[发明专利]一种功能梯度自愈合高强混凝土管桩及其制备方法

说明书

本发明公开了一种功能梯度自愈合高强混凝土管桩及其制备方法，包括ECC及自愈合混凝土配料、ECC及自愈合混凝土搅拌、钢筋笼制作、功能梯度分段喂料合模、离心成型、拆模及养护。在ECC及自愈合混凝土中掺加了活性掺合料（粉煤灰、矿粉等）和高性能减水剂，加速水泥水化反应，免除常规工艺拆模后的高压蒸养，节约能源，制备的管桩只在易开裂的两端布置自愈合混凝土，不易开裂的中部用强度相近ECC代替，通过功能梯度的方法使两者之间性能梯度渐变而不会产生界面破坏，可以有效解决现有混凝土管桩易开裂、在腐蚀环境下耐久性差的问题。

技术领域

本发明属于混凝土管桩技术领域，具体涉及一种功能梯度自愈合高强混凝土管桩及其制备方法。

背景技术

混凝土管桩作为一种重要的桩基材料，因其承载力高、施工便利、工期短、造价低等优点，在许多大型工程地基处理中得到了广泛的应用。随着近年来国家经济建设持续快速的发展，市场对混凝土管桩的需求范围急速扩大，尤其在滨海地区的应用愈加广泛，同时也对混凝土管桩在性能、质量以及经济性方面提出了更高的要求。

裂缝是混凝土管桩自身不可避免的缺陷，尽管在混凝土结构设计过程中已经考虑到裂缝的影响，但在实际工程中由于裂缝而降低结构耐久性和安全性的问题，仍造成巨额的检测和修复费用。在运输、吊桩、插桩等施工过程中，桩身容易开裂，特别在锤击沉桩过程中，其微裂缝通常会因应力集中而进一步发展成纵向裂缝，甚至造成桩头或桩顶破损。对于开裂的混凝土管桩，环境中的有害物质（酸、除冰盐、氯离子等）会沿着裂缝入侵，引起混凝土内部钢筋发生锈蚀，导致其刚度降低，承载力衰退，从而造成耐久性下降。福建省交通运输厅发布的闽交建[2018]136号文件中规定，在福建省公路水运工程中，预应力高强混凝土管桩因裂缝造成耐久性的问题被限制使用。因此，要求混凝土管桩必须具有较高的力学性能、较好的抗渗性能和较强的裂缝控制能力，才能保证滨海环境下混凝土管桩的耐久性。

SMA-ECC水泥基复合材料是一种具有裂缝自愈合能力的高延性混凝土材料，其各项力学性能优于高强混凝土，具有良好的抗渗性能，在弯拉荷载作用下表现出显著的多缝开裂特征，损伤至50%极限弯曲位移时裂缝宽度可控制在50µm以内，卸载后裂缝可瞬时自行愈合。然而，其高昂的成本限制了该材料的多方位应用。功能梯度技术是根据具体的使用要求，选择两种或两种以上具有不同性能的材料，通过连续改变这些材料的组成和结构，使其内部界面减小直至消失，从而使材料达到性质和功能均呈连续平稳变化的一种先进材料复合技术。本发明在管桩制备过程中引入功能梯度设计的思路，将混凝土管桩的功能设计与结构设计结合起来，通过桩身组分的变化来改善其性能并大幅度降低制作成本。

混凝土管桩在沉桩过程中，通常桩顶或桩底端受损严重。因此，以自愈合混凝土作为桩身两端材料、ECC作为桩身中部材料，采用功能梯度复合技术工艺制备出一种功能梯度自愈合高强混凝土管桩。相比高强混凝土管桩，本发明的管桩凭借其优越的力学性能、抗渗性能、裂缝控制及自愈合能力在工程建设中，特别是在腐蚀环境下具有远大的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功能梯度自愈合高强混凝土管桩及其制备方法。针对传统管桩两端部易开裂的缺点而采用SMA-ECC水泥基复合材料代替，充分利用该自愈合混凝土的应变硬化特性和自愈合能力，用强度相同的ECC作为不易开裂的桩身中部材料，采用功能梯度分段复合技术工艺消除界面弱区，制成功能梯度自愈合高强管桩。使管桩具有高抗压强度（60MPa以上）、高抗裂性、良好的抗渗性和损伤后自愈性。同时在保证管桩物理力学性能、耐久性、自愈性和生产时间的前提下，去掉传统生产技术中的高压蒸养环节，从而节约大量能耗和成本。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种功能梯度自愈合高强混凝土管桩的制备方法，包括ECC及自愈合混凝土的配料、ECC及自愈合混凝土的搅拌、钢筋笼制作、功能梯度分段布料合模、离心成型、拆模及养护，其中养护由两个阶段组成，第一阶段位于拆模前，该阶段的养护为常压蒸汽养护，第二阶段位于拆模后，该阶段的养护为标准养护或自然养护。