2024年4月26日发(作者：郏锦文)

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(21)申请号 CN2.0

(22)申请日 2014.03.27

(71)申请人 东南大学

地址 211189 江苏省南京市江宁区东南大学路2号

(72)发明人 张亚梅 韩彦

(74)专利代理机构 南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)

代理人 杨晓玲

(51)

C04B28/04

C04B18/12

C04B14/06

C04B14/02

(10)申请公布号 CN 103922669 A

(43)申请公布日 2014.07.16

权利要求说明书 说明书 幅图

(54)发明名称

制备预应力高强度混凝土管桩的混

凝土及管桩的制备方法

(57)摘要

本发明公开了一种制备预应力高强

度混凝土管桩的混凝土，该混凝土中，每

立方混凝土由以下组分组成：硅酸盐水

泥：360-500kg；S95矿粉：50-150kg；超

细矿粉：0-50kg；砂：700-750kg；碎石：

1150-1250kg；水：115-151kg；减水剂：

3.68-5.4kg；激发剂：9.2-10.8kg。该混凝

土成本低廉，且具有良好的强度和耐侵蚀

性能。同时还提供该预应力高强度混凝土

管桩的制备方法，该制备方法简单易操

作，有利于降低制备成本，且提高管桩的

耐侵蚀能力。

法律状态

法律状态公告日

法律状态信息

法律状态

权 利 要 求 说 明 书

1.一种制备预应力高强度混凝土管桩的混凝土，其特征在于，该混凝土中，每立方

混凝土由以下组分组成：

硅酸盐水泥：360-500kg；

S95矿粉： 50-150kg；

超细矿粉：0-50kg；

砂： 700-750kg；

碎石： 1150-1250kg；

水： 115-151kg；

减水剂：3.68-5.4kg；

激发剂：9.2-10.8kg。

2.按照权利要求1所述的制备预应力高强度混凝土管桩的混凝土，其特征在于，所

述的超细矿粉是指比表面积大于或等于800m²/kg，且粒径≤4μm的矿

粉；S95矿粉的比表面积为400—500m²/kg。

3.按照权利要求1所述的制备预应力高强度混凝土管桩的混凝土，其特征在于，所

述的砂的细度模数为2.4，含泥量小于0.8%。

4.按照权利要求1所述的制备预应力高强度混凝土管桩的混凝土，其特征在于，所

述的激发剂为无机盐类。

5.按照权利要求4所述的制备预应力高强度混凝土管桩的混凝土，其特征在于，所

述的激发剂为CaCl₂，或者NaSO₄。

6.按照权利要求1所述的制备预应力高强度混凝土管桩的混凝土，其特征在于，所

述的减水剂的固含量为20%-30%，减水率大于或等于25%。

7.按照权利要求1所述的制备预应力高强度混凝土管桩的混凝土，其特征在于，所

述的S95矿粉与超细矿粉的质量比为3-5:1。

8.一种利用权利要求1所述的混凝土制备预应力高强度混凝土管桩的制备方法，其

特征在于，该制备方法包括以下过程：

第一步：制备混凝土：将砂、硅酸盐水泥、超细矿粉、激发剂和S95矿粉加入搅

拌机中搅拌，经过搅拌时间0.5-1分钟后，加入碎石搅拌，在搅拌碎石过程中加入

水，形成混合物，再加入减水剂和水，进行搅拌2-3分钟，形成混凝土；

第二步：制备预应力高强度混凝土管桩：将第一步制成的混凝土放入模

具中，进行布料张拉，施加预应力，然后通过混凝土管桩离心机对混凝土离心成型，

得到预应力高强度混凝土管桩；

第三步：进行第一次养护：采用常压蒸汽养护，将第二步制得的预应力高强度混

凝土管桩置于蒸养池中，静停1-2小时后，以25℃/小时升温到75—80℃，恒温

6—8小时，然后1小时内降温到室温；

第四步：将预应力高强度混凝土管桩拆模；

第五步：进行第二次养护：将第四步拆模后的预应力高强度混凝土管桩用自然浇水

养护或水养。

9.按照权利要求1所述的预应力高强度混凝土管桩的制备方法，其特征在于，所述

的第五步中，第二次养护的养护时间为3—10天。

说 明 书

技术领域

本发明涉及一种预应力混凝土制品，具体来说，涉及一种制备预应力高强度

背景介绍

预应力高强度混凝土（英文全称为：Prestressed High Strength Concrete

Pipe Piles，文中简称PHC）管桩指经过先张预应力、离心成型及高压蒸养

艺生产而成的一种空心环形等截面预制混凝上构件。与其它基础建设

PHC管桩具有力学性能优异、施工周期短、性价比高且施工

因此在建筑行业中得到广泛应用。目前国内外大

和蒸压养护的二次养护方式，蒸压养护可

性能要求，但是该养护方式能耗大、

能环保背景下，越来越多的

混凝土管桩的混凝土及管桩的制备方法。

等工

材料相比，

条件限制少等优点，

部分PHC管桩生产采用蒸汽养护

以提高管桩生产效率，快速达到出厂的

占用时间长且容易引发质量问题。在当今节

学者着手研究生产免压蒸PHC管桩。

随着PHC管桩应用范围的不断扩大，服役环境气候和以往多有不同，对管桩

耐环境侵蚀性能也有更多要求。PHC管桩最先应用南方区域，南方环境里

桩普遍面临着地下水的侵蚀，而在偏中西部地区，地下水中富

化学侵蚀物质，对PHC管桩耐久性能影响很大。近年

港口、跨海桥梁等海洋工程，PHC管桩

PHC管桩在北方区域应用

口建设中使用。

怀疑它

PHC管

含硫酸盐等易产生

来PHC管桩同样被广泛用于

在海洋环境下耐久性日益得到人们的关注。

较晚，2011年PHC管桩开始在大连、营口等一些北方港

在北方抗冻性能要求很高，PHC管桩目前使用量还很少，原因是

的抗冻以及抗冰荷载能力。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种制备预应力高强度混凝

土管桩的混凝土，该混凝土成本低廉，且具有良好的强度和耐侵蚀性能。同

提供该预应力高强度混凝土管桩的制备方法，该制备方法简单易操作，

低制备成本，且提高管桩的耐侵蚀能力。

时还

有利于降

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种制备预应力高强度混凝土管桩的混凝土，该混凝土中，每立方混凝土由

