空心方桩填充用混凝土及其制备方法与空心方桩填充方法与流程

本申请涉及建筑桩基领域，更具体地说，它涉及一种空心方桩填充用混凝土及其制备方法与空心方桩填充方法。
背景技术：
：空心方桩是一种具有正方形横截面和空心筒体的混凝土预制构件，主要由长方体桩身、端头板和钢套箍等结构组成。空心方桩通过先张法预应力工艺和离心成型法制成，因其可在工厂预制，且具有强度高、施工便捷、施工周期短等优点，得到了广泛的应用。空心方桩由于其筒体空心，桩身的抗弯强度有所降低。在作为基桩打入地基中，尤其是应用于高层建筑时，空心方桩结构上的缺陷导致桩身的水平抗力降低，使得建筑存在一定的安全隐患。因此，需要对空心方桩进行改进，提高其抗弯强度，从而降低建筑的安全风险。为了改善空心方桩的抗弯强度，可使用填充混凝土的方法。将混凝土灌注于空心方桩的筒体中，待混凝土硬化后，硬化的混凝土将空心方桩的内部填充，得到一种实心的复合桩体，从而提高了桩身的强度。由于混凝土是一种脆性材料，韧性较低，易开裂，即使将混凝土灌注于空心方桩的内部，混凝土弯曲韧性上的缺陷使得复合桩体仍存在断裂的风险。因此，需要对用于填充空心方桩的混凝土进行进一步的改性，使其抗弯强度得到提高，以降低桩身发生破坏的可能性。技术实现要素：为了提高空心方桩填充用混凝土的抗弯强度，从而改善空心方桩的强度，本申请提供一种空心方桩填充用混凝土及其制备方法与空心方桩填充方法。第一方面，本申请提供一种空心方桩填充用混凝土，采用如下的技术方案：一种空心方桩填充用混凝土，由以下质量份的原料制成：水泥290-310份水110-130份碎石610-650份砂子500-530份高岭土80-100份钢纤维12-20份短切玻璃纤维20-45份膨胀剂1.5-2.5份减水剂0.5-1.5份炭黑9-12份分散剂1-1.5份。通过采用上述技术方案，短切玻璃纤维与水泥中的硅酸盐物质发生水化反应，生成氢氧化钙，使得短切玻璃纤维与混凝土产生化学键的结合；此外，短切玻璃纤维与混凝土的粘结性强，短切玻璃纤维填充于混凝土的缝隙中，提高了混凝土的结构强度；短切玻璃纤维与混凝土之间同时产生物理连接与化学结合，提高了混凝土的韧性，使得混凝土的抗弯强度得到加强；钢纤维对混凝土中的裂缝同样起到填补作用，钢纤维能够阻碍混凝土内部裂缝的扩展以及宏观裂缝的形成，为混凝土提供良好的抗弯强度；将短切玻璃纤维与钢纤维同时掺入混凝土中，两种纤维在混凝土中不规则分布，当混凝土受到水平力时，短切玻璃纤维与钢纤维在混凝土中形成的三维骨架对施加于混凝土的应力起到了抵消作用，由于钢纤维与混凝土之间为物理连接，短切玻璃纤维的加入，通过水化反应产生化学键，填补了钢纤维与混凝土之间的孔隙，对混凝土的抗弯强度起到了协同加强的作用；炭黑具有物理吸附作用，一方面，炭黑的掺入使得混凝土内部的粘结性增强，当混凝土受到水平应力的作用时，炭黑的物理吸附作用能够抵消部分外力的冲击，起到补强的作用；另一方面，炭黑的分子粒径小于短切玻璃纤维和钢纤维的直径，炭黑能够对混凝土中的孔隙进行进一步的填充，并通过物理吸附，使得混凝土内部的结合力增强，进一步提高了混凝土的抗弯强度；在混凝土中加入分散剂，便于使炭黑分散于水相中，提高炭黑在混凝土中的填充效果，从而提高对混凝土抗弯强度的协同加强效果。优选的，所述钢纤维和短切玻璃纤维的质量比为1:(1.6-3)。