本發(fā)明涉及一種混凝土摻合料主要用于預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁(PHC)制備領(lǐng)域，特別是指一種免蒸壓高強(qiáng)度高性能混凝土摻合料及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁由于其技術(shù)先進(jìn)、生產(chǎn)工業(yè)化程度高、質(zhì)量穩(wěn)定、施工周期短等一系列優(yōu)勢，在高層建筑、大跨度橋梁、高速公路、港口、碼頭等建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。
而目前混凝土配料大多摻加普通礦渣粉或粉煤灰來降低生產(chǎn)成本，但降低的成本僅僅從配料角度，不能大幅度降低，且在生產(chǎn)中均采用常壓蒸汽養(yǎng)護(hù)和高溫高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)雙重養(yǎng)護(hù)來實(shí)現(xiàn)。
目前PHC管樁傳統(tǒng)的工藝流程為:配料→攪拌→布料→合?！A(yù)應(yīng)力張拉→離心成型→倒余漿→常壓蒸養(yǎng)→脫?！邏赫麴B(yǎng)→成品。目前管樁的生產(chǎn)主要是以高強(qiáng)度等級水泥與磨細(xì)石英粉作為膠凝材料，離心成型后進(jìn)行普通蒸汽養(yǎng)護(hù)，歷經(jīng)靜停、升溫、恒溫、降溫四個階段，溫度在70℃-80℃，時(shí)間溫3-5h，使管樁混凝土的強(qiáng)度達(dá)到40MPa以上，脫模后進(jìn)行高壓蒸汽養(yǎng)護(hù)，一般溫度控制在180℃，壓力1.0MPa，恒溫4～5h，使石英粉與水泥水化放出的Ca(OH)2反應(yīng)，生成托勃莫來石，管樁混凝土的強(qiáng)度才能達(dá)到90MPa以上。
這種傳統(tǒng)工藝缺點(diǎn)主要包括：①蒸壓釜初期投資比較大，設(shè)備維護(hù)成本高。一條35米長的蒸壓釜需要耗費(fèi)上百萬元的投資。②能耗大：蒸壓養(yǎng)護(hù)需要消耗大量的蒸氣，這些蒸氣的能量主要來源于煤炭的燃燒。③環(huán)境污染大：燃煤鍋爐排放的煙氣是空氣中PM2.5的主要來源。④生產(chǎn)安全性差：蒸壓釜作為壓力容器，可能因?yàn)榘踩?lián)鎖裝置失效而引發(fā)爆炸事故。⑤經(jīng)蒸壓養(yǎng)護(hù)的PHC管樁晶膠比過大，以及管樁的出釜溫度高，容易產(chǎn)生由溫度應(yīng)力引起的裂縫，使得混凝土的脆性增加，打樁時(shí)混凝土容易剝落，影響管樁的耐打性。
同時(shí)中國專利CN201510747060.4公開了一種免蒸壓PHC管樁混凝土，包括膠凝材料、水、減水劑、砂子、石子和抗凝劑，所述免蒸壓PHC管樁混凝土每立方米質(zhì)量為2400～2550kg,其中膠凝材料430～480kg,水與所述膠凝材料的質(zhì)量比為0.20～0.23:1，所述減水劑用量為所述膠凝材料質(zhì)量的3.0～3.6％，所述抗凝劑用量為所述膠凝材料質(zhì)量的0.2～0.8％，余量為砂子和石子，其中砂子與石子的質(zhì)量比為0.5～0.6。其中膠凝材料的最低量仍然較高且為430kg/m3，可能會出現(xiàn)因?yàn)楦咚療岫鸬幕炷疗茐摹?/p>
同時(shí)中國專利CN200910041269.3也公開了一種免蒸壓高性能預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土管樁，管樁混凝土中每立方米包含有400～500kg膠凝材料、高效萘系減水劑和所需的砂石，膠凝材料是由硅酸鹽水泥與自制的特種礦物摻合料組成，其中所述自制的特種礦物摻合料由礦渣微粉、硫酸鹽、活性二氧化硅、氧化鈣和粉煤灰組成且特種礦物摻合料各組分占混凝土總量的比例為：礦渣微粉15～25％、硫酸鹽6～10％、活性二氧化硅5～7％、氧化鈣2～4％、粉煤灰7～15％，且特種礦物摻合料占混凝土總量的20～45％。其中硫酸鹽這種化學(xué)激發(fā)劑的摻入可能會導(dǎo)致礦物膠凝材料內(nèi)部發(fā)生膨脹而導(dǎo)致破壞，大大降低混凝土的耐久性。
