一种超长时间工作性能的高性能桩基混凝土及其制备方法

1.本发明属于混凝土材料及施工技术领域，具体涉及一种超长时间工作性能的高性能桩基混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.在我国沿海地区，如香港及澳门等地，因地质环境及一些填海区域地下情况比较复杂，桩基工程主要使用全套管钻孔灌注桩工艺来施工，其施工工艺是在钻孔的过程中逐节放入钢套管，用螺丝将相邻的两节钢套管连接、固定起来，当钻孔至地下岩层一定深度后，钢套管到达桩基最底部，这样就形成了一个整体长度在几十至一百米左右的全套管，钻孔完成后清理套管内部泥渣及其它杂质，放入钢筋笼，二次清孔完成后采用导管法进行水下混凝土浇筑，首批灌注混凝土的数量应能满足导管初次埋置深度(0.8-1.3m)和填充导管底部间隙的需要，然后连续的灌入混凝土，当混凝土在套管内上升到一定的高度后，需要拔除部分钢套管及导管(也有工程不需要拔除钢套管)，施工过程中保持导管在混凝土中埋深2-6米，然后再重复以上的工序，直至混凝土浇筑到设计的标高。在灌注桩混凝土施工过程中，由于一些灌注桩的直径比较大，混凝土浇筑量多，整个施工过程经常会超过20个小时，这对灌注桩混凝土质量要求非常高，水下灌注混凝土基本原理是混凝土在一定的落差压力作用下，通过密封连接的导管进入到初期灌注的混凝土下面，顶托着初期灌注的混凝土及其上面的泥浆逐步上升，形成连续密实的混凝土桩身，因此，有部分首次灌注的混凝土一直处于灌注桩混凝土的顶部，这部分混凝土需要有良好的工作性能，即从施工开始至最后所有的导管拔除前，顶部的混凝土一直需要保持良好的流动性，以便保证钢套管和导管的顺利拔除，同时不影响桩基的质量。
3.为了解决桩基混凝土在施工过程中混凝土需要保持良好工作性能的这一问题，以往通常将桩基混凝土配制成超缓凝混凝土(如初凝时间大于24h)。混凝土的凝结时间主要是通过掺入过量的缓凝剂来实现，在实际施工中发现，掺普通超缓凝的混凝土的初凝时间可以达到预期的要求，但是混凝土浇筑一段时间后的工作性能变化比较大，如塌落度损失大及较短的时间内失去流动性等。另一方面普通型缓凝剂掺量过多会影响桩基混凝土的强度发展，最终影响混凝土的后期强度。总之，通过掺入过量的缓凝剂来制备超长时间工作性能的桩基混凝土对施工及混凝土的后期质量均可能带来风险和隐患。
4.因此，人们迫切希望研发一种超长时间工作性能的高性能桩基混凝土及其制备方法。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之一是：提供一种超长时间工作性能的高性能桩基混凝土，能够保证桩基混凝土在施工期间混凝土具有良好的施工性能，同时改善了桩基混凝土的耐久性。
6.针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之二是：提供一种超长时间工作
性能的高性能桩基混凝土的制备方法，通过该方法能够制备具有良好的施工性能和耐久性的高性能桩基混凝土。
7.本发明目的通过以下技术方案实现：
8.一种超长时间工作性能的高性能桩基混凝土，包括由以下重量份数表示的组分，水泥250-350份、粉煤灰75-125份、矿粉75-125份、硅粉10-30份、粗骨料800-980份、细骨料700-780份、保塌型聚羧酸减水剂5-7份、高效聚羧酸减水剂1-3份、缓凝剂0.5-3.5份、水泥水化热控制外加剂0.5-3.0份、水150-170 份。
9.进一步，包括由以下重量份数表示的组分，水泥285份、粉煤灰100份、矿粉100份、硅粉15份、粗骨料880份、细骨料740份、保塌型聚羧酸减水剂 6份、高效聚羧酸减水剂2.5份、缓凝剂2份、水泥水化热控制外加剂1份、水 165份。
10.进一步，水泥为pⅱ52.5水泥、粉煤灰为ⅱ级灰，矿粉为s95等级矿粉，硅粉的sio2含量≥90％。选用以上水泥及复合掺合料可以改善混凝土拌合物的性能，提高混凝土的耐久性。
11.进一步，保塌型聚羧酸减水剂为保塌时间超过10小时的高保塌型减水剂。
12.进一步，高效聚羧酸减水剂为适用配制低水灰比混凝土所用的高效减水剂。