通过采用上述技术方案，在其他原料含量和制备过程相同的情况下，将钢纤维和短切玻璃纤维按照该质量比范围加入混凝土中，钢纤维与短切玻璃纤维对混凝土抗弯强度的协同加强作用最佳。优选的，所述钢纤维和短切玻璃纤维的质量比为1:2.5。通过采用上述技术方案，其他原料含量和制备过程相同的情况下，在此特殊配比下的钢纤维与短切玻璃纤维对混凝土的协同加强效果最佳。优选的，所述钢纤维的直径为0.55-0.7mm，所述钢纤维的长度为30-50mm。通过采用上述技术方案，当钢纤维的直径在0.55-0.7mm，且钢纤维的长度为30-50mm时，不会因为钢纤维的尺寸太小导致钢纤维的抗裂缝扩展效果降低，也不会因为钢纤维的尺寸太大导致钢纤维与混凝土之间的缝隙太大，此时钢纤维对混凝土抗弯强度的加强作用最佳。优选的，所述炭黑的粒径为300-450nm。通过采用上述技术方案，当炭黑的粒径在300-450nm时，炭黑分子不会因粒径太小导致物理吸附作用降低，也不会因粒径太大影响在混凝土中的分散效果，此时炭黑对混凝土抗弯强度的增强作用最佳。优选的，所述膨胀剂为明矾石膨胀剂。通过采用上述技术方案，水泥硬化时会产生一定的收缩，导致混凝土内部有裂缝形成，明矾石膨胀剂内的硫铝酸钙熟料能够与混凝土中的氢氧化钙反应，生成钙矾石，使得固相体积增大，从而补偿水泥硬化时产生的收缩，降低混凝土内形成裂缝的可能性，而明矾石膨胀剂消耗的氢氧化钙可由短切玻璃纤维与混凝土中的硅酸盐物质反应得到，因此明矾石膨胀剂对混凝土体积的补偿效果最佳。优选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂或氨基磺酸盐减水剂。通过采用上述技术方案，聚羧酸减水剂和氨基磺酸盐减水剂均为高性能减水剂，具有优良的减水性，对混凝土的减水作用最佳。优选的，所述分散剂为阴离子型分散剂。通过采用上述技术方案，阴离子型分散剂的相容性好，对炭黑在水相中分散性的优化效果最佳，有利于提高炭黑对混凝土抗弯强度的加强作用。第二方面，本申请提供一种空心方桩填充用混凝土的制备方法，采用如下的技术方案：一种空心方桩填充用混凝土的制备方法，包括以下步骤：s1、按配比准备原料，将水泥、碎石、砂子、高岭土、钢纤维和短切玻璃纤维混合，搅拌5-8min，得到混合物a；s2、将水、膨胀剂和减水剂加入混合物a中，搅拌4-6min，得到混合物b；s3、将炭黑和分散剂加入混合物b中，搅拌2-5min，得到空心方桩填充用混凝土。通过采用上述技术方案，将原料分三次混合与搅拌，第一次搅拌中，钢纤维与短切玻璃纤维在水泥、碎石、砂子和高岭土的混合物中均匀分布；第二次搅拌中，将水、膨胀剂和减水剂加入，使短切玻璃纤维与水泥中的硅酸盐充分发生水化反应，同时膨胀剂发生反应，使得混凝土的体积发生膨胀；第三次搅拌中，将炭黑与分散剂加入，使得炭黑在原料中充分混合，减少团聚的可能性，提高炭黑的分散效果，从而得到抗弯强度高的空心方桩填充用混凝土。第三方面，本申请提供一种空心方桩填充方法，采用如下的技术方案：一种空心方桩填充方法，包括以下步骤：p1、将空心方桩的一端与铁板连接，所述铁板将空心方桩一端的开口密封；p2、通过打桩机，将所述空心方桩带有铁板的一端打入地基中；p3、向所述空心方桩位于地基外的一端灌注上述的空心方桩填充用混凝土，直至所述空心方桩填充用混凝土充满空心方桩内部。