綜上所述，可以看出目前現(xiàn)有技術(shù)的免蒸混凝土摻和料的配比雖可能部分免除蒸養(yǎng)步驟，但其配方仍不合理，可能造成余漿多、壽命短或反而破壞混凝土。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本發(fā)明提供一種免蒸壓高強(qiáng)度高性能混凝土摻合料及其生產(chǎn)方法其可免除傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力混凝土管樁工藝流程中的高壓蒸養(yǎng)過程，同時(shí)減少余漿，提高效率、節(jié)省資源、保護(hù)環(huán)境，同時(shí)能獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。
為實(shí)現(xiàn)以上技術(shù)目的,本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種免蒸壓高強(qiáng)度高性能混凝土摻合料，包括礦渣微粉：20％-30％；煤矸石粉：10％-20％；硅粉：10％-15％；斜發(fā)沸石粉：5％-10％；煅燒高嶺土：5％-8％；鈣質(zhì)材料：5％-10％；石膏：5％-15％；液態(tài)功能調(diào)節(jié)劑：0.5％-1.0％；
其中礦渣微粉中SO3含量≤4.0％，堿性系數(shù)＞1，28d活性指數(shù)≥115％；硅粉中SiO2含量≥95％；斜發(fā)沸石粉SiO2含量≥70％，Si/Al≥4.25；煅燒高嶺土中SiO2≥30％，Al2O3≥30％，SiO2+Al2O3≥90％，45μm方孔篩篩余≤10％；石膏中SO3含量20％-50％。
作為優(yōu)選，所述鈣質(zhì)材料為主要成分為CaO的石粉，所述CaO的含量≥40％。
作為優(yōu)選，所述液態(tài)功能調(diào)節(jié)劑由高效減水劑與早強(qiáng)劑按1：2復(fù)配而成。
一種混凝土摻合料的生產(chǎn)方法，包括如下步驟：
步驟一：將礦渣微粉20％-30％，煤矸石粉10％-20％，鈣質(zhì)材料5％-10％和硅粉10％-15％分別計(jì)量混合均勻后放入球磨機(jī)中粉磨成原料；
步驟二：在粉磨的同時(shí)加入0.5％-1.0％的液態(tài)功能調(diào)節(jié)劑，直至粉料比表面積≥700m2/Kg；
步驟三：將粉磨后的樣品與計(jì)量好的斜發(fā)沸石粉5％-10％、煅燒高嶺土5％-8％和石膏5％-15％混合均勻制得免蒸壓高強(qiáng)度高性能混凝土摻合料。
以上描述可以看出，本發(fā)明具備以下優(yōu)點(diǎn)：采用發(fā)明的摻合料的PHC管樁生產(chǎn)工藝相比于傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝具有非常明顯的競爭優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在：
1、提高生產(chǎn)效率。添加30％本新型摻合料，免除高壓蒸養(yǎng)過程，一個生產(chǎn)流程少用5-8個小時(shí)，生產(chǎn)周期可以節(jié)約1/3的時(shí)間，同時(shí)減少了生產(chǎn)過程中的安全隱患。
2、大幅節(jié)約能源。添加30％本新型摻合料，可以取代30％水泥。例如，50家管樁廠按照每家管樁廠年消耗水泥7萬噸，水泥少用100萬噸；此外如使用本摻合料，可大幅減少蒸汽的使用量，高壓蒸養(yǎng)每米管樁成本按照3-5元左右，按此計(jì)算，江蘇省全省年產(chǎn)管樁1.1億米，推廣該項(xiàng)目，可節(jié)約成本3億/年以上。經(jīng)濟(jì)效益效益顯著。
3、減少煤炭使用，保護(hù)環(huán)境。使用本摻合料，可以避免制備過程中的蒸壓環(huán)節(jié)，及無需使用煤炭。大大降低二氧化硫和PM2.5排放,減少環(huán)境污染，為改善大氣環(huán)境做貢獻(xiàn)，社會效益顯著。在江蘇省全省推廣本項(xiàng)目。至少可以關(guān)停100臺燃煤蒸汽鍋爐。
