一种免压蒸C80混凝土桩用水泥

摘要

本发明公开了一种免压蒸C80混凝土桩用水泥，属于水泥技术领域。本发明的水泥包括以下按质量百分比计的原料：硅酸盐水泥熟料66.8～93%、矿粉5～28%、硅灰2～5%、葡萄糖酸钠0.1～0.2%。本发明主要解决现有技术中，免压蒸混凝土桩在养护过程中，发生DEF反应，影响混凝土的体积稳定性和耐久性的问题，具有提高管桩体积稳定性，缩短工期的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种混凝土桩用水泥，尤其涉及一种免压蒸C80混凝土桩用水泥。

背景技术

目前，高强混凝土桩经离心成型后,先采用常压蒸汽养护,经历静停、升温、恒温、降温四个阶段,温度在60℃～70℃,时间为4～7小时。然后脱模,再进行压蒸养护。压蒸养护采用蒸压釜,养护时蒸汽压力达到0.9MPa～1.0MPa,温度在180℃左右,历时为7～10小时。混凝土在蒸汽养护过程中，由于温度的快速升高和降低，管桩混凝土内外温差过大，管桩桩身易产生裂缝，甚至开裂，造成混凝土管桩强度降低，使管桩产品质量严重下降。另外，高压蒸汽养护能耗高，养护过程中会有大量热能被排掉,造成浪费,而且燃煤会产生大量的烟气,还需对烟气进行处理,加重了企业的环保负担。再有，蒸压釜设备投入大,工艺复杂,特别是安全事故隐患多。

国家知识产权局于2011年9月14日公开的公开号为CN102180634A，名称为“一种石灰硅砂硅酸盐水泥及其在管桩生产中的使用技术方法”的发明专利，该专利中采用硅酸盐水泥熟料、硅砂、生石灰、石膏按一定的比例制成石灰硅砂硅酸盐水泥，且后期进行常压蒸汽养护，常压蒸汽养护的温度为70～95℃。但是该专利中，在有石膏存在的情况下，水泥中的C3A水化产物为AFt（三硫型水化硫铝酸钙）和AFm（单硫型水化硫铝酸钙），对于常压蒸养来说，石膏存在会导致延迟钙矾石的生成，称为DEF现象，而DEF被认为是一种潜在的影响混凝土耐久性的破坏性反应，混凝土中的DEF反应是指蒸汽养护结束后正常的温湿养护阶段，低稳的低硫型硫铝酸钙（AFm）向钙矾石（AFt）转变造成的。相关研究得出，有效避免DEF反应的最佳允许养护温度为65～70℃，但是在较短时间内提高混凝土的强度，缩短工期，该养护温度过低，不利于工业化大生产。类似的专利文献还有公开号为CN101502587B、CN101614011B、CN1024491688B，均存在上述问题。

免压蒸混凝土虽然能避免蒸汽温度过高，导致的管桩强度不高的问题，但仍存在混凝土后期的稳定性、耐久性不好的问题。

又如公告号为CN103030342B，名称为“一种免压蒸预应力高强离心管桩及其制备方法”的发明专利，该专利公开的制备方法如下：A、将445kg/m³水泥、70kg/m³微珠、35kg/m³硅灰、720kg/m³砂、1191kg/m³碎石、1.9kg/m³减水剂、104.5kg/m³水，其中水胶比0.19混合制成混凝土；B、采用上述混凝土在钢模中布料、合模张拉后，在离心机上离心成型制成预应力混凝土管桩，所述离心成型工艺中分低速、中速、中高速、高速四个阶段；C、离心成型后的预应力混凝土管桩进行一次常压蒸汽养护或水养，控制恒温温度在75℃～95℃；然后自然停放，7天即可，混凝土强度118.0MPa。该专利制得的管桩在75℃～95℃养护后需自然停放7天，养护时间较长，生产周期长，效率低下。

