一种高强度抗腐蚀混凝土预制管桩及其制备方法与流程

1.本发明涉及混凝土管桩领域，具体涉及一种高强度抗腐蚀混凝土预制管桩及其制备方法。


背景技术：

2.混凝土预制管桩具有承载力高、桩身质量好、施工速度快等优点，被广泛应用于高层建筑、铁路、公路、桥梁、港口、码头等工程，由于管桩要长时间承受土壤的挤压力，在外部荷载作用下，就需要保证具有足够的强度，否则就很容易产生变形，导致出现裂缝，影响工程安全，而且若环境介质中有酸类或某些盐类时，容易造成混凝土管桩腐蚀，也会对工程安全造成不利影响。
3.中国专利cn104291754a公开了一种耐腐蚀phc管桩，混凝土的各组分材料的重量份比为：胶凝材料1，水0.28，砂1.58，石2.92，减水剂0.023，有机阻锈剂hq 0.005～0.03；有机阻锈剂hq占胶凝材料重量的0.5％～3％。


技术实现要素：

4.发明目的：针对现有技术的缺陷或改进需求，本发明提供了一种高强度抗腐蚀混凝土预制管桩及其制备方法。
5.本发明所采用的技术方案如下：
6.一种高强度抗腐蚀混凝土预制管桩，由以下重量份数的原料制备而成：
7.硅酸盐水泥40～45份、粗骨料60～80份、细骨料60～80份、硅粉15～25份、粉煤灰10～20份、六偏磷酸钠0.5～1份、γ相纳米氧化铝5～10份、乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉10～15份、乙二胺0.1～0.5份、碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维10～15份、减水剂1～2份、水30～40份。
8.进一步地，由以下重量份数的原料制备而成：
9.硅酸盐水泥45份、粗骨料65份、细骨料70份、硅粉20份、粉煤灰14份、六偏磷酸钠0.5份、γ相纳米氧化铝8份、乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉12份、乙二胺0.3份、碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维12份、减水剂1.5份、水35份。
10.进一步地，所述粗骨料和细骨料分别经过预处理，所述预处理方法如下：
11.将矿粉、硅酸铝混合，加入乙醇中搅拌均匀形成掺合料浆料，密封超声处理1～2h后，将掺合料浆料分别与粗骨料和细骨料加入砂浆搅拌机中慢搅60～80s、快搅90～120s，使掺合料浆体均匀分布在粗骨料和细骨料表面，最后40～50℃干燥5～10h即可。
12.进一步地，所述乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉的制备方法如下：
13.将乳化剂和水混合升温至70～80℃，搅拌使充分乳化，滴加部分引发剂和部分单体，保温反应30～50min，得到种子乳液，再将剩余的引发剂、剩余的单体、乙烯基硅氧烷和乙酰乙酸基甲基丙烯酸乙酯加入，然后升温至85～90℃继续反应1～2h，冷却至室温，加入用氨水调节体系ph为7～8后得到乳液，向乳液中加入聚乙烯醇溶液，搅拌30～60min得到喷
雾液，将喷雾液通过喷雾干燥机干燥获得成品。
14.进一步地，所述单体包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸；
15.所述甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸的质量比为38～45：5～8：0.5～1.2。
16.进一步地，所述乙烯基硅氧烷为乙烯基三异丙氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷。
17.进一步地，所述喷雾干燥器的进口温度150～170℃，出口温度为80～100℃，雾化器转速为20～40hz。
18.进一步地，所述碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维的制备方法如下：
19.将玄武岩纤维浸入碳酸钠水溶液中，充分混合搅后加入分散剂，继续搅拌下加入氯化钙溶液和氯化锂溶液，30～35℃混合搅拌反应40～60min后取出，洗涤、干燥即可。
20.进一步地，所述玄武岩纤维经过氢氧化钠溶液预处理。
21.本发明还提供了一种高强度抗腐蚀混凝土预制管桩的制备方法：
22.将硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、硅粉、粉煤灰、六偏磷酸钠、γ相纳米氧化铝、乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉、乙二胺、碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维、减水剂、水混合均匀，得到拌合物，将拌合物浇筑在phc管桩模具中，离心成型，得到半成品，于80～90℃蒸汽养护4～6h后脱模，自然养护即可。
23.本发明的有益效果：
