一种phc管桩用免水泥固废基混凝土配方及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及工程材料混凝土技术领域，具体一种phc管桩用免水泥固废基混凝土配方及其制备方法。
背景技术：
2.phc管桩是预应力高强混凝土管桩的简称，是工程基础中最常采用的混凝土构件，被广泛地应用于各类建筑、交通、水利、新能源等工程。我国是世界上最大的管桩生产国和使用国，近年来全国年产均量超过4亿米。
3.混凝土是管桩使用的主要原料之一，也是最重要的原料，混凝土，简称为“砼(t
ó
ng)”：是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。
4.但是生产一吨水泥将排放0.95吨二氧化碳，同时我国各种大宗固废堆积成山，尾矿坝带来严重安全隐患且危害环境，因此，利用纳米材料改性强机械活化后的大宗固废取代水泥，同时通过纳米材料锁死钢渣活性物质，避免发生安定性问题，从而利用大宗固废钢渣和铁尾矿为骨料制成c80高强phc管桩混凝土对碳中和和大宗固废资源化利用意义深远，同时对于phc管桩来说，混凝土的性能对其有重要的影响，与钢筋粘结性能优越、耐磨性好、抗冻融性好、抗侵蚀能力好、耐酸耐碱能力强、抗渗性好、致密度高的新型混凝土是现在研究的热点也是免水泥固废基高强混凝土的天然属性。
技术实现要素：
5.针对现有技术所存在的上述缺点，本发明的第一目的在于提供一种phc管桩用免水泥固废基混凝土配方及其制备方法，解决上述背景技术中的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
7.一种phc管桩用免水泥固废基混凝土配方及其制备方法，包括10-15份纳米无机凝胶、6-10份比表面积500-1200平方米/公斤得准纳米磨细矿渣、6-10份比表面积500-1200平方米/公斤得准纳米磨细钢渣、15-35份20-200目的级配铁尾矿、25-55份1mm-10mm的级配钢渣、0.2-0.5份减水剂、3-6份增强剂和0.2-0.5份增韧剂，纳米无机凝胶由10-15份纳米改性剂、25-45份纳米粘合剂、1-3份可溶性稀土、0.2-0.5份消泡剂和40-60份的水组成。
8.优选的，所述的连续级配钢渣骨料细度为1-10mm的破碎钢渣。
9.优选的，所述的铁尾矿为20-200目的以石英为主的铁尾矿。
10.优选的，所述的增强剂为硅钢素，所述增韧剂为比表面积大于等于60000平方米/公斤的改性无机活化剂，主要成分是纳米级的三氧化二铝及氧化硅，按照1:0.2～1:5比例混合制成，所述准纳米磨细矿渣是将高炉水渣干燥后磨细至比表面积500-1200平方米/公斤的超细粉状，所述的准纳米磨细钢渣是将转炉钢渣磨细至比表面积500-1200平方米/公斤，所述纳米粘合剂为100纳米级别的无机硅及有机硅高温融合，进行杂化接肢制得，通过
纳米改性剂对经过高度机械活化的固废材料矿渣和钢渣进行改性，大大优化了混凝土的凝胶部分的性能，纳米粘合剂的性能可以提高混凝土中100目以上细骨料的粘合强度，使其成为填充微小孔隙的基础材料，提高骨料细度适用范围，同时提高混凝土的韧性、强度及致密性，准纳米矿渣和钢渣则用于胶结100目－10mm范围骨料，和纳米粘合剂粘合的超细骨料共同组成完整的新型混凝土结构体系，并获得更高的钢筋握裹力、耐磨性、抗冻融、耐化学腐蚀、抗渗性等优秀特质。
11.优选的，所述纳米改性剂为硅铝酸盐磨细至100纳米级别。
12.优选的，所述水溶性稀土为多种镧系稀土盐。
13.优选的，所述消泡剂为水溶性硅烷消泡剂，所述水为普通自来水。
