膨脹混凝土灌注樁及其製造方法以及一種混凝土膨脹劑的製作方法

2023-05-28 19:21:26

專利名稱：膨脹混凝土灌注樁及其製造方法以及一種混凝土膨脹劑的製作方法
技術領域：
本發明屬於混凝土樁基工程材料和施工技術領域，涉及混凝土灌注樁、混凝土膨脹劑及其製造方法和用途。
背景技術：
混凝土灌注樁是在工民建和基礎建設中經常使用的一種提高基礎承載能力的結構措施，在高層建築、橋梁和一些地耐力差的地區廣泛使用。採用技術措施，提高單樁承載力，是灌注樁技術領域一項重要的研究內容，在這方面已經有不少成果，如擴大樁頭(鑽孔擴底)、樁身支擴(支盤)、樁端(側)後壓漿技術等。這些技術都能夠提高灌注樁單樁承載能力，但是存在工藝較為複雜，可靠度差，費時費工等問題。通過新材料技術，改變混凝土材料性能，進而提高灌注樁單樁承載力的研究相對較少。1970年，美國公布了一種混凝土灌注樁的製造方法(專利號US3504497)，其採用的膨脹水泥包括摻5% 30%的石膏或其他形式的硫酸鈣和30% 80%的波特蘭水泥的高鋁水泥的混合物，或摻2% 40%的石膏的鋁酸鈣水泥的混合物，或摻10 % 90%的波特蘭水泥的硫鋁酸鈣水泥的混合物，摻或不摻硫酸鈣的硫鋁酸鈣水泥。與使用波特蘭水泥的樁相比，單樁承載力提高40% 50%。由於膨脹組分摻量大，對混凝土強度影響很大，而且沒有形成獨立的高效能膨脹組分生產技術，該技術沒有獲得推廣應用。公開號CN1031070A的中國專利(申請人黑龍江省低溫建築科學研究所)公開了灌注樁基增強劑，該增強劑採用硫酸鋁廠的廢渣(70% 85% )、木質素磺酸鈣或萘磺酸鈉 (1. 5% 5% )、沸石(6% 15% )、消石灰(3% 10% )、氧化鈣(1. 5% 5% )等組成， 細度為4900孔篩餘量不大於15 %，水化產物是水化硫鋁酸鈣(鈣礬石)，具有膨脹性能。摻量為5% 7 %，工程灌注樁基單樁承載力提高15% 23%。公開號CN1100705A的中國專利(申請人中國建築材料科學研究院)公開了一種灌注樁膨脹劑及其製造方法和用途。是採用鋁酸鈣(10% 50%)、硫酸鋁熟料(10% 45% )、活性無機礦物複合料(30% 70% )、有機性能調節劑(1% 5% )，細度為2000 3500cm2/g。在製造混凝土時，摻加15% 30 %，在限制條件下，混凝土中能夠產生0. 8 1. OMPa的自應力值。內摻20%的該種膨脹劑，工程灌注樁單樁承載力可以提高15% 25%。公開號CN1036149C的中國專利(發明人王前之，王華軍)公開了一種膨脹混凝土樁的製造方法，系採用市售的普通混凝土膨脹劑，如UEA膨脹劑，摻量為5% 30%，按照設計要求的增加承載力，確定膨脹劑摻量。這種方法幾乎沒有可操作性，因為摻加膨脹劑的混凝土膨脹大小是無法依據增加承載力要求準確計算的，膨脹是一個化學反應過程，受諸多不確定因素影響，膨脹的大小、膨脹劑的摻量，目前只能依靠混凝土試配來確定，且該技術採用的市售混凝土膨脹劑屬於膨脹能很低的產品，膨脹相是鈣礬石，絕溼環境下膨脹很小，無法提高樁體中混凝土的膨脹值，因此對單樁承載力提高幅度有限。
公開號CN100519951C的中國專利(發明人李樹源，高同，王傳家)公開了一種幹螺旋鑽孔灌注樁的施工方法，是利用螺旋鑽機幹鑽孔至設計深度，澆築普通混凝土，樁身布設兩根後注漿管，在後注漿的水泥漿液中摻加5%的市售普通混凝土膨脹劑。由於灌注樁體量較大，處於樁孔中的混凝土更接近於絕溼養護條件，上述公開技術中使用的膨脹水泥或膨脹劑都屬於鈣礬石類膨脹劑，這類膨脹劑摻量大時會顯著降低混凝土強度，摻量小時膨脹率又很小，且在絕溼情況下其膨脹效果還會進一步降低，因此實際膨脹量較低，故對灌注樁單樁承載力的提高幅度較小。另外，這些技術均是樁體全部使用膨脹混凝土，膨脹劑的摻加大量，也會增加灌注樁成本，這也是制約膨脹混凝土灌注樁技術推廣的一個因素，故需要對上述技術加以改進。

