CN103224356B

CN103224356B - 一种绿色环保粉末钢筋混凝土输水管

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Publication number: CN103224356B
Application number: CN201310048631.6A
Authority: CN
Inventors: 黄贺明; 刘福财
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2033-02-07
Also published as: CN103224356A

Abstract

本发明属于输水工程领域，具体涉及一种混凝土输水管。本发明的输水管由混凝土均匀分布于钢筋网上制成，所述混凝土由如下质量分配比的原料制成：平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥450~500份；平均粒径0.18μm、SiO₂含量≥85%的硅灰90~130份；平均粒径10~20μm的Ⅰ级粉煤灰100~130份；平均粒径10~30μm的S95级以上矿渣粉130~160份；粒径为0.16~1.63mm的石英砂520~600份；粒径为5~14mm的石子800~880份；减水率大于30%的复合高效减水剂12~20份；阻锈剂7~12份；高效膨胀剂45~50份；水130~150份；聚丙烯纤维0.8~1.2份；直径为0.18~0.25mm、长度为10~15mm的镀铜钢纤维80~160份；所述钢筋网由直径4.0~6.0mm的冷拔丝做构造筋，直径5.0~10.0mm的冷轧带肋钢筋做环向结构筋编制而成。

Description

一种绿色环保粉末钢筋混凝土输水管

技术领域

本发明属于输水工程领域，具体涉及一种混凝土输水管。

背景技术

活性粉末混凝土是由法国等西方国家在二十世纪90年代初开发出的一种超高强度、高韧性、高耐久性、体积稳定的新型混凝土材料，该材料性能分为200MPa级和800MPa级。现国外主要应用推广级别为200MPa级，性能抗压指标可达130~200MPA，抗折强度可达16~50MPA，弹性模量在45GPa以上，抗渗性能一般在P30以上，28天碳化检测为0，电通量小于40库伦。在国内RPC材料现已经在不断研究和发展，主要使用在铁路工程、桥梁预制上，在输/排水工程管道行业应用还是空白。目前我国输/排水管道主要使用的是普通混凝土排水管道和预应力三阶段混凝土管、PCCP钢筒混凝土管较多，管道自重过大，安装接口多、抗渗性能差、脆性高、耐盐碱污水等腐蚀性差、施工费用高，抗地震性能差等缺点限制行业发展。目前尚未有工业可用的混凝土输水管能够解决行业发展瓶颈，降低工程综合施工费用，提高管道的使用耐久性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述混凝土输/排水管的缺陷，提供一种绿色环保粉末钢筋混凝土输水管，其具有超高强度、高抗裂性能、高耐久性、高抗渗性、低脆性，同时改善内表面的粗糙度系数，提高了内表面的耐磨性能，满足其在输/排水工程领域中的应用。

上述目的是通过以下技术手段加以实现的：

一种绿色环保粉末钢筋混凝土输水管，由混凝土均匀分布于钢筋网上制成，所述混凝土由如下质量分配比的原料制成：

平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥450~500份；

平均粒径0.18μm、SiO₂含量≥85%的硅灰90~130份；

平均粒径10~20μm的Ⅰ级粉煤灰100~130份；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿渣粉130~160份；

粒径为0.16~1.63mm的石英砂520~600份；

粒径为5~14mm的石子800~880份；

减水率大于30%的复合高效减水剂12~20份；

阻锈剂7~12份；

高效膨胀剂45~50份；

水135~155份；

聚丙烯纤维0.8~1.2份；

直径为0.18~0.25mm、长度为10~15mm的镀铜钢纤维80~160份；

所述钢筋网由直径4.0~6.0mm的冷拔丝做构造筋，直径5.0~10.0mm的冷轧带肋钢筋做环向结构筋编制而成。

上述混凝土更优选由如下质量分配比的原料制成：

平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥470~480份；

平均粒径0.18μm、SiO₂含量≥85%的硅灰100~120份；

平均粒径10~20μm的Ⅰ级粉煤灰110~120份；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿渣粉140~150份；

粒径为0.16~1.63mm的石英砂550~570份；

粒径为5~14mm的石子840~850份；

减水率大于30%的复合高效减水剂16~17份；

阻锈剂9~10份；

高效膨胀剂47~48份；

水140~150份；

聚丙烯纤维0.9~1.1份；

直径为0.18~0.25mm、长度为10~15mm的镀铜钢纤维110~130份。

在本发明的混凝土配方中, 采用了大量的多种工业废渣粉，同时大幅度提高了产品的力学指标性能，降低了混凝土脆性指标，提高了产品的耐久性能，混凝土的塌落度为7~10cm，使其应用范围更广泛，可应用于不同土质环境及海洋环境的开挖或顶进施工用输水工程，例如适用于雨水、污水、自来水带压或无压输/排水管道工程。

