超細(xì)粉制備高強(qiáng)度管樁及其性能研究

超細(xì)粉制備高強(qiáng)度管樁及其性能研究

0強(qiáng)度濾劑的制備目前，國(guó)內(nèi)外的大型混凝土管樁通常使用細(xì)砂磨合材料作為混合材料。管樁離心成型后,先蒸養(yǎng)(85℃,恒溫4~5h),使混凝土強(qiáng)度達(dá)到45MPa左右,脫模,進(jìn)入高壓蒸養(yǎng)(180℃,恒溫10h左右),使磨細(xì)石英砂與石灰反應(yīng),生成托勃莫來(lái)石,以獲得高強(qiáng)度。本研究以納米微珠超細(xì)粉技術(shù)配制混凝土,通過(guò)蒸養(yǎng)(85℃,恒溫4~5h),混凝土的強(qiáng)度可達(dá)100~110MPa,獲得了高強(qiáng)度高性能管樁,該種新管樁的性能優(yōu)于普通管樁,且成本下降,是一種省資源、省能源、與環(huán)境相協(xié)調(diào)的混凝土低碳技術(shù)。1混凝土材料混合劑復(fù)合減水劑水泥:52.5級(jí)早強(qiáng)型水泥。磨細(xì)砂:河砂干燥后磨細(xì),比表面積4100cm2/g。細(xì)骨料:水洗海砂,細(xì)度模數(shù)2.8~3.2,屬中偏粗砂,級(jí)配合格。粗骨料:花崗巖碎石,二級(jí)配:5~25.6mm(70%);0~5mm(30%),壓碎指標(biāo)7.5%~7.8%,含泥量1.5%,石粉含量2.0%,含泥量偏高。減水劑:(1)萘系水劑,含固量30%,凈漿流動(dòng)度230mm,減水率22%;(2)萘系、氨基系與天然沸石粉復(fù)合減水劑HRWA。納米微珠(N-MB):一種新的超細(xì)粉,具有特殊的物理化學(xué)性能,對(duì)水泥混凝土具有填充效應(yīng)、減水效應(yīng)、增強(qiáng)效應(yīng)及耐久性效應(yīng)。天然沸石超細(xì)粉:比表面積6000cm2/g,由浙江某沸石粉廠供應(yīng)。復(fù)合超細(xì)粉:由微珠與天然沸石粉復(fù)合而成。硅粉:貴州遵義市產(chǎn)的凝聚硅粉SF。2每m樁養(yǎng)護(hù)工藝表1為普通管樁生產(chǎn)用的混凝土配合比。整個(gè)管樁的生產(chǎn)工藝可分為3個(gè)過(guò)程:(1)混凝土攪拌在初蒸與高壓蒸養(yǎng)過(guò)程中,每m樁燃料成本約8元(本案例燃料是廢棄木材;大多數(shù)工廠用煤,每m約10元~13元)。由此可見(jiàn),從節(jié)省能源、節(jié)省資源及環(huán)保角度都需要對(duì)現(xiàn)有養(yǎng)護(hù)工藝進(jìn)行革新。本研究課題分兩步進(jìn)行:(1)免除高壓蒸養(yǎng),通過(guò)初蒸達(dá)到符合要求的管樁混凝土的強(qiáng)度;(2)在條件許可下,進(jìn)一步試驗(yàn)以太陽(yáng)能養(yǎng)護(hù)代替初蒸,達(dá)到符合要求的管樁混凝土的強(qiáng)度。3高性能和超建成的混凝土C80高性能混凝土試驗(yàn)配合比如表2所示,混凝土成型100mm×100mm×100mm試件,標(biāo)養(yǎng)不同齡期強(qiáng)度見(jiàn)表3。(2)混凝土澆筑材料蒸養(yǎng)管樁C80混凝土試驗(yàn)配合比見(jiàn)表4。通過(guò)表4混凝土試驗(yàn),采用超細(xì)粉與水泥配合,并采用新型復(fù)合高效減水劑,可研發(fā)出蒸養(yǎng)C80高性能混凝土。制作100mm×100mm×100mm三聯(lián)模試件3組9塊,成型后靜停3~4h,與車(chē)間初蒸同條件養(yǎng)護(hù)(85℃,4h恒溫)。