综上，现有技术存在的问题如下：1）大部分免压蒸混凝土中含石膏，导致DEF现象，影响管桩体积稳定性；2）现有的免压蒸管桩混凝土生产成本高，周期长。

发明内容

本发明为了解决现有技术中，管桩混凝土中因硫酸钙的存在导致延迟钙矾石反应，影响混凝土的耐久性的问题，提出一种免压蒸C80混凝土桩用水泥，通过选用硅酸盐水泥熟料作为基础胶凝材料，并通过矿粉、硅灰和缓凝剂特定的配比设计，使得在没有石膏的情况下，本发明水泥制备的免压蒸C80混凝土桩既能满足桩的使用要求，又具有高的体积稳定性优点，从而提高免压蒸混凝土的耐久性；且能在80～100℃下养护，具有缩短工期的优点。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种免压蒸C80混凝土桩用水泥，其特征在于：包括以下按质量百分数计的原料：

硅酸盐水泥熟料66.8～93%；

矿粉5～28%；

硅灰2～5%；

葡萄糖酸钠0.1～0.2%。

本发明的葡萄糖酸钠作为缓凝剂，其分子上的羟基吸附在水泥颗粒表面与水化产物表面上的O^2-形成氢键，同时其他羟基又与水分子通过氢键缔合，使水泥表面形成一层稳定的溶剂化水膜，从而抑制水泥的水化进程，达到缓凝的作用。

本发明所述的硅酸盐水泥熟料通过申请号为201510378815.8，名称为“一种小颗粒硅酸盐水泥熟料及其制备方法”的专利制备得到。

所述矿粉的比表面积为400～450m²/kg，矿粉流动度比≥90%，矿粉7d活性指数＞55%，28d活性指数＞75%。

所述硅灰的需水量比≤125%，硅灰7d活性指数≥105%。

本发明所述的免压蒸C80混凝土桩用水泥满足以下指标：比表面积400m²/kg～450m²/kg，80μm方孔筛筛余不超过10%；初凝时间不得早于15min，终凝时间不得晚于45min；3d抗折强度大于4MPa，抗压强度大于22MPa，28d抗折强度大于5MPa，抗压强度大于45MPa。

本发明的有益效果：

（1）本发明以不含石膏的硅酸盐水泥熟料为主要胶凝材料，并添加葡萄糖酸钠调节水泥的凝结时间，与现有技术中的常规的硅酸盐水泥，如以硅酸钙为主的硅酸盐水泥熟料和5%以下的石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料相比，本发明避免了硫酸根离子的引入，从而解决现有技术中的免压蒸混凝土管桩在80～100℃下养护时，出现DEF现象，影响管桩耐久性的问题；同时避免高温蒸汽养护时，混凝土出现AFt脱水现象，当混凝土温度恢复至常温，混凝土会吸收空气中的水蒸气，重新生成钙矾石，体积膨胀至120%，导致管桩体积稳定性差的问题；而添加少量硅灰作为填充材料，具有成本低，生产周期短的优点。

与现有技术中的非免压蒸混凝土桩相比，本发明省去高温高压养护的过程，节约能源消耗，实际生产中，每米管桩可节省大约21.6元，从而可提高水泥生产企业的经济效益；本发明相对于在65～75℃下养护的免压蒸管桩混凝土，在保证质量的同时，其制备效率更高，从而实现缩短工期的目的。

经检索，未见有完全不含石膏的混凝土的记载，管桩混凝土中只要有石膏存在，如果在较高温度下养护，势必会造成管桩体积耐久差的问题，而本申请很好地解决了此问题。

（2）现有技术中采用石膏的一个目的是对水泥起到缓凝作用，本发明中通过添加特定比例的葡萄糖酸钠同样起到缓凝作用，保证水泥的可操作性。

（3）本发明所选的矿粉的比表面积为400～450m²/kg，该比表面积的矿粉能够有效填补熟料颗粒之间空隙；矿粉流动度比≥90%，使得制备的水泥需水量低，利于提高混凝土的工作性能；矿粉7d活性指数≥55%，28d活性指数≥75%，以保证制备的水泥强度足够高，满足管桩混凝土使用要求。

（4）本发明所选的硅灰主要成分是无定型二氧化硅，在混凝土中具有填充效应、火山灰效应和孔隙溶液化学效应；硅灰需水量比≤125%，硅灰需水量过大，会导致水泥需水量大，造成混凝土成型水灰比大，坍落度损失大的问题；硅灰7d活性指数≥105%，以保证硅灰在蒸汽养护条件下，迅速与水泥水化的Ca(OH)₂发生二次火山灰反应，改善内部结构，提高混凝土致密性。