通过采用上述技术方案，用铁板将空心方桩的一端封口后，将空心方桩打入地基，再将空心方桩填充用混凝土灌注在空心方桩内，得到实心的复合桩体，提高了空心方桩的水平抗力，由于空心方桩填充用混凝土的抗弯强度高，加强了空心方桩的抗弯强度，降低了桩身发生破坏的可能性。综上所述，本申请具有以下有益效果：1、由于本申请采用短切玻璃纤维、钢纤维和炭黑加入混凝土中，钢纤维和短切玻璃纤维对混凝土中的裂缝起到填补作用，钢纤维能够阻碍混凝土内部裂缝的扩展以及宏观裂缝的形成，为混凝土提供良好的抗弯强度；由于钢纤维与混凝土之间为物理连接，短切玻璃纤维的加入，通过水化反应产生化学键，填补了钢纤维与混凝土之间的孔隙，对混凝土的抗弯强度起到了协同加强的作用；炭黑一方面使得混凝土内部的粘结性增强，另一方面对混凝土中的孔隙进行进一步的填充，并通过物理吸附，使得混凝土内部的结合力增强，进一步提高了混凝土的抗弯强度。2、本申请的制备方法，通过将原料分三次混合与搅拌，使得钢纤维与短切玻璃纤维在水泥、碎石、砂子和高岭土的混合物中均匀分布，短切玻璃纤维与水泥中的硅酸盐充分发生水化反应，同时膨胀剂发生反应，使得混凝土的体积发生膨胀，炭黑在原料中充分混合，提高了炭黑的分散效果，从而得到抗弯强度高的空心方桩填充用混凝土。3、本申请的方法，通过铁板将空心方桩的一端封口后，将空心方桩打入地基，再将空心方桩填充用混凝土灌注在空心方桩内，得到实心的复合桩体，提高了空心方桩的水平抗力，由于空心方桩填充用混凝土的抗弯强度高，加强了空心方桩的抗弯强度，降低了桩身发生破坏的可能性。附图说明图1是本申请应用例中用于体现空心方桩、铁板和地基位置关系的结构示意图。附图标记说明：1、空心方桩；2、铁板；3、地基。具体实施方式原料来源若无特殊说明，以下实施例和对比例中的原料规格及来源均如下表1所示。表1原料规格及来源原料规格来源水泥p.o42.5贵州荣盛建材有限公司碎石粒径范围(mm):10-18云南建投砂石料有限公司砂子gb/t14684-2011建筑用砂天津富远万通砂石料销售有限公司高岭土r005368上海易恩化学技术有限公司钢纤维试剂级洛阳博天化工有限公司短切玻璃纤维e级芜湖俊发玻璃纤维贸易有限公司碳纤维c301640上海阿拉丁生化科技股份有限公司明矾石膨胀剂纯度:99％武汉梦奇科技有限公司氧化钙类膨胀剂2020101河南博浪实业有限公司聚羧酸减水剂pa96208广东翁江化学试剂有限公司氨基磺酸盐减水剂一级贵州黄腾建材有限公司萘系减水剂工业级南通润丰石油化工有限公司炭黑r005968上海易恩化学技术有限公司活性炭a856762上海麦克林生化科技有限公司阴离子型分散剂工业级山东翔昭新型材料有限公司非离子型分散剂工业级南通永乐化工有限公司实施例实施例1一种空心方桩填充用混凝土的制备方法，由以下步骤制成：s1、分别称取290kg水泥、120kg水、650kg砂石、510kg砂子、80kg高岭土、20kg钢纤维、30kg短切玻璃纤维、1.5kg氧化钙类膨胀剂、0.5kg萘系减水剂、10kg炭黑和1kg非离子型分散剂，其中钢纤维的直径为0.5mm，钢纤维的长度为25mm，炭黑的粒径为500nm；将水泥、碎石、砂子、高岭土、钢纤维和短切玻璃纤维混合，搅拌5min，得到混合物a；s2、将水、氧化钙类膨胀剂和萘系减水剂加入混合物a中，搅拌6min，得到混合物b；s3、将炭黑和非离子型分散剂加入混合物b中，搅拌4min，得到空心方桩填充用混凝土。