出池冷卻后進(jìn)行抗壓試驗(yàn),結(jié)果如表5。然而,在表4配合比中,水泥用量偏高,還采用了硅粉及礦渣粉,成本偏高,因此,需要降低膠凝材料用量,調(diào)整配比進(jìn)一步試驗(yàn)。(3)蒸養(yǎng)及抗壓強(qiáng)度表6為調(diào)整后混凝土的配合比。成型100mm×100mm×100mm三聯(lián)試模共6條,分別進(jìn)行標(biāo)養(yǎng)及蒸養(yǎng)。蒸養(yǎng)與管樁生產(chǎn)初蒸同條件,平均抗壓強(qiáng)度103.1MPa;標(biāo)養(yǎng)試件28d抗壓強(qiáng)度98.1MPa(換算成150mm×150mm×150mm的試件)。通過(guò)蒸養(yǎng)、標(biāo)養(yǎng)試件的強(qiáng)度檢驗(yàn),表6配合比的混凝土已達(dá)到并超過(guò)了C80高性能、超高性能混凝土的強(qiáng)度要求。(4)試模與結(jié)果分析按表7混凝土配合比拌合20L混凝土,成型100mm×100mm×100mm三聯(lián)試模6條:3條與初蒸同條件蒸養(yǎng);3條在蒸養(yǎng)箱內(nèi)蒸養(yǎng)。出池后抗壓強(qiáng)度分別為:蒸養(yǎng)箱蒸養(yǎng)混凝土強(qiáng)度為98.5MPa;同條件養(yǎng)護(hù)混凝土強(qiáng)度為98MPa。試驗(yàn)結(jié)果顯示按表7配合比制成的混凝土離心成型時(shí)余漿明顯減少。(5)混凝土抗壓強(qiáng)度按照試驗(yàn)管樁配合比(見(jiàn)表7)拌合混凝土,成型了10組混凝土試件。全部試件與初蒸同條件養(yǎng)護(hù),出池后進(jìn)行抗壓試驗(yàn),結(jié)果混凝土抗壓強(qiáng)度平均值為110MPa,均方差為4.89MPa。說(shuō)明試驗(yàn)混凝土的質(zhì)量穩(wěn)定,強(qiáng)度高,達(dá)到了高性能和超高性能混凝土的強(qiáng)度。4管樁生產(chǎn)及管樁材料規(guī)格在深圳市正強(qiáng)管樁廠進(jìn)行了約8次預(yù)應(yīng)力蒸養(yǎng)高性能與超高性能管樁的生產(chǎn)試驗(yàn),共生產(chǎn)管樁約1000m,進(jìn)行了性能檢測(cè),并運(yùn)送到工地進(jìn)行施打試驗(yàn)?，F(xiàn)摘要敘述管樁試驗(yàn)生產(chǎn)的相關(guān)內(nèi)容[3~6]。為了降低生產(chǎn)成本,在先前使用納米微珠、硅粉和磨細(xì)礦渣粉生產(chǎn)高性能與超高性能管樁的基礎(chǔ)上,使用上表7所示的混凝土配合比生產(chǎn)管樁,試生產(chǎn)的管樁尺寸及各種材料規(guī)格如表8所示。混凝土的攪拌、喂料、離心成型及蒸養(yǎng)與普通管樁生產(chǎn)條件相同,共生產(chǎn)管樁50m?；炷量箟簭?qiáng)度:同條件養(yǎng)護(hù)下強(qiáng)度為95.3MPa;蒸養(yǎng)箱蒸養(yǎng)混凝土強(qiáng)度為98.5MPa。試生產(chǎn)的管樁質(zhì)量?jī)?yōu)良。此后,還進(jìn)行了多次免高壓蒸養(yǎng)的高性能混凝土管樁試驗(yàn),均證明其具有優(yōu)良性能。5管樁施打效果正強(qiáng)管樁廠試制的預(yù)應(yīng)力高性能與超高性能混凝土管樁Φ500×125A運(yùn)往惠州淡水,于2010年5月6日進(jìn)行打樁施工應(yīng)用。壓樁深度24m,豎向承載力3500kN(老管樁2700kN),錘擊D50,樁錘升高3m往下打,共打試驗(yàn)管樁50m。