14.优选的，所述减水剂为聚羧酸减水剂，其由甲基丙烯酸、氢氧化钠、甲基丙烯磺酸钠、甲基丁烯醇聚氧乙烯醚、双氧水、过硫酸铵和水在约70℃下混合制备而成。
15.优选的，按照权利要求1中的比例，将材料混合后强力搅拌机搅拌5分钟后即可浇筑。
16.优选的，具体制备步骤为：
17.s1、将6-10份比表面积500-1200平方米/公斤得准纳米磨细矿渣、6-10份比表面积500-1200平方米/公斤得准纳米磨细钢渣、15-35份20-200目的级配铁尾矿、25-55份1mm-10mm的级配钢渣、0.2-0.5份减水剂、3-6份增强剂倒入搅拌器中混合搅拌1h，搅拌转速为12ft/min，制得混凝土预备料，通过铁尾矿、级配钢渣等骨料，通过纳米材料锁死钢渣中的活性物质，避免其发生安定性破坏，通过整体的优化，一方面降低混凝土的成本，同时还会提高混凝土的力学性能以及抗温变性能；
18.s2、将10-15份纳米改性剂、25-45份纳米粘合剂、1-3份可溶性稀土、0.2-0.5份消泡剂和40-60份的水组成倒入小型搅拌器内搅拌均匀，制得纳米无机凝胶；
19.s3、将纳米级的三氧化二铝及氧化硅，按照1:0.2～1:5比例混合制成增韧剂；
20.s4、将步骤s1中制备的预备料添加10-15份纳米无机凝胶以及0.2-0.5份增韧剂加入搅拌器中，混合搅拌2h，搅拌器转速为15ft/min，制得成品混凝土，本发明的减水剂为特制的减水剂，其减水率高、分散性好、坍落度损失小且非常地环保，本发明在添加料部分选择了两种纳米材料硅钢素和纳米级二氧化硅，这两种材料不仅可以提高混凝土的致密度，还可以提高混凝土的抗压和抗拉强度。
21.有益效果
22.采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
23.本发明通过纳米改性剂对经过高度机械活化的固废材料矿渣和钢渣进行改性，大大优化了混凝土的凝胶部分的性能，纳米粘合剂的性能可以提高混凝土中100目以上细骨料的粘合强度，使其成为填充微小孔隙的基础材料，提高骨料细度适用范围，同时提高混凝土的韧性、强度及致密性，准纳米矿渣和钢渣则用于胶结100目－10mm范围骨料，和纳米粘合剂粘合的超细骨料共同组成完整的新型混凝土结构体系，并获得更高的钢筋握裹力、耐磨性、抗冻融、耐化学腐蚀、抗渗性等优秀特质；
24.本发明除了凝胶材料外，还通过铁尾矿、级配钢渣等骨料，通过纳米材料锁死钢渣中的活性物质，避免其发生安定性破坏，通过整体的优化，一方面降低混凝土的成本，同时还会提高混凝土的力学性能以及抗温变性能；
25.本发明的减水剂为特制的减水剂，其减水率高、分散性好、坍落度损失小且非常地环保；
26.本发明在添加料部分选择了两种纳米材料硅钢素和纳米级二氧化硅，这两种材料不仅可以提高混凝土的致密度，还可以提高混凝土的抗压和抗拉强度。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
29.实施例1
30.一种phc管桩用免水泥固废基混凝土配方及其制备方法，包括10-15份纳米无机凝胶、6-10份比表面积500-1200平方米/公斤得准纳米磨细矿渣、6-10份比表面积500-1200平方米/公斤得准纳米磨细钢渣、15-35份20-200目的级配铁尾矿、25-55份1mm-10mm的级配钢渣、0.2-0.5份减水剂、3-6份增强剂和0.2-0.5份增韧剂，纳米无机凝胶由10-15份纳米改性剂、25-45份纳米粘合剂、1-3份可溶性稀土、0.2-0.5份消泡剂和40-60份的水组成。
31.其中，所述的连续级配钢渣骨料细度为1-10mm的破碎钢渣。