發明內容
本發明的目的是提供膨脹混凝土灌注樁的製造方法以及所製造得到的膨脹混凝土灌注樁，可以顯著降低膨脹混凝土灌注樁的造價，與普通混凝土灌注樁相比，明顯提高單樁灌注樁承載力。為了實現上述目的，本發明採用以下技術方案本發明提供的一種膨脹混凝土灌注樁為I型樁，是在灌注樁孔中，依次交替澆築普通混凝土和膨脹混凝土，每層混凝土的澆築高度不小於1000mm，經3 14天形成形成竹節狀結構。該I型樁可大幅度增加樁體混凝土與結合土之間的機械咬合力，具有單樁承載力比相同尺寸和強度等級的普通混凝土樁提高30%或以上的性能。其中，普通混凝土和膨脹混凝土的每次澆築高度既可以相同，也可以不同。本發明提供的另一種膨脹混凝土灌注樁為II型樁，是將膨脹混凝土樁與樁端後注漿技術結合，此時膨脹混凝土樁是本發明的I型樁，是在I型樁樁體澆築好12小時之後， 用泥漿泵通過樁體中預埋的注漿管向樁端的軟土中壓注摻加有膨脹劑的水泥漿體二4小時後水泥固化形成樁端固化體。該II型樁可大幅度增加樁體混凝土與結合土之間的機械咬合力，同時樁端固化體提高樁端阻力，具有單樁承載力比相同尺寸和強度等級的普通混凝土樁提高1倍或以上的性能。其中，普通混凝土和膨脹混凝土的每次澆築高度既可以相同， 也可以不同。本發明提供的再一種膨脹混凝土灌注樁為的III型樁，是將膨脹混凝土樁與樁端後注漿技術結合，其中樁體全部由膨脹混凝土澆築，樁體澆築好12小時之後，用泥漿泵通過樁體中預埋的注漿管向樁端的軟土中壓注摻加膨脹劑的水泥漿體二4小時後水泥固化形成樁端固化體。該III型樁的樁體為膨脹混凝土，樁端帶固化體，具有單樁承載力比相同尺寸和強度等級的普通混凝土樁提高1倍或以上的性能。上述灌注樁中所用的普通混凝土和膨脹混凝土的強度等級為C20 C80，其中膨脹混凝土的膨脹率為 3%。膨脹混凝土中優先摻加本發明的膨脹劑製造，也可以摻加市售的各種混凝土膨脹劑，膨脹劑的摻量經試驗確定，可在15 30wt%範圍內變化。在II型樁和III型樁的製造中，水泥漿體中需加入5 10wt%本發明所述的膨脹劑或12wt%UEA膨脹劑。本發明的另一個目的是提供一種混凝土膨脹劑，其可用於膨脹混凝土灌注樁的的製造中。
本發明的膨脹劑是採用石灰石(40% 80wt% )和石膏(20% 60wt% )共同粉磨，在迴轉窯中經1300°C 1500°C高溫煅燒，形成石膏和氧化鈣的熔融包裹體，再將這種熔融包裹體按照20% 80wt%的比例，與20% 80wt%市售的硫鋁酸鈣水泥熟料或明礬石(煅燒或非煅燒)或鋁酸鈣水泥熟料共同粉磨至比表面積150 400m2/kg，製成膨脹劑。採用上述技術方案，本發明具有以下優點1、I型樁由於採用膨脹混凝土和普通混凝土間隔澆築，在使用膨脹混凝土的部位， 因混凝土膨脹形成的凸節，與竹節類似，會顯著提高樁身與樁周土的相對運動阻力，可大幅度增加樁體混凝土與結合土之間的機械咬合力，與普通混凝土灌注樁相比，顯著提高單樁承載力；與全膨脹混凝土灌注樁相比，節約膨脹劑；與樁側後注漿技術相比，工藝簡單。2、II型樁由膨脹混凝土提高樁側阻力，樁端後注漿形成的固化體能提高樁端阻力，可以更顯著提高單樁承載力。3、本發明的混凝土膨脹劑具有配料工藝簡單、易燒成、絕溼環境下膨脹大的優點， 其膨脹源是氫氧化鈣和鈣礬石，該膨脹劑亦可用於一般的混凝土結構抗裂防滲。


圖1為本發明I型樁構成示意圖；圖2為本發明II型樁構成示意圖；圖3為本發明III型樁構成示意圖。
