本發(fā)明屬于混凝土，具體涉及一種人工砂基phc管樁用混凝土及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(簡(jiǎn)稱phc管樁)是近年來在我國(guó)迅猛發(fā)展的高強(qiáng)混凝土制品，相比其它建筑物基礎(chǔ)，phc管樁在施工中不僅表現(xiàn)出施工速度快、成本低、適應(yīng)地質(zhì)條件廣等優(yōu)點(diǎn)，而且抗震性能優(yōu)越、承載力高，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于海港、河道及橋梁工程等的樁基礎(chǔ)，具有較大的市場(chǎng)前景。phc管樁生產(chǎn)中要求低流動(dòng)性混凝土，固結(jié)后的混凝土強(qiáng)度達(dá)到c80等級(jí)及以上，為保證其具有優(yōu)異、穩(wěn)定的性能，目前基本采用優(yōu)質(zhì)的天然河砂作為phc管樁混凝土的細(xì)集料。但隨著國(guó)家工程建設(shè)的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)砂的需求逐漸增大，由于天然砂是一種地方性資源，且短時(shí)間內(nèi)不可再生，已經(jīng)出現(xiàn)天然砂供砂緊張或無砂可用的現(xiàn)象。

2、人工砂是通過機(jī)械加工和破碎天然巖石、礦石或工業(yè)廢料，制成的具有砂粒狀的建筑材料。人工砂與天然砂相比具有材料豐富、質(zhì)地堅(jiān)硬、加工季節(jié)影響小、粘結(jié)性能良好等優(yōu)點(diǎn)，而且各項(xiàng)物理指標(biāo)與天然砂相近，是比較適宜的代替天然砂的材料。

3、目前已有科研人員將人工砂替代天然砂應(yīng)用于制備phc管樁用混凝土，如專利cn112500109b公開的一種免蒸壓phc管樁用混凝土及免蒸壓phc管樁生產(chǎn)工藝，其中一種免蒸壓phc管樁用混凝土，通過調(diào)節(jié)機(jī)制砂和骨料的級(jí)配，實(shí)現(xiàn)機(jī)制砂對(duì)天然砂的完全替代，可以生產(chǎn)得到復(fù)合實(shí)際生產(chǎn)需求的混凝土。專利cn105541223b公開的一種phc管樁混凝土及其制備方法，phc管樁混凝土由以下組分組成：膠凝材料、增效劑、細(xì)骨料、粗骨料、減水劑以及水，所述混凝土的容重為2400～2600kg/m3，每立方米混凝土所用膠凝材料用量為12～22％，增效劑用量為1.0～5％，細(xì)骨料用量為22～32％，粗骨料用量為40～52％，減水劑摻量為0.2％～1.0％，水用量為4.0～7.5％。

4、以上為將人工砂替代天然砂應(yīng)用于制備phc管樁用混凝土的研究，所制得phc管樁混凝土具有優(yōu)異的強(qiáng)度和離子滲透性。由于人工砂是機(jī)械加工產(chǎn)品，破碎和磨細(xì)使人工砂中不乏帶微裂縫的缺陷顆粒，在管樁的離心成型工藝步驟，缺陷顆粒易發(fā)生一定程度的聚集，雖然這種聚集對(duì)強(qiáng)度和離子滲透性等性能影響不大，但在經(jīng)歷多次凍融循環(huán)后，缺陷顆粒聚集區(qū)域水含量較其它區(qū)域增多，結(jié)冰后該區(qū)域與其它區(qū)域產(chǎn)生的體積膨脹差較大，混凝土產(chǎn)生微細(xì)裂縫，反復(fù)凍融裂縫不斷擴(kuò)展，最后強(qiáng)度發(fā)生顯著降低，致使這種phc管樁可以用于南方，但不能用于寒冷的北方。因此，有必要開發(fā)一種具有優(yōu)異的抗凍性能的人工砂基phc管樁用混凝土，以進(jìn)一步擴(kuò)展其應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種人工砂基phc管樁用混凝土及及其制備方法和應(yīng)用，混凝土原料中的人工砂先經(jīng)過由水玻璃、羧基丁苯膠乳、聚乙烯醇、水混合而成的改性液處理，可對(duì)人工砂缺陷顆粒上的微裂縫進(jìn)行填充、封堵，一方面能減少管樁離心成型的聚集，另一方面防止水分在微裂縫中存儲(chǔ)，最終制得管樁具有良好的抗凍性能。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

3、一種人工砂基phc管樁用混凝土，包括如下重量份的原料：100份水泥、20-30份摻合料、25-35份改性人工砂、40-55份粗骨料、0.1-1份減水劑、25-40份水，所述改性人工砂通過將人工砂浸泡于改性液、干燥而得，所述改性液包括5-10wt％水玻璃、5-7wt％羧基丁苯膠乳、0.5-1wt％聚乙烯醇，人工砂與改性液質(zhì)量體積比為1：2.5-4g/ml。

