一种用于超氯盐渍土中的耐腐蚀混凝土桩及其制作和施工

摘要

本发明公开了一种用于超氯盐渍土中的耐腐蚀混凝土桩及其制作和施工工艺，所述混凝土桩的基体材料包括氧化镁和氯化镁按一定比例混合得到的胶凝材料、粗集料和细集料等。该混凝土桩中的氧化镁—氯化镁体系可与特定含盐量的超氯盐渍土中存在的某些特定种类和含量的盐分发生反应，从而保持混凝土桩体在超氯盐渍土中的强度。利用该种混凝土桩可以解决超氯盐渍土地区普通混凝土桩抗腐蚀性差，耐久性弱的问题。

说明书

技术领域

本发明属于土木工程领域，涉及基础工程中的桩体设计与施工技术领域，具体地说，是 指一种用于超氯盐渍土中的耐腐蚀混凝土桩及其制作和施工工艺。

背景技术

西部内陆的超氯盐渍土中含盐量高达5~44％，是东部滨海盐渍土的5~10倍，参见参考 文献[1]：余红发.盐湖地区高性能混凝土耐久性、机理与使用寿命预测方法[D].南京：东南大 学,2004，盐分主要是钾、钠、镁、钙的氯盐、硫酸盐和碳酸盐，它们对混凝土和钢筋产生严 重腐蚀，从而对混凝土和钢筋混凝土结构的耐久性构成严重威胁。混凝土和钢筋混凝土桩基 是最常用建（构）筑物的基础形式，但是在超氯盐渍土地区其应用受到了很大限制。例如中 国建筑科学研究院对青海察尔汗盐湖地区超氯盐渍土的调查及对策研究结论实际上排除了含 水泥与钢材的一切桩基和地基处理方法，参见参考文献[2]：丁威，马孝轩，冷发光等.格尔木 盐湖地区地下基础混凝土分析评价和应用措施[J].混凝土,2005,(7):78-83。因此迫切需要开发 新的桩基形式，以满足超氯盐渍土地区的工程需要。

发明内容

本发明为解决超氯盐渍土地区桩基耐久性问题，提供了一种用于超氯盐渍土中的耐腐蚀 混凝土桩及其制作和施工方法。本发明针对超氯盐渍土中含盐量和含盐种类的特点，采用氧 化镁和氯化镁按一定比例混合作为胶凝材料，将其与砂石等材料混合作为桩基的基体材料， 桩体中可以使用增强筋，采用预制的方法或现场浇筑的方法，制作耐腐蚀混凝土桩。

本发明提供的用于超氯盐渍土中的耐腐蚀混凝土桩，所述的耐腐蚀混凝土桩适用的盐渍 土条件为：

盐渍土为含盐量5%~44%（质量百分含量）的超氯盐渍土，主要盐类或离子含量的范围 为：Ca²⁺：0.18~2.82%，Mg²⁺：0.098~3.86%，K⁺和Na⁺：0.31~14.7%，SO₄^2-：0.454~4.3%， Cl^-：1.43~16.64%，HCO₃^-：0.1~1.17%，CO₃^2-：0.001~0.6%。

所述的耐腐蚀混凝土桩，其混凝土的配比按重量份计算，由下述组分的原料制备而成： 轻烧氧化镁粉：150~650份；氯化镁：25~200份；粗集料：400~1500份；细集料：200~900 份；水：90~400份。所述的轻烧氧化镁中含有质量百分比为60%以上的活性氧化镁；所述的 氯化镁可以为无水氯化镁，也可使用六水合氯化镁（卤片）；所述粗集料和细集料采用满足混 凝土国家现行规范的材料，其中粗集料为粒径大于4.75mm的碎石、卵石颗粒，细集料为粒 径在0.15mm至4.75mm之间的普通砂，水可以采用清水也可以使用现场所得卤水。

本发明所述的一种用于超氯盐渍土中的耐腐蚀混凝土桩，根据混凝土桩的施工方法不同 分为预制桩和灌注桩，根据混凝土桩中是否包含加强筋分为素混凝土桩和加筋混凝土桩。其 中加筋混凝土桩中的加强筋材可以使用经过防腐处理的钢筋，也可使用其它非黑色金属筋材， 如铝合金筋材、不锈钢筋材等；也可以使用FRP筋材，FRP筋材包括玻璃纤维增强塑料 （GFRP）筋、碳纤维增强塑料（CFRP）筋、芳纶纤维增强塑料（AFRP）筋、玄武岩纤维增 强塑料（BFRP）筋等；还可以使用植物纤维的筋材，如竹筋、竹丝编制的竹丝索等作为混凝 土的加筋材料。

