專利名稱：膨脹混凝土灌注樁及其制造方法以及一種混凝土膨脹劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于混凝土樁基工程材料和施工技術(shù)領(lǐng)域，涉及混凝土灌注樁、混凝土膨脹劑及其制造方法和用途。
背景技術(shù)：
混凝土灌注樁是在工民建和基礎(chǔ)建設(shè)中經(jīng)常使用的一種提高基礎(chǔ)承載能力的結(jié)構(gòu)措施，在高層建筑、橋梁和一些地耐力差的地區(qū)廣泛使用。采用技術(shù)措施，提高單樁承載力，是灌注樁技術(shù)領(lǐng)域一項(xiàng)重要的研究?jī)?nèi)容，在這方面已經(jīng)有不少成果，如擴(kuò)大樁頭(鉆孔擴(kuò)底)、樁身支擴(kuò)(支盤)、樁端(側(cè))后壓漿技術(shù)等。這些技術(shù)都能夠提高灌注樁單樁承載能力，但是存在工藝較為復(fù)雜，可靠度差，費(fèi)時(shí)費(fèi)工等問題。通過新材料技術(shù)，改變混凝土材料性能，進(jìn)而提高灌注樁單樁承載力的研究相對(duì)較少。1970年，美國(guó)公布了一種混凝土灌注樁的制造方法(專利號(hào)US3504497)，其采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%。由于膨脹組分摻量大，對(duì)混凝土強(qiáng)度影響很大，而且沒有形成獨(dú)立的高效能膨脹組分生產(chǎn)技術(shù)，該技術(shù)沒有獲得推廣應(yīng)用。公開號(hào)CN1031070A的中國(guó)專利(申請(qǐng)人黑龍江省低溫建筑科學(xué)研究所)公開了灌注樁基增強(qiáng)劑，該增強(qiáng)劑采用硫酸鋁廠的廢渣(70% 85% )、木質(zhì)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(xì)度為4900孔篩余量不大于15 %，水化產(chǎn)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(hào)CN1100705A的中國(guó)專利(申請(qǐng)人中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院)公開了一種灌注樁膨脹劑及其制造方法和用途。是采用鋁酸鈣(10% 50%)、硫酸鋁熟料(10% 45% )、活性無(wú)機(jī)礦物復(fù)合料(30% 70% )、有機(jī)性能調(diào)節(jié)劑(1% 5% )，細(xì)度為2000 3500cm2/g。在制造混凝土?xí)r，摻加15% 30 %，在限制條件下，混凝土中能夠產(chǎn)生0. 8 1. OMPa的自應(yīng)力值。內(nèi)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(hào)CN1036149C的中國(guó)專利(發(fā)明人王前之，王華軍)公開了一種膨脹混凝土樁的制造方法，系采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(shè)計(jì)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?yàn)閾郊优蛎泟┑幕炷僚蛎洿笮∈菬o(wú)法依據(jù)增加承載力要求準(zhǔn)確計(jì)算的，膨脹是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)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(lái)確定，且該技術(shù)采用的市售混凝土膨脹劑屬于膨脹能很低的產(chǎn)品，膨脹相是鈣礬石，絕濕環(huán)境下膨脹很小，無(wú)法提高樁體中混凝土的膨脹值，因此對(duì)單樁承載力提高幅度有限。
公開號(hào)CN100519951C的中國(guó)專利(發(fā)明人李樹源，高同，王傳家)公開了一種干螺旋鉆孔灌注樁的施工方法，是利用螺旋鉆機(jī)干鉆孔至設(shè)計(jì)深度，澆筑普通混凝土，樁身布設(shè)兩根后注漿管，在后注漿的水泥漿液中摻加5%的市售普通混凝土膨脹劑。由于灌注樁體量較大，處于樁孔中的混凝土更接近于絕濕養(yǎng)護(hù)條件，上述公開技術(shù)中使用的膨脹水泥或膨脹劑都屬于鈣礬石類膨脹劑，這類膨脹劑摻量大時(shí)會(huì)顯著降低混凝土強(qiáng)度，摻量小時(shí)膨脹率又很小，且在絕濕情況下其膨脹效果還會(huì)進(jìn)一步降低，因此實(shí)際膨脹量較低，故對(duì)灌注樁單樁承載力的提高幅度較小。另外，這些技術(shù)均是樁體全部使用膨脹混凝土，膨脹劑的摻加大量，也會(huì)增加灌注樁成本，這也是制約膨脹混凝土灌注樁技術(shù)推廣的一個(gè)因素，故需要對(duì)上述技術(shù)加以改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供膨脹混凝土灌注樁的制造方法以及所制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(jià)，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(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案本發(fā)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，依次交替澆筑普通混凝土和膨脹混凝土，每層混凝土的澆筑高度不小于1000mm，經(jīng)3 14天形成形成竹節(jié)狀結(jié)構(gòu)。該I型樁可大幅度增加樁體混凝土與結(jié)合土之間的機(jī)械咬合力，具有單樁承載力比相同尺寸和強(qiáng)度等級(jí)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筑高度既可以相同，也可以不同。