优选地，所述粉煤灰中的氧化钙含量为≤10%，游离氧化钙为0。优选地，所述石子的压碎指标小于10%、针片状含量小于5%、含泥量小于0.5%。

优选地，所述复合高效减水剂的主要成分为消泡剂、增效剂和高效减水剂；所述阻锈剂为三乙醇胺硼酸酯和有机硅类复合阻锈剂，高效膨胀剂为市面售UEA。

优选地，所述钢筋网含有厚度为10~15mm的保护层，从而大大提升结构受力效果，减少20~30%的钢筋用量，节约大量钢材。钢筋网的笼骨架采用自动焊接成型。

上述配方制成的混凝土使输水管的壁厚大大降低，所述输水管的壁厚尺寸为管内径的1/11~1/20，大幅度减轻了产品的自重，降低了施工的要求。并且输水管的结构与接口也与现有输水管不同，具体地，本发明输水管的结构，不在采用预应力形式，整体混凝土变形协调性好，可达0.4%，采用刚性体设计，接口形式为柔性接口形式，整体抗震性能好，管体长度（指有效长度）为2~5米。

本发明还提供上述绿色环保粉末钢筋混凝土输水管的制备方法，包括以下步骤：

（1）将聚丙烯纤维、镀铜钢纤维和石英砂加入搅拌机搅拌2~3分钟至分散均匀；

（2）向搅拌机中加入水泥、硅灰、粉煤灰及矿粉继续搅拌1~2分钟至均匀备用；

（3）向上述备用材料中依次加入阻锈剂、复合高效减水剂、高效膨胀剂和水继续搅拌2~3分钟至分散均匀；

（4）加入石子搅拌1~2分钟后得到绿色环保碎石活性粉末混凝土；

（5）通过布料机将上述混凝土均匀分布在装有钢筋网的输水管模具中，采用振动或者离心工艺密实成型，经过养护后得到所述输水管。

上述方法中采用离心工艺生产，生产过程中不再有废浆、废液产生，产品更加环保。并且上述方法取消了预应力缠丝工艺环节，节约了大量的人力物力。

上述方法中的养护可以采用以下两种形式：（1）所述养护为自然养护，管道检验指标评定以56天为准；（2）所述养护为自然养护4小时候后进行远红外线加温养护5~7小时，温度范围为90+5℃，升降温速率不超过20℃/小时，管道检验以恒温5~7小时后的指标为评定。采用上述养护方法的原因是：材料中采用大量的火山灰活性微粉材料需要较长时间才能增加混凝土强度作用或短时间需要再高温条件下参与普通水化硅酸钙后续的热和反应，增加混凝土强度。

本发明具有以下有益效果：

（1）上述配方和制备过程制备的绿色环保粉末钢筋混凝土输/排水管，其混凝土抗压强度可达110~160MPA，抗折强度可达16~30MPA，抗拉性能7~13MPA、弹性模量在45GPa以上，抗渗性能在P30以上，28天碳化检测为0，电通量小于40库伦，抗冻融600次循环无重量损失，整体技术指标是普通混凝土产品的两倍到三倍，耐久性能设计可达100年且适用于各种地质环境和海洋环境输排水工程；

（2）整体管壁是原混凝土类管材壁厚的1/2~2/3，重量大幅降低、节约大量材料，改善了管网内部配筋结构设计形式，减少了钢筋的使用；并且采用大量工业废渣粉，大大降低了制作产品的成本；离心工艺生产过程中，不再有大量废浆废液排出，节约了废液、废渣等污染处理费用；

（3）该产品承受大压力范围更加广泛，可做压力0~3MPA范围内的输/排水管道，不再使用预应力缠丝工艺、喷涂砂浆保护层工艺生产，工艺大幅简化，钢材节约化；

（4）本发明内部表面粗糙系数小，改善了管道内表面的光洁度，提高了水流速度，减少了管道清淤等工作，降低了管道后续维护费用。

（5）本产品直接可以取代现有PCCP、一阶段预应力管、三阶段预应力管、普通排水管等，工程造价成本大幅度下降。

具体实施方式

实施例1

按照如下比例配备混凝土原材料：

平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥475份；

平均粒径0.18μm、SiO₂含量≥85%的硅灰110份；

平均粒径10~20μm的Ⅰ级粉煤灰115份（氧化钙含量≤10%）；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿渣粉145份；