4、成本低廉。本摻合料生產(chǎn)原料易于取得且成本極其低廉，90％的材料來自本地工業(yè)廢渣、粉煤灰、礦渣等。
5、安全無毒。本摻合料原料和成品全部存儲在罐體內(nèi)不會對環(huán)境產(chǎn)生危害，成品用罐裝車運(yùn)輸。本摻合料的生產(chǎn)過程簡單易行，擁有多項(xiàng)專利技術(shù)和專有技術(shù)。生產(chǎn)車間負(fù)壓全密封生產(chǎn)，潔凈安全，整個生產(chǎn)過程全封閉，員工可以穿白色衣服，沒有灰塵產(chǎn)生，沒有塵肺病風(fēng)險(xiǎn)，對人體無害。
具體實(shí)施方式
一種免蒸壓高強(qiáng)度高性能混凝土摻合料，包括礦渣微粉：20％-30％；煤矸石粉：10％-20％；硅粉：10％-15％；斜發(fā)沸石粉：5％-10％；煅燒高嶺土：5％-8％；鈣質(zhì)材料：5％-10％；石膏：5％-15％；液態(tài)功能調(diào)節(jié)劑：0.5％-1.0％；
其中礦渣微粉中SO3含量≤4.0％，堿性系數(shù)＞1，28d活性指數(shù)≥115％；硅粉中SiO2含量≥95％；斜發(fā)沸石粉SiO2含量≥70％，Si/Al≥4.25；煅燒高嶺土中SiO2≥30％，Al2O3≥30％，SiO2+Al2O3≥90％，45μm方孔篩篩余≤10％；石膏中SO3含量20％-50％；采用本摻合料可降低膠凝材料至400kg/m3，大大降低了混凝土中水泥用量，避免了由于高水化熱而引起的混凝土破壞。
所述鈣質(zhì)材料為主要成分為CaO的石粉，所述CaO的含量≥40％。
所述液態(tài)功能調(diào)節(jié)劑由高效減水劑與早強(qiáng)劑按1：2復(fù)配而成。
一種免蒸壓高強(qiáng)度高性能混凝土摻合料的生產(chǎn)方法，包括如下步驟：
步驟一：將礦渣微粉20％-30％，煤矸石粉10％-20％，鈣質(zhì)材料5％-10％和硅粉10％-15％分別計(jì)量混合均勻后放入球磨機(jī)中粉磨成原料；
步驟二：在粉磨的同時(shí)加入0.5％-1.0％的液態(tài)功能調(diào)節(jié)劑，直至粉料比表面積≥700m2/Kg；
步驟三：將粉磨后的樣品與計(jì)量好的斜發(fā)沸石粉5％-10％、煅燒高嶺土5％-8％和石膏5％-15％混合均勻制得免蒸壓高強(qiáng)度高性能混凝土摻合料。
在具體實(shí)施時(shí)，以如下指標(biāo)值作為技術(shù)指標(biāo)，該技術(shù)指標(biāo)也是本領(lǐng)域的行標(biāo)：
將制備好的免蒸壓高強(qiáng)度高性能混凝土摻合料按30％比例等質(zhì)量替代水泥按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50081-2002)及中國土木學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)(CCES2004-01)成型100×100×100mm試樣進(jìn)行測試。養(yǎng)護(hù)制度為：成型后靜停4h后90℃蒸養(yǎng)6h。為了對比說明，采用傳統(tǒng)工藝進(jìn)行對比試驗(yàn)，傳統(tǒng)工藝采用磨細(xì)石英砂按30％比例等質(zhì)量替代水泥，養(yǎng)護(hù)制度為：成型后靜停4h，90℃蒸養(yǎng)6h后，高壓蒸養(yǎng)5h(180℃，1.0MPa)
免蒸壓高強(qiáng)度高性能混凝土摻合料蒸養(yǎng)強(qiáng)度測試表：
注：上述水泥均為海螺P·Ⅱ52.5水泥，減水劑為聚羧酸系高效減水劑；2號摻合料為免蒸壓高強(qiáng)度高性能混凝土摻合料，3號摻合料為磨細(xì)石英砂
