CN104129938A - 一种用于混凝土管桩的矿物外加剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于混凝土管桩的矿物外加剂，其其由硅微粉、高岭土、粉煤灰、高炉矿渣、石膏粉、元明粉和纳米碳酸钙组成，各原料重量配比：硅微粉5～10份，高岭土5～10份，粉煤灰25～40份，高炉矿渣50～65份，石膏粉8～15份，元明粉3～5份，纳米碳酸钙1～4份。本发明提出一种用于混凝土管桩的矿物外加剂，其成分均匀分布于混凝土胶凝材料中，有效改善混凝土内部的微观结构，提高致密性，减低孔隙率，同时能有效水化产物的组成，充分发挥水泥的潜在强度，并且在预制混凝土管桩(PHC管桩)时采用常压蒸养即可满足管桩性能要求。

Description

一种用于混凝土管桩的矿物外加剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土管桩的预制制备领域，尤其是涉及免蒸压PHC管桩的矿物外加剂及其制备方法。

背景技术

PHC管桩，即预应力混凝土预制管桩，由于其技术先进、生产工业化程度高、质量稳定、施工周期短和资源消耗少等技术、经济优势，在国内外得到较快发展，已成为基础工程的重要桩基材料。混凝土预制桩的混凝土强度要求大于C80，属于高强混凝土。现有技术一般通过添加磨细砂，在1.0MPa，150℃以上的条件下激发其活性，与水泥水化形成的Ca(OH)₂发生化学反应，生成强度很高的托勃莫来石。

目前，PHC管桩是采用先张预应力离型成型工艺，并经过10个大气压力、180℃的蒸汽养护；主要生产工艺流程：配料→搅拌→布料→合模→预应力张拉→离心成型→倒余浆→常压蒸养→脱模→高压蒸养→成品。其中“倒余浆”的过程，不仅影响了生产效率，同时产生了大量不易处理的废弃浆体。“高压蒸养”的过程需要用到特种设备“蒸压釜”，不仅成本投资大，而且因其属于压力容器，必然存在一定的安全隐患。同时，此养护过程时间长、需蒸汽量大，影响了效率，浪费了能源。

发明内容

本发明提出一种用于混凝土管桩的矿物外加剂，其成分均匀分布于混凝土胶凝材料中，有效改善混凝土内部的微观结构，提高致密性，减低孔隙率，同时能有效水化产物的组成，充分发挥水泥的潜在强度，并且在预制混凝土管桩(PHC管桩)时采用常压蒸养即可满足管桩性能要求。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于混凝土管桩的矿物外加剂，其由硅微粉、高岭土、粉煤灰、高炉矿渣、石膏粉、元明粉和纳米碳酸钙组成，各原料重量配比：硅微粉5～10份，高岭土5～10份，粉煤灰25～40份，高炉矿渣50～65份，石膏粉8～15份，元明粉3～5份，纳米碳酸钙1～4份。

进一步优选地，各原料所占总重量百分数如下：硅微粉10份，高岭土10份，粉煤灰36份，高炉矿渣60份，石膏粉10份，元明粉4份，纳米碳酸钙2份。

进一步优选地，所述的硅微粉为超细硅微粉。

进一步优选地，所述的粉煤灰为超细粉煤灰。

进一步优选地，所述的高岭土为水洗或煅烧高岭土。

进一步优选地，所述的超细硅微粉比表面积为23000m²/kg。

进一步优选地，所述的超细硅微粉的需水量比为120％。

进一步优选地，所述的高炉矿渣比表面积480m²/kg。

进一步优选地，所述的高炉矿渣的活性指数为101％。

本发明另一方面还涉及一种用于混凝土管桩的矿物外加剂的制备方法，具体步骤如下：

1)准备原料硅微粉、高岭土、粉煤灰、高炉矿渣、石膏粉、元明粉和纳米碳酸钙，各原料性能符合标准；

2)将硅微粉、高岭土、石膏粉、元明粉和纳米碳酸钙进行高效混合；

3)将粉煤灰和高炉矿渣混合后，加入步骤2)中制备的混合产物，搅拌5-10min即得。

硅微粉是由天然石英(SiO2)或熔融石英(天然石英经高温熔融、冷却后的非晶态SiO2)经破碎、球磨(或振动、气流磨)、浮选、酸洗提纯、高纯水处理等多道工艺加工而成的微粉。硅微粉是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料。由于它具备耐温性好、耐酸碱腐蚀、导热性差、高绝缘、低膨胀、化学性能稳定、硬度大等优良的性能。超细硅微粉，是将硅微粉进行进一步的超细粉粹、提纯和改性。

粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。粉煤灰的主要氧化物组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、CaO、TiO2等。超细粉煤灰，是将粉煤灰进一步超细粉碎等步骤。

高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣。在高炉冶炼生铁时，从高炉加入的原料，除了铁矿石和燃料(焦炭)外，还要加入助熔剂。当炉温达到1400一1600℃时，助熔剂与铁矿石发生高温反应生成生铁和矿渣。高炉矿渣是由脉石、灰分、助熔剂和其他不能进入生铁中的杂质组成的，是一种易熔混合物。从化学成分来看，高炉矿渣是属于硅酸盐质材料，高炉矿渣中主要的化学成分是SiO2，Al2O3，CaO，MgO，MnO，FeO，S等。

元明粉，即硫酸钠，无机化合物，十水合硫酸钠又名芒硝，白色、无臭、有苦味的结晶或粉末，有吸湿性。外形为无色、透明、大的结晶或颗粒性小结晶。

纳米碳酸钙又称超微细碳酸钙，用作塑料填料具有增韧补强的作用，提高塑料的弯曲强度和弯曲弹性模量，热变形温度和尺寸稳定性，同时还赋予塑料滞热性。

本矿物外加剂中，以硅微粉、粉煤灰和高炉矿渣为功能材料，复合其他功能性外加材料，能够改善混凝土内部的微观结构，提高混凝土致密性等性能，同时发挥水凝的潜在强度；采用本矿物外加剂，可以使管桩在常压蒸养(温度90℃左右)制备条件下满足C80PHC管桩性能要求。

其中，矿粉的活性指数是采用标准试验测试确定的，简单的说：矿粉替代50％水泥，拌合制作标准砂浆试件，然后测试砂浆28天强度。含矿粉砂浆强度与不含矿粉基准砂浆强度比，就是矿粉的活性指数。

无机功能组分按其作用功能分，包括纳米级高效密度组分、激活活性组分、早期体积稳定组分和结晶组分等。其中，粉煤灰中二氧化硅和氧化铝的含量较高，氧化钙含量较低，高炉矿渣中含有较多的矿物质，如氧化铁和氧化钙等，将粉煤灰和高炉矿渣按照一定比例形成金属物质与硅的合理配比，促进早期水化产物的生成。硅微粉可以填充在水泥颗粒粒子之前，发挥良好的填充效应，硅微粉和高岭土作为早期体积稳定组分，填充粉煤灰和高炉矿渣的间隙，弥补反应慢的不足。纳米碳酸钙作为高效密度组分，覆盖凝胶组分的表面或填充各组分之间，促进管桩具有高强度的性能。元明粉或硫酸钠作为激活剂，进一步提交矿物外加剂的性能，促进原料之间早期水化过程。

矿物外加剂采用纳米活性无机硅材料之间的复合，优化混凝土的蒸汽养护工艺，产出的混凝土管桩1d强度达到80Mpa以上；使用矿物外加剂，采用免蒸压无余浆生产高强度混凝土预制管桩，可以节约蒸汽60％以上，减少原煤的使用，降低污染气体的排放，降低生产成本，具有显著的经济和社会效益。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

实施例1一种用于混凝土管桩的矿物外加剂

原料由超细硅微粉、水洗高岭土、超细粉煤灰、高炉矿渣、石膏粉、元明粉和纳米碳酸钙组成，各原料重量配比：超细硅微粉50份，水洗高岭土5份，超细粉煤灰25份，高炉矿渣50份，石膏粉8份，元明粉3份，纳米碳酸钙1份。

具体步骤如下：

1)准备原料超细硅微粉、水洗高岭土、超细粉煤灰、高炉矿渣、石膏粉、元明粉和纳米碳酸钙，各原料性能符合标准，高炉矿渣比表面积480m²/kg，的高炉矿渣的活性指数为101％，超细硅微粉比表面积为23000m²/kg，超细硅微粉的需水量比为120％，高炉矿渣的活性指数为101％；