24.本发明提供了一种高强度抗腐蚀混凝土预制管桩，粗骨料和细骨料经过预处理，可以改善骨料表面区域颗粒的堆积状态，降低边壁效应对混凝土形成中颗粒初始堆积状态的不利影响，矿粉具有二次水化效应，利用骨料表面水膜的水分，生成水化产物c-s-h填补了界面过渡区的部分孔隙，使界面过渡区变得致密，提高抗腐蚀性能，硅酸铝能与水泥水化时产生的副产物氢氧化钙快速反应，生成新的胶凝材料，也具有填补了界面过渡区孔隙，提高抗腐蚀性能的作用，乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉的“自润滑作用”使其分散到混凝土中，在水中良好的可再分散性使其迅速分散并形成乳液，充满混凝土中的空腔，随着干燥过程的进行，乳液再次脱水形成聚合物薄膜，并连续分布在混凝土内部，既能有效地吸收来自外界的应力也能抗水、抗腐蚀，提高管桩的综合性能，玄武岩纤维作为一种无机矿物材料，本身具有较高的弹性模量和抗拉强度，能提高水泥-石界面的黏结性能，抑制微裂纹的产生和扩展，但其表面具有如裂纹、孔洞、杂质等缺陷，原位生成的碳酸钙、碳酸锂颗粒粒径较小且大多沿着纤维表面沟壑、裂痕生长，填充在纤维的薄弱环节，弥补了这些部位受力能力弱的缺点，从而提升纤维的整体强力水平，而且还作为“锚点”并具有一定的“晶种效应”，提高玄武岩纤维与水泥、砂石的结合强度，经测试，以本发明原料制备而成的混凝土试件具有良好的力学性能和抗腐蚀性能，可以用来制作混凝土预制管桩。
附图说明
25.图1为本发明实施例1中碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维的sem图。
具体实施方式
26.实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
27.硅酸盐水泥：po42.5复合硅酸盐水泥，海螺建材；
28.粗骨料：10-30mm碎石；
29.细骨料：河砂，细度模数2.5，含泥量小于1％；
30.硅粉：ebs-s型硅粉，成都东蓝星科技发展有限公司；
31.粉煤灰：河北创天工程材料有限公司；
32.六偏磷酸钠：青州市鑫胜化工有限公司；
33.γ相纳米氧化铝：宣城晶瑞新材料有限公司；
34.乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉：自制；
35.乙二胺：济南润昌化工有限公司；
36.碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维：自制；
37.减水剂：聚羧酸减水剂，台前县恒大化工有限公司。
38.实施例1：
39.一种高强度抗腐蚀混凝土预制管桩，由以下重量份数的原料制备而成：
40.硅酸盐水泥45份、粗骨料65份、细骨料70份、硅粉20份、粉煤灰14份、六偏磷酸钠0.5份、γ相纳米氧化铝8份、乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉12份、乙二胺0.3份、碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维12份、减水剂1.5份、水35份。
41.其中，乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉的制备方法如下：
42.将10g乳化剂(op-10、十二烷基苯磺酸钠1:1)和800ml水混合升温至75℃，搅拌使充分乳化，滴加10ml的3wt％kps溶液和1/3体积的单体(甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸的原料质量分别为420g：70g：10g)，保温反应45min，得到种子乳液，再将15ml的3wt％kps溶液、剩余的单体、10g乙烯基三异丙氧基硅烷和4g乙酰乙酸基甲基丙烯酸乙酯加入，然后升温至85℃继续反应1.5h，冷却至室温，加入用氨水调节体系ph为7～8后得到乳液，向乳液中加入200ml 10wt％聚乙烯醇溶液，搅拌50min得到喷雾液，将喷雾液通过喷雾干燥机干燥获得成品，喷雾干燥器的进口温度160℃，出口温度为100℃，雾化器转速为40hz。
43.碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维的制备方法如下：
44.将50g玄武岩纤维加入60℃的10wt％氢氧化钠溶液中搅拌预处理40min，取出水洗至中性后浸入500ml 0.1mol/l碳酸钠水溶液中，充分混合搅后加入1g分散剂edta-2na，继续搅拌下加入500ml 0.05mol/l氯化钙溶液和500ml0.1mol/l氯化锂溶液，35℃混合搅拌反应50min后取出，洗涤、干燥即可。
45.上述高强度抗腐蚀混凝土预制管桩的制备方法：
