一种无筋预制混凝土薄壁桩及其制作方法和应用与流程

【技术领域】

本发明涉及预制桩制造技术领域，具体涉及一种无筋预制混凝土薄壁桩及其制作方法和应用。

背景技术：

预制桩因其产品质量可靠，施工效率高，在建筑、市政工程等领域应用广泛，随着越来越多技术复杂、工艺先进的工程项目不断涌现，预制桩的应用范围越来越广，桩型愈加丰富。无筋预制混凝土薄壁桩是一种新型混凝土预制桩，它承载力大，桩身耐腐蚀性、耐久性好，对钢材的消耗少，性价比高，具有广阔的应用前景。

对一些基础处于软基地带的别墅、厂房、地下车站等低层建筑物而言，采用深基桩作为基础持力桩，虽然性能可靠，但显然并不经济；若采用地基土整体换填加固的方法，其造价高，施工难度大；而采用一般的地基加固等方法，其处理效果差强人意，基础的承载力及抗浮性差，可靠性远不及桩基础。因此，可采用二者相结合的方式，先对软基土采用注浆加固等措施，再对有抗浮、有承载力要求的部位施打预制桩，从而形成劲性体复合地基。

用于劲性体复合地基的预制桩，目前以钢筋混凝土预制管桩为主，其优点是力学性能、耐久性好，桩身强度高；缺点是用钢量大，造价高，在地基加固方案中经济性较差，因此在地基处理中尚未被广泛应用。但劲性体复合地基，在处理效果及稳定性方面，仍然是地基处理方案的最佳选择之一，其充分发挥了桩土共同承载的原理，同时具有桩基础及地基加固的优点，这是其他处理方法所无法比拟的。

技术实现要素：

本发明提出一种无筋预制混凝土薄壁桩及其制作方法。不同于传统的高配筋率的普通预制管桩，该桩型大大减小了混凝土用钢量，使之在复合地基中作为劲性体使用，具有非常高的性价比及实用性。

本发明是这样实现的：

本发明首先提供了一种无筋预制混凝土薄壁桩，至少由以下重量份数的原料制备而成：水泥400-700份，矿物掺合料50-100份，砂700-1000份，水100-250份，减水剂5-20份，引气剂3-8份，复合纤维70-130份。

进一步地，所述水泥选用52.5硅酸盐水泥。

进一步地，所述砂选用天然河砂(细度模数2.5-3.0，ⅱ区集配，含泥量≤0.5％)。

进一步地，所述矿物掺合料由硅灰、偏高岭土和粉煤灰微珠组成，且各组成原料的重量比例如下：硅灰占比30％～50％，偏高岭土20％～40％，粉煤灰微珠占10％～20％，上述重量比之和为百分百。

进一步地，所述复合纤维由重量比1:3的碳纤维与钢纤维组成。优选地，所述碳纤维采用短切聚丙烯腈基碳纤维，所述钢纤维为波形钢纤维，长度在10～60毫米，直径0.2～0.6毫米，抗拉强度≥500mpa。

进一步地，所述减水剂采用聚羧酸高性能减水剂。

进一步地，所述引气剂为ah系列。

本发明还提供了所述的无筋预制混凝土薄壁桩的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、超高性能混凝土的制备：

将砂、水泥、掺合料投入强制式搅拌机中搅拌均匀，边搅拌边加入约30％的水后，继续添加减水剂、引气剂、复合纤维与剩余的水继续搅拌，直至流动度符合工艺要求，制成坍落度在70-120mm的新拌混凝土。

步骤2、制作薄壁桩：

将搅拌后的所述新拌混凝土进行布料、合模，、离心成型，制成壁厚在30-50mm的管桩；成型完毕后，先将管桩带模放进蒸养池中常压养护，待混凝土强度达到脱模标准后，拆模并静置一段时间，然后放入蒸压釜中二次养护，使出厂时的桩身混凝土达到c80及以上的强度标准。

最后，本发明提供了所述无筋预制混凝土薄壁桩在劲性体复合地基中的应用。

在劲性体复合地基中，无筋预制混凝土薄壁桩可作为复合地基的竖向增强体使用，相比于cfg桩等一般复合地基，其质量更稳定，作用效果更佳。其主要应用方式是将桩体插在各种柔性桩、刚性桩及复合桩中，形成劲性体复合地基，也可用作一般建筑物的地基基础加固、路基处理等。无筋预制混凝土薄壁桩用于劲性体复合地基时，它的应用原理是由刚度较大的预制桩和桩间土共同承担上部荷载，可用于处理粘性土、粉土、砂土、淤泥质土等地基，其特点是承载力大、沉降变形小、可调节性及稳定性好。在上部荷载作用下，大部分荷载由桩体承受，又由于桩与土间的挤土效应，桩周摩擦力也得到了充分发挥。随着桩侧阻力逐渐增加，桩端阻力也平稳增强，在桩顶褥垫层的调节作用下，桩周土与桩身共同工作，逐渐形成复合地基。

本发明通过采用超高性能混凝土，添加适量复合纤维，能够提高桩身结构的抗拉、抗弯强度，大幅增强其韧性及抗冲击性能。从而在不配置钢筋的情况下，制作出无筋预制混凝土薄壁桩。该桩型用于劲性体复合地基时，对地基的承载力提高较大，可调节性强，桩长在1m～20m不等，能够全桩长发挥桩侧阻力，桩身承载力可占上层建筑物荷载的40％～80％。在进行地基设计时，通过改变桩径、桩长、壁厚、桩间距等参数，可达到不同要求的地基承载力设计标准。本发明作为复合地基的竖向增强体时，地基的沉降较小，沉降值可控制在20mm之内，使得桩端落在压缩性较小的土层上，劲性体与桩间土的承载力都能得到充分发挥。

