CN108947408A - 输送用混凝土管道及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混凝土管道技术领域，公开了一种输送用混凝土管道及其制备方法。本发明包括管壁主体和位于管壁主体内侧面上的内附层；所述管壁主体为混凝土结构，所用混凝土包括以下重量份数的组分：硅酸盐水泥50‑60份，秸秆灰10‑15份，硅灰5‑10份，粉煤灰15‑20份，矿渣微粉5‑10份，减水剂0.9‑1.1份，水28‑35份，聚丙烯纤维0.3‑0.5份和钢渣200‑300份；所述内附层为混凝土结构，所用混凝土包括以下重量份数的组分：硅酸盐水泥40‑50份，秸秆灰15‑25份，硅灰10‑15份，粉煤灰10‑15份，矿渣微粉10‑15份，减水剂0.7‑0.9份，水35‑40份，钢渣250‑300份和聚丙烯纤维0.2‑0.3份。本发明成本低，管道内壁摩擦系数小，具有良好的抗渗性、耐腐蚀性和耐久性。

Description

输送用混凝土管道及其制备方法
技术领域
本发明涉及混凝土管道技术领域，特别是涉及一种输送用混凝土管道及其制备方法。
背景技术
地下管道是敷设在地下用于输送液体、气体或松散固体的管道，种类繁多，可采用不同的钢、铸铁、混凝土、钢筋混凝土、砖、石、陶土、塑料、玻璃钢(增强塑料)等材料建造而成。地下环境的酸碱度、湿度相比地面以上都有提高，而且输送的液体、气体或松散固体中也有些会有较高的腐蚀性，对管道材料是一个较大的挑战。
应用最为广泛的混凝土管道，造价低，耗钢量少，生产便捷，施工周期短，但是存在较为明显的抗渗性差，管体强度低的问题；耐腐蚀性差，耐久性差，造成地下管道的使用寿命有限；混凝土管道内壁的摩擦系数大，与输送物料的摩擦碰撞，不仅会降低物料的流动输送速度，而且会加速管道内壁的磨损，降低管道的使用寿命。钢、玻璃钢等材质的管道虽然可以解决管道内壁摩擦系数的问题，但是成本高。
发明内容
本发明提供一种成本低，管道内壁摩擦系数小，具有良好的抗渗性、抗压强度、耐腐蚀性和耐久性的输送用混凝土管道及其制备方法。
解决的技术问题是：现有混凝土管道抗渗性差，管体强度低，耐腐蚀性差，耐久性差，使用寿命有限；混凝土管道内壁的摩擦系数大，与输送物料的摩擦碰撞，不仅会降低物料的流动输送速度，而且会加速管道内壁的磨损。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明输送用混凝土管道，包括管壁主体和位于管壁主体内侧面上的内附层；
所述管壁主体为混凝土结构，所用混凝土包括以下重量份数的组分：硅酸盐水泥50-60份，秸秆灰10-15份，硅灰5-10份，粉煤灰15-20份，矿渣微粉5-10份，减水剂0.9-1.1份，水28-35份，聚丙烯纤维0.3-0.5份和钢渣200-300份；
所述内附层为混凝土结构，所用混凝土包括以下重量份数的组分：硅酸盐水泥40-50份，秸秆灰15-25份，硅灰10-15份，粉煤灰10-15份，矿渣微粉10-15份，减水剂0.7-0.9份，水35-40份，钢渣250-300份和聚丙烯纤维0.2-0.3份。
本发明输送用混凝土管道，进一步的，所述内附层的厚度为3-5mm。
本发明输送用混凝土管道，进一步的，所述管壁主体中的钢渣包括粗骨料和细骨料，粗骨料为粒径5-10mm的钢渣，细骨料为粒径小于4.75mm的钢渣砂，其中粗骨料的重量份数为150-200份，细骨料的重量份数为50-100份。
本发明输送用混凝土管道，进一步的，所述内附层中的钢渣为粒径0.8-1.7mm的钢渣砂。
本发明输送用混凝土管道，进一步的，所述管壁主体的混凝土的水胶比为0.27-0.33；内附层的混凝土的水胶比为0.34-0.38。
本发明输送用混凝土管道，进一步的，所述秸秆灰的粒径不大于40μm，为玉米秸秆高温煅烧形成的秸秆灰，比表面积大于360m2/kg。
本发明输送用混凝土管道，进一步的，所述硅灰的烧失量小于6％，其中二氧化硅的含量不小于硅灰重量的80％，比表面积大于20000m2/kg。
本发明输送用混凝土管道，进一步的，所述聚丙烯纤维长度为3mm-6mm。