32.其中，所述的铁尾矿为20-200目的以石英为主的铁尾矿。
33.其中，所述的增强剂为硅钢素，所述增韧剂为比表面积大于等于60000平方米/公斤的改性无机活化剂，主要成分是纳米级的三氧化二铝及氧化硅，按照1:0.2～1:5比例混合制成，所述准纳米磨细矿渣是将高炉水渣干燥后磨细至比表面积500-1200平方米/公斤的超细粉状，所述的准纳米磨细钢渣是将转炉钢渣磨细至比表面积500-1200平方米/公斤，所述纳米粘合剂为100纳米级别的无机硅及有机硅高温融合，进行杂化接肢制得。
34.其中，所述纳米改性剂为硅铝酸盐磨细至100纳米级别。
35.其中，所述水溶性稀土为多种镧系稀土盐。
36.其中，所述消泡剂为水溶性硅烷消泡剂，所述水为普通自来水。
37.其中，所述减水剂为聚羧酸减水剂，其由甲基丙烯酸、氢氧化钠、甲基丙烯磺酸钠、甲基丁烯醇聚氧乙烯醚、双氧水、过硫酸铵和水在约70℃下混合制备而成。
38.其中，按照权利要求1中的比例，将材料混合后强力搅拌机搅拌5分钟后即可浇筑。
39.其中，具体制备步骤为：
40.s1、将6-10份比表面积500-1200平方米/公斤得准纳米磨细矿渣、6-10份比表面积500-1200平方米/公斤得准纳米磨细钢渣、15-35份20-200目的级配铁尾矿、25-55份1mm-10mm的级配钢渣、0.2-0.5份减水剂、3-6份增强剂倒入搅拌器中混合搅拌1h，搅拌转速为12ft/min，制得混凝土预备料；
41.s2、将10-15份纳米改性剂、25-45份纳米粘合剂、1-3份可溶性稀土、0.2-0.5份消泡剂和40-60份的水组成倒入小型搅拌器内搅拌均匀，制得纳米无机凝胶；
42.s3、将纳米级的三氧化二铝及氧化硅，按照1:0.2～1:5比例混合制成增韧剂；
43.s4、将步骤s1中制备的预备料添加10-15份纳米无机凝胶以及0.2-0.5份增韧剂加
入搅拌器中，混合搅拌2h，搅拌器转速为15ft/min，制得成品混凝土。
44.实施例2：
45.本实施例中混凝土成分如下：12份纳米无机凝胶、10份准纳米矿渣、10份准纳米钢渣、22份铁尾矿、42份粉煤灰、0.2份聚羧酸减水剂、3.5份硅钢素、0.2份纳米二氧化硅，其余制作步骤与实施例1完全相同。
46.实施例3：
47.本实施例中混凝土成分如下：11份纳米无机凝胶、12份准纳米矿渣、9份准纳米磨细钢渣、25铁尾矿、40份级配钢渣、0.2份聚羧酸减水剂、3.5份硅钢素、0.3份纳米二氧化硅，其余制作步骤与实施例1完全相同。
48.性能结果统计如下：
[0049][0050]
对比例1
[0051]
本实施例与所提供的实施例1的方法大致相同，其主要区别在于：步骤s2中未制备纳米改性剂；
[0052]
对比例2
[0053]
本实施例与所提供的实施例1的方法大致相同，其主要区别在于：步骤s3中未制备增韧剂。
[0054]
对比例3
[0055]
本实施例与所提供的实施例1的方法大致相同，其主要区别在于：步骤s4中未对转速进行限定。
[0056]
性能测试
[0057]
分别取等量的实施例1和对比例1～3所提供的phc管桩用免水泥固废基混凝土的韧性、强度以及抗性：
[0058] 韧性强度抗性实施例199.9％99.9％99.9％对比例192％24％26％对比例232％90％93％
对比例387％91％89％
[0059]