結(jié)果顯示新管樁施打效果很好,其較原老式管樁錘擊性能好,豎向承載力高。打樁過(guò)程見(jiàn)圖1。6混凝土的抗氯離子滲透性能按照清華大學(xué)建立的NEL法,快速測(cè)定了蒸養(yǎng)高強(qiáng)混凝土與初蒸-蒸壓高強(qiáng)混凝土試樣的氯離子擴(kuò)散系數(shù)。蒸養(yǎng)高強(qiáng)混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù):0.176598×10-12m2/s;初蒸-蒸壓高強(qiáng)混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù):0.235791×10-12m2/s。可見(jiàn)蒸養(yǎng)高強(qiáng)混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)約為蒸養(yǎng)-蒸壓高強(qiáng)混凝土的3/4左右,蒸養(yǎng)高強(qiáng)混凝土具有更好的抗氯離子滲透性能。參考粉煤灰抗硫酸鹽侵蝕性能的公式:R=(C-5)/F≤1.0,C-粉煤灰中CaO含量,%;F-粉煤灰中Fe2O3含量,%。納米微珠化學(xué)成分中CaO含量4.8%,Fe2O3含量5.3%,代入上述公式中,可得R為負(fù)值。由此可見(jiàn),納米微珠具有很高的抗硫酸鹽侵蝕性能。7幾種常見(jiàn)概念設(shè)計(jì)蒸養(yǎng)高性能混凝土與蒸養(yǎng)-蒸壓高強(qiáng)混凝土的掃描電鏡圖(SEM)如圖2、圖3所示。蒸養(yǎng)高性能混凝土主要水化物為C-S-H凝膠,而蒸養(yǎng)-蒸壓高強(qiáng)混凝土的水化物為托勃莫來(lái)石,兩者界面的密實(shí)性也有較大差別,造成了兩者在抗壓強(qiáng)度、耐久性和沖擊韌性等方面有明顯的差別。8高強(qiáng)蒸養(yǎng)混凝土管樁的優(yōu)點(diǎn)(1)通過(guò)納米微珠與天然沸石超細(xì)粉復(fù)合,取代部分水泥,并使用復(fù)合高效減水劑,可配制出蒸養(yǎng)(85℃,恒溫4~5h)高性能混凝土,其強(qiáng)度可達(dá)100~110MPa。(2)納米微珠復(fù)合超細(xì)粉混凝土具有更高的耐久性,氯離子擴(kuò)散系數(shù)僅為原高壓蒸養(yǎng)混凝土的3/4;同時(shí)其還具有很高的抗硫酸鹽及抗硫酸鹽、氯鹽綜合侵蝕性能。(3)納米微珠復(fù)合超細(xì)粉蒸養(yǎng)高強(qiáng)度混凝土管樁具有很高的抗沖擊韌性。打樁時(shí),該種新型管樁具有豎向承載力3500kN,而舊管樁只有2700kN;同時(shí)可經(jīng)受上升高度3m、多次往返的錘擊(D50)。(4)蒸養(yǎng)高性能混凝土和蒸養(yǎng)-蒸壓混凝土組成材料上的差別造成了兩者在沖擊韌性、斷裂能等方面有很大差別。(5)由于免除了高壓蒸養(yǎng),可節(jié)省大量能源、資源與投資,便于生產(chǎn)安全操作管理。同時(shí),大量應(yīng)用了污染環(huán)境的工業(yè)廢棄物—納米微珠,達(dá)到了生產(chǎn)低碳混凝土制品的目的。(1)抗氯離子滲透試驗(yàn)(2)混凝土喂料與離心成型(3)初蒸與高壓蒸養(yǎng)(1)氯離子擴(kuò)散系數(shù)(2)氯離子擴(kuò)散深度以N-MB取代10%、20%的水泥制成砂漿,與基準(zhǔn)砂漿浸入飽和鹽水中(常溫),不同齡期的砂漿氯離子擴(kuò)散深度如表9。由表9可知,N-MB取代的砂漿試件,在飽和鹽水中的氯離子擴(kuò)散深度約為基準(zhǔn)砂漿的1/2