[发明专利]一种高性能管桩混凝土材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种高性能管桩混凝土材料的制备方法，属于建筑材料技术领域。本发明从小麦麸皮中提取抗冻蛋白，制备出一种抗冻蛋白凝胶，将纤维素晶须接枝到抗冻蛋白凝胶作为混凝土材料的填料，以水泥为原料，结合粗集料、细集料、矿物掺合料和填料，制备出高性能管桩混凝土材料，具有良好的耐久性，抗冻蛋白通过将自身吸附到冰晶表面从而阻碍冰晶生长，使得制备的混凝土材料具有良好的抗冻性，纤维素晶须的加入，使得制备的混凝土材料具有高强度、高模量和高伸长率；本发明中加入的纤维素纳米晶须与水泥分子会有物理缠绕，由于纤维素纳米晶须的直线型钢性结构，这些缠绕会使混凝土材料的拉伸强度提高。

技术领域

本发明涉及一种高性能管桩混凝土材料的制备方法，属于建筑材料技术领域。

背景技术

预应力高强混凝土管桩（PHC管桩）是采用先张法预应力，成型过程中采用离心脱水成型工艺，经常压蒸养和高温高压蒸养二次养护而成的一种空心圆筒体的等截面混凝土构件。PHC管桩可以通过静压法或锤击法使其沉入地下成为构筑物的基础，具有质量可靠、经济实用、适应性强、施工方便、造价较低等优点，广泛应用于工业和民用建筑、港口码头、水利、铁路、桥梁等建筑工程中。

目前PHC管桩的材料体系通常以磨细石英砂作为主要矿物掺合料，养护过程中先在90℃左右进行常压蒸汽养护，管桩脱模后进入高压釜养护，压蒸养护的温度为180~200℃，压力约为1MPa。在目前的材料体系和养护工艺条件下，所生产的PHC管桩3天抗压强度通常可达80MPa，—周内即可出厂投入使用，具有生产周期短、质量稳定等优点。然而，随着经济社会的迅速发展，各种能源资源迅速消耗，能源紧张与环境污染正成为制约经济发展的重要因素，并将成为制约世界可持续发展的关键问题。PHC管桩生产所需的养护热能主要来自于煤的燃烧，所采用的高温高压蒸汽养护能耗巨大。

由于PHC管桩强度高，其耐久性问题往往被忽视。然而随着混凝土工程形式日趋复杂，管桩的应用范围不断扩大，PHC管桩能否适用于海洋、寒冷、盐碱、大温差等恶劣环境地区的土建工程，受到专家学者和行业人员的日益关注。目前已有学者对管桩的耐久性问题进行了初步研究，研究结果表明经过高温高压蒸养的PHC管桩存在耐久性问题，如抗冻性普遍不足，抗侵蚀性能较差等，尤其是当生产工艺出现波动时，其耐久性问题更加突出。PHC管桩的耐久性问题与其材料体系、养护工艺等是密切相关的。

蒸汽养护下，水化产物迅速生成而导致不均匀分布，硬化的水化产物在未水化颗粒表面附着并形成致密的保护层，从而阻止未水化颗粒的进一步水化。在塑性状态的混凝土中存在着气相、液相和固相，其中气相和液相的热膨胀系数远大于固相，当混凝土结构升温时，由于气、液、固三相的热不相容性导致混凝土孔结构的粗大化和界面过渡区孔隙率的增加。不充分的水化、水化产物不均匀分布和孔结构的劣化等是导致蒸养条件下混凝土结构后期强度和耐久性受到影响的内在因素。

传统的PHC管桩生产过程包括预应力钢筋的张拉、钢筋入模、混凝土浇筑、离心成型、蒸汽养护、脱模、高压蒸汽养护等阶段，其中离心成型、蒸汽养护和高压蒸汽养护对PHC管桩的性能影响最大。常压蒸汽养护温度为80~100℃，经过静停、升温、恒温、降温四个阶段，时间为6小时左右。达到脱模强度之后，再进行高温髙压养护，压力达到1MPa，温度为180℃左右，时间为6~8小时。经过高压反应之后，混凝土中形成大量的托贝莫来石晶体，因其具有高强度、高耐热性以及很低的热收缩性能，所以PHC管桩强度得到很大提高。

随着PHC管桩在土木工程、道桥基础建设以及港口工程等中的应用，一方面其为社会带来的经济效益逐渐増加，但是另一方面它产生的不利影响和潜在问题也越来越受到人们的广泛关注。环保、节能、安全生产已经成为社会发展的必然趋势，因此，开发出新型的高性能管桩混凝土材料对管桩行业的发展有着重要的经济意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有PHC管桩耐久性不足的问题，提供了一种高性能管桩混凝土材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：