实施例2一种空心方桩填充用混凝土的制备方法，由以下步骤制成：s1、分别称取300kg水泥、130kg水、610kg砂石、530kg砂子、90kg高岭土、12kg钢纤维、45kg短切玻璃纤维、2kg氧化钙类膨胀剂、1kg萘系减水剂、9kg炭黑和1.2kg非离子型分散剂，其中钢纤维的直径为0.9mm，钢纤维的长度为60mm，炭黑的粒径为200nm；将水泥、碎石、砂子、高岭土、钢纤维和短切玻璃纤维混合，搅拌6min，得到混合物a；s2、将水、氧化钙类膨胀剂和萘系减水剂加入混合物a中，搅拌5min，得到混合物b；s3、将炭黑和非离子型分散剂加入混合物b中，搅拌2min，得到空心方桩填充用混凝土。实施例3一种空心方桩填充用混凝土的制备方法，由以下步骤制成：s1、分别称取310kg水泥、110kg水、630kg砂石、500kg砂子、100kg高岭土、18kg钢纤维、20kg短切玻璃纤维、2.5kg氧化钙类膨胀剂、1.5kg萘系减水剂、12kg炭黑和1.5kg非离子型分散剂，其中钢纤维的直径为0.7mm，钢纤维的长度为55mm，炭黑的粒径为250nm；将水泥、碎石、砂子、高岭土、钢纤维和短切玻璃纤维混合，搅拌8min，得到混合物a；s2、将水、氧化钙类膨胀剂和萘系减水剂加入混合物a中，搅拌4min，得到混合物b；s3、将炭黑和非离子型分散剂加入混合物b中，搅拌5min，得到空心方桩填充用混凝土。实施例4-6实施例4-6与实施例3的区别在于，原料中钢纤维和短切玻璃纤维的用量不同，具体见下表：表2实施例4-6实施例钢纤维/kg短切玻璃纤维/kg实施例41339实施例51828.8实施例61537.5实施例7-9实施例7-9与实施例6的区别在于，原料中钢纤维的直径和长度不同，具体见下表：表3实施例7-9实施例钢纤维直径/mm钢纤维长度/mm实施例70.630实施例80.750实施例90.5535实施例10-12实施例10-12与实施例9的区别在于，原料中炭黑的粒径不同，具体见下表：表4实施例10-12实施例炭黑粒径/nm实施例10300实施例11450实施例12400实施例13实施例13与实施例12的区别在于，选用同样质量的明矾石膨胀剂代替氧化钙类膨胀剂作为膨胀剂。实施例14实施例14与实施例13的区别在于，选用同样质量的聚羧酸减水剂代替萘系减水剂作为减水剂。实施例15实施例15与实施例13的区别在于，选用同样质量的氨基磺酸盐减水剂代替萘系减水剂作为减水剂。实施例16实施例16与实施例15的区别在于，选用同样质量的阴离子型分散剂代替非离子型分散剂作为分散剂。对比例对比例1对比例1与实施例3的区别在于，选用同样质量的碳纤维代替钢纤维。对比例2对比例2与实施例3的区别在于，选用同样质量的碳纤维代替短切玻璃纤维。对比例3对比例3与实施例3的区别在于，选用同样质量的活性炭代替炭黑。对比例4对比例4与实施例3的区别在于，原料中不包括分散剂。性能检测试验检测方法/试验方法对实施例和对比例的空心方桩填充用混凝土进行性能检测，进行抗弯强度测试：采用德国zwick公司的z020型万能力学试验机按gb/t50081-2019测试。其中，试件采用150mm×150mm×600mm的标准试件，养护龄期为28d。实施例1-6的检测结果见表5。表5实施例1-6性能检测结果实施例7-12的检测结果见表6。表6实施例7-12性能检测结果实施例13-16的检测结果见表7。