46.对粗骨料和细骨料分别进行预处理：将质量比为1：1的矿粉、硅酸铝混合，加入乙醇中搅拌均匀形成掺合料浆料，密封超声处理2h后，将掺合料浆料分别与粗骨料和细骨料加入砂浆搅拌机中慢搅75s、快搅120s，使掺合料浆体均匀分布在粗骨料和细骨料表面，最后45℃干燥8h即可，将硅酸盐水泥、预处理后的粗骨料、预处理后的细骨料、硅粉、粉煤灰、六偏磷酸钠、γ相纳米氧化铝、乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉、乙二胺、碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维、减水剂、水混合均匀，得到拌合物，将拌合物浇筑在phc管桩模具中，离心成型，得到半成品，于90℃蒸汽养护5h后脱模，自然养护即可。
47.实施例2：
48.一种高强度抗腐蚀混凝土预制管桩，由以下重量份数的原料制备而成：
49.硅酸盐水泥45份、粗骨料80份、细骨料80份、硅粉25份、粉煤灰20份、六偏磷酸钠1份、γ相纳米氧化铝10份、乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉15份、乙二胺0.5份、碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维15份、减水剂2份、水40份。
50.其中，乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉、碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维的制备方法同实施例1；
51.上述高强度抗腐蚀混凝土预制管桩的制备方法：
52.对粗骨料和细骨料分别进行预处理：将质量比为1：1的矿粉、硅酸铝混合，加入乙醇中搅拌均匀形成掺合料浆料，密封超声处理2h后，将掺合料浆料分别与粗骨料和细骨料加入砂浆搅拌机中慢搅80s、快搅120s，使掺合料浆体均匀分布在粗骨料和细骨料表面，最后50℃干燥10h即可，将硅酸盐水泥、预处理后的粗骨料、预处理后的细骨料、硅粉、粉煤灰、六偏磷酸钠、γ相纳米氧化铝、乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉、乙二胺、碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维、减水剂、水混合均匀，得到拌合物，将拌合物浇筑在phc管桩模具中，离心成型，得到半成品，于90℃蒸汽养护6h后脱模，自然养护即可。
53.实施例3：
54.一种高强度抗腐蚀混凝土预制管桩，由以下重量份数的原料制备而成：
55.硅酸盐水泥40份、粗骨料60份、细骨料60份、硅粉15份、粉煤灰10份、六偏磷酸钠0.5份、γ相纳米氧化铝5份、乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉10份、乙二胺0.1份、碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维10份、减水剂1份、水30份。
56.其中，乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉、碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维的制备方法同实施例1；
57.上述高强度抗腐蚀混凝土预制管桩的制备方法：
58.对粗骨料和细骨料分别进行预处理：将质量比为1：1的矿粉、硅酸铝混合，加入乙醇中搅拌均匀形成掺合料浆料，密封超声处理1h后，将掺合料浆料分别与粗骨料和细骨料加入砂浆搅拌机中慢搅60s、快搅90s，使掺合料浆体均匀分布在粗骨料和细骨料表面，最后40℃干燥5h即可，将硅酸盐水泥、预处理后的粗骨料、预处理后的细骨料、硅粉、粉煤灰、六偏磷酸钠、γ相纳米氧化铝、乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉、乙二胺、碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维、减水剂、水混合均匀，得到拌合物，将拌合物浇筑在phc管桩模具中，离心成型，得到半成品，于80℃蒸汽养护4h后脱模，自然养护即可。
59.实施例4：
60.一种高强度抗腐蚀混凝土预制管桩，由以下重量份数的原料制备而成：
61.硅酸盐水泥45份、粗骨料60份、细骨料80份、硅粉15份、粉煤灰20份、六偏磷酸钠0.5份、γ相纳米氧化铝10份、乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉10份、乙二胺0.5份、碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维10份、减水剂2份、水30份。
62.其中，乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉、碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维的制备方法同实施例1；
63.上述高强度抗腐蚀混凝土预制管桩的制备方法：