本发明所述的一种用于超氯盐渍土中的耐腐蚀混凝土桩，如果所述的混凝土桩为预制桩， 则其制作方法为：先对施工地区盐渍土中的含盐量进行测定，以确保其满足超氯盐渍土中的 耐腐蚀混凝土桩的应用条件。按照配比将原材料充分混合搅拌至均匀得到混凝土物料。按照 现行公知的混凝土预制桩制作工艺，向已拼装好的模具内放入加强筋骨架，再灌入混凝土， 直接振捣成型。灌模成型后的构件在适宜条件下进行养护，使胶凝材料充分水化，养护至规 定龄期后拆模，形成混凝土预制桩。其中养护条件为温度18℃~25℃，相对湿度60%~70%。

本发明所述的一种用于超氯盐渍土中的耐腐蚀混凝土桩，如果所述的混凝土桩为灌注桩， 则其施工方法为：

先对施工地区盐渍土中的含盐量进行测量，判断其盐渍土种类。按照配比将原材料充分 混合搅拌至均匀得到混凝土物料。根据实际条件选择钻孔灌注桩或者沉管灌注桩，以及素混 凝土桩或加筋混凝土桩。其施工工艺可参照公知的普通混凝土灌注桩施工工艺进行。

本发明的优点在于：

(1)本发明提供的混凝土桩适用于普通水泥混凝土桩无法使用的超氯盐渍土地区；

(2)本发明提供的混凝土桩在超氯盐渍土中不仅具有耐腐蚀性能，而且其强度在超氯盐渍土中 会有所增强。

(3)本发明提供的混凝土桩可以分为预制桩与灌注桩两种，可以根据施工要求进行选择，施工 使用过程中较为灵活。

(4)本发明提供的混凝土桩所需的胶凝材料成本较低，适合大规模的工程应用。

(5)本发明提供的混凝土桩的制作过程和施工过程较为简单，有利于大规模的使用。

附图说明

图1为实施例中的接桩构造示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

本发明提供一种用于超氯盐渍土中的耐腐蚀混凝土桩，可以为加筋混凝土预制桩、素混 凝土灌注桩或加筋混凝土灌注桩。

用氧化镁和氯化镁按一定比例混合得到的胶凝材料在清水中不能保持强度，因为其中的 部分水化物与水反应发生转变，因此它是一种气硬性胶凝材料。由于地下水的存在，在非盐 渍土地区不能用这种胶凝材料作为桩基的基体材料。经研究发现，超氯盐渍土中存在的多种 盐分可与氧化镁—氯化镁体系发生反应，形成与氧化镁—氯化镁体系在清水中产生的水化物 体系不同的水化物体系，同时，包围的盐水环境也消除了原来部分水化物与清水反应软化的 反应环境。因此，用氧化镁和氯化镁按一定比例混合得到的胶凝材料在超氯盐渍土中能够保 持强度，故该胶凝材料只能用于特定含盐量和特定盐分种类的盐渍土中。所述的特定含盐量 和特定盐分种类的盐渍土为含盐量5%~44%（质量百分含量）的超氯盐渍土，进一步优选为 含盐量10～35%。盐渍土中主要盐类或离子含量的范围为：Ca²⁺：0.18~2.82%，Mg²⁺： 0.098~3.86%，K⁺和Na⁺：0.31~14.7%，SO₄^2-：0.454~4.3%，Cl^-：1.43~16.64%，HCO₃^-： 0.1~1.17%，CO₃^2-：0.001~0.6%。胶凝材料中氧化镁和氯化镁的配比可以根据盐渍土含盐量以 及盐分种类的变化进行调整，获得适用于特定含盐量和特定盐分种类盐渍土的胶凝材料。

