[發(fā)明專利]一種功能梯度自愈合高強(qiáng)混凝土管樁及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210017336.3
• 申請日: 2022-01-08
• 公開（公告）號: CN114293539B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳偉宏;馮凱
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: E02D5/30
• 分類號: E02D5/30;B28B21/68;B28B11/24;B28B21/82;C04B28/04
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 修斯文;蔡學(xué)俊

本發(fā)明公開了一種功能梯度自愈合高強(qiáng)混凝土管樁及其制備方法，包括ECC及自愈合混凝土配料、ECC及自愈合混凝土攪拌、鋼筋籠制作、功能梯度分段喂料合模、離心成型、拆模及養(yǎng)護(hù)。在ECC及自愈合混凝土中摻加了活性摻合料（粉煤灰、礦粉等）和高性能減水劑，加速水泥水化反應(yīng)，免除常規(guī)工藝拆模后的高壓蒸養(yǎng)，節(jié)約能源，制備的管樁只在易開裂的兩端布置自愈合混凝土，不易開裂的中部用強(qiáng)度相近ECC代替，通過功能梯度的方法使兩者之間性能梯度漸變而不會產(chǎn)生界面破壞，可以有效解決現(xiàn)有混凝土管樁易開裂、在腐蝕環(huán)境下耐久性差的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于混凝土管樁技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種功能梯度自愈合高強(qiáng)混凝土管樁及其制備方法。

背景技術(shù)

混凝土管樁作為一種重要的樁基材料，因其承載力高、施工便利、工期短、造價低等優(yōu)點(diǎn)，在許多大型工程地基處理中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著近年來國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)持續(xù)快速的發(fā)展，市場對混凝土管樁的需求范圍急速擴(kuò)大，尤其在濱海地區(qū)的應(yīng)用愈加廣泛，同時也對混凝土管樁在性能、質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)性方面提出了更高的要求。

裂縫是混凝土管樁自身不可避免的缺陷，盡管在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中已經(jīng)考慮到裂縫的影響，但在實(shí)際工程中由于裂縫而降低結(jié)構(gòu)耐久性和安全性的問題，仍造成巨額的檢測和修復(fù)費(fèi)用。在運(yùn)輸、吊樁、插樁等施工過程中，樁身容易開裂，特別在錘擊沉樁過程中，其微裂縫通常會因應(yīng)力集中而進(jìn)一步發(fā)展成縱向裂縫，甚至造成樁頭或樁頂破損。對于開裂的混凝土管樁，環(huán)境中的有害物質(zhì)（酸、除冰鹽、氯離子等）會沿著裂縫入侵，引起混凝土內(nèi)部鋼筋發(fā)生銹蝕，導(dǎo)致其剛度降低，承載力衰退，從而造成耐久性下降。福建省交通運(yùn)輸廳發(fā)布的閩交建[2018]136號文件中規(guī)定，在福建省公路水運(yùn)工程中，預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁因裂縫造成耐久性的問題被限制使用。因此，要求混凝土管樁必須具有較高的力學(xué)性能、較好的抗?jié)B性能和較強(qiáng)的裂縫控制能力，才能保證濱海環(huán)境下混凝土管樁的耐久性。

SMA-ECC水泥基復(fù)合材料是一種具有裂縫自愈合能力的高延性混凝土材料，其各項(xiàng)力學(xué)性能優(yōu)于高強(qiáng)混凝土，具有良好的抗?jié)B性能，在彎拉荷載作用下表現(xiàn)出顯著的多縫開裂特征，損傷至50%極限彎曲位移時裂縫寬度可控制在50μm以內(nèi)，卸載后裂縫可瞬時自行愈合。然而，其高昂的成本限制了該材料的多方位應(yīng)用。功能梯度技術(shù)是根據(jù)具體的使用要求，選擇兩種或兩種以上具有不同性能的材料，通過連續(xù)改變這些材料的組成和結(jié)構(gòu)，使其內(nèi)部界面減小直至消失，從而使材料達(dá)到性質(zhì)和功能均呈連續(xù)平穩(wěn)變化的一種先進(jìn)材料復(fù)合技術(shù)。本發(fā)明在管樁制備過程中引入功能梯度設(shè)計的思路，將混凝土管樁的功能設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)合起來，通過樁身組分的變化來改善其性能并大幅度降低制作成本。

混凝土管樁在沉樁過程中，通常樁頂或樁底端受損嚴(yán)重。因此，以自愈合混凝土作為樁身兩端材料、ECC作為樁身中部材料，采用功能梯度復(fù)合技術(shù)工藝制備出一種功能梯度自愈合高強(qiáng)混凝土管樁。相比高強(qiáng)混凝土管樁，本發(fā)明的管樁憑借其優(yōu)越的力學(xué)性能、抗?jié)B性能、裂縫控制及自愈合能力在工程建設(shè)中，特別是在腐蝕環(huán)境下具有遠(yuǎn)大的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種功能梯度自愈合高強(qiáng)混凝土管樁及其制備方法。針對傳統(tǒng)管樁兩端部易開裂的缺點(diǎn)而采用SMA-ECC水泥基復(fù)合材料代替，充分利用該自愈合混凝土的應(yīng)變硬化特性和自愈合能力，用強(qiáng)度相同的ECC作為不易開裂的樁身中部材料，采用功能梯度分段復(fù)合技術(shù)工藝消除界面弱區(qū)，制成功能梯度自愈合高強(qiáng)管樁。使管樁具有高抗壓強(qiáng)度（60MPa以上）、高抗裂性、良好的抗?jié)B性和損傷后自愈性。同時在保證管樁物理力學(xué)性能、耐久性、自愈性和生產(chǎn)時間的前提下，去掉傳統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)中的高壓蒸養(yǎng)環(huán)節(jié)，從而節(jié)約大量能耗和成本。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種功能梯度自愈合高強(qiáng)混凝土管樁的制備方法，包括ECC及自愈合混凝土的配料、ECC及自愈合混凝土的攪拌、鋼筋籠制作、功能梯度分段布料合模、離心成型、拆模及養(yǎng)護(hù)，其中養(yǎng)護(hù)由兩個階段組成，第一階段位于拆模前，該階段的養(yǎng)護(hù)為常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)，第二階段位于拆模后，該階段的養(yǎng)護(hù)為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)或自然養(yǎng)護(hù)。