64.对粗骨料和细骨料分别进行预处理：将质量比为1：1的矿粉、硅酸铝混合，加入乙醇中搅拌均匀形成掺合料浆料，密封超声处理2h后，将掺合料浆料分别与粗骨料和细骨料
加入砂浆搅拌机中慢搅60s、快搅120s，使掺合料浆体均匀分布在粗骨料和细骨料表面，最后40℃干燥10h即可，将硅酸盐水泥、预处理后的粗骨料、预处理后的细骨料、硅粉、粉煤灰、六偏磷酸钠、γ相纳米氧化铝、乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉、乙二胺、碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维、减水剂、水混合均匀，得到拌合物，将拌合物浇筑在phc管桩模具中，离心成型，得到半成品，于80℃蒸汽养护6h后脱模，自然养护即可。
65.实施例5：
66.一种高强度抗腐蚀混凝土预制管桩，由以下重量份数的原料制备而成：
67.硅酸盐水泥40份、粗骨料80份、细骨料60份、硅粉25份、粉煤灰10份、六偏磷酸钠1份、γ相纳米氧化铝5份、乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉15份、乙二胺0.1份、碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维15份、减水剂1份、水40份。
68.其中，乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉、碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维的制备方法同实施例1；
69.上述高强度抗腐蚀混凝土预制管桩的制备方法：
70.对粗骨料和细骨料分别进行预处理：将质量比为1：1的矿粉、硅酸铝混合，加入乙醇中搅拌均匀形成掺合料浆料，密封超声处理1h后，将掺合料浆料分别与粗骨料和细骨料加入砂浆搅拌机中慢搅80s、快搅90s，使掺合料浆体均匀分布在粗骨料和细骨料表面，最后50℃干燥5h即可，将硅酸盐水泥、预处理后的粗骨料、预处理后的细骨料、硅粉、粉煤灰、六偏磷酸钠、γ相纳米氧化铝、乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉、乙二胺、碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维、减水剂、水混合均匀，得到拌合物，将拌合物浇筑在phc管桩模具中，离心成型，得到半成品，于90℃蒸汽养护4h后脱模，自然养护即可。
71.对比例1
72.与实施例1基本相同，区别在于，不加入γ相纳米氧化铝。
73.对比例2
74.与实施例1基本相同，区别在于，不加入乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉。
75.对比例3
76.与实施例1基本相同，区别在于，用市售丙烯酸可再分散性乳胶粉elotex7000代替乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉。
77.对比例4
78.与实施例1基本相同，区别在于，乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉制备时不加入乙烯基三异丙氧基硅烷。
79.对比例5
80.与实施例1基本相同，区别在于，乙烯基硅氧烷改性丙烯酸酯可再分散乳胶粉制备时不加入乙酰乙酸基甲基丙烯酸乙酯。
81.对比例6
82.与实施例1基本相同，区别在于，用玄武岩纤维代替碳酸钙/锂原位改性玄武岩纤维。
83.对比例7
84.与实施例1基本相同，区别在于，粗骨料和细骨料不经过预处理直接使用。
85.性能测试：
86.以本发明实施例1～5及对比例1～7中原料制备而成的混凝土试件作为样品；
87.力学性能测试：按照gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》规定的方法进行：单位mpa；
88.防腐性能测试：rcm法又称快速氯离子迁移系数法，用以测定氯离子在混凝土中非稳态迁移的扩散系数来确定混凝土抗氯离子渗透性能，以此表征防腐性能，单位
×
10-12
m2/s；
89.长龄期盐溶液浸泡试验：将样品放入3.5％的nacl溶液中浸泡90d后，取出，进行力学性能测试，计算力学性能下降率，单位％。
90.测试结果如下表1所示：
91.表1
[0092][0093]
由上表1可知，以本发明实施例1～5及对比例1～7中原料制备而成的混凝土试件具有良好的力学性能和抗腐蚀性能，可以用来制作混凝土预制管桩，而且通过对比可知，原料组合和制备方法，对于混凝土预制管桩的性能有较大影响。
[0094]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者
替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。