表7实施例13-16性能检测结果实施例检测项实施例13实施例14实施例15实施例16抗弯强度/mpa33.533.733.934.3对比例1-4的检测结果见表8。表8对比例1-4性能检测结果对比例检测项对比例1对比例2对比例3对比例4抗弯强度/mpa25.323.125.726.3结合实施例1-16和对比例1-2并结合表5-8可以看出，同时选用钢纤维和短切玻璃纤维作为原料时，混凝土的抗弯强度大幅提升，说明钢纤维和短切玻璃纤维对混凝土抗弯强度的协同增强效果最佳。结合实施例1-16和对比例3并结合表5-8可以看出，选用炭黑作为原料时，混凝土的抗弯强度大幅提升，活性炭作为同样具有物理吸附作用的物质，对混凝土强度的提升效果远低于炭黑，说明炭黑与钢纤维、短切玻璃纤维的协同增强效果最佳。结合实施例1-16和对比例4并结合表5-8可以看出，分散剂的添加大幅提高了混凝土的抗弯强度，说明分散剂对炭黑分散效果的提升有利于炭黑对混凝土抗弯强度的增强。结合实施例1-6并结合表5可以看出，当钢纤维与短切玻璃纤维的质量比在1:(1.6-3)范围内时，混凝土的抗弯强度更佳，说明在此范围内，钢纤维与短切玻璃纤维对混凝土抗弯强度的协同增强效果更好；其中，当钢纤维与短切玻璃纤维的质量比在1:2.5时，混凝土的抗弯强度最佳，钢纤维与短切玻璃纤维的协同增强效果最优。结合实施例6-9并结合表5-6可以看出，当钢纤维的直径在0.55-0.7mm，且钢纤维的长度为30-50mm时，钢纤维与短切玻璃纤维的协同作用最佳，对混凝土抗弯强度的增强效果最优。结合实施例9-12并结合表6可以看出，当炭黑的粒径在300-450mm范围内时，炭黑在混凝土中的分散效果最佳，对混凝土抗弯强度的增强效果更好。结合实施例12和实施例13并结合表6-7可以看出，当选取明矾石膨胀剂作为膨胀剂时，混凝土的抗弯强度更高。结合实施例13-15并结合表7可以看出，当选取聚羧酸减水剂或氨基磺酸盐减水剂作为减水剂时，对混凝土的减水效果更好，得到的混凝土抗弯强度更高。结合实施例15和实施例16并结合表7可以看出，当选取阴离子型分散剂作为分散剂时，炭黑在混凝土中的分散效果最佳，对混凝土抗弯强度的增强效果最佳，实施例16为最优实施例。应用例参照图1，一种空心方桩填充方法，包括以下步骤：p1、将空心方桩1的一端与铁板2固定连接，铁板2将空心方桩1一端的开口密封，铁板2的面积大小与空心方桩1的横截面大小相等；p2、通过打桩机，将空心方桩1带有铁板2的一端打入地基3中，空心方桩1竖直设置；p3、向空心方桩1位于地基3外的一端灌注上述实施例中的空心方桩填充用混凝土，直至空心方桩填充用混凝土充满空心方桩1内部，待空心方桩填充用混凝土硬化后，完成对空心方桩1的填充。通过铁板2将空心方桩1的一端封口后，将空心方桩1打入地基3，再将空心方桩填充用混凝土灌注在空心方桩1内，得到实心的复合桩体，提高了空心方桩1的水平抗力，由于空心方桩填充用混凝土的抗弯强度高，加强了空心方桩1的抗弯强度，降低了桩身发生破坏的可能性。由于完成填充后的空心方桩1抗弯强度受空心方桩填充用混凝土抗弯强度的影响，上述实施例中，实施例16为最优实施例，实施例16制备得到的空心方桩填充用混凝土抗弯强度最佳。因此，使用实施例16的空心方桩填充用混凝土填充得到的空心方桩1的抗弯强度最佳。本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。当前第1页12