粒径为0.16~1.63mm的石英砂560份；

粒径为5~14mm的石子845份（压碎指标小于10%，针片状含量小于5%，含泥量小于0.5%）；

减水率大于30%的复合高效减水剂17份；

阻锈剂9份；

高效膨胀剂47.5份；

水140份；

聚丙烯纤维1.0份

直径为0.18~0.25mm、长度10~15mm的镀铜钢纤维120份；

以产品1000mm内径，整体壁厚为80mm，长度为3米混凝土管模具制作产品。

钢筋网由直径5.0mm冷拔丝做构造筋（间距为150mm），直径7.0mm的冷轧带肋钢筋做环向结构筋（间距为50mm）编制而成，保护层厚度为12mm。

上述原材料配备完成后按照如下步骤进行制备及加工：

（1）将配方限定的镀铜钢纤维、聚丙烯纤维和石英砂加入搅拌机搅拌2~3分钟进行分散均匀；

（2）再向搅拌机中加入配方限定的水泥、硅灰、粉煤灰及矿粉继续搅拌1~2分钟至均匀备用；

（3）向上述搅拌备用材料中依次加入阻锈剂、复合减水剂和水继续搅拌2~3分钟至分散均匀；

（4）最后加入石子搅拌1~2分钟后得到绿色环保碎石活性粉末混凝土，检测塌落度为8.5cm（制备过程中的水依据实际工作度7cm~12cm的需要适当微调）；

（5）通过布料机将粉末混凝土均匀分布在已有钢筋网的模具内，开始振动或离心工艺密实成型后进行养护。

离心工艺如下：布料壁厚小于等于100mm时一次性布料，布料转速为低速（350~400rpm），布料结束后提高至中速（650~850rpm）转动4~6分钟，然后提高到高速（900~1200rpm）阶段持续时间8~10分钟；如果壁厚大于100mm时分两到三次投料，每次投料都经过上述的低、中、高速三个阶段；离心进入高速的后尾段进行一次打钎收光内表面，自然养护56天或恒温90度远红外线养护5~7小时即可得到产品。

振动工艺如下：采用辅助挂振工艺，自动布料量是管长度的1/5左右开始启动振动，随着喂料量增加，逐级开启振动电机加大振动力，布料结束后振动3~5分钟对端口面进行抹光，后续进入自然养护或升温养护状态，养护方法与离心工艺相同。

本实施例制备的输水管性能如下：

混凝土抗压强度：137MPa

混凝土抗折强度：22.3MPa

混凝土抗拉强度：12.8MPa

混凝土弹性模量：46.4GPa

混凝土抗渗性能：≥P30，P30等级渗水高度

混凝土吸水率：1.18%

混凝土抗碳化性：28天碳化检测深度为0mm

混凝土电通量：0.31*10^-12m²/s

混凝土抗冻融性：快速检验600次冻融循环无质量损失

内压抗裂检验压力：1.46MPa恒压五分钟无渗水，爆裂现象，升压到1.58MPa开始出现渗水现象

抗压荷载检验：工作荷载80kN/m，破坏荷载154kN/m

内表面粗糙度系数：曼宁系数约为n=0.011

实施例2

按照如下比例配备混凝土原材料：

平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥450份；

平均粒径0.18μm、SiO₂含量≥85%的硅灰90份；

平均粒径10~20μm的Ⅰ级粉煤灰100份（氧化钙含量≤10%）；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿渣粉130份；

粒径为0.16~1.63mm的石英砂520份；

粒径为5~14mm的石子800份，（压碎指标小于10%，针片状含量小于5%，含泥量小于0.5%）；

减水率大于30%的复合高效减水剂12份；

阻锈剂7份；

高效膨胀剂45份；

水130份；

聚丙烯纤维0.8份

直径为0.18~0.25mm、长度10~15mm的镀铜钢纤维80份；

钢筋网由直径4.0mm冷拔丝做构造筋（间距为150mm），直径5.0mm的冷轧带肋钢筋做环向结构筋（间距为100mm）编制而成，保护层厚度为12mm。

制备步骤同实施例1，工作度检测为11.5cm。

本实施例制备的输水管性能如下：

混凝土抗压强度：113.5MPa

混凝土抗折强度：14.1MPa

混凝土抗拉强度：7.4MPa

混凝土弹性模量：45.5GPa

混凝土抗渗性能：≥P30，P30等级渗水高度

混凝土吸水率：1.36%

混凝土抗碳化性：28天碳化检测深度为0mm

混凝土电通量：0.28*10^-12m²/s

混凝土抗冻融性：快速检验600次冻融循环无质量损失

内压抗裂检验压力：0.8MPa恒压五分钟无渗水，爆裂现象，1.0MPa开始出现渗水现象;