13.进一步，水泥水化热控制外加剂为磷酸盐类超强水化热控制剂。采用缓凝剂与水泥水化热控制外加剂复合作用，可以有效控制混凝土的工作性能和凝结时间，且对混凝土强度及耐久性没有负面影响。
14.进一步，缓凝剂为普通木质素缓凝剂，水为自来水。
15.进一步，粗骨料由粒径5-10mm小石及10-20mm中石两部分组成，两者的比例为0.5-1.0:2。
16.进一步，细骨料由河砂和水洗石粉两部分组成，河砂的细度模数为2.2-2.8，水洗石粉的细度模数为2.8-3.4，两者的比例为1:1。采用河砂与水洗石粉复配，可以优化细骨料的级配组成，改善混凝土的工作性能。
17.一种超长时间工作性能的高性能桩基混凝土的制备方法，包括以下步骤，
18.步骤1：按重量份比将粗骨料及硅粉加入搅拌机进行预均化及混合，搅拌时间为15-20秒：
19.步骤2：按重量份比将水泥、粉煤灰、矿渣粉、细骨料、水、保塌型聚羧酸减水剂、高效聚羧酸减水剂、缓凝剂加入搅拌机搅拌30-40秒：
20.步骤3：按重量份比加入水泥水化热控制外加剂再搅拌30-40秒，得到所需工作性能及耐久性能的混凝土。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
22.1.采用保塌型聚羧酸减水剂、普通缓凝剂与水泥水化热控制外加剂复合作用，可以确保桩基混凝土在施工时间具有良好的工作性能，其中水泥水化热控制剂可以调控水泥的水化时间，当水化热外加剂作用效果完成后，缓凝剂可以进一步延缓混凝土的凝结，降低混凝土的水化热集中释放，同时缓凝剂可以有效的对混凝土各胶凝材料进行分散作用。
23.2.通过多种掺合料的复合作用，可以有效改善桩基混凝土的材料级配，确保桩基混凝土硬化前后的体积稳定性，微细掺合料不仅可以改善桩基流变性能、降低水化热、降低坍落度损失，还可以改善混凝土内部的孔结构和提高后期强度及耐久性，另外，在桩基混凝
土中掺入一定量的硅粉可以有效降低桩基混凝土的泌水和离析，对新拌桩基混凝土的稳定性有非常重要的作用。
24.3.本发明通过对各原材料进行准确调配，当水胶比小于0.35时制得的具有超长时间工作性能的高性能混凝土出机坍落度大于220mm，出机扩展度大于 450mm，24小时后混凝土塌落度大于200mm，28天的抗压强度大于60mpa，混凝土28天氯离子扩散系数小于6.0，对要求具有超长时间工作性能和高耐久性的桩基混凝土施工及质量提供了保证。
具体实施方式
25.为了解决桩基混凝土在施工过程中混凝土需要保持良好工作性能的问题，申请人在掺入保塌型聚羧酸减水剂、普通缓凝剂的基础上复掺一种水泥水化控制外加剂，主要是通过加入水化热控制外加剂控制混凝土在施工的时间内不发生絮凝反应，使得混凝土具备良好的工作性能，以便施工顺利进行，水泥水化热控制外加剂与缓凝剂复合使用，进一步延缓了桩基混凝土的反应速率，降低混凝土的水化热的集中释放，达到了确保施工顺利进行和降低大体积桩基混凝土内部水化热的双重效果。
26.沿海地区的桩基混凝土长期处于地下介质侵蚀环境中，为了延长桩基混凝土的使用寿命，通过复掺粉煤灰、矿渣粉及硅灰三种掺合料来改善混凝土的性能，粉煤灰、矿渣粉及硅粉等矿物掺合料具有“活性效应”、“形态效应”、“微细集料效应”等诸多综合效应。微细掺合料不仅可以改善流变性能，降低水化热，降低坍落度损失，还可以改善混凝土内部的孔结构、力学性能和耐久性，其中掺入一定量的硅粉还可以有效降低桩基混凝土的泌水与离析，对新拌桩基混凝土的工作性能及硬化后混凝土的体积稳定性均具有非常重要的作用。
27.下面对本发明作进一步详细的描述。
28.一种超长时间工作性能的高性能桩基混凝土，包括由以下重量份数表示的组分，水泥250-350份、粉煤灰75-125份、矿粉75-125份、硅粉10-30份、粗骨料800-980份、细骨料700-780份、保塌型聚羧酸减水剂5-7份、高效聚羧酸减水剂1-3份、缓凝剂0.5-3.5份、水泥水化热控制外加剂0.5-3.0份、水150-170 份。
29.优选的配比为：包括由以下重量份数表示的组分，水泥285份、粉煤灰100 份、矿粉100份、硅粉15份、粗骨料880份、细骨料740份、保塌型聚羧酸减水剂6份、高效聚羧酸减水剂2.5份、缓凝剂2份、水泥水化热控制外加剂1份、水165份。