本發(fā)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后注漿技術(shù)結(jié)合，此時(shí)膨脹混凝土樁是本發(fā)明的I型樁，是在I型樁樁體澆筑好12小時(shí)之后， 用泥漿泵通過樁體中預(yù)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(shí)后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(jié)合土之間的機(jī)械咬合力，同時(shí)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(qiáng)度等級(jí)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筑高度既可以相同， 也可以不同。本發(fā)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后注漿技術(shù)結(jié)合，其中樁體全部由膨脹混凝土澆筑，樁體澆筑好12小時(shí)之后，用泥漿泵通過樁體中預(yù)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(shí)后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(qiáng)度等級(jí)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(qiáng)度等級(jí)為C20 C80，其中膨脹混凝土的膨脹率為 3%。膨脹混凝土中優(yōu)先摻加本發(fā)明的膨脹劑制造，也可以摻加市售的各種混凝土膨脹劑，膨脹劑的摻量經(jīng)試驗(yàn)確定，可在15 30wt%范圍內(nèi)變化。在II型樁和III型樁的制造中，水泥漿體中需加入5 10wt%本發(fā)明所述的膨脹劑或12wt%UEA膨脹劑。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種混凝土膨脹劑，其可用于膨脹混凝土灌注樁的的制造中。
本發(fā)明的膨脹劑是采用石灰石(40% 80wt% )和石膏(20% 60wt% )共同粉磨，在回轉(zhuǎn)窯中經(jīng)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，制成膨脹劑。采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、I型樁由于采用膨脹混凝土和普通混凝土間隔澆筑，在使用膨脹混凝土的部位， 因混凝土膨脹形成的凸節(jié)，與竹節(jié)類似，會(huì)顯著提高樁身與樁周土的相對(duì)運(yùn)動(dòng)阻力，可大幅度增加樁體混凝土與結(jié)合土之間的機(jī)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(jié)約膨脹劑；與樁側(cè)后注漿技術(shù)相比，工藝簡(jiǎn)單。2、II型樁由膨脹混凝土提高樁側(cè)阻力，樁端后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(fā)明的混凝土膨脹劑具有配料工藝簡(jiǎn)單、易燒成、絕濕環(huán)境下膨脹大的優(yōu)點(diǎn)， 其膨脹源是氫氧化鈣和鈣礬石，該膨脹劑亦可用于一般的混凝土結(jié)構(gòu)抗裂防滲。


圖1為本發(fā)明I型樁構(gòu)成示意圖；圖2為本發(fā)明II型樁構(gòu)成示意圖；圖3為本發(fā)明III型樁構(gòu)成示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:1型樁的制造參見圖1所示，在地面以下安裝好鋼筋籠的灌注樁孔3中，依次澆筑按照設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度等級(jí)配置好的普通混凝土和膨脹混凝土，形成竹節(jié)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于Im ；普通混凝土和膨脹混凝土的每次澆筑高度既可以相同， 也可以不同，樁頂部?jī)?yōu)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(yōu)先使用本發(fā)明的膨脹劑。灌注樁澆筑完成后，至試樁齡期。參照現(xiàn)行國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》 JGJ94對(duì)單樁承載力進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明相同地基土質(zhì)情況下，直徑800mm，長(zhǎng)35m的灌注樁，采用普通混凝土，樁的垂直極限荷載為4200KN ；采用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(shí)施例2:11型樁的制造參見圖2所示，在地面以下安裝好鋼筋籠的灌注樁孔3中，依次澆筑按照設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度等級(jí)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(cuò)的竹節(jié)狀樁體，每段混凝土的高度不小于lm，普通混凝土和膨脹混凝土的每次澆筑高度既可以相同，也可以不同；樁體澆筑好12小時(shí)之后，用泥漿泵通過樁體中預(yù)埋的注漿管4 向樁端的軟土中壓注摻加5wt% (本發(fā)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(shí)后水泥固化形成樁端固化體5。樁體澆筑中，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(yōu)先使用本發(fā)明的膨脹劑。