抗压荷载检验：工作荷载45kN/m，破坏荷载94kN/m

内表面粗糙度系数：曼宁系数约为n=0.011

实施例3

按照如下比例配备混凝土原材料：

平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥500份；

平均粒径0.18μm、SiO₂含量≥85%的硅灰130份；

平均粒径10~20μm的Ⅰ级粉煤灰130份（氧化钙含量≤10%）；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿渣粉160份；

粒径为0.16~1.63mm的石英砂600份；

粒径为5~14mm的石子880份（压碎指标小于10%，针片状含量小于5%，含泥量小于0.5%）；

减水率大于30%的复合高效减水剂20份；

阻锈剂12份；

高效膨胀剂：50份

水150份；

聚丙烯纤维1.2份

直径为0.18~0.25mm、长度10~15mm的镀铜钢纤维160份；

钢筋网由直径6.0mm冷拔丝做构造筋（间距为150mm），直径7.0mm的冷轧带肋钢筋做环向结构筋（间距为30mm）编制而成，保护层厚度为12mm。

制备步骤同实施例1，检测工作度为11cm。

本实施例制备的输水管性能如下：

混凝土抗压强度：156MPa

混凝土抗折强度：26.8MPa

混凝土抗拉强度：12.8MPa

混凝土弹性模量：46.8GPa

混凝土抗渗性能：≥P30，P30等级渗水高度

混凝土吸水率：1.13%

混凝土抗碳化性：28天碳化检测深度为0mm

混凝土电通量：0.29*10^-12m²/s

混凝土抗冻融性：快速检验600次冻融循环无质量损失

内压抗裂检验压力：1.46MPa恒压五分钟无渗水，爆裂现象，升压到1.62MPa开始出现渗水现象

抗压荷载检验：工作荷载91kN/m,破坏荷载157kN/m

内表面粗糙度系数：曼宁系数约为n=0.011

实施例4

按照如下比例配备混凝土原材料：

平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥470份；

平均粒径0.18μm、SiO₂含量≥85%的硅灰120份；

平均粒径10~20μm的Ⅰ级粉煤灰120份（氧化钙含量≤10%）；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿渣粉140份；

粒径为0.16~1.63mm的石英砂550份；

粒径为5~14mm的石子840份（压碎指标小于10%，针片状含量小于5%，含泥量小于0.5%）；

减水率大于30%的复合高效减水剂16份；

阻锈剂9份；

高效膨胀剂：47份

水145份；

聚丙烯纤维1.0份

直径为0.18~0.25mm、长度10~15mm的镀铜钢纤维130份；

钢筋网由直径6.0mm冷拔丝做构造筋（间距为150mm），直径7.0mm的冷轧带肋钢筋做环向结构筋（间距为50mm）编制而成，保护层厚度为12mm。

制备步骤同实施例1，检测工作度为11.5cm。

本实施例制备的输水管性能如下：

混凝土抗压强度：134MPa

混凝土抗折强度：22.8MPa

混凝土抗拉强度：12.4MPa

混凝土弹性模量：46.3GPa

混凝土抗渗性能：≥P30,P30等级渗水高度

混凝土吸水率：1.19%

混凝土抗碳化性：28天碳化检测深度为0mm

混凝土电通量：0.33*10^-12m²/s

混凝土抗冻融性：快速检验600次冻融循环无质量损失

内表面粗糙度系数：曼宁系数约为n=0.011

内压抗裂检验压力：1.46MPa恒压五分钟无渗水，爆裂现象，升压到1.60MPa开始出现渗水现象

抗压荷载检验：工作荷载77kN/m，破坏荷载160kN/m

实施例5

按照如下比例配备混凝土原材料：

平均粒径30~60μm的低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥480份；

平均粒径0.18μm、SiO₂含量≥85%的硅灰100份；

平均粒径10~20μm的Ⅰ级粉煤灰110份（氧化钙含量≤10%）；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿渣粉150份；

粒径为0.16~1.63mm的石英砂570份；

粒径为5~14mm的石子850份（压碎指标小于10%，针片状含量小于5%，含泥量小于0.5%）；

减水率大于30%的复合高效减水剂17份；

阻锈剂10份；

高效膨胀剂：48份；

水135份；

聚丙烯纤维1.0份

直径为0.18~0.25mm、长度10~15mm的镀铜钢纤维110份；

制备步骤同实施例1，检测工作度为6cm，成型稍干。

本实施例制备的输水管性能如下：

混凝土抗压强度：130MPa

混凝土抗折强度：20.3MPa

混凝土抗拉强度：11.4MPa

混凝土弹性模量：45.5GPa

混凝土抗渗性能：≥P30，P30等级渗水高度

混凝土吸水率：1.09%

混凝土抗碳化性：28天碳化检测深度为0mm

混凝土电通量：0.21*10^-12m²/s

混凝土抗冻融性：快速检验600次冻融循环无质量损失

内压抗裂检验压力：1.46MPa恒压五分钟无渗水，爆裂现象，升压到1.56MPa开始出现渗水现象

抗压荷载检验：工作荷载68kN/m,破坏荷载167kN/m

内表面较为粗糙，不光滑有轻微露石

实施例6

以内径1000×3000规格生产为例

本实施例输水管配比采用表一（T1、T2、T3)