具體實施例方式實施例1:1型樁的製造參見圖1所示，在地面以下安裝好鋼筋籠的灌注樁孔3中，依次澆築按照設計要求的強度等級配置好的普通混凝土和膨脹混凝土，形成竹節狀普通混凝土段1和膨脹混凝土段2，每段混凝土的高度不小於Im ；普通混凝土和膨脹混凝土的每次澆築高度既可以相同， 也可以不同，樁頂部優先使用普通混凝土。其中，膨脹混凝土是在普通混凝土中摻加15 30wt%膨脹劑而形成，膨脹劑可為市售的UEA膨脹劑，但優先使用本發明的膨脹劑。灌注樁澆築完成後，至試樁齡期。參照現行國家行業標準《建築樁基技術規範》 JGJ94對單樁承載力進行測試，結果表明相同地基土質情況下，直徑800mm，長35m的灌注樁，採用普通混凝土，樁的垂直極限荷載為4200KN ；採用I型膨脹混凝土樁，垂直極限荷載為5600KN。與普通灌注樁相比，I型樁可以提高單樁承載力30%以上。實施例2:11型樁的製造參見圖2所示，在地面以下安裝好鋼筋籠的灌注樁孔3中，依次澆築按照設計要求的強度等級配置好的普通混凝土 1和膨脹混凝土 2，形成普通混凝土段1和膨脹混凝土段2 交錯的竹節狀樁體，每段混凝土的高度不小於lm，普通混凝土和膨脹混凝土的每次澆築高度既可以相同，也可以不同；樁體澆築好12小時之後，用泥漿泵通過樁體中預埋的注漿管4 向樁端的軟土中壓注摻加5wt% (本發明膨脹劑樁端的注漿液中摻加5% 10%的膨脹劑均可)，或12wt %市售UEA膨脹劑的水泥漿體，24小時後水泥固化形成樁端固化體5。樁體澆築中，膨脹混凝土是在普通混凝土中摻加15 30wt%膨脹劑而形成，膨脹劑可為市售的UEA膨脹劑，但優先使用本發明的膨脹劑。
參照現行國家行業標準《建築樁基技術規範》JGJ94對該單樁承載力進行測試，結果表明相同地基土質情況下，直徑800mm，長35m的灌注樁，採用普通混凝土，樁的垂直極限荷載為4200KN ；採用II型膨脹混凝土樁，垂直極限荷載為9000KN。與普通混凝土灌注樁相比，該II型樁可以提高單樁承載力1倍以上。實施例3:111型樁的製造參見圖3所示，顯示了 III型樁構成。在地面以下安裝好鋼筋籠的灌注樁孔3中， 全部澆築膨脹混凝土形成單一材料的樁體；樁體澆築好12小時之後，用泥漿泵通過樁體中預埋的注漿管4向樁端的軟土中壓注摻加5wt%本發明膨脹劑(本發明膨脹劑樁端的注漿液中摻加5 % 10 %的膨脹劑均可)，或12wt %市售UEA膨脹劑的水泥漿體，24小時後水泥固化形成樁端固化體5。樁體澆築中，膨脹混凝土是在普通混凝土中摻加15 30wt%膨脹劑而形成，膨脹劑可為市售的UEA膨脹劑，但優先使用本發明的膨脹劑。參照現行國家行業標準《建築樁基技術規範》JGJ94對單樁承載力進行測試，結果表明相同地基土質情況下，直徑800mm，長35m的灌注樁，採用普通混凝土，樁的垂直極限荷載為4200KN ；採用III型膨脹混凝土樁，垂直極限荷載為8700KN。與普通混凝土灌注樁相比，III型樁可以提高單樁承載力1倍以上。實施例4 膨脹劑的組成及製備用於以上灌注樁中的膨脹劑，優選採用以下方法製備得到的膨脹劑採用石灰石 (40% 80wt% )和石膏(20% 60wt% )共同粉磨，在迴轉窯中經1300°C 1500°C高溫煅燒，形成石膏和氧化鈣的熔融包裹體，再將這種熔融包裹體按照20% 80wt%的比例， 與20% 80wt%市售的硫鋁酸鈣水泥熟料或明礬石(煅燒或非煅燒)或鋁酸鈣水泥熟料共同粉磨至比表面積150 400m2/kg製成膨脹劑。按照現行國家標準《混凝土膨脹劑》 GB23439-2009規定的方法檢驗，本發明膨脹劑配料及檢驗結果參見表1 表1 膨脹劑性能檢測
權利要求