进一步，所述的超细矿粉是指比表面积大于或等于800m²/kg，且粒径

≤4μm

进一步，所述的砂的细度模数为2.4，含泥量小于0.8%。

进一步，所述的激发剂为无机盐类。

进一步，所述的激发剂为CaCl₂，或者NaSO₄。

进一步，所述的减水剂的固含量为20%-30%，减水率大于或等于25%。

一种利用上述的混凝土制备预应力高强度混凝土管桩的制备方法，该制备方

第一步：制备混凝土：将砂、硅酸盐水泥、超细矿粉、激发剂和S95矿粉加

法包括以下过程：

的矿粉；S95矿粉的比表面积为400—500m²/kg。

以下组分组成：

入搅拌机中搅拌，经过搅拌时间0.5-1分钟后，加入碎石搅拌，在搅拌碎石

中加入水，形成混合物，再加入减水剂和水，进行搅拌2-3分钟，形

过程

成混凝土；

第二步：制备预应力高强度混凝土管桩：将第一步制成的混凝土放入模具中，

得

第三步：进行第一次养护：采用常压蒸汽养护，将第二步制得的预应力高强

度混凝土管桩置于蒸养池中，静停1-2小时后，以25℃/小时升温到75—

恒温6—8小时，然后1小时内降温到室温；

进行布料张拉，施加预应力，然后通过混凝土管桩离心机对混凝土离心成型，

到预应力高强度混凝土管桩；

80℃，

第四步：将预应力高强度混凝土管桩拆模；

第五步：进行第二次养护：将第四步拆模后的预应力高强度混凝土管桩用自

进一步，所述的第五步中，第二次养护的养护时间为3—10天。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