2)将硅微粉、高岭土、石膏粉、元明粉和纳米碳酸钙进行高效混合；

3)将粉煤灰和高炉矿渣混合后，加入步骤2)中制备的混合产物，搅拌5-10min即得。

实施例2一种用于混凝土管桩的矿物外加剂

原料由超细硅微粉、水洗高岭土、超细粉煤灰、高炉矿渣、石膏粉、元明粉和纳米碳酸钙组成，各原料重量配比：硅微粉10份，高岭土10份，粉煤灰40份，高炉矿渣65份，石膏粉15份，元明粉5份，纳米碳酸钙4份。

具体步骤如下：

1)准备原料硅微粉、高岭土、粉煤灰、高炉矿渣、石膏粉、元明粉和纳米碳酸钙，各原料性能符合标准，高炉矿渣比表面积480m²/kg，的高炉矿渣的活性指数为101％，超细硅微粉比表面积为23000m²/kg，超细硅微粉的需水量比为120％，高炉矿渣的活性指数为101％；

2)将硅微粉、高岭土、石膏粉、元明粉和纳米碳酸钙进行高效混合；

3)将粉煤灰和高炉矿渣混合后，加入步骤2)中制备的混合产物，搅拌5-10min即得。

实施例3一种用于混凝土管桩的矿物外加剂

原料由超细硅微粉、水洗高岭土、超细粉煤灰、高炉矿渣、石膏粉、元明粉和纳米碳酸钙组成，各原料重量配比：硅微粉10份，高岭土10份，粉煤灰36份，高炉矿渣60份，石膏粉10份，元明粉4份，纳米碳酸钙2份。

具体步骤如下：

1)准备原料硅微粉、高岭土、粉煤灰、高炉矿渣、石膏粉、元明粉和纳米碳酸钙，各原料性能符合标准，高炉矿渣比表面积480m²/kg，的高炉矿渣的活性指数为101％，超细硅微粉比表面积为23000m²/kg，超细硅微粉的需水量比为120％，高炉矿渣的活性指数为101％；

2)将硅微粉、高岭土、石膏粉、元明粉和纳米碳酸钙进行高效混合；

3)将粉煤灰和高炉矿渣混合后，加入步骤2)中制备的混合产物，搅拌5-10min即得。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于混凝土管桩的矿物外加剂，其特征是，其由硅微粉、高岭土、粉煤灰、高炉矿渣、石膏粉、元明粉和纳米碳酸钙组成，各原料重量配比：硅微粉5～10份，高岭土5～10份，粉煤灰25～40份，高炉矿渣50～65份，石膏粉8～15份，元明粉3～5份，纳米碳酸钙1～4份。

2.如权利要求1所述的一种用于混凝土管桩的矿物外加剂，其特征是，各原料所占总重量百分数如下：硅微粉10份，高岭土10份，粉煤灰36份，高炉矿渣60份，石膏粉10份，元明粉4份，纳米碳酸钙2份。

3.如权利要求1或2所述的一种用于混凝土管桩的矿物外加剂，其特征是：所述的硅微粉为超细硅微粉。

4.如权利要求1或2所述的一种用于混凝土管桩的矿物外加剂，其特征是：所述的粉煤灰为超细粉煤灰。

5.如权利要求1或2所述的一种用于混凝土管桩的矿物外加剂，其特征是：所述的高岭土为水洗或煅烧高岭土。

6.如权利要求3所述的一种用于混凝土管桩的矿物外加剂，其特征是：所述的超细硅微粉比表面积为23000m²/kg。

7.如权利要求3所述的一种用于混凝土管桩的矿物外加剂，其特征是：所述的超细硅微粉的需水量比为120％。

8.如权利要求1所述的一种用于混凝土管桩的矿物外加剂，其特征是：所述的高炉矿渣比表面积480m²/kg。

9.如权利要求1所述的一种用于混凝土管桩的矿物外加剂，其特征是：所述的高炉矿渣的活性指数为101％。

10.权利要求1-9任一项所述的一种用于混凝土管桩的矿物外加剂的制备方法，其特征是，具体步骤如下：

1)准备原料硅微粉、高岭土、粉煤灰、高炉矿渣、石膏粉、元明粉和纳米碳酸钙，各原料性能符合标准；

2)将硅微粉、高岭土、石膏粉、元明粉和纳米碳酸钙进行高效混合；

3)将粉煤灰和高炉矿渣混合后，加入步骤2)中制备的混合产物，搅拌5-10min即得。