水泥	硅灰	粉煤灰	矿粉	石英砂	石子	膨胀剂	减水剂	阻锈剂	水	钢纤维	聚丙烯纤维
												475	110	115	145	560	845	47.5	17.0	9	140	120	1.0

对比1普通排水管配比采用C50表二

水泥	矿粉	河沙	石子	外加剂	水
						400	40	720	1210	6.0	155

对比2普通三阶段输水管混凝土配比采用C50表三

水泥	矿粉	河沙	石子	外加剂	水
						460	--	750	1180	6.4	160

试验数据及结果对比如下表四

实施例7

以内径1000×3000规格生产为例

本实施例输水管配比采用表五

	水泥	硅灰	粉煤灰	矿粉	石英砂	石子	膨胀剂	减水剂	阻锈剂	水	钢纤维	聚丙烯纤维
													S1	475	110	115	145	560	845	47.5	17.0	9	140	120	1.0
S2	475	110	115	145	560	845	47.5	17.0	--	140	120	1.0
													S3	475	110	115	145	560	845	47.5	17.0	9	140	120	---

制作输水管表观如下表六：

Claims

1.一种绿色环保粉末钢筋混凝土输水管，由混凝土均匀分布于钢筋网上制成，其特征在于所述混凝土由如下质量分配比的原料制成：

平均粒径0.18μm、SiO₂含量≥85%的硅灰90~130份；

平均粒径10~20μm的Ⅰ级粉煤灰100~130份；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿渣粉130~160份；

粒径为0.16~1.63mm的石英砂520~600份；

粒径为5~14mm的石子800~880份；

减水率大于30%的复合高效减水剂12~20份；

阻锈剂7~12份；

高效膨胀剂45~50份；

水130~150份；

聚丙烯纤维0.8~1.2份；

直径为0.18~0.25mm、长度为10~15mm的镀铜钢纤维80~160份；

2.如权利要求1所述的绿色环保粉末钢筋混凝土输水管，其特征在于所述混凝土由如下质量分配比的原料制成：

平均粒径0.18μm、SiO₂含量≥85%的硅灰100~120份；

平均粒径10~20μm的Ⅰ级粉煤灰110~120份；

平均粒径10~30μm的S95级以上矿渣粉140~150份；

粒径为0.16~1.63mm的石英砂550~570份；

粒径为5~14mm的石子840~850份；

减水率大于30%的复合高效减水剂16~17份；

阻锈剂9~10份；

高效膨胀剂47~48份；

水135~145份；

聚丙烯纤维0.9~1.1份

直径为0.18~0.25mm、长度为10~15mm的镀铜钢纤维110~130份。

3.如权利要求1或2所述的绿色环保粉末钢筋混凝土输水管，其特征在于所述粉煤灰中的氧化钙含量为≤10%，游离氧化钙为0。

4.如权利要求1或2所述的绿色环保粉末钢筋混凝土输水管，其特征在于所述石子的压碎指标小于10%、针片状含量小于5%、含泥量小于0.5%。

5.如权利要求1或2所述的绿色环保粉末钢筋混凝土输水管，其特征在于所述钢筋网含有厚度为10~15mm的保护层。

6.如权利要求1或2所述的绿色环保粉末钢筋混凝土输水管，其特征在于所述输水管的壁厚尺寸为管内径的1/11~1/20。

7.如权利要求1或2所述的绿色环保粉末钢筋混凝土输水管，其特征在于所述输水管的结构为刚性体，接口形式为柔性接口，管体长度为2~5米。

8.权利要求1所述的绿色环保粉末钢筋混凝土输水管的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（2）向搅拌机中加入水泥、硅灰、粉煤灰及矿渣粉继续搅拌1~2分钟至均匀备用；

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于所述养护为自然养护，管道检验指标评定以56天为准。

10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于所述养护为自然养护3~4小时候后进行远红外线加热养护5~7小时，温度范围为90+5℃，升降温速率不超过20℃/小时，管道检验以恒温5~7小时后的指标为评定。