（1）耐久性佳。本发明的PHC管桩与现有的PHC管桩相比，在成分方面添加

了S95矿粉、超细矿粉和激发剂。本发明的PHC管桩的抗环境侵蚀能力更

水环境下冻融循环次数350次以上不破坏，盐水介质下抗冻融

天氯离子扩散系数小于1.02×10^-

月氯离

然浇水养护或水养。

强，淡

性大于F300。30

12m²/s，其中在质量份数5%的NaCl溶液中3个

子渗透深度小于25mm，质量份数10%的Na₂SO₄溶液中

自然浸泡试件180 天相对膨胀小于0.2%。

（2）强度佳。本发明的PHC管桩制造工艺与原来的制备方法相比，使用常压

蒸汽养护与自然浇水养护或水样结合养护方式，所生产的免压蒸PHC管桩

性能满足规范的各种要求。 的强度

（3）经济性佳。本发明的PHC管桩制造工艺与原来的制备方法相比，取消了

蒸压养护步骤，节约投资成本，简化了生产过程，减少了人力资源消耗，同

省了许多能源损耗，与传统蒸压生产的PHC管桩相比，生产一米

少接近10.3元。

时节

PHC管桩成本要

具体实施方式

下面具体介绍本发明的技术方案，并结合实施例，说明本发明所具有的的技

本发明的一种制备预应力高强度混凝土管桩的混凝土，每立方混凝土由以下

上述的混凝土中，超细矿粉是指比表面积大于或等于800m²/kg，且粒

径≤4 μm的矿粉。S95矿粉的比表面积为

S95和S105

盐水泥

组分组成：

术效果。

400—500m²/kg。现有矿粉按活性指数可分为

两种级别。选择S95矿粉经济性好。超细矿粉选用主要是配合硅酸

和S95矿粉使用，使粉料形成紧密堆积。

上述的混凝土中，砂的细度模数为2.4，含泥量小于0.8%。激发剂为无机盐

类。作为优选，激发剂为CaCl₂，或者

的激发Na₂SO₄。现有矿物掺合料矿粉、粉煤灰等

剂有强酸、碱、无机盐。酸、碱作为激发剂效果好但使用复杂，且价格昂

贵。无机盐可直接与矿粉混合掺入使用，工艺简单可操作性强，且原材料易

减水剂的固含量为20%-30%，减水率大于或等于25%的早强高效减

桩混凝土水灰比比较低，一般低于0.3，添加高减水率

保证工作性情况下，提升PHC管桩混凝土的强

得。

水剂。PHC管

的高效减水剂，混凝土可

度。

上述的混凝土中，当仅掺入S95矿粉时，矿物掺合料为S95矿粉。当同时掺

入S95矿粉和超细矿粉时，矿物掺合料为S95矿粉和超细矿粉的混合物。

粉与超细矿粉混合掺入时，S95矿粉与超细矿粉的质量比为3-5:1。

硅酸盐水泥、S95矿粉和超细矿粉的混合物。矿物掺合料占胶

5%-20%。硅酸盐水泥为等级52.5I或52.5Ⅱ型硅酸盐

S95矿

胶凝材料为

凝材料总质量的

水泥。

上述的预应力高强度混凝土管桩的制备方法，包括以下过程：

第一步：制备混凝土：将砂、硅酸盐水泥、超细矿粉、激发剂和S95矿粉加

入搅拌机中搅拌，经过搅拌时间0.5—1分钟后，加入碎石搅拌，在搅拌碎

程中加入水，形成混合物，再加入减水剂和水，进行搅拌2—3分钟，

土。

石过

形成混凝

第二步：制备预应力高强度混凝土管桩：将第一步制成的混凝土放入模具中，

得

第二步中，免压蒸PHC管桩混凝土成型过程中，环境温度对混凝土工作性能

有很大影响，环境温度越低，相同配合比混凝土流动性变小，坍落度降低，

适当调节减水剂用量。

进行布料张拉，施加预应力，然后通过混凝土管桩离心机对混凝土离心成型，

到预应力高强度混凝土管桩。

需要

第三步：进行第一次养护：采用常压蒸汽养护，将第二步制得的预应力高强

度混凝土管桩置于蒸养池中，静停1-2小时后，以25℃/小时升温到75—

恒温6—8小时，然后1小时内降温到室温。 80℃，

第三步中，常压蒸汽养护包括静停、升温、恒温和降温四个阶段，主要参数

有静停时间、升温时间、恒温时间、恒温温度和降温时间，这些参数的变化

凝土力学性能及耐久性有很大影响。 对混

第四步：将预应力高强度混凝土管桩拆模；

第五步：进行第二次养护：将第四步拆模后的预应力高强度混凝土管桩用自

第五步中，外界环境温度越高，所需的养护时间越短。水养护PHC管桩与自

然浇水养护PHC管桩，强度方面基本持平，但在耐久性以及韧性方面，水

优于自然浇水养护。

然浇水养护或水养。第二次养护的养护时间为3—10天。

养护要

本发明的混凝土中，S95矿粉与超细矿粉在激发剂作用下，与硅酸盐水泥水

化产物Ca(OH)₂进一步反应，填充混凝土孔隙，改善孔结构，

达到耐环境侵蚀的作用。同时，硅酸盐水泥、S95矿粉

使用，形成固体颗粒间紧密堆积，降低了孔隙率，

的PHC管桩在第二次养护后强度达到

快速水化，水化产物与碎石、

降低孔隙率，从而

和超细矿粉三种材料一起

耐久性得到相应提升。本发明

83MPa以上，硅酸盐水泥在常压蒸汽养护时

砂等骨料紧密结合硬化提高管桩强度。

本发明的制备方法中，采用常压蒸汽养护和自然浇水养护或者水养的两段养

护方式，去除了传统PHC管桩生产中采用的蒸压养护方式，降低燃煤消耗，

减少 了生产成本并且简化了生产步骤，同时提升了PHC管桩性能，尤其

力。本发明的管桩制备方法中，矿物掺合料为S95矿

机盐类；减水剂为聚羧酸类早强型高效减

预应力张拉、离心成型和养护后3

可达到95MPa。

耐环境侵蚀能

粉与超细矿粉；激发剂为无

水剂，配料搅拌制得混凝土，经浇模、

天平均抗压强度可达到83MPa以上，最高强度

下面例举具体实施例。对每个实施例制备的管桩进行力学性能测试和耐环境

侵蚀性能测试。力学性能测试包括抗压强度和劈裂抗拉强度测试，试验方法

JTJ270-1998《水运工程混凝土试验规程》。耐环境侵蚀性能测试包

蚀性测试、耐硫酸盐侵蚀性测试以及抗冻融性测试。

参照

括耐氯盐侵

耐氯盐侵蚀性测试包括依照国标号为GB/T50082-2009《普通混凝土长期性

能和耐久性能试验方法》进行的快速氯离子扩散系数测试，以及依照何世钦

连理工大学结构工程》上发表博士论文“在氯离子环境下钢筋

验研究”中公开的方法进行

环境。

在《大

混凝土耐久性能试

自然渗透测试。自然渗透测试模拟PHC管桩实际服役

耐硫酸盐侵蚀性测试采用质量分数为10%的硫酸钠溶液和普通水下自然浸

泡，试件膨胀以及表面损坏情况作为耐硫酸盐侵蚀性高低判定依据。普通水

然浸泡作为是否产生延迟钙矾石生成的对比，PHC管桩在常压高温

（75-80℃），钙矾石分解到水化产物中，服役环境中，当外

重新反应生成钙矾石，过程中提及迅速增加，对

下自

下蒸汽养护

界环境条件适宜，在

整个PHC管桩稳定性有较大影响。

抗冻融性测试采用淡水浸泡和海水浸泡两种方式。抗冻融性测试试验方法参

标

照国标号为GB/T50082-2009的《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法

准》。抗冻融性测试评价方法主要有三个：1）表面外观变化，冻融

对表面形貌有一定损害；2）质量损失率，试件在一定循环次数增多

冻融循环次数下质量损失 率小于5%为合格；3）相对动弹模量保留值，

原来的60%以上。 达到一定循环次数下动弹魔量将为

实施例1

a）原材料选备：硅酸盐水泥水泥选用52.5Ⅱ型硅酸盐水泥。S95矿粉为南

京梅宝产S95矿粉。砂为细度模数为2.4的河砂，且含泥量为0.6%。碎石

连续技配玄武岩碎石，含泥量小于0.3%。减水剂选择聚羧酸

剂。激发剂为CaCl₂。水为普通自来水。

为5-25mm

类早强型高效减水

一立方本实施例的混凝土中各组分的质量如表1所示。

表1（单位：kg）

b）制备预应力高强度混凝土管桩：

第一步：制备混凝土：将砂、硅酸盐水泥和S95矿粉加入搅拌机中搅拌，经

形

第二步：制备预应力高强度混凝土管桩：将第一步制成的混凝土放入模具中，

进行布料张拉，施加预应力，然后通过混凝土管

到预应力高强度混凝土管桩。

过搅拌时间1分钟后，加入碎石搅拌，在搅拌碎石过程中加入四分之三的水，

成混合物，再加入减水剂和余下的水，进行搅拌2分钟，形成混凝土。

桩离心机对混凝土离心成型，得

第三步：进行第一次养护：采用常压蒸汽养护，将第二步制得的预应力高强

温8

度混凝土管桩置于蒸养池中，静停2小时后，以25℃/小时升温到80℃，恒

小时，然后1小时内降温到室温；

第四步：将预应力高强度混凝土管桩拆模；

第五步：进行第二次养护：将第四步拆模后的预应力高强度混凝土管桩用自

c)对实施例1制备的管桩进行力学性能测试和耐环境侵蚀性能测试。

（1）实施例1管桩的力学性能：

实施例1管桩的抗压强度如表2所示。

表2