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，使用免蒸壓高強(qiáng)度高性能摻合料的試樣，蒸養(yǎng)6h后的強(qiáng)度與蒸壓4h的強(qiáng)度均高于純水泥，采用磨細(xì)砂作為摻合料的試樣蒸養(yǎng)6h強(qiáng)度低于純水泥而進(jìn)一步蒸壓5h后強(qiáng)度比純水泥高。并且免蒸壓高強(qiáng)度高性能摻合料具有一定的減水效果，采用免蒸壓高強(qiáng)度高性能摻合料的試樣蒸養(yǎng)6h后就能達(dá)到C80強(qiáng)度，完全滿足C80PHC管樁的生產(chǎn)，進(jìn)一步蒸壓4h后強(qiáng)度可達(dá)到110MPa以上；而傳統(tǒng)工藝中采用磨細(xì)石英砂作為摻合料，蒸養(yǎng)6h后強(qiáng)度只有70MPa左右，繼續(xù)蒸壓4h后才能滿足C80PHC管樁的生產(chǎn)要求。也就說采用免蒸壓高強(qiáng)度高性能混凝土摻合料，一個生產(chǎn)周期可以節(jié)約1/3的時(shí)間；如果采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)流程可獲得更高的強(qiáng)度。
同時(shí)摻合料建議摻量30％，摻量低于25％會導(dǎo)致強(qiáng)度下降，后期強(qiáng)度增長緩慢或無增長；脫模強(qiáng)度：羧酸減水劑會略高于萘系3-5MPa,出池強(qiáng)度3d有5～10MPa增長，7d還會有5MPa的增長；建議采用砂的細(xì)度模數(shù)在2.6～3.0之間，含泥小于1.0％；碎石壓碎值不高于7.0％。
同時(shí)本發(fā)明具備以下優(yōu)點(diǎn)：采用發(fā)明的摻合料的PHC管樁生產(chǎn)工藝相比于傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝具有非常明顯的競爭優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在：
1、提高生產(chǎn)效率。添加30％本新型摻合料，免除高壓蒸養(yǎng)過程，一個生產(chǎn)流程少用5-8個小時(shí)，生產(chǎn)周期可以節(jié)約1/3的時(shí)間，同時(shí)減少了生產(chǎn)過程中的安全隱患。
2、大幅節(jié)約能源。添加30％本新型摻合料，可以取代30％水泥。例如，50家管樁廠按照每家管樁廠年消耗水泥7萬噸，水泥少用100萬噸；此外如使用本摻合料，可大幅減少蒸汽的使用量，高壓蒸養(yǎng)每米管樁成本按照3-5元左右，按此計(jì)算，江蘇省全省年產(chǎn)管樁1.1億米，推廣該項(xiàng)目，可節(jié)約成本3億/年以上。經(jīng)濟(jì)效益效益顯著。
3、減少煤炭使用，保護(hù)環(huán)境。使用本摻合料，可以避免制備過程中的蒸壓環(huán)節(jié)，及無需使用煤炭。大大降低二氧化硫和PM2.5排放,減少環(huán)境污染，為改善大氣環(huán)境做貢獻(xiàn)，社會效益顯著。在江蘇省全省推廣本項(xiàng)目。至少可以關(guān)停100臺燃煤蒸汽鍋爐。
4、成本低廉。本摻合料生產(chǎn)原料易于取得且成本極其低廉，90％的材料來自本地工業(yè)廢渣、粉煤灰、礦渣等。
5、安全無毒。本摻合料原料和成品全部存儲在罐體內(nèi)不會對環(huán)境產(chǎn)生危害，成品用罐裝車運(yùn)輸。本摻合料的生產(chǎn)過程簡單易行，擁有多項(xiàng)專利技術(shù)和專有技術(shù)。生產(chǎn)車間負(fù)壓全密封生產(chǎn)，潔凈安全，整個生產(chǎn)過程全封閉，員工可以穿白色衣服，沒有灰塵產(chǎn)生，沒有塵肺病風(fēng)險(xiǎn)，對人體無害。
以上對本發(fā)明及其實(shí)施方式進(jìn)行了描述，該描述沒有限制性，說明書中所示的也只是本發(fā)明的實(shí)施方式之一，實(shí)際的結(jié)構(gòu)并不局限于此?？偠灾绻绢I(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實(shí)施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。