3个过程:(1)混凝土搅拌在初蒸与高压蒸养过程中,每m桩燃料成本约8元(本案例燃料是废弃木材;大多数工厂用煤,每m约10元~13元)。由此可见,从节省能源、节省资源及环保角度都需要对现有养护工艺进行革新。本研究课题分两步进行:(1)免除高压蒸养,通过初蒸达到符合要求的管桩混凝土的强度;(2)在条件许可下,进一步试验以太阳能养护代替初蒸,达到符合要求的管桩混凝土的强度。3高性能和超建成的混凝土C80高性能混凝土试验配合比如表2所示,混凝土成型100mm×100mm×100mm试件,标养不同龄期强度见表3。(2)混凝土浇筑材料蒸养管桩C80混凝土试验配合比见表4。通过表4混凝土试验,采用超细粉与水泥配合,并采用新型复合高效减水剂,可研发出蒸养C80高性能混凝土。制作100mm×100mm×100mm三联模试件3组9块,成型后静停3~4h,与车间初蒸同条件养护(85℃,4h恒温)。出池冷却后进行抗压试验,结果如表5。然而,在表4配合比中,水泥用量偏高,还采用了硅粉及矿渣粉,成本偏高,因此,需要降低胶凝材料用量,调整配比进一步试验。(3)蒸养及抗压强度表6为调整后混凝土的配合比。成型100mm×100mm×100mm三联试模共6条,分别进行标养及蒸养。蒸养与管桩生产初蒸同条件,平均抗压强度103.1MPa;标养试件28d抗压强度98.1MPa(换算成150mm×150mm×150mm的试件)。通过蒸养、标养试件的强度检验,表6配合比的混凝土已达到并超过了C80高性能、超高性能混凝土的强度要求。(4)试模与结果分析按表7混凝土配合比拌合20L混凝土,成型100mm×100mm×100mm三联试模6条:3条与初蒸同条件蒸养;3条在蒸养箱内蒸养。出池后抗压强度分别为:蒸养箱蒸养混凝土强度为98.5MPa;同条件养护混凝土强度为98MPa。试验结果显示按表7配合比制成的混凝土离心成型时余浆明显减少。(5)混凝土抗压强度按照试验管桩配合比(见表7)拌合混凝土,成型了10组混凝土试件。全部试件与初蒸同条件养护,出池后进行抗压试验,结果混凝土抗压强度平均值为110MPa,均方差为4.89MPa。说明试验混凝土的质量稳定,强度高,达到了高性能和超高性能混凝土的强度。4管桩生产及管桩材料规格在深圳市正强管桩厂进行了约8次预应力蒸养高性能与超高性能管桩的生产试验,共生产管桩约1000m,进行了性能检测,并运送到工地进行施打试验。现摘要叙述管桩试验生产的相关内容[3~6]。为了降低生产成本,在先前使用纳米微珠、硅粉和磨细矿渣粉生产高性能与超高性能管桩的基础上,使用上表7所示的混凝土配合比生产管桩,试生产的管桩尺寸及各种材料规格如表8所示。混凝土的搅拌、喂料、离心成型及蒸养与普通管桩生产条件相同,共生产管桩50m。混凝土抗压强度:同条件养护下强度为95.3MPa;蒸养箱蒸养混凝土强度为98.5MPa。试生产的管桩质量优良。此后,还进行了多次免高压蒸养的高性能混凝土管桩试验,均证明其具有优良性能。5管桩施打效果正强管桩厂试制的预应力高性能与超高性能混凝土管桩Φ500×125A运往惠州淡水,于2010年5月6日进行打桩施工应用。压桩深度24m,竖向承载力3500kN(老管桩2700kN),锤击D50,桩锤升高3m往下打,共打试验管桩50m。结果显示新管桩施打效果很好,其较原老式管桩锤击性能好,竖向承载力高。打桩过程见图1。6混凝土的抗氯离子渗透性能按照清华大学建立的NEL法,快速测定了蒸养高强混凝土与初蒸-蒸压高强混凝土试样的氯离子扩散系数。蒸养高强混凝土的氯离子扩散系数:0.176598×10-12m2/s;初蒸-蒸压高强混凝土的氯离子扩散系数:0.235791×10-12m2/s。可见蒸养高强混凝土的氯离子扩散系数约为蒸养-蒸压高强混凝土的3/4左右,蒸养高强混凝土具有更好的抗氯离子渗透性能。参考粉煤灰抗硫酸盐侵蚀性能的公式:R=(C-5)/F≤1.0,C-粉煤灰中CaO含量,%;F-粉煤灰中Fe2O3含量,%。纳米微珠化学成分中CaO含量4.8%,Fe2O3含量5.3%,代入上述公式中,可得R为负值。由此可见,纳米微珠具有很高的抗硫酸盐侵蚀性能。7几种常见概念设计蒸养高性能混凝土与蒸养-蒸压高强混凝土的扫描电镜图(SEM)如图2、图3所示。蒸养高性能混凝土主要水化物为C-S-H凝胶,而蒸养-蒸压高强混凝土的水化物为托勃莫来石,两者界面的密实性也有较大差别,造成了两者在抗压强度、耐久性和冲击韧性等方面有明显的差别。8高强蒸养混凝土管桩的优点(1)通过纳米微珠与天然沸石超细粉复合,取代部分水泥,并使用复合高效减水剂,可配制出蒸养(85℃,恒温4~5h)高性能混凝土,其强度可达100~110MPa。(2)纳米微珠复合超细粉混凝土具有更高的耐久性,氯离子扩散系数仅为原高压蒸养混凝土的3/4;同时其还具有很高的抗硫酸盐及抗硫酸盐、氯盐综合侵蚀性能。(3)纳米微珠复合超细粉蒸养高强度混凝土管桩具有很高的抗冲击韧性。打桩时,该种新型管桩具有竖向承载力3500kN,而旧管桩只有2700kN;同时可经受上升高度3m、多次往返的锤击(D50)。(4)蒸养高性能混凝土和蒸养-蒸压混凝土组成材料上的差别造成了两者在冲击韧性、断裂能等方面有很大差别。(5)由于免除了高压蒸养,可节省大量能源、资源与投资,便于生产安全操作管理。同时,大量应用了污染环境的工业废弃物—纳米微珠,达到了生产低碳混凝土制品的目的。(1)抗氯离子渗透试验(2)混凝土喂料与离心成型(3)初蒸与高压蒸养(1)氯离子扩散系数(2)氯离子扩散深度以N-MB取代10%、20%的水泥制成砂浆,与基准砂浆浸入饱和盐水中(常温),不同龄期的砂浆氯离子扩散深度如表9。由表9可知,N-MB取代的砂浆试件,在饱和盐水中的氯离子扩散深度约为基准砂浆的1/2