从表2可以看出实施例1管桩3天强度大于80MPa，达到GB13476-2009规

定的PHC管桩出厂强度要求。劈裂抗拉强度大于4.5MPa，平均达到

然浇水养护或水养。

4.61MPa。

（2）实施例1管桩的耐久性能：

耐氯盐侵蚀性测试：实施例1管桩7天氯离子扩散系数为3.1×10^-

10m²/s，30 天氯离子扩散系数为9.4×10-

¹³m²/s。氯盐浸泡下(质量分数为5%NaCl溶液)管桩

不同深度下氯离子含量见表3。从表3中可以看出：在90天浸泡下，试块

40mm氯离子占混凝土重量仅为0.003%。 内部

表3

耐硫酸盐侵蚀性测试：混凝土管桩试件在质量分数为10%的硫酸钠溶液中

抗冻融性能测试：实施例1的管桩在淡水介质中冻融循环350次，质量损失

同

率在0.5%以内，动弹性模量为原来的70%左右，抗冻等级达到了F350以上。

样配比混凝土管桩在海水介质中冻融循环300次，质量损失率在1%

性模量大于原来的70%。

180天膨胀小于0.2%，淡水中膨胀小于0.1%。

以下，动弹

实施例2

a）原材料选备：本实施例原材料选备与实施例1相同，不同的是，本实施

例中加入超细矿粉，且超细矿粉的比表面积为700m²/kg，且粒

激发剂为Na₂SO₄。 径为3μm的矿粉；

本实施例的PHC管桩混凝土的配合比如表4所示。

表4

b）制备预应力高强度混凝土管桩：

第一步：制备混凝土：将砂、硅酸盐水泥、超细矿粉和S95矿粉加入搅拌机

中搅拌，经过搅拌时间0.5分钟后，加入碎石搅拌，在搅拌碎石过程中加入

四分

形成混凝

之三的水，形成混合物，再加入减水剂和余下的水，进行搅拌3分钟，

土。

第二步：制备预应力高强度混凝土管桩：将第一步制成的混凝土放入模具中，

得

第三步：进行第一次养护：采用常压蒸汽养护，将第二步制得的预应力高强

温6

第四步：将预应力高强度混凝土管桩拆模；

第五步：进行第二次养护：将第四步拆模后的预应力高强度混凝土管桩用自

对实施例2制备的管桩进行力学性能测试和耐环境侵蚀性能测试。测试结果

（1）实施例2管桩的力学性能：

实施例2管桩的抗压强度测试结果如表5所示。

表5

从表5可以看出：实施例2管桩3天强度大于85MPa，平均强度达到86.2MPa，

7天强度大于90MPa，远远达到GB13476-2009规定的PHC管桩出厂强度要

如下：

然浇水养护或水养。

度混凝土管桩置于蒸养池中，静停1小时后，以25℃/小时升温到75℃，恒

小时，然后1小时内降温到室温；

进行布料张拉，施加预应力，然后通过混凝土管桩离心机对混凝土离心成型，

到预应力高强度混凝土管桩。

求。劈

裂抗拉强度4.6MPa以上，平均达到4.73MPa。

（2）实施例2管桩的耐久性能：

耐氯盐侵蚀性测试：实施例2的PHC管桩混凝土7天氯离子扩散系数为1.08

×10^-10m²/s，30天氯离子扩散系数为

0.76×10^-12m²/s。氯盐浸泡下(质量分数为

5%的NaCl溶液)混凝土不同深度下氯离子含量滴定结果如表6所示。从表6可以

表6

抗硫酸盐侵蚀性测试，混凝土试件在质量分数为10%的硫酸钠溶液中180天

抗冻融性能测试：实施例2的PHC管桩混凝土在淡水介质中冻融循环500

次，质量损失率在0.5%以内，而相对动弹性模量为原来的75%以上，抗冻

到了F500以上。同样配比的PHC

量损失率在1%以下，相对

膨胀小于0.15%，淡水中膨胀小于0.08%。

看出：90天浸泡下试块内部40mm处仍没有出现氯离子。

等级达

管桩混凝土在海水介质中冻融循环350次，质

动弹性模量大于原来的70%。

实施例3

a）原材料选备：实施例2的原材料与实施例1相同，所不同的是：砂为细

度模数为2.4的河砂，且含泥量为0.3%。

一立方本实施例的混凝土中各组分的质量如表7所示。

表7

b）制备预应力高强度混凝土管桩：

第一步：制备混凝土：将砂、硅酸盐水泥和S95矿粉加入搅拌机中搅拌，经

过搅拌时间0.8分钟后，加入碎石搅拌，在搅拌碎石过程中加入四分之三的

形成混合物，再加入减水剂和余下的水，进行搅拌2.6分钟，形成混

水，

凝土。

第二步：制备预应力高强度混凝土管桩：将第一步制成的混凝土放入模具中，

得

第三步：进行第一次养护：采用常压蒸汽养护，将第二步制得的预应力高强

度混凝土管桩置于蒸养池中，静停1.5小时后，以25℃/小时升温到78℃，

7小时，然后1小时内降温到室温；

进行布料张拉，施加预应力，然后通过混凝土管桩离心机对混凝土离心成型，

到预应力高强度混凝土管桩。

恒温

第四步：将预应力高强度混凝土管桩拆模；

第五步：进行第二次养护：将第四步拆模后的预应力高强度混凝土管桩用自

c)对实施例1制备的管桩进行力学性能测试和耐环境侵蚀性能测试。

（1）实施例3管桩的力学性能：

然浇水养护或水养。

实施例3管桩的抗压强度测试结果如表8所示。

表8

从表8可以看出实施例3管桩3天强度大于80MPa，达到GB13476-2009规

定的PHC管桩出厂强度要求。劈裂抗拉强度大于4.71MPa，平均达到

4.76MPa。

（2）实施例3管桩的耐久性能：

耐氯盐侵蚀性测试：实施例3的PHC管桩混凝土7天氯离子扩散系数为2.12

×10^-10m²/s，30天氯离子扩散系数为

1.56×10^-12m²/s。氯盐浸泡下(质量分数为

5%的NaCl溶液)混凝土不同深度下氯离子含量滴定结果如表9所示。从表9中可

表9

耐硫酸盐侵蚀性测试：混凝土管桩试件在质量分数为10%的硫酸钠溶液中

抗冻融性能测试：实施例3的管桩在淡水介质中冻融循环350次，质量损失

180天膨胀小于0.13%，淡水中膨胀小于0.07%。

以看出：在90天浸泡下，试块内部40mm氯离子占混凝土重量仅为0.006%。

率在0.5%以内，动弹性模量为原来的90%，抗冻等级达到了F350以上。同

比混凝土管桩在海水介质中冻融循环300次，质量损失率在0.9%以

模量大于原来的75%。

样配

下，动弹性

对比例

a）原材料选备：本对比例原材料选备与实施例1相同，不同的是，水泥为

一立方对比例的混凝土中各组分的质量如表10所示。

表10

第三步：进行第一次养护：采用常压蒸汽养护，将第二步制得的预应力高强

温6

第四步：将预应力高强度混凝土管桩拆模；

第五步：进行第二次养护：将第四步拆模后的预应力高强度混凝土管桩放入

对对比例制备的管桩进行力学性能测试和耐环境侵蚀性能测试。测试结果如

（1）对比例管桩的力学性能：

对比例管桩的抗压强度测试结果如表11所示。

表11

从表2可以看出实施例1管桩3天强度大于80MPa，达到GB13476-2009规定

（2）对比例管桩的耐久性能：

对比例管桩混凝土7天氯离子扩散系数为6.34×10^-10m²/s，

30天氯离子扩散 系数为5.56×10^-11m²/s。氯盐

的PHC管桩出厂强度要求。

下：

蒸压釜中养护4小时。

度混凝土管桩置于蒸养池中，静停1小时后，以25℃/小时升温到80℃，恒

小时，然后1小时内降温到室温；

浸泡下(质量分数为5%的NaCl溶液)混凝土不同深

度下氯离子含量滴定结果如表12所示。

表12

抗硫酸盐侵蚀性测试，对比例管桩混凝土试件在质量分数为10%的硫酸钠溶

抗冻融性能测试：对比例管桩混凝土在淡水介质中冻融循环150次，质量损

失率在5%以内，但相对动弹性模量降为原来的65%以上，抗冻等级达到了

以下。在海水介质中冻融循环50次，质量损失率在5%以上，相对

于原来的70%。

液中180天膨胀接近0.3%，淡水中膨胀接近0.15%。

F150

动弹性模量低

通过比较三个实施例和对比例在耐久性能的测试结果可知：三个实施例的抗

对

冻融性淡水介质下达到F350以上，海水介质中冻融循环到达300次未破坏。

比例管桩抗冻融性劣于实施例，淡水和海水介质下表面剥蚀严重，抗

数少。 冻融循环次

综上所述，本发明实施例采用的免压蒸PHC管桩混凝土，在力学性能与对比

例采用的蒸压养护的混凝土均达到C80级别。本发明实施例生产的免压蒸

管桩满足产品规范的要求。但在抗环境侵蚀性方面，本发明实施例采

PHC管桩比对比例制备的管桩更好，特别是在抗冻性能方面。

试件抗冻融性为F350以上，而对比例的压蒸后PHC管

于F250。同时，本发明的制备过程同样得到简

许多能源，经济效益改善明显。

PHC

用的免压蒸

实施例2的混凝土

桩混凝土试件抗冻融性小

化，人力资源消耗减少，节省了

2024年4月26日发(作者：郏锦文)

