一种高强高韧建筑方桩及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于方粧生产、粧基工程等基础设施建设工程领域，特别涉及一种高强高韧建筑方粧及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着我国工业化、城镇化进程的加快，基础设施建设正大量兴起。基础工程作为建筑物最关键的部位之一，直接关系到人民群众的生命财产安全、国家安全。粧基工程以其承载力高、适应性强、抗震性好等优点，在地基处理中得到了广泛的应用。据统计，2011年我国预应力混凝土粧的产量达2.9亿米，同比增长15.21%，是全球最大的预制粧生产国。其中，方粧由于其抗拔、抗水平荷载能力强，近年来，得到广泛的应用。然而，目前方粧施工过程中存在一个显著地问题一关键部位易破坏。
[0003]普通方粧施工时，粧头在锤击沉粧过程承受着巨大冲击荷载，粧尖在沉粧时承受着巨大的土压力，但普通混凝土韧性差、抗冲击能力低，易出现粧头击碎现象和粧尖断裂等现象；此外，粧焊接端板一般由钢材制成，在服役过程中与环境直接接触，容易锈蚀破坏，成为粧体最薄弱部位，造成安全隐患。因此制备新型关键部位抗断裂的方粧显得尤为重要和必要。
【发明内容】
[0004]发明目的:为了克服目前普通方粧粧头粧尖关键部位易破坏的问题，本发明的目的在于提供了一种高强高韧建筑方粧及其制备方法，采用超高性能混凝土作为粧头、粧尖等关键部位的制备材料，并以带端头的钢筋连接关键部位与其他部位，增强连接力，具有良好的韧性和抗冲击性能，且易于生产施工，有效解决了粧头、粧尖易破坏的问题，降低了工程中安全隐患。
[0005]技术方案:本发明提供的一种高强高韧建筑方粧，粧身部位使用现有方粧混凝土，粧头部位和粧尖部位使用粧头和粧尖混凝土，粧头与粧身、粧尖与粧身连接部位分别设有带端头的钢筋；所述粧头和粧尖混凝土由以下质量百分数的组分制成:胶凝材料40%?45%、细集料25%?30%、粗集料20%?25%，减水剂1%?2%、钢纤维1%?5%、水6%?8% ;其中，胶凝材料由以下质量百分数的组分制成:水泥50%?60%，硅灰10%?15%，粉煤灰5%?10%，矿粉25%?35%，优选地，水泥50%、硅灰10%、粉煤灰10%、矿粉 30%。
[0006]优选地，所述粧头和粧尖混凝土的水胶比0.15?0.18，胶砂比1:1?2，优选水胶比0.17，胶砂比1:1.2。
[0007]作为优选，所述细集料为天然河砂；所述粗集料为玄武岩石子、铁矿石、钢块，且粒径在20mm以下。
[0008]作为另一种优选，所述水泥为P.1I 52.5标号的普通硅酸盐水泥。
[0009]作为另一种优选，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
[0010]作为另一种优选，所述钢纤维为直径0.15mm?0.18mm、长3mm?12mm的短纤维。
[0011]本发明还提供了上述高强高韧建筑方粧的制备方法，包括以下步骤:
[0012](I)粧头和粧尖用混凝土的制备:按粧头和粧尖混凝土配方称取各原材料；将水泥、细集料、粗集料、矿物掺合料放入搅拌机中搅拌均匀，再按水胶比和减水剂掺量称取水和减水剂并加入搅拌机中搅拌，再掺入钢纤维搅拌均匀；
[0013](2)建筑方粧的制备:将粧头和粧尖混凝土灌入方粧模具中的粧头、粧尖部位，粧身部位使用现有方粧混凝土，并在粧头与粧身、粧尖与粧身连接部位分别放置带端头的钢筋，成型后标准养护即得。
[0014]步骤(I)中，所述粧头和粧尖混凝土由以下质量百分数的组分制成:胶凝材料40%?45%、细集料25%?30%、粗集料20%?25%，减水剂I %?2%、钢纤维I %?5%、水6%?8%;其中，胶凝材料由以下质量百分数的组分制成:水泥50 %?60 %，硅灰1 %?15%，粉煤灰5%?10%，矿粉25%?35%，优选地，水泥50%、硅灰10%、粉煤灰10%、矿粉30%;所述粧头和粧尖混凝土的水胶比0.15?0.18，胶砂比1:1?2，优选水胶比0.17，胶砂比1:1.2。