本发明输送用混凝土管道的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、备料：按照以下重量份数分别进行备料；
管壁主体混凝土：硅酸盐水泥50-60份，秸秆灰10-15份，硅灰5-10份，粉煤灰15-20份，矿渣微粉5-10份，减水剂0.9-1.1份，水28-35份，聚丙烯纤维0.3-0.5份和钢渣200-300份；
内附层混凝土：硅酸盐水泥40-50份，秸秆灰15-25份，硅灰10-15份，粉煤灰10-15份，矿渣微粉10-15份，减水剂0.7-0.9份，水35-40份，钢渣250-300份和聚丙烯纤维0.2-0.3份；
步骤二、将管壁主体混凝土和内附层混凝土分别混合，完成制备；
步骤三、支设模板，模板包括竖直设置的外管模；
步骤四、将管壁主体混凝土注入外管模中，在外管模中央自下而上顶入第一模芯，对管壁主体混凝土挤压成型，第一模芯与外管模同心设置；
步骤五、待振捣完毕后，抽出第一模芯，将内附层混凝土注入外管模中，在外管模中央自下而上顶入第二模芯，挤压成型，第二模芯与外管模同心设置；
步骤六、待振捣完毕后，抽出第二模芯；
步骤七、养护后拆模。
本发明输送用混凝土管道的制备方法，进一步的，步骤二中管壁主体混凝土和内附层混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：
A、将秸秆灰、硅灰、粉煤灰和矿渣微粉混合均匀，加入占总用水量30％的水，搅拌均匀；
B、将硅酸盐水泥和减水剂加入到步骤A的混合料中，加入占总用水量20％的水，搅拌均匀；
C、将聚丙烯纤维加入到步骤B的混合料中，加入占总用水量30％的水，搅拌均匀；
D、将钢渣加入到步骤C的混合料中，搅拌1-3min；
E、加入剩余的水，搅拌均匀。
本发明输送用混凝土管道及其制备方法与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明混凝土管道为双层设置，内外层均为素混凝土结构，内部不设置任何的钢筋或加劲件，在混凝土中使用不同粒径的钢渣进行特定的配比，完全替代传统混凝土中使用的天然粗骨料和细骨料，配合添加的聚丙烯纤维，大大提高了混凝土的强度，降低了对天然骨料的需求量；以秸秆灰，硅灰，粉煤灰和矿渣微粉的混合物作为新型胶凝材料，部分替代传统的硅酸盐水泥熟料，大大减小了对硅酸盐水泥的需求量，不添加任何激发剂，同时处理了大量的固体废渣，将其循环再利用，减轻了环境的负担，降低了固体废弃物综合处理的经济成本，避免了资源浪费，同时降低了混凝土管道的制备成本。
本发明利用原料之间的激发性能，通过材料之间的相互配合，避免外加剂或激发剂的使用，提高传统硅酸盐水泥熟料混凝土的性能，使混凝土具有优异的强度、抗渗性能和耐腐蚀性；针对管道主体和管道内壁的不同需求，通过调整不同组分的用量配比，使混凝土具有不同的性能表现，以适应不同的工作环境，大大简化了制备工序，降低了制备成本。
本发明的骨料钢渣在硅酸盐水泥和替代用的新型胶凝材料的协同作用下，显著提高混凝土的耐久性和抗折强度，以及钢渣与胶凝材料相连界面的结合完整度，通过对不同粒径钢渣的配比使用，使得内附层具有较好的平整度和光滑度，有效避免了管壁与运输物料的碰撞和摩擦；替代用的新型胶凝材料中各组分相互配合，交叉影响，避免了强碱激发剂和大量外加剂的使用，使得配比更加简单易操作，大大降低了制备成本和制备难度；粉煤灰的加入，可以有效改善秸秆灰的吸水性和钢渣的泌水性，避免胶凝材料中形成大量的结晶二氧化硅而造成混凝土需水量过高，与减水剂协同作用，共同降低了混凝土的需水量。
具体实施方式
制备实施例
本发明输送用混凝土管道包括管壁主体和位于管壁主体内侧面上的内附层，内附层的厚度为3-5mm；具体按照以下方法制备，包括以下步骤：
步骤一、备料：按照表1和表2所示重量份数分别进行管壁主体混凝土和内附层混凝土的备料；
管壁主体的混凝土的水胶比为0.27-0.33；管壁主体中的钢渣包括粗骨料和细骨料，粗骨料为粒径5-10mm的钢渣，细骨料为粒径小于4.75mm的钢渣砂，其中粗骨料的重量份数为150-200份，细骨料的重量份数为50-100份；
内附层的混凝土的