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(21)申请号 CN2.0

(22)申请日 2014.03.27

(71)申请人 东南大学

地址 211189 江苏省南京市江宁区东南大学路2号

(72)发明人 张亚梅 韩彦

(74)专利代理机构 南京瑞弘专利商标事务所(普通合伙)

代理人 杨晓玲

(51)

C04B28/04

C04B18/12

C04B14/06

C04B14/02

(10)申请公布号 CN 103922669 A

(43)申请公布日 2014.07.16

权利要求说明书 说明书 幅图

(54)发明名称

制备预应力高强度混凝土管桩的混

凝土及管桩的制备方法

(57)摘要

本发明公开了一种制备预应力高强

度混凝土管桩的混凝土，该混凝土中，每

立方混凝土由以下组分组成：硅酸盐水

泥：360-500kg；S95矿粉：50-150kg；超

细矿粉：0-50kg；砂：700-750kg；碎石：

1150-1250kg；水：115-151kg；减水剂：

3.68-5.4kg；激发剂：9.2-10.8kg。该混凝

土成本低廉，且具有良好的强度和耐侵蚀

性能。同时还提供该预应力高强度混凝土

管桩的制备方法，该制备方法简单易操

作，有利于降低制备成本，且提高管桩的

耐侵蚀能力。

法律状态

法律状态公告日

法律状态信息

法律状态

权 利 要 求 说 明 书

1.一种制备预应力高强度混凝土管桩的混凝土，其特征在于，该混凝土中，每立方

混凝土由以下组分组成：

硅酸盐水泥：360-500kg；

S95矿粉： 50-150kg；

超细矿粉：0-50kg；

砂： 700-750kg；

碎石： 1150-1250kg；

水： 115-151kg；

减水剂：3.68-5.4kg；

激发剂：9.2-10.8kg。

2.按照权利要求1所述的制备预应力高强度混凝土管桩的混凝土，其特征在于，所

述的超细矿粉是指比表面积大于或等于800m²/kg，且粒径≤4μm的矿

粉；S95矿粉的比表面积为400—500m²/kg。

3.按照权利要求1所述的制备预应力高强度混凝土管桩的混凝土，其特征在于，所

述的砂的细度模数为2.4，含泥量小于0.8%。

4.按照权利要求1所述的制备预应力高强度混凝土管桩的混凝土，其特征在于，所

述的激发剂为无机盐类。

5.按照权利要求4所述的制备预应力高强度混凝土管桩的混凝土，其特征在于，所

述的激发剂为CaCl₂，或者NaSO₄。

6.按照权利要求1所述的制备预应力高强度混凝土管桩的混凝土，其特征在于，所

述的减水剂的固含量为20%-30%，减水率大于或等于25%。

7.按照权利要求1所述的制备预应力高强度混凝土管桩的混凝土，其特征在于，所

述的S95矿粉与超细矿粉的质量比为3-5:1。

8.一种利用权利要求1所述的混凝土制备预应力高强度混凝土管桩的制备方法，其

特征在于，该制备方法包括以下过程：

第一步：制备混凝土：将砂、硅酸盐水泥、超细矿粉、激发剂和S95矿粉加入搅

拌机中搅拌，经过搅拌时间0.5-1分钟后，加入碎石搅拌，在搅拌碎石过程中加入

水，形成混合物，再加入减水剂和水，进行搅拌2-3分钟，形成混凝土；

第二步：制备预应力高强度混凝土管桩：将第一步制成的混凝土放入模

具中，进行布料张拉，施加预应力，然后通过混凝土管桩离心机对混凝土离心成型，

得到预应力高强度混凝土管桩；

第三步：进行第一次养护：采用常压蒸汽养护，将第二步制得的预应力高强度混

凝土管桩置于蒸养池中，静停1-2小时后，以25℃/小时升温到75—80℃，恒温

6—8小时，然后1小时内降温到室温；

第四步：将预应力高强度混凝土管桩拆模；

第五步：进行第二次养护：将第四步拆模后的预应力高强度混凝土管桩用自然浇水

养护或水养。

9.按照权利要求1所述的预应力高强度混凝土管桩的制备方法，其特征在于，所述

的第五步中，第二次养护的养护时间为3—10天。

说 明 书

技术领域

本发明涉及一种预应力混凝土制品，具体来说，涉及一种制备预应力高强度

背景介绍

预应力高强度混凝土（英文全称为：Prestressed High Strength Concrete

Pipe Piles，文中简称PHC）管桩指经过先张预应力、离心成型及高压蒸养

艺生产而成的一种空心环形等截面预制混凝上构件。与其它基础建设

PHC管桩具有力学性能优异、施工周期短、性价比高且施工

因此在建筑行业中得到广泛应用。目前国内外大

和蒸压养护的二次养护方式，蒸压养护可

性能要求，但是该养护方式能耗大、

能环保背景下，越来越多的

混凝土管桩的混凝土及管桩的制备方法。

等工

材料相比，

条件限制少等优点，

部分PHC管桩生产采用蒸汽养护

以提高管桩生产效率，快速达到出厂的

占用时间长且容易引发质量问题。在当今节

学者着手研究生产免压蒸PHC管桩。

随着PHC管桩应用范围的不断扩大，服役环境气候和以往多有不同，对管桩

耐环境侵蚀性能也有更多要求。PHC管桩最先应用南方区域，南方环境里

桩普遍面临着地下水的侵蚀，而在偏中西部地区，地下水中富

化学侵蚀物质，对PHC管桩耐久性能影响很大。近年

港口、跨海桥梁等海洋工程，PHC管桩

PHC管桩在北方区域应用

口建设中使用。

怀疑它

PHC管

含硫酸盐等易产生

来PHC管桩同样被广泛用于

在海洋环境下耐久性日益得到人们的关注。

较晚，2011年PHC管桩开始在大连、营口等一些北方港

在北方抗冻性能要求很高，PHC管桩目前使用量还很少，原因是

的抗冻以及抗冰荷载能力。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种制备预应力高强度混凝

土管桩的混凝土，该混凝土成本低廉，且具有良好的强度和耐侵蚀性能。同

提供该预应力高强度混凝土管桩的制备方法，该制备方法简单易操作，

低制备成本，且提高管桩的耐侵蚀能力。

时还

有利于降

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种制备预应力高强度混凝土管桩的混凝土，该混凝土中，每立方混凝土由