所述的耐腐蚀混凝土桩，其混凝土的配比按重量份计算，由下述组分的原料制备而成： 轻烧氧化镁粉：150~650份；氯化镁：25~200份；粗集料：400~1500份；细集料：200~900 份；水：90~400份。优选的，轻烧氧化镁粉：550~650份；氯化镁：70~100份；粗集料： 1000~1300份；细集料：600~800份；水：300~380份。所述的轻烧氧化镁中含有质量百分比 为60%以上的活性氧化镁；所述的氯化镁可以为无水氯化镁，也可使用六水合氯化镁（卤片）； 所述粗集料和细集料采用满足混凝土国家现行规范的材料，其中粗集料为粒径大于4.75mm 的碎石、卵石颗粒，细集料为粒径在0.15mm至4.75mm之间的普通砂，水可以采用清水也可 以使用现场所得卤水。

对本发明中采用的胶凝材料进行净浆试验，在清水和卤水环境中的无侧限抗压强度数据 如下表1：

表1无侧限抗压强度数据对比

 时间  3天   7天   28天   90天   180天   360天  清水中强度(MPa)  49.5   37.7   28.7   21.2   15.6   13.1  卤水中强度(MPa)  68.3   75.4   81.4   91.7   93.5   95.5

上述试验中采用的强度试件为边长2cm的立方体，从表中数据可见，氧化镁和氯化镁胶 凝材料在卤水中的强度明显高于在清水中的强度，而且随着时间的延长，卤水中的强度仍有 所增加，而在清水中的强度越来越小，说明所述的胶凝材料适用于卤水中，而且强度随时间 的增长能够保持稳定。试验中所用卤水的含盐量和卤水中离子的种类及含量均在本发明所述 的盐渍土含盐量和离子种类及含量范围之内。

下面给出具体的实施例，来进一步说明本发明提供的耐腐蚀混凝土桩的制备及施工方法。

实施例1：

某盐渍土地区采用混凝土预制桩增强地基的承载力。根据工程勘察报告得知盐渍土的盐 含量：12.136%，主要盐类或离子含量：Ca²⁺：2.57%，Mg²⁺：0.098%，K⁺和Na⁺：3.4%，SO₄^2-： 1.67%，Cl^-：4.297%，HCO₃^-：0.1%，CO₃^2-：0.001%。满足本发明提供的耐腐蚀混凝土桩 的应用环境。

按照下述组分的重量份原料制备胶凝材料混凝土：

轻烧氧化镁粉：200份；

氯化镁：45份；

粗集料：575份；

细集料：200份；

水：90份。

采用加筋混凝土预制桩，设计桩长8m，截面30cm×30cm，使用CFRP棒材作为混凝土 筋，在预制厂进行制作。工程所需的混凝土桩制作过程如下：

按照已经确定的原材料配比，将原料混合后充分搅拌至均匀得到混凝土物料。

向已经拼装好的钢模内放入CFRP筋骨架，再灌入混凝土物料直接振捣成型。

灌模成型后的构件在温度20℃±2℃，相对湿度70%条件下养护，养护至28天龄期后拆 模，形成一种用于超氯盐渍土中的耐腐蚀混凝土预制桩。将预制桩运至现场后采用静压法将 预制桩压入设计深度。

实施例2：

某盐渍土地区采用长16m，截面50cm×50cm混凝土预制桩增强地基的承载力。工程勘察 报告显示盐渍土的盐含量：24.07%，主要盐类或离子含量：Ca²⁺：1.18%，Mg²⁺：3.86%， K⁺、Na⁺：7.0%，SO₄^2-：2.45%，Cl^-：8.21%，HCO₃^-：1.17%，CO₃^2-：0.2%。

采用本发明所述的一种用于超氯盐渍土中的耐腐蚀混凝土预制桩，使用铝合金筋作为混 凝土加强筋。该混凝土按重量份计算，由下述组分的原料制备而成：

轻烧氧化镁粉：300份；

氯化镁：70份；

粗集料：400份；

细集料：450份；

水：180份。

根据本发明所述的一种用于超氯盐渍土中的耐腐蚀混凝土桩的制作工艺方法，该工程所 需的加筋混凝土预制桩在施工现场制作，制作方法如下：

按照已经确定的原材料的配比，将原料混合后充分搅拌至均匀得到混凝土物料。

向已经拼装好的钢模内放入铝合金筋骨架（筋笼1），再向钢模内灌入混凝土物料直接振 捣成型。每节预制桩桩长8m，分上节桩2和下节桩3，下节桩3需要留出硫磺胶泥注入孔4， 其构造示意图见图1。