（5）本发明的免压蒸C80混凝土桩用水泥满足以下技术指标：比表面积400m²/kg～450m²/kg，80μm方孔筛筛余不超过10%；初凝时间不得早于15min，终凝时间不得晚于45min；3d抗折强度大于4MPa，抗压强度大于22MPa，28d抗折强度大于5MPa，抗压强度大于45Mpa，具有强度高，使用性能好的优点。

具体实施方式

实施例1

一种免压蒸C80混凝土桩用水泥，包括以下按质量百分数计的原料：硅酸盐水泥熟料88.85%，矿粉8%，硅灰3%。

将三种材料混合均匀后，掺入0.15%葡萄糖酸钠，制得的免蒸管桩混凝土用水泥的性能指标如下：比表面积410m²/kg，80μm方孔筛筛余2%；初凝时间18min，终凝时间40min；3d抗折强度6.7MPa，抗压强度46.6MPa，28d抗折强度8.0MPa，抗压强度60.5MPa。

本实施例中硅酸盐水泥熟料矿物组成如下：硅酸三钙55.3%，硅酸二钙18.3%，铝酸三钙8.5%，铁铝酸四钙14%，游离氧化钙1%，烧失量2.9%。

本实施例中，矿粉的比表面积450m²/kg，流动度比90%，7d活性指数56%，28d活性指数75%；硅灰需水量比115%，比表面积20m²/g，7d活性指数110%。

将本实施例制备的水泥配成混凝土，每立方混凝土各原料配比如下：本实施例的水泥500kg/m³，聚羧酸高效减水剂3.08kg/m³，砂670kg/m³，石子1131.6kg/m³，水110kg/m³。

实施例2

一种免压蒸C80混凝土桩用水泥，包括以下按质量百分数计的原料：硅酸盐水泥熟料89.9%，矿粉5%，硅灰5%。

将三种材料混合均匀后，掺入0.1%葡萄糖酸钠，制得的免压蒸C80混凝土桩用水泥的性能指标如下：比表面积430m²/kg，80μm方孔筛筛余1.7%；初凝时间17min，终凝时间41min；3d抗折强度6.5MPa，抗压强度45.5MPa，28d抗折强度8.2MPa，抗压强度62MPa。

本实施例中硅酸盐水泥熟料矿物组成如下：硅酸三钙58%，硅酸二钙18%，铝酸三钙7.9%，铁铝酸四钙12%，游离氧化钙2.9%，烧失量1.2%。

本实施例中，矿粉的比表面积450m²/kg，流动度比90%，7d活性指数56%，28d活性指数75%；硅灰需水量比115%，比表面积20m²/g，7d活性指数110%。

将本实施例的水泥配成混凝土，每立方混凝土各原料配比如下：本实施例的水泥500kg/m³，聚羧酸高效减水剂4.3kg/m³，砂670kg/m³，石子1131.6kg/m³，水110kg/m³。

实施例3

一种免压蒸C80混凝土桩用水泥，包括以下按质量百分数计的原料：硅酸盐水泥熟料66.8%，矿粉28%，硅灰5.0%。

将三种材料混合均匀后，掺入0.2%葡萄糖酸钠，制得的免压蒸C80混凝土桩用水泥的性能指标如下：比表面积450m²/kg，80μm方孔筛筛余1%；初凝时间21min，终凝时间45min；3d抗折强度4.3MPa，抗压强度25.6MP，28d抗折强度6.2MPa，抗压强度52.3MPa。

本实施例中硅酸盐水泥熟料矿物组成如下：硅酸三钙58%，硅酸二钙18%，铝酸三钙8.2%，铁铝酸四钙12%，游离氧化钙0.9%，烧失量2.9%。

本实施例中，矿粉比表面积425m²/kg，流动度比93%，7d活性指数67%，28d活性指数86%；硅灰需水量比120%，比表面积25m²/g，7d活性指数121%。

将本实施例的水泥配成混凝土，每立方混凝土各原料配比如下：本实施例的水泥500kg/m³，聚羧酸高效减水剂4.6kg/m³，砂670kg/m³，石子1131.6kg/m³，水110kg/m³。

实施例4

一种免压蒸C80混凝土桩用水泥，包括以下按质量百分数计的原料：硅酸盐水泥熟料75%，矿粉22.9%，硅灰2%。

将三种材料混合均匀后，掺入0.1%葡萄糖酸钠，制得的免压蒸C80混凝土桩用水泥的性能指标如下：比表面积450m²/kg，80μm方孔筛筛余1%；初凝时间21min，终凝时间45min；3d抗折强度4.8MPa，抗压强度26.4MP，28d抗折强度6.1MPa，抗压强度50.3MPa。