进一步，所述的超细矿粉是指比表面积大于或等于800m²/kg，且粒径

≤4μm

进一步，所述的砂的细度模数为2.4，含泥量小于0.8%。

进一步，所述的激发剂为无机盐类。

进一步，所述的激发剂为CaCl₂，或者NaSO₄。

进一步，所述的减水剂的固含量为20%-30%，减水率大于或等于25%。

一种利用上述的混凝土制备预应力高强度混凝土管桩的制备方法，该制备方

第一步：制备混凝土：将砂、硅酸盐水泥、超细矿粉、激发剂和S95矿粉加

法包括以下过程：

的矿粉；S95矿粉的比表面积为400—500m²/kg。

以下组分组成：

入搅拌机中搅拌，经过搅拌时间0.5-1分钟后，加入碎石搅拌，在搅拌碎石

中加入水，形成混合物，再加入减水剂和水，进行搅拌2-3分钟，形

过程

成混凝土；

第二步：制备预应力高强度混凝土管桩：将第一步制成的混凝土放入模具中，

得

第三步：进行第一次养护：采用常压蒸汽养护，将第二步制得的预应力高强

度混凝土管桩置于蒸养池中，静停1-2小时后，以25℃/小时升温到75—

恒温6—8小时，然后1小时内降温到室温；

进行布料张拉，施加预应力，然后通过混凝土管桩离心机对混凝土离心成型，

到预应力高强度混凝土管桩；

80℃，

第四步：将预应力高强度混凝土管桩拆模；

第五步：进行第二次养护：将第四步拆模后的预应力高强度混凝土管桩用自

进一步，所述的第五步中，第二次养护的养护时间为3—10天。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