[0015]本发明还提供了一种粧头和粧尖用混凝土，由以下重量份的组份制成:胶凝材料40%?45%、细集料25%?30%、粗集料20%?25%，减水剂I %?2%、钢纤维2%?5%、水6%?8%;其中，胶凝材料由以下质量百分数的组分制成:水泥50 %?60 %，硅灰1 %?15%，粉煤灰5%?10%，矿粉25%?35%，优选地，水泥50%、硅灰10%、粉煤灰10%、矿粉30%;所述粧头和粧尖混凝土的水胶比0.15?0.18，胶砂比1:1?2，优选水胶比0.17，胶砂比1:1.2。
[0016]有益效果:本发明提供的高强高韧建筑方粧结构简单、制备工艺简单，提高了建筑方粧粧头、粧尖等关键部位的强度和韧性，更能抵抗施工过程中粧头受锤击、粧尖受挤压的行为，大大延长了建筑方粧的使用寿命，降低了由此带来的安全隐患。
[0017]本发明以超高性能混凝土作为方粧粧头和粧尖制备材料，而中间粧身部分和普通方粧材料相同，并在粧头、粧尖连接部位用带端头的钢筋连接，以增强粧头、粧尖与粧身之间的连接力。粧头、粧尖用超高性能混凝土以水泥作为胶凝材料，砂石作为粗细骨料，硅灰、粉煤灰、矿粉作为矿物掺合料，并掺加钢纤维、外加剂，将上述原材料按一定比例混合，确定硅灰、粉煤灰、矿粉最佳掺量，加水搅拌成型即可用于粧头、粧尖部位。与现有方粧相比，本发明提供的高强高韧建筑方粧无论在工业工业固废物利用率、耐久性、力学性能、使用寿命等方面均具有明显优势，特别是针对粧头、粧尖等关键部位易开裂破坏的缺点有较好的改善。其粧头、粧尖抗压强度10MPa?200MPa，且韧性和抗冲击性能较好，能有效防止粧头撞击、粧尖受挤压而产生的开裂等破坏行为。
[0018]本发明提供的尚强尚初建筑方粧其机理如下:
[0019]首先，提高了方粧关键部位超高性能混凝土的密实度。因其砂胶比低，降低了骨料与浆体的体积比，采用超细高活性矿物掺合料(即硅灰)改善胶凝材料体系的密实度，同时利用该材料的火山灰作用，提高水泥石的密实度与均匀性；此外，还采用了硅灰和粉煤灰等活性超细粉进行粒度分布的调整，改善微观结构。
[0020]其次，掺入钢纤维提高了混凝土的韧性。未掺钢纤维的普通断裂能低，破坏时呈明显的脆性破坏，掺入钢纤维能明显提高弯折强度，提高韧性和延性。
[0021]再次，采用粉煤灰、矿粉、硅灰多组分掺加的方式具有良好的协同效应。复掺矿物掺合料，增强了纤维与水泥基体的粘结强度，改善了界面过渡区，使纤维和水泥石之间的界面过渡区不在薄弱，而且粉煤灰和硅灰的玻璃微珠的形态效应，提高了水泥基体的韧性，最终提尚了超尚性能混凝土的动态力学性能。
【附图说明】
[0022]图1为不同矿物掺量的试样标准养护90d抗压强度；由图可以看出混合掺加娃灰10%、粉煤灰10%、矿粉30%时，试样的抗压强度最大。(注:图中SF表示硅灰，FA表示粉煤灰，SL表示矿粉，下同)
[0023]图2为掺入不同体积分数的钢纤维对抗压强度的影响；由图可以看出当掺合料为硅灰10 %、粉煤灰10 %、矿粉30 %，钢纤维体积分数为3 %时，90d抗压强度最大(21 IMpa)。
[0024]图3为不同矿物掺加方式对试样冲击韧性的影响；图中，4组实验中钢纤维均为3%、减水剂均为2.5%、水灰比等条件均相同。由图可以看出不同掺加方式及掺加比例，试样的冲击韧性值不同。当掺加方式为硅灰10%、粉煤灰10%、矿粉30%时，试样抵抗冲击破坏的能力最强，冲击韧性值达91.2KN.mo
[0025]图4为本发明高强高韧建筑方粧结构示意图，图中粧头、粧身为主要增强增韧部位，带端头的钢筋增加粧身与关键部位的连接力。
【具体实施方式】
[0026]下面对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0027]本发明实施例中，使用的原料:
[0028]细集料为天然河砂；
[0029]粗集料为玄武岩石子、铁矿石、钢块，且粒径在20mm以下；
[0030]水泥为P.1I 52.5标号的普通娃酸盐水泥；
[0031]减水剂为聚羧酸系高效减水剂；
[0032]钢纤维为直径0.15mm?0.18_、长3_?12_的短纤维。
[0033]实施例1
[0034]高强高韧建筑方粧，粧身部位使用现有方粧混凝土，粧头部位和粧尖部位使用粧头和粧尖混凝土，粧头与粧身、粧尖与粧