參照現(xiàn)行國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94對(duì)該單樁承載力進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明相同地基土質(zhì)情況下，直徑800mm，長(zhǎng)35m的灌注樁，采用普通混凝土，樁的垂直極限荷載為4200KN ；采用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(shí)施例3:111型樁的制造參見圖3所示，顯示了 III型樁構(gòu)成。在地面以下安裝好鋼筋籠的灌注樁孔3中， 全部澆筑膨脹混凝土形成單一材料的樁體；樁體澆筑好12小時(shí)之后，用泥漿泵通過樁體中預(yù)埋的注漿管4向樁端的軟土中壓注摻加5wt%本發(fā)明膨脹劑(本發(fā)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(shí)后水泥固化形成樁端固化體5。樁體澆筑中，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(yōu)先使用本發(fā)明的膨脹劑。參照現(xiàn)行國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94對(duì)單樁承載力進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明相同地基土質(zhì)情況下，直徑800mm，長(zhǎng)35m的灌注樁，采用普通混凝土，樁的垂直極限荷載為4200KN ；采用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(shí)施例4 膨脹劑的組成及制備用于以上灌注樁中的膨脹劑，優(yōu)選采用以下方法制備得到的膨脹劑采用石灰石 (40% 80wt% )和石膏(20% 60wt% )共同粉磨，在回轉(zhuǎn)窯中經(jīng)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制成膨脹劑。按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土膨脹劑》 GB23439-2009規(guī)定的方法檢驗(yàn)，本發(fā)明膨脹劑配料及檢驗(yàn)結(jié)果參見表1 表1 膨脹劑性能檢測(cè)
權(quán)利要求
1.一種膨脹混凝土灌注樁的制造方法，其特征在于在灌注樁孔中，依次交替澆筑普通混凝土和膨脹混凝土，每層混凝土的澆筑高度不小于1000mm，澆筑后經(jīng)3 14天形成竹節(jié)狀結(jié)構(gòu)樁體，該結(jié)構(gòu)膨脹混凝土灌注樁稱為I型樁。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述膨脹混凝土灌注樁的制造方法，其特征在于所述普通混凝土和膨脹混凝土的每次澆筑高度既可以相同，也可以不同。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述膨脹混凝土灌注樁的制造方法，其特征在于樁體澆筑好 12小時(shí)之后，用泥漿泵通過樁體中預(yù)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(shí)后水泥固化形成樁端固化體，該結(jié)構(gòu)膨脹混凝土灌注樁稱為II型樁。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述膨脹混凝土灌注樁的制造方法，其特征在于所述水泥漿體中加入5 IOwt^權(quán)利要求12所述的膨脹劑或12wt% UEA膨脹劑。
5.一種由權(quán)利要求1或2所述方法制造得到的膨脹混凝土灌注樁，其特征在于，樁體由交替的澆筑普通混凝土段和膨脹混凝土段組成竹節(jié)狀結(jié)構(gòu)，該灌注樁稱為I型樁。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述膨脹混凝土灌注樁，其特征在于，所述I型樁具有單樁承載力比相同尺寸和強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土樁提高30%或以上的性能。
7.一種由權(quán)利要求3或4所述方法制造得到的膨脹混凝土灌注樁，其特征在于，樁體由交替的澆筑普通混凝土段和膨脹混凝土段組成竹節(jié)狀結(jié)構(gòu)，且樁端帶固化體，該灌注樁稱為II型樁。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述膨脹混凝土灌注樁，其特征在于，所述II型樁具有單樁承載力比相同尺寸和強(qiáng)度等級(jí)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制造方法，其特征在于在灌注樁孔中，全部澆筑膨脹混凝土形成單一材料的樁體；樁體澆筑好12小時(shí)之后，用泥漿泵通過樁體中預(yù)埋的注漿管向樁端的軟土中壓注摻加5 10wt%權(quán)利要求12所述膨脹劑或12wt% UEA膨脹劑的水泥漿體二4小時(shí)后水泥固化形成樁端固化體。
10.一種由權(quán)利要求9所述方法制造得到的膨脹混凝土灌注樁，其特征在于，由膨脹混凝土澆筑組成樁體，且樁端帶固化體，該灌注樁稱為III型樁。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述膨脹混凝土灌注樁，其特征在于，所述III型樁具有單樁承載力比相同尺寸和強(qiáng)度等級(jí)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，用于權(quán)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%，其特征在于，采用40% 80wt%石灰石和20% 60wt %石膏共同粉磨，在回轉(zhuǎn)窯中經(jīng)1300°C 1500°C高溫煅燒，再將這種煅燒物質(zhì)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制造方法以及一種混凝土膨脹劑，屬于混凝土樁基工程材料和施工技術(shù)領(lǐng)域，該方法是在灌注樁孔中依次交替澆筑普通混凝土和膨脹混凝土，形成竹節(jié)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(fā)明的膨脹劑是由40～80％的石灰石和20～60％石膏共同粉磨，在回轉(zhuǎn)窯中經(jīng)1300～1500℃高溫煅燒，再將這種煅燒物質(zhì)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(fā)明可以顯著降低膨脹混凝土灌注樁的造價(jià)，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(hào)E02D5/34GK102162244SQ20111005919
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者劉立, 趙順增 申請(qǐng)人:中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院