（1）耐久性佳。本发明的PHC管桩与现有的PHC管桩相比，在成分方面添加

了S95矿粉、超细矿粉和激发剂。本发明的PHC管桩的抗环境侵蚀能力更

水环境下冻融循环次数350次以上不破坏，盐水介质下抗冻融

天氯离子扩散系数小于1.02×10^-

月氯离

然浇水养护或水养。

强，淡

性大于F300。30

12m²/s，其中在质量份数5%的NaCl溶液中3个

子渗透深度小于25mm，质量份数10%的Na₂SO₄溶液中

自然浸泡试件180 天相对膨胀小于0.2%。

（2）强度佳。本发明的PHC管桩制造工艺与原来的制备方法相比，使用常压

蒸汽养护与自然浇水养护或水样结合养护方式，所生产的免压蒸PHC管桩

性能满足规范的各种要求。 的强度

（3）经济性佳。本发明的PHC管桩制造工艺与原来的制备方法相比，取消了

蒸压养护步骤，节约投资成本，简化了生产过程，减少了人力资源消耗，同

省了许多能源损耗，与传统蒸压生产的PHC管桩相比，生产一米

少接近10.3元。

时节

PHC管桩成本要

具体实施方式

下面具体介绍本发明的技术方案，并结合实施例，说明本发明所具有的的技

本发明的一种制备预应力高强度混凝土管桩的混凝土，每立方混凝土由以下

上述的混凝土中，超细矿粉是指比表面积大于或等于800m²/kg，且粒

径≤4 μm的矿粉。S95矿粉的比表面积为

S95和S105

盐水泥

组分组成：

术效果。

400—500m²/kg。现有矿粉按活性指数可分为

两种级别。选择S95矿粉经济性好。超细矿粉选用主要是配合硅酸

和S95矿粉使用，使粉料形成紧密堆积。

上述的混凝土中，砂的细度模数为2.4，含泥量小于0.8%。激发剂为无机盐

类。作为优选，激发剂为CaCl₂，或者

的激发Na₂SO₄。现有矿物掺合料矿粉、粉煤灰等

剂有强酸、碱、无机盐。酸、碱作为激发剂效果好但使用复杂，且价格昂

贵。无机盐可直接与矿粉混合掺入使用，工艺简单可操作性强，且原材料易

减水剂的固含量为20%-30%，减水率大于或等于25%的早强高效减

桩混凝土水灰比比较低，一般低于0.3，添加高减水率

保证工作性情况下，提升PHC管桩混凝土的强

得。

水剂。PHC管

的高效减水剂，混凝土可

度。

上述的混凝土中，当仅掺入S95矿粉时，矿物掺合料为S95矿粉。当同时掺

入S95矿粉和超细矿粉时，矿物掺合料为S95矿粉和超细矿粉的混合物。

粉与超细矿粉混合掺入时，S95矿粉与超细矿粉的质量比为3-5:1。

硅酸盐水泥、S95矿粉和超细矿粉的混合物。矿物掺合料占胶

5%-20%。硅酸盐水泥为等级52.5I或52.5Ⅱ型硅酸盐

S95矿

胶凝材料为

凝材料总质量的

水泥。

上述的预应力高强度混凝土管桩的制备方法，包括以下过程：

第一步：制备混凝土：将砂、硅酸盐水泥、超细矿粉、激发剂和S95矿粉加

入搅拌机中搅拌，经过搅拌时间0.5—1分钟后，加入碎石搅拌，在搅拌碎

程中加入水，形成混合物，再加入减水剂和水，进行搅拌2—3分钟，

土。

石过

形成混凝

第二步：制备预应力高强度混凝土管桩：将第一步制成的混凝土放入模具中，

得

第二步中，免压蒸PHC管桩混凝土成型过程中，环境温度对混凝土工作性能

有很大影响，环境温度越低，相同配合比混凝土流动性变小，坍落度降低，

适当调节减水剂用量。

进行布料张拉，施加预应力，然后通过混凝土管桩离心机对混凝土离心成型，

到预应力高强度混凝土管桩。

需要

第三步：进行第一次养护：采用常压蒸汽养护，将第二步制得的预应力高强

度混凝土管桩置于蒸养池中，静停1-2小时后，以25℃/小时升温到75—

恒温6—8小时，然后1小时内降温到室温。 80℃，

第三步中，常压蒸汽养护包括静停、升温、恒温和降温四个阶段，主要参数

有静停时间、升温时间、恒温时间、恒温温度和降温时间，这些参数的变化

凝土力学性能及耐久性有很大影响。 对混

第四步：将预应力高强度混凝土管桩拆模；

第五步：进行第二次养护：将第四步拆模后的预应力高强度混凝土管桩用自

第五步中，外界环境温度越高，所需的养护时间越短。水养护PHC管桩与自

然浇水养护PHC管桩，强度方面基本持平，但在耐久性以及韧性方面，水

优于自然浇水养护。

然浇水养护或水养。第二次养护的养护时间为3—10天。

养护要

本发明的混凝土中，S95矿粉与超细矿粉在激发剂作用下，与硅酸盐水泥水

化产物Ca(OH)₂进一步反应，填充混凝土孔隙，改善孔结构，

达到耐环境侵蚀的作用。同时，硅酸盐水泥、S95矿粉

使用，形成固体颗粒间紧密堆积，降低了孔隙率，

的PHC管桩在第二次养护后强度达到

快速水化，水化产物与碎石、

降低孔隙率，从而

和超细矿粉三种材料一起

耐久性得到相应提升。本发明

83MPa以上，硅酸盐水泥在常压蒸汽养护时

砂等骨料紧密结合硬化提高管桩强度。

本发明的制备方法中，采用常压蒸汽养护和自然浇水养护或者水养的两段养

护方式，去除了传统PHC管桩生产中采用的蒸压养护方式，降低燃煤消耗，

减少 了生产成本并且简化了生产步骤，同时提升了PHC管桩性能，尤其

力。本发明的管桩制备方法中，矿物掺合料为S95矿

机盐类；减水剂为聚羧酸类早强型高效减

预应力张拉、离心成型和养护后3

可达到95MPa。

耐环境侵蚀能

粉与超细矿粉；激发剂为无

水剂，配料搅拌制得混凝土，经浇模、

天平均抗压强度可达到83MPa以上，最高强度

下面例举具体实施例。对每个实施例制备的管桩进行力学性能测试和耐环境

侵蚀性能测试。力学性能测试包括抗压强度和劈裂抗拉强度测试，试验方法

JTJ270-1998《水运工程混凝土试验规程》。耐环境侵蚀性能测试包

蚀性测试、耐硫酸盐侵蚀性测试以及抗冻融性测试。

参照

括耐氯盐侵

耐氯盐侵蚀性测试包括依照国标号为GB/T50082-2009《普通混凝土长期性

能和耐久性能试验方法》进行的快速氯离子扩散系数测试，以及依照何世钦

连理工大学结构工程》上发表博士论文“在氯离子环境下钢筋

验研究”中公开的方法进行

环境。

在《大

混凝土耐久性能试

自然渗透测试。自然渗透测试模拟PHC管桩实际服役

耐硫酸盐侵蚀性测试采用质量分数为10%的硫酸钠溶液和普通水下自然浸

泡，试件膨胀以及表面损坏情况作为耐硫酸盐侵蚀性高低判定依据。普通水

然浸泡作为是否产生延迟钙矾石生成的对比，PHC管桩在常压高温

（75-80℃），钙矾石分解到水化产物中，服役环境中，当外

重新反应生成钙矾石，过程中提及迅速增加，对

下自

下蒸汽养护

界环境条件适宜，在

整个PHC管桩稳定性有较大影响。

抗冻融性测试采用淡水浸泡和海水浸泡两种方式。抗冻融性测试试验方法参

标

照国标号为GB/T50082-2009的《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法

准》。抗冻融性测试评价方法主要有三个：1）表面外观变化，冻融

对表面形貌有一定损害；2）质量损失率，试件在一定循环次数增多

冻融循环次数下质量损失 率小于5%为合格；3）相对动弹模量保留值，

原来的60%以上。 达到一定循环次数下动弹魔量将为

实施例1

a）原材料选备：硅酸盐水泥水泥选用52.5Ⅱ型硅酸盐水泥。S95矿粉为南

京梅宝产S95矿粉。砂为细度模数为2.4的河砂，且含泥量为0.6%。碎石

连续技配玄武岩碎石，含泥量小于0.3%。减水剂选择聚羧酸

剂。激发剂为CaCl₂。水为普通自来水。

为5-25mm

类早强型高效减水

一立方本实施例的混凝土中各组分的质量如表1所示。

表1（单位：kg）

b）制备预应力高强度混凝土管桩：

第一步：制备混凝土：将砂、硅酸盐水泥和S95矿粉加入搅拌机中搅拌，经

形

第二步：制备预应力高强度混凝土管桩：将第一步制成的混凝土放入模具中，

进行布料张拉，施加预应力，然后通过混凝土管

到预应力高强度混凝土管桩。

过搅拌时间1分钟后，加入碎石搅拌，在搅拌碎石过程中加入四分之三的水，

成混合物，再加入减水剂和余下的水，进行搅拌2分钟，形成混凝土。

桩离心机对混凝土离心成型，得

第三步：进行第一次养护：采用常压蒸汽养护，将第二步制得的预应力高强

温8

度混凝土管桩置于蒸养池中，静停2小时后，以25℃/小时升温到80℃，恒

小时，然后1小时内降温到室温；

第四步：将预应力高强度混凝土管桩拆模；

第五步：进行第二次养护：将第四步拆模后的预应力高强度混凝土管桩用自

c)对实施例1制备的管桩进行力学性能测试和耐环境侵蚀性能测试。

（1）实施例1管桩的力学性能：

实施例1管桩的抗压强度如表2所示。