30.实施例中涉及的具体原材料如表1所示。
31.表1各原材料的规格以及生产厂家
32.[0033][0034]
具有超长时间工作性能的高性能桩基混凝土的配合比为实施例1-6所列。实施例1-6各组分的质量配比如表2所示。
[0035]
表2实施例1-6中各组分的质量配比
[0036]
[0037][0038]
一种超长时间工作性能的高性能桩基混凝土的制备方法，包括以下步骤，
[0039]
步骤1：按重量份比将粗骨料及硅粉加入搅拌机进行预均化及混合，搅拌时间为15-20秒：
[0040]
步骤2：按重量份比将水泥、粉煤灰、矿渣粉、细骨料、水、保塌型聚羧酸减水剂、高效聚羧酸减水剂、缓凝剂加入搅拌机搅拌30-40秒：
[0041]
步骤3：按重量份比加入水泥水化热控制外加剂再搅拌30-40秒，得到所需工作性能及耐久性能的混凝土。
[0042]
按照gb/t50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法》、gb/t50082-2009 《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》检测混凝土的各项性能。
[0043]
实施例1至实施例6的具有超长时间工作性能高性能桩基混凝土的各项性能指标测试结果如表3所示。
[0044]
表3实施例1至实施例6的具有超长时间工作性能高性能桩基混凝的各项性能指标测试结果
[0045][0046]
综合以上测试结果，由实施例1至实施例6的配比制得的超缓凝混凝土28 天之后的抗压强度均比较高，依实施例1至实施例6的配比制得的超缓凝混凝土出机塌落度在220mm以上，24h后塌落度在180-230mm，这说明其具有良好的和易性，初凝时间在24h以上，说明其具有良好的保塌及缓凝效果。其中实施例1的配比制得的混凝土抗压强度、和易性、初凝时间和氯离子扩散系数等综合效果最佳，实施例1为优选方案。
[0047]
对比例：
[0048]
对比例1：与实施例1相比未添加硅粉。
[0049]
对比例2：与实施例1相比未添加缓凝剂。
[0050]
对比例3：与实施例1相比未添加水泥水化热控制外加剂。
[0051]
对比例4：与实施例1相比未添加高效聚羧酸减水剂。
[0052]
对比例1至对比例4制备的超缓凝混凝土的各项性能指标结果如表4所示。
[0053]
表4对比例1至4制备的超缓凝混凝土的各项性能指标
[0054][0055]
对比实施例1与对比例1实验数据，得出硅粉作为微细掺合料改善了混凝土内部的孔隙结构，同时优化了界面结构，因此，添加硅粉可以很好的改善桩基混凝土的耐久性。另外，从工作性能方面来看，硅粉的掺入可以有效的封堵新拌混凝土的泌水通道，预防了桩基混凝土泌水及离析。
[0056]
对比实施例1与对比例2实验数据，得出缓凝剂可以延长混凝土的凝结时间，且缓凝剂与聚羧酸减水剂复合使用可以改善混凝土的粘聚性及流动性。
[0057]
对比实施例1与对比例3实验数据，得出水泥水化热控制剂可以通过在水泥表面形成隔离膜阻止水泥发生反应，当隔离膜失效后水泥开始发生正常的化学反应，因此，水泥水化热控制剂除了可以有效的延长混凝土的工作时间，还能确保混凝土后期强度能够正常发展，解决了普通缓凝剂过量使用导致混凝土性能差及强度偏低的缺点，通过保塌型聚羧酸减水剂、缓凝剂及水泥水化热控制剂的高效复配，确保了桩基混凝土在施工期间的工作性能基本不发生变化。
[0058]
对比实施例1与对比例4实验数据，得出高效聚羧酸减水剂可以有效调整混凝土的工作性能。在具有耐久性要求的桩基混凝土中，有一些要求掺入硅粉等微细矿物掺合料，这些种类的掺合料会一定程度上影响混凝土的流动性，因此，通过保塌型聚羧酸减水剂与高效聚羧酸减水剂的复合作用，既能保证桩基混凝土具有超长时间的塌落度保持性能，又能保证混凝土具有良好的流动性，更好的满足了桩基混凝土的施工。
[0059]
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之内。