本实施例中硅酸盐水泥熟料矿物组成如下：硅酸三钙57.3%，硅酸二钙18.2%，铝酸三钙8.5%，铁铝酸四钙10.5%，游离氧化钙3%，烧失量为2.5%。

本实施例中，矿粉比表面积400m²/kg，流动度比95%，7d活性指数55%，28d活性指数75%；硅灰需水量比125%，比表面积20m²/g，7d活性指数120%。

将本实施例的水泥配成混凝土，每立方混凝土各原料配比如下：

本实施例的水泥500kg/m³，聚羧酸高效减水剂4.6kg/m³，砂670kg/m³，石子1131.6kg/m³，水110kg/m³。

实施例5

一种免压蒸C80混凝土桩用水泥，包括以下按质量百分数计的原料：硅酸盐水泥熟料71%，矿粉23.9%，硅灰5%。

将三种材料混合均匀后，掺入0.1%葡萄糖酸钠，制得的免蒸管桩混凝土用水泥的性能指标如下：比表面积420m²/kg，80μm方孔筛筛余3%；初凝时间22min，终凝时间43min；3d抗折强度4.6MPa，抗压强度24.3MP，28d抗折强度5.4MPa，抗压强度49.5MPa。

本实施例中硅酸盐水泥熟料矿物组成如下：硅酸三钙58.3%，硅酸二钙18.3%，铝酸三钙7.5%，铁铝酸四钙10.5%，游离氧化钙1%,烧失量4.4%。

本实施例中，矿粉比表面积400m²/kg，流动度比95%，7d活性指数55%，28d活性指数75%；硅灰需水量比125%，比表面积20m²/g，7d活性指数120%。

将本实施例的水泥配成混凝土，每立方混凝土各原料配比如下：本实施例的水泥500kg/m³，聚羧酸高效减水剂4.6kg/m³，砂670kg/m³，石子1132kg/m³，水110kg/m³。

实施例6

一种免压蒸C80混凝土桩用水泥，包括以下按质量百分数计的原料：硅酸盐水泥熟料66.85%，矿粉28%，硅灰5%。

将三种材料混合均匀后，掺入0.15%葡萄糖酸钠，制得的免蒸管桩混凝土用水泥的性能指标如下：比表面积440m²/kg，80μm方孔筛筛余2%；初凝时间30min，终凝时间53min；3d抗折强度4.1MPa，抗压强度22.0MP，28d抗折强度5.6MPa，抗压强度45.7MPa。

本实施例中硅酸盐水泥熟料矿物组成如下：硅酸三钙57%，硅酸二钙22%，铝酸三钙7.9%，铁铝酸四钙9.55%，游离氧化钙0.9%，烧失量2.65%。

本实施例中，矿粉比表面积400m²/kg，流动度比95%，7d活性指数55%，28d活性指数75%；硅灰需水量比120%，比表面积21m²/g，7d活性指数112%。

将本实施例的水泥配成混凝土，每立方混凝土各原料配比如下：本实施例的水泥500kg/m³，聚羧酸高效减水剂4.5kg/m³，砂670kg/m³，石子1132kg/m³，水110kg/m³。

将实施例1～6制得的混凝土成型后，静停2h后，2h升温至95℃，在95℃养护4h的脱模强度和蒸养后28d强度检测数据以及普通C80混凝土经同样处理后的数据对比如下表1。

表1：

从表1数据可见，实施例1～6混凝土蒸养后，标养至28d龄期，强度略有提高，最大增长率为15.3%，而普通水泥制备的C80混凝土，28d龄期强度倒缩11.5%之多；对于体积稳定性，实施例1～6混凝土蒸养后，标养至28d龄期混凝土微收缩，体积变化率为0.03～0.09mm/m，表现为微收缩；而普通C80混凝土体积变化率为-0.5mm/m，表现为膨胀，是本发明混凝土体积变化率的10倍。本发明的水泥用于混凝土中，满足使用要求的同时，具有体积稳定性好、耐久性高的优点，且因可在80～100℃下养护，故具有缩短工期，降低工程成本的优点。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。