表2

从表2可以看出实施例1管桩3天强度大于80MPa，达到GB13476-2009规

定的PHC管桩出厂强度要求。劈裂抗拉强度大于4.5MPa，平均达到

然浇水养护或水养。

4.61MPa。

（2）实施例1管桩的耐久性能：

耐氯盐侵蚀性测试：实施例1管桩7天氯离子扩散系数为3.1×10^-

10m²/s，30 天氯离子扩散系数为9.4×10-

¹³m²/s。氯盐浸泡下(质量分数为5%NaCl溶液)管桩

不同深度下氯离子含量见表3。从表3中可以看出：在90天浸泡下，试块

40mm氯离子占混凝土重量仅为0.003%。 内部

表3

耐硫酸盐侵蚀性测试：混凝土管桩试件在质量分数为10%的硫酸钠溶液中

抗冻融性能测试：实施例1的管桩在淡水介质中冻融循环350次，质量损失

同

率在0.5%以内，动弹性模量为原来的70%左右，抗冻等级达到了F350以上。

样配比混凝土管桩在海水介质中冻融循环300次，质量损失率在1%

性模量大于原来的70%。

180天膨胀小于0.2%，淡水中膨胀小于0.1%。

以下，动弹

实施例2

a）原材料选备：本实施例原材料选备与实施例1相同，不同的是，本实施

例中加入超细矿粉，且超细矿粉的比表面积为700m²/kg，且粒

激发剂为Na₂SO₄。 径为3μm的矿粉；

本实施例的PHC管桩混凝土的配合比如表4所示。

表4

b）制备预应力高强度混凝土管桩：

第一步：制备混凝土：将砂、硅酸盐水泥、超细矿粉和S95矿粉加入搅拌机

中搅拌，经过搅拌时间0.5分钟后，加入碎石搅拌，在搅拌碎石过程中加入

四分

形成混凝

之三的水，形成混合物，再加入减水剂和余下的水，进行搅拌3分钟，

土。

第二步：制备预应力高强度混凝土管桩：将第一步制成的混凝土放入模具中，

得

第三步：进行第一次养护：采用常压蒸汽养护，将第二步制得的预应力高强

温6

第四步：将预应力高强度混凝土管桩拆模；

第五步：进行第二次养护：将第四步拆模后的预应力高强度混凝土管桩用自

对实施例2制备的管桩进行力学性能测试和耐环境侵蚀性能测试。测试结果

（1）实施例2管桩的力学性能：

实施例2管桩的抗压强度测试结果如表5所示。

表5

从表5可以看出：实施例2管桩3天强度大于85MPa，平均强度达到86.2MPa，

7天强度大于90MPa，远远达到GB13476-2009规定的PHC管桩出厂强度要

如下：

然浇水养护或水养。

度混凝土管桩置于蒸养池中，静停1小时后，以25℃/小时升温到75℃，恒

小时，然后1小时内降温到室温；

进行布料张拉，施加预应力，然后通过混凝土管桩离心机对混凝土离心成型，

到预应力高强度混凝土管桩。

求。劈

裂抗拉强度4.6MPa以上，平均达到4.73MPa。

（2）实施例2管桩的耐久性能：

耐氯盐侵蚀性测试：实施例2的PHC管桩混凝土7天氯离子扩散系数为1.08

×10^-10m²/s，30天氯离子扩散系数为

0.76×10^-12m²/s。氯盐浸泡下(质量分数为

5%的NaCl溶液)混凝土不同深度下氯离子含量滴定结果如表6所示。从表6可以

表6

抗硫酸盐侵蚀性测试，混凝土试件在质量分数为10%的硫酸钠溶液中180天

抗冻融性能测试：实施例2的PHC管桩混凝土在淡水介质中冻融循环500

次，质量损失率在0.5%以内，而相对动弹性模量为原来的75%以上，抗冻

到了F500以上。同样配比的PHC

量损失率在1%以下，相对

膨胀小于0.15%，淡水中膨胀小于0.08%。

看出：90天浸泡下试块内部40mm处仍没有出现氯离子。

等级达

管桩混凝土在海水介质中冻融循环350次，质

动弹性模量大于原来的70%。

实施例3

a）原材料选备：实施例2的原材料与实施例1相同，所不同的是：砂为细

度模数为2.4的河砂，且含泥量为0.3%。

一立方本实施例的混凝土中各组分的质量如表7所示。

表7

b）制备预应力高强度混凝土管桩：

第一步：制备混凝土：将砂、硅酸盐水泥和S95矿粉加入搅拌机中搅拌，经

过搅拌时间0.8分钟后，加入碎石搅拌，在搅拌碎石过程中加入四分之三的

形成混合物，再加入减水剂和余下的水，进行搅拌2.6分钟，形成混

水，

凝土。

第二步：制备预应力高强度混凝土管桩：将第一步制成的混凝土放入模具中，

得

第三步：进行第一次养护：采用常压蒸汽养护，将第二步制得的预应力高强

度混凝土管桩置于蒸养池中，静停1.5小时后，以25℃/小时升温到78℃，

7小时，然后1小时内降温到室温；

进行布料张拉，施加预应力，然后通过混凝土管桩离心机对混凝土离心成型，

到预应力高强度混凝土管桩。

恒温

第四步：将预应力高强度混凝土管桩拆模；

第五步：进行第二次养护：将第四步拆模后的预应力高强度混凝土管桩用自

c)对实施例1制备的管桩进行力学性能测试和耐环境侵蚀性能测试。

（1）实施例3管桩的力学性能：

然浇水养护或水养。

实施例3管桩的抗压强度测试结果如表8所示。

表8

从表8可以看出实施例3管桩3天强度大于80MPa，达到GB13476-2009规

定的PHC管桩出厂强度要求。劈裂抗拉强度大于4.71MPa，平均达到

4.76MPa。

（2）实施例3管桩的耐久性能：

耐氯盐侵蚀性测试：实施例3的PHC管桩混凝土7天氯离子扩散系数为2.12

×10^-10m²/s，30天氯离子扩散系数为

1.56×10^-12m²/s。氯盐浸泡下(质量分数为

5%的NaCl溶液)混凝土不同深度下氯离子含量滴定结果如表9所示。从表9中可

表9

耐硫酸盐侵蚀性测试：混凝土管桩试件在质量分数为10%的硫酸钠溶液中

抗冻融性能测试：实施例3的管桩在淡水介质中冻融循环350次，质量损失

180天膨胀小于0.13%，淡水中膨胀小于0.07%。

以看出：在90天浸泡下，试块内部40mm氯离子占混凝土重量仅为0.006%。

率在0.5%以内，动弹性模量为原来的90%，抗冻等级达到了F350以上。同

比混凝土管桩在海水介质中冻融循环300次，质量损失率在0.9%以

模量大于原来的75%。

样配

下，动弹性

对比例

a）原材料选备：本对比例原材料选备与实施例1相同，不同的是，水泥为

一立方对比例的混凝土中各组分的质量如表10所示。

表10

第三步：进行第一次养护：采用常压蒸汽养护，将第二步制得的预应力高强

温6

第四步：将预应力高强度混凝土管桩拆模；

第五步：进行第二次养护：将第四步拆模后的预应力高强度混凝土管桩放入

对对比例制备的管桩进行力学性能测试和耐环境侵蚀性能测试。测试结果如

（1）对比例管桩的力学性能：

对比例管桩的抗压强度测试结果如表11所示。

表11

从表2可以看出实施例1管桩3天强度大于80MPa，达到GB13476-2009规定

（2）对比例管桩的耐久性能：

对比例管桩混凝土7天氯离子扩散系数为6.34×10^-10m²/s，

30天氯离子扩散 系数为5.56×10^-11m²/s。氯盐

的PHC管桩出厂强度要求。

下：

蒸压釜中养护4小时。

度混凝土管桩置于蒸养池中，静停1小时后，以25℃/小时升温到80℃，恒

小时，然后1小时内降温到室温；

浸泡下(质量分数为5%的NaCl溶液)混凝土不同深

度下氯离子含量滴定结果如表12所示。

表12

抗硫酸盐侵蚀性测试，对比例管桩混凝土试件在质量分数为10%的硫酸钠溶

抗冻融性能测试：对比例管桩混凝土在淡水介质中冻融循环150次，质量损

失率在5%以内，但相对动弹性模量降为原来的65%以上，抗冻等级达到了

以下。在海水介质中冻融循环50次，质量损失率在5%以上，相对

于原来的70%。

液中180天膨胀接近0.3%，淡水中膨胀接近0.15%。

F150

动弹性模量低

通过比较三个实施例和对比例在耐久性能的测试结果可知：三个实施例的抗

对

冻融性淡水介质下达到F350以上，海水介质中冻融循环到达300次未破坏。

比例管桩抗冻融性劣于实施例，淡水和海水介质下表面剥蚀严重，抗

数少。 冻融循环次

综上所述，本发明实施例采用的免压蒸PHC管桩混凝土，在力学性能与对比

例采用的蒸压养护的混凝土均达到C80级别。本发明实施例生产的免压蒸

管桩满足产品规范的要求。但在抗环境侵蚀性方面，本发明实施例采

PHC管桩比对比例制备的管桩更好，特别是在抗冻性能方面。

试件抗冻融性为F350以上，而对比例的压蒸后PHC管

于F250。同时，本发明的制备过程同样得到简

许多能源，经济效益改善明显。

PHC

用的免压蒸

实施例2的混凝土

桩混凝土试件抗冻融性小

化，人力资源消耗减少，节省了