4、所述羧基丁苯膠乳固含量為45-55wt％，ph為5.5-7.0，tg為2-10℃，平均粒徑100-200nm。

5、在建筑領(lǐng)域，水玻璃常用作堵漏劑，但其脫水硬化后韌性較差、耐水性差。羧基丁苯膠乳是苯乙烯、丁二烯及少量不飽和羧酸衍生物的共聚膠乳，常用于紙張和紙板涂布行業(yè)所需的全系列膠乳，適用于裝飾原紙、耐磨紙、中高檔銅板紙、白板紙、卡紙、箱板紙等面、底涂布與粘合。在建筑領(lǐng)域，聚乙烯醇粉末常常用于提高膩?zhàn)雍蜕皾{的性能。

6、發(fā)明人將水玻璃、羧基丁苯膠乳、聚乙烯醇配合使用對(duì)人工砂進(jìn)行改性處理，發(fā)現(xiàn)可顯著提高管樁混凝土的抗凍性能，推測(cè)為：水玻璃能提高羧基丁苯膠乳與人工砂的相互作用提高密封性，羧基丁苯膠乳可改善水玻璃的韌性和耐水性以更好的應(yīng)對(duì)凍融循環(huán)，聚乙烯醇具有表面活性劑的作用，在少量聚乙烯醇的作用下改善改性液的流變性質(zhì)、粘結(jié)性能和表面張力發(fā)生變化，有利于水玻璃和羧基丁苯膠乳被人工砂上的微裂縫吸附，對(duì)微裂縫進(jìn)行填充、封堵。

7、所述水玻璃的模數(shù)為2.0-3.5，波美度為30-40。

8、所述聚乙烯醇的重均分子量為3萬-5萬。

9、所述人工砂細(xì)度模數(shù)為2.2-3.0，含泥量≤1.0％。

10、進(jìn)一步地，所述人工砂的級(jí)配為細(xì)度模數(shù)為細(xì)度模數(shù)為2.2-2.5的人工砂60-70wt％，細(xì)度模數(shù)2.5-3的人工砂30-40wt％。

11、所述水泥為強(qiáng)度等級(jí)為42.5-52.5的硅酸鹽水泥。

12、所述摻合料選自粉煤灰、礦粉、硅砂粉中的一種或兩種及以上的組合。

13、進(jìn)一步地，所述摻合料為粉煤灰。

14、更進(jìn)一步地，所述粉煤灰細(xì)度為20-25％，需水量比80-100％，7天活性指數(shù)不小于85％。

15、所述粗骨料為平均粒徑5-25mm的連續(xù)級(jí)配天然碎石。

16、所述減水劑選自聚羧酸高效減水劑、萘系高效減水劑中的一種或兩種的組合。

17、本發(fā)明還提供了上述人工砂基phc管樁用混凝土的制備方法，包括如下步驟：

18、1)將水玻璃、羧基丁苯膠乳、聚乙烯醇、水混合均勻制得改性液，然后將人工砂浸泡于改性液中，超聲處理，瀝干水分，烘干得改性人工砂，備用；

19、2)將水泥、摻合料、改性人工砂、粗骨料、減水劑、水加至攪拌機(jī)拌和至均勻，得人工砂基phc管樁用混凝土。

20、步驟1)所述超聲處理的功率為300-500w、頻率為20-40khz、時(shí)間為10-20min，所述烘干溫度為60-100℃。

21、本發(fā)明還提供了上述人工砂基phc管樁用混凝土在制備phc管樁的用途。

22、進(jìn)一步地，所述用途包括以下步驟：

23、將人工砂基phc管樁用混凝土注入管樁模具中，合模，并對(duì)合模后的管樁模具進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉處理、對(duì)管樁模具進(jìn)行離心處理、蒸氣養(yǎng)護(hù)、脫模、高壓蒸氣養(yǎng)護(hù)，得人工砂基phc管樁。

24、所述離心處理的步驟依次為50-100r/min的轉(zhuǎn)速離心1-3min的低速階段，提升轉(zhuǎn)速至100-150r/min的轉(zhuǎn)速離心1-3min的低中速階段，繼續(xù)提升轉(zhuǎn)速至200-400r/min的轉(zhuǎn)速離心3-5min的中速階段，最后提升轉(zhuǎn)速至400-600r/min的轉(zhuǎn)速離心5-10min的高速階段。

25、所述蒸氣養(yǎng)護(hù)程序包括靜停、升溫、恒溫、降溫四個(gè)階段，所述靜停時(shí)間為0.5-3.5h，所述升溫階段的升溫速率為20-30℃/h，所述恒溫階段溫度為80-100℃、時(shí)間為4-8h，所述降溫為自然降溫。

26、所述高壓蒸氣養(yǎng)護(hù)包括升溫升壓階段、恒溫恒壓階段、降溫降壓階段，所述升溫升壓階段為在0.5-2.5h升壓至0.8-1mpa、溫度升至160-180℃；所述恒溫恒壓階段時(shí)間為4-6h；所述降溫降壓階段為自然降溫、降壓速度為0.3-0.5mpa/h。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

28、本發(fā)明管樁混凝土原料中的人工砂先經(jīng)過由水玻璃、羧基丁苯膠乳、聚乙烯醇、水混合而成的改性液處理，可對(duì)人工砂缺陷顆粒上的微裂縫進(jìn)行填充、封堵，不僅能減少管樁離心成型的聚集，還防止水分在微裂縫中存儲(chǔ)，使最終制得管樁具有良好的抗凍性能。