灌模成型后的构件在温度18℃~25℃，相对湿度60%~70%条件下养护，养护至28天龄 期后拆模，形成一种用于超氯盐渍土中的耐腐蚀加强筋混凝土预制桩。

混凝土预制桩制作完成后，运至设计桩位，采用静压法将预制桩压入土中，先将下节桩 3压入，接桩构造示意图见图1，然后利用公知的硫磺胶泥接桩法将上节桩2与下节桩3进行 连接，然后将桩压入设计深度。

实施例3：

某盐渍土地区采用素混凝土灌注桩增强地基的承载力，设计桩长12m，桩径38cm。工程 勘察报告显示盐渍土的盐含量：44.0%，主要盐类或离子含量：Ca²⁺：2.82%，Mg²⁺：3.86%， K⁺、Na⁺：14.7%，SO₄^2-：4.3%，Cl^-：16.64%，HCO₃^-：1.08%，CO₃^2-：0.6%。满足本发 明提供的耐腐蚀混凝土桩的施工条件。

采用本发明所述的一种用于超氯盐渍土中的耐腐蚀混凝土灌注桩，为素混凝土灌注桩。 该混凝土按重量份计算，由下述组分的原料制备而成：

轻烧氧化镁粉：650份；

氯化镁：200份；

粗集料：1500份；

细集料：900份；

水：400份。

根据本发明所述的一种用于超氯盐渍土中的耐腐蚀混凝土灌注桩的制作工艺方法，该工 程所需的素混凝土灌注桩制作方法如下：

采用沉管灌注桩的施工方法在设计桩位处沉管下沉至设计深度12m。按照已经确定的原 材料的配比，将原料混合后充分搅拌至均匀得到混凝土物料。将该混凝土物料浇注到沉管中， 然后振动提升沉管将混凝土留在桩孔中既得素混凝土桩。

分别应用普通硅酸盐水泥和本发明提供的胶凝材料为原料制备普通混凝土桩和本发明提 供的混凝土桩，所述的两种混凝土桩在卤水中浸泡时间和立方体强度所对应的试验数据如下

表2：

表2两种混凝土桩在卤水中的强度数据

  时间   28天   90天   180天   360天   540天   720天   普通混凝土桩在盐渍土中强度(MPa)   29.2   29.0   27.3   25.2   22.1   18.3   本发明混凝土桩在盐渍土中度(MPa)   28.6   29.0   29.3   29.8   30.1   30.3

试验数据表明，普通混凝土桩在盐渍土中的强度随着时间的延长而降低，本发明提供的 耐腐蚀混凝土桩在盐渍土中的强度随着时间的延长仍有所增长。所用卤水的含盐量和卤水中 离子的种类及含量均在本发明所述的盐渍土含盐量和离子种类及含量范围之内。

实施例4：

某盐渍土地区采用加筋混凝土灌注桩增强地基的承载力，设计桩长20m，桩径80cm。工 程勘察报告显示盐渍土的盐含量：5%，主要盐类或离子含量：Ca²⁺：0.18%，Mg²⁺：2.01%， K⁺、Na⁺：0.31%，SO₄^2-：0.454%，Cl^-：1.43%，HCO₃^-：0.53%，CO₃^2-：0.086%。满足 本发明提供的耐腐蚀混凝土桩的施工条件。

采用本发明所述的一种用于超氯盐渍土中的耐腐蚀混凝土灌注桩，使用AFRP棒材作为 混凝土桩加强筋。该混凝土按重量份计算，由下述组分的原料制备而成：

轻烧氧化镁粉：150份；

氯化镁：25份；

粗集料：400份；

细集料：250份；

水：90份。

根据本发明所述的一种用于超氯盐渍土中的耐腐蚀混凝土灌注桩的制作工艺方法，该工 程所需的混凝土灌注桩制作方法如下：

按照已经确定的原材料的配比，将原材料混合后充分搅拌至均匀得到混凝土物料。

在施工地区将桩机就位后，利用钻孔机械钻孔至设计深度。采用AFRP棒材制作混凝土 桩加强筋骨架。将制作好的加强筋骨架放入桩孔中，然后浇筑混凝土物料。具体施工工艺按 现行混凝土灌注桩施工规范执行。