一种用于制造预应力管桩的混凝土的制造方法

发布时间:2015-12-07

　　专利号：ZL201110251390.6

　　类型：发明

　　专利权人：冯乃谦

　　项目简介：

　　序言

　　当前，国内外预应力钢筋混凝土管桩的生产，均採用磨细砂为掺合料；在管桩生产过程中，管模经喂料，离心成型后，首先经初蒸（温度85℃左右, 恒温5-6h）, 管桩混凝土強度>45Map,能承受张拉的预应力, 管桩脱模, 进入髙圧釜进行蒸圧(温度约180℃, 恒温10h) , 這时, 混凝土组成材料中的磨细砂与水泥水化放岀的Ca(OH)2反应, 生成托勃莫来石, 使混凝土強度提高, 获得C80強度等级的混凝土; 得到预应力钢筋混凝土管桩.

　　這种以磨细砂为掺合料, “双蒸”工艺的预应力高強混凝土管桩, 源自日本和前苏联等国; 我国由于高层与超高层建筑的大量建造, 地基加固, 对这种预应力高強混凝土管桩的需求, 日益广泛, 故也迅速地开发和生产应用了这种“双蒸”工艺的预应力高強混凝土管桩.

　　“双蒸”工艺的预应力高強混凝土管桩,为我国的土木, 交通运输与城市建设作岀了巨大的贡献. 但是, 這种桩的生产能耗高, 设备投资大, 生产操作过程存在着安全隐患.

　　根据有关资料介绍, “双蒸”工艺的预应力高強混凝土管桩的蒸养与蒸压工艺过程，生产能耗高，増加生产成本约10元/m左； 以年产100万延米的管桩计算, 由于“双蒸”工艺, 増加直接成本1000万元左右; 还有设备折旧费, 投资利息等, 总计要増加成本约1200万元以上;

　　双蒸还需要燃煤或燃油, 烧锅炉；在海南这样的旅游島, 特别是在三亚, 是绝对不允许的. 为了不污染环境, 有的城市己关闭了燃煤鍋炉, 使管桩厂已停产了半年. 当前迫切需要解决预应力高強混凝土管桩生产中的蒸养与蒸压工艺问题.

　　20世纪80年代, 粉体材料和粉体技术得到了迅速的发展和应用； 混凝土材料在粉体材料和粉体技术, 以及新型高效减水剂技术的推动下, 岀現了高性能混凝土与超高性能混凝土； 超高性能混凝土的強度高迏250Map；完全可以代替钢而用于土木工程及结构工程上.

　　本课题使用新加坡昂国集団和魯新新材料公司合资生产的超细矿粉, 或深圳同成新材料有限公司的微珠；与粉煤灰或普通矿粉复合, 得到双免掺合料1#，2#； 釆用我们课题组研发复配的减水剂；成型的混凝土试件, 在太阳棚内养护12-24h , 脱模強度>45Map, 再经自然条件下湿养护2d, 混凝土強度迏到了C80的強度等级! 也就是可以免蒸养及免蒸圧的”双免”C80混凝土!

　　“双免”预应力高強混凝土管桩的生产工艺, 可以免除大量的设备投资, 而且生产操作简化；以年产100万延米的管桩计算, 可节省3台高圧釡和1台鍋炉的投資约600万元以上；生产过程中没有蒸养与高圧蒸养這一環节, 生产过程简化, 不存在安全隐患；为安全生产创造了客观条件.

　　“双免”预应力高強混凝土管桩的生产, 以粉体材料和新型高效减水剂技术配制混凝土, 以太阳能养护和露天湿养护代替”双蒸”,CO2排放为零；节约了能源和資源，是一种环境友好型,低炭的混凝土技术。而且混凝土強度隨着龄期而増长, 韧性和断裂能均较”双蒸” 混凝土有所提高, 管桩的经打性也有所高。

　　“双免”预应力高強混凝土管桩在经济上，技术上是可行的；是预应力高強混凝土管桩生产的一条新途径.

　　核心技术免蒸养、免蒸圧C80预应力管桩生产的可行性报告

　　1. 引言

　　当前国内外預应力高強混凝土管桩旳生产技术都是上世纪70年代, 北京丰台桥梁厂从日本引进的技术.(1) 原材料为: 水泥+磨细砂→胶凝材料; 配入萘系减水剂;砂;碎石; 制成混凝土. 工艺过程:  配料,拌合,喂料,张拉預应力,离心成型,蒸气养护,脱模,蒸圧养护,检验,岀厂.

管桩生产用的混凝土配合比 (kg/m3)             

　　水泥: 52.5R早強水泥； 磨细砂：4100cm2/g , 减水剂:萘系高效。

　　初蒸与高压蒸养

　　离心成型后管桩—＞ 入池静停—＞ 升温 —＞ 85℃ │                                                                                                                刷商标全检 ＜— 脱模＜— 出池  ＜— 降温 ＜—│

　　│—＞ 进入反应釜—＞升温—＞恒温—＞降温—＞出釜

管桩脱模后进入高圧釡

管桩吊进养护池

蒸圧釡

图-1 管桩的蒸养与蒸圧

　　管桩厂管桩生产初蒸与蒸压中的问题: 每米桩燃料成本约8元/m(本案例燃料是废弃木材；但大多数工厂用煤,每米约10元～13元 。烧煤因冒黑烟, 造成环境污染; 有的管桩厂因停烧鍋炉， 造成停产。 蒸圧釡生产也容易造成隐患.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。

　　2. 太阳能养护(免蒸养、免蒸圧)生产C80预应力管桩

　　也称双免预应力管桩. 采用太阳能养护代替蒸养与蒸圧. 试验用的小型太阳能养护棚如下图; 可供试验养护试件.