1.一種膨脹混凝土灌注樁的製造方法，其特徵在於在灌注樁孔中，依次交替澆築普通混凝土和膨脹混凝土，每層混凝土的澆築高度不小於1000mm，澆筑後經3 14天形成竹節狀結構樁體，該結構膨脹混凝土灌注樁稱為I型樁。
2.根據權利要求1所述膨脹混凝土灌注樁的製造方法，其特徵在於所述普通混凝土和膨脹混凝土的每次澆築高度既可以相同，也可以不同。
3.根據權利要求1或2所述膨脹混凝土灌注樁的製造方法，其特徵在於樁體澆築好 12小時之後，用泥漿泵通過樁體中預埋的注漿管向樁端的軟土中壓注摻加有膨脹劑的水泥漿體二4小時後水泥固化形成樁端固化體，該結構膨脹混凝土灌注樁稱為II型樁。
4.根據權利要求3所述膨脹混凝土灌注樁的製造方法，其特徵在於所述水泥漿體中加入5 IOwt^權利要求12所述的膨脹劑或12wt% UEA膨脹劑。
5.一種由權利要求1或2所述方法製造得到的膨脹混凝土灌注樁，其特徵在於，樁體由交替的澆築普通混凝土段和膨脹混凝土段組成竹節狀結構，該灌注樁稱為I型樁。
6.根據權利要求5所述膨脹混凝土灌注樁，其特徵在於，所述I型樁具有單樁承載力比相同尺寸和強度等級的普通混凝土樁提高30%或以上的性能。
7.一種由權利要求3或4所述方法製造得到的膨脹混凝土灌注樁，其特徵在於，樁體由交替的澆築普通混凝土段和膨脹混凝土段組成竹節狀結構，且樁端帶固化體，該灌注樁稱為II型樁。
8.根據權利要求7所述膨脹混凝土灌注樁，其特徵在於，所述II型樁具有單樁承載力比相同尺寸和強度等級的普通混凝土樁提高1倍或以上的性能。
9.一種膨脹混凝土灌注樁的製造方法，其特徵在於在灌注樁孔中，全部澆築膨脹混凝土形成單一材料的樁體；樁體澆築好12小時之後，用泥漿泵通過樁體中預埋的注漿管向樁端的軟土中壓注摻加5 10wt%權利要求12所述膨脹劑或12wt% UEA膨脹劑的水泥漿體二4小時後水泥固化形成樁端固化體。
10.一種由權利要求9所述方法製造得到的膨脹混凝土灌注樁，其特徵在於，由膨脹混凝土澆築組成樁體，且樁端帶固化體，該灌注樁稱為III型樁。
11.根據權利要求10所述膨脹混凝土灌注樁，其特徵在於，所述III型樁具有單樁承載力比相同尺寸和強度等級的普通混凝土樁提高1倍或以上的性能。
12.一種混凝土膨脹劑，用於權利要求1至11任一所述膨脹混凝土中或加有膨脹劑的水泥漿體中，所述膨脹混凝土的膨脹率為 3%，其特徵在於，採用40% 80wt%石灰石和20% 60wt %石膏共同粉磨，在迴轉窯中經1300°C 1500°C高溫煅燒，再將這種煅燒物質按照20 % 80wt %的比例，與20 % 80wt %的硫鋁酸鈣水泥熟料或明礬石或鋁酸鈣水泥熟料或其混合物共同粉磨至比表面積150 400m2/kg。
全文摘要
一種膨脹混凝土灌注樁及其製造方法以及一種混凝土膨脹劑，屬於混凝土樁基工程材料和施工技術領域，該方法是在灌注樁孔中依次交替澆築普通混凝土和膨脹混凝土，形成竹節狀的I型樁；在上述I型樁或膨脹混凝土樁的樁端注漿則形成II型樁或III型樁。本發明的膨脹劑是由40～80％的石灰石和20～60％石膏共同粉磨，在迴轉窯中經1300～1500℃高溫煅燒，再將這種煅燒物質按重量20～80％與20～80％的硫鋁酸鈣水泥或明礬石或鋁酸鈣水泥或其混合物共同粉磨至比表面積150～400m2/kg。本發明可以顯著降低膨脹混凝土灌注樁的造價，與普通混凝土灌注樁相比，明顯提高單樁灌注樁承載力。
文檔編號E02D5/34GK102162244SQ20111005919
公開日2011年8月24日 申請日期2011年3月11日 優先權日2011年3月11日
發明者劉立, 趙順增 申請人:中國建築材料科學研究總院