本发明具有如下优点：

1、本发明制作的无筋预制混凝土薄壁桩，通过在混凝土中添加钢纤维，在离心时均匀地分布于管桩截面内，能明显提高混凝土的抗压、抗劈裂及抗折强度，还能提高构件的抗冲击性及抗弯性，同时其展开面积大，与混凝土的粘结力非常高，可以有效提高混凝土的抗拉及抗剪性能。

2、本发明制作的无筋预制混凝土薄壁桩，通过添加碳纤维，与钢纤维组成复合纤维，可进一步提高混凝土的强度、韧性及耐酸碱性，使之在不配置钢筋的情况下，仅使用混凝土便可制成薄壁桩等构件，这大大提升了产品的经济性。

3、在混凝土中掺入偏高岭土、硅灰，这两种掺和料中的活性成分与水泥中的氢氧化钙反应生成铝硅酸钙等水化产物，不仅能使混凝土的抗压、抗弯和劈裂抗拉强度得到增强，还增加了纤维混凝土的抗弯韧性。此外，偏高岭土、硅灰具有很好的填充效应，能够提高混凝土的密实性，保持后期强度稳定增长，可以经受住氯盐、硫酸盐等恶劣环境的长期侵蚀。而且，偏高岭土、硅灰的加入能够显著改善混凝土的碱—集料反应，保证了构件具有较好的耐久性和较长的使用寿命。

4、本发明制作的无筋预制混凝土薄壁桩，在混凝土中添加粉煤灰微珠，其滚珠效应能够达到物理降粘的作用，能够改善混凝土拌合物的和易性、保水性，提高混凝土流动度，便于批量生产。另外，再通过聚羧酸减水剂及引气剂组分的加入，在低用水量的情况下，降低混凝土粘度，引入了一定量均匀分布的微小气泡，降低混凝土的热传导性，提高了混凝土的体积稳定性、抗冻性、抗盐渍性、抗渗性等性能，有效提高了构件的使用寿命。

【具体实施方式】

本发明涉及一种无筋预制混凝土薄壁桩，包括如下重量份数的组分：水泥400-700份，矿物掺合料50-100份，砂700-1000份，水100-250份，减水剂5-20份，引气剂3-8份，复合纤维70-130份。

进一步地，所述水泥选用52.5硅酸盐水泥。

进一步地，所述砂选用天然河砂(细度模数2.5-3.0，ⅱ区集配，含泥量≤0.5％)。

进一步地，所述矿物掺合料由硅灰、的偏高岭土和粉煤灰微珠组成。

其中硅灰能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物反应生成凝胶体，是提高混凝土强度最有效的掺合料，但掺量过多会使混凝土的粘滞性增大，按掺合料的30％～50％掺入较为合适；偏高岭土是一种高活性火山灰材料，相比于普通矿物掺合料，它的优势在于能够明显提高纤维混凝土的抗弯韧性，且不影响混凝土的和易性及流动性，其掺量占总灰量的5％左右，即掺合料的20％～40％；粉煤灰微珠的滚珠效应可以减小混凝土的粘度，提高混凝土密实性，且其成本低，来源广，对粒径要求不高(0.5μm～3μm)，其掺量为掺合料的10％～20％即可。

进一步地，所述复合纤维由重量比1:3的碳纤维与钢纤维组成。所述碳纤维采用短切聚丙烯腈基碳纤维，所述钢纤维为波形钢纤维，长度在10～60毫米，直径0.2～0.6毫米，抗拉强度≥500mpa。

进一步地，所述减水剂采用聚羧酸高性能减水剂。

进一步地，所述引气剂为ah系列。

进一步地，所述的一种无筋预制混凝土薄壁桩的制作方法，步骤如下：

步骤1、超高性能混凝土的制备：

将砂、水泥、掺合料投入强制式搅拌机中搅拌均匀，边搅拌边加入约30％的水后，继续添加减水剂、引气剂、复合纤维与剩余的水继续搅拌，直至流动度符合工艺要求，制成坍落度在70-120mm的新拌混凝土。

步骤2、制作薄壁桩：

将搅拌后的所述新拌混凝土进行布料、合模、离心成型，制成壁厚在30-50mm的管桩；成型完毕后，先将管桩带模放进蒸养池中常压养护，待混凝土强度达到脱模标准后，拆模并静置一段时间，然后放入蒸压釜中继续进行二次养护，使出厂时的桩身混凝土能达到c80及以上的强度标准。

以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

表1、实施例与对照例混凝土配合比单位(重量份)

表2、实施例与对照例检验结果

注：以上各实施例中采用相同原料，比较的是组份间的不同重量比例，制作的管桩壁厚均为40mm，按常规工艺制作薄壁桩。

通过上述表1和表2中实施例与对照例的试验结果分析，用于制作本发明薄壁桩的超高性能混凝土，在各组分配比合理的情况下，材料的性能得以充分发挥，配制出的混凝土性能相当可观。实施例1中的硅灰、粉煤灰微珠配比合理，混凝土流动性好，填充效应显著，这大大减小了混凝土的孔隙，其28d抗压强度达到c80以上，且抗碳化、抗侵蚀性均优于其余例。钢纤维与碳纤维比值在3:1时，性价比较高，其抗压、抗拉、抗裂及抗冻性能均得到明显提升。因此用实施例1中的混凝土制作薄壁桩，在承载力、抗裂性、耐久性等方面，是能够满足地基处理的使用要求的，作为劲性体使用时，具有非常高的性价比及可靠性。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

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