试验室用太阳能养护棚

　　(1)原材料

　　水泥,超细粉与粉体, →胶凝材料; 砂,碎石,复合减水剂,保塑降粘剂;

　　(2)工艺过程:

　　配料,拌合,喂料,张拉預应力,离心成型,太阳棚养护,检验,岀厂;

　　(3)双免混凝土管桩的材料与配比

　　管桩生产用的混凝土配合比（单方混凝土用料）

　水 泥: 42.5普硅水 泥 ;保塑降粘剂＊ 2.0%,复合高效减水剂1.5%.

管模喂料

张拉預应力

离心成型

进太阳棚养护

太阳能养护坑

太阳棚内管桩及温度监测

　　(4)太阳棚中温度

　　温度变化

　　时间     9:00    11:30    15:00     17:30

　　温度     44℃    58℃      69℃       59℃

　　混凝土在太阳棚中养护12h, 脫模; 然后在露天湿养护, 经24h,48h, 及72h的混凝土强度检测,三组试件经10h太阳棚养护, 強度均超过60Map; 超过脫模要求強度.

从太阳棚岀来脱模管桩

　　与管桩同条件养护旳混凝土強度: 太阳棚内24h的试件抗圧強度: 62Map ;脱模后露天养护2d, 抗圧強度≥ 85Map.

　　(5)太阳能养护管桩混凝土与双蒸管桩混凝土性能对比

混凝土力学参数汇总

　　试  件    弹模    开裂   抗弯    抗拉     断裂能    特征长度

　　         (Gap)   (Map)   (Map)   (Map)    (J/m2)      (cm)

　　双  蒸   37.52   4.46    6.48    4.66     241.1     40.9

　　太阳能   43.78   4.80    7.41    5.01     339.8     59.5

　　由此可见, 蒸养与蒸圧养护的混凝土试件, 各項力学性能指标均低于太阳能养护的试件. 这是由于双蒸试件的脆性大所造成的.

　　特征长度越大，混凝土脆性越小。太阳能养护混凝土的韧性也明显高于双蒸混凝土. 故双免管桩的抗衝击韧性高, 经打性好, 不易爆裂断桩.

　　3. 技术效果、经济效果与环境效益

　　1) 技术效果 : 太阳能养护的混凝土试件, 各項力学性能指标均优于蒸养蒸圧养护的混凝土试件; 断裂能高,特征长度大, 冲击韧性好. 桩的工作寿命长.

　　2) 经济效果:

　　原材料成本: 太阳能养护(双免)管桩增加原材料费用约23元/10m(2.3元/m);

　　太阳能养护,每米桩节省燃料成本约10元～13元;

　　管桩综合成本（含设备折旧、用地、管理及人力等成本）：

　　(1) 燃料及原料综合成本: (13-2.3)=10.7元/m;

　　(2)高压设备,土地租金及人力等:3.3元/m;

　　太阳能养护管桩可节省成本: 10.7 + 3.3 =14元/m

　　按照一个年产一百万延长米管桩厂来计算，每年节省为：

　　太阳能养护的双免管桩,每年煤炭燃料节省费用为1400万元左右；

　　3) 环境效益

　　清洁安全的生产环境；太阳能养护的双免工艺, 免焼鍋炉,CO2排放为零。而由于蒸圧和蒸养, 毎延长米管桩生产时约耗标准煤10kg；以年产100万延长米管桩计算, 耗煤1.0万吨/年；CO2排放量约200kg/吨煤, 也即排放0.200万吨CO2/年。

　　4.结  论

　　试验证明：在海南省釆用粉体技术,高效减水剂及当地原材料配制混凝土, 并通过太阳棚及露天潮湿养护, 生产預应力高強高性能混凝土管桩，在技术上是可行的；这是一种省资源, 省能源, 环境友好型, 低碳技术的混凝土材料。

　　1)釆用42.5普硅水泥及砂石；魯新新型建材生产的P8000超细矿粉.S95矿粉。粉煤灰及微珠等原材料；胶凝材料用量450kg/m3; 用水量100-108kg/m3左右；高效减水剂1.5-2.5%左右, 混凝土坍落度20-40mm左右，保持塑性1h；混凝土成型后，在太阳棚内养护12-24h，脱模強度可达60~80Mpa, 再经2d露天湿养护, 強度可超过C80強度等级要求. 28d龄期, 強度可迏100Mpa。

　　2)水泥与无机粉体, 如微珠、矿粉、硅粉及粉煤灰等, 按其适当组合, 釆用自行研发的复合减水剂, 均可配制“双免”的C80高強高性能混凝土。但是以水泥与硅粉、P8000矿粉、S95矿粉或粉煤灰配制的为优且经济。

　　3)为了获得混凝土脱模所要求的脫模強度, 可用K值(度. 时积) 评估，K值680~700, 混凝土脫模強度可迏到要求(＞45Map)。

　　4)大量试验证明: PO42.5水泥 340kg,p8000与S95复合粉体110kg, 用水量100-105kg, 以及1.5-1.8%的复合减水剂, 配制的混凝土, 其強度:12h>50Map, 72h>86Map,28d>92.6Map; 且各龄期強度的均方差及离差係数均很低。

　　5)粉体技术, 高效减水剂技术,HPC的配制技术及太阳能的有效利用, 可以研发出CO2排放为零的C80高性能管桩混凝土；改变了管桩生产的传统”双蒸”工艺.

　　合作方式：技术转让；技术许可；技术入股；申报国家计划