通过分析上述各表中的相关数据可知，一种phc管桩用免水泥固废基混凝土配方及其制备方法，包括10-15份纳米无机凝胶、6-10份比表面积500-1200平方米/公斤得准纳米磨细矿渣、6-10份比表面积500-1200平方米/公斤得准纳米磨细钢渣、15-35份20-200目的级配铁尾矿、25-55份1mm-10mm的级配钢渣、0.2-0.5份减水剂、3-6份增强剂和0.2-0.5份增韧剂，纳米无机凝胶由10-15份纳米改性剂、25-45份纳米粘合剂、1-3份可溶性稀土、0.2-0.5份消泡剂和40-60份的水组成。
[0060]
其中，所述的连续级配钢渣骨料细度为1-10mm的破碎钢渣。
[0061]
其中，所述的铁尾矿为20-200目的以石英为主的铁尾矿。
[0062]
其中，所述的增强剂为硅钢素，所述增韧剂为比表面积大于等于60000平方米/公斤的改性无机活化剂，主要成分是纳米级的三氧化二铝及氧化硅，按照1:0.2～1:5比例混合制成，所述准纳米磨细矿渣是将高炉水渣干燥后磨细至比表面积500-1200平方米/公斤的超细粉状，所述的准纳米磨细钢渣是将转炉钢渣磨细至比表面积500-1200平方米/公斤，所述纳米粘合剂为100纳米级别的无机硅及有机硅高温融合，进行杂化接肢制得，通过纳米改性剂对经过高度机械活化的固废材料矿渣和钢渣进行改性，大大优化了混凝土的凝胶部分的性能，纳米粘合剂的性能可以提高混凝土中100目以上细骨料的粘合强度，使其成为填充微小孔隙的基础材料，提高骨料细度适用范围，同时提高混凝土的韧性、强度及致密性，准纳米矿渣和钢渣则用于胶结100目－10mm范围骨料，和纳米粘合剂粘合的超细骨料共同组成完整的新型混凝土结构体系，并获得更高的钢筋握裹力、耐磨性、抗冻融、耐化学腐蚀、抗渗性等优秀特质。
[0063]
其中，所述纳米改性剂为硅铝酸盐磨细至100纳米级别。
[0064]
其中，所述水溶性稀土为多种镧系稀土盐。
[0065]
其中，所述消泡剂为水溶性硅烷消泡剂，所述水为普通自来水。
[0066]
其中，所述减水剂为聚羧酸减水剂，其由甲基丙烯酸、氢氧化钠、甲基丙烯磺酸钠、甲基丁烯醇聚氧乙烯醚、双氧水、过硫酸铵和水在约70℃下混合制备而成。
[0067]
其中，按照权利要求1中的比例，将材料混合后强力搅拌机搅拌5分钟后即可浇筑。
[0068]
其中，具体制备步骤为：
[0069]
s1、将6-10份比表面积500-1200平方米/公斤得准纳米磨细矿渣、6-10份比表面积500-1200平方米/公斤得准纳米磨细钢渣、15-35份20-200目的级配铁尾矿、25-55份1mm-10mm的级配钢渣、0.2-0.5份减水剂、3-6份增强剂倒入搅拌器中混合搅拌1h，搅拌转速为12ft/min，制得混凝土预备料，通过铁尾矿、级配钢渣等骨料，通过纳米材料锁死钢渣中的活性物质，避免其发生安定性破坏，通过整体的优化，一方面降低混凝土的成本，同时还会提高混凝土的力学性能以及抗温变性能；
[0070]
s2、将10-15份纳米改性剂、25-45份纳米粘合剂、1-3份可溶性稀土、0.2-0.5份消泡剂和40-60份的水组成倒入小型搅拌器内搅拌均匀，制得纳米无机凝胶；
[0071]
s3、将纳米级的三氧化二铝及氧化硅，按照1:0.2～1:5比例混合制成增韧剂；
[0072]
s4、将步骤s1中制备的预备料添加10-15份纳米无机凝胶以及0.2-0.5份增韧剂加入搅拌器中，混合搅拌2h，搅拌器转速为15ft/min，制得成品混凝土，本发明的减水剂为特制的减水剂，其减水率高、分散性好、坍落度损失小且非常地环保，本发明在添加料部分选
择了两种纳米材料硅钢素和纳米级二氧化硅，这两种材料不仅可以提高混凝土的致密度，还可以提高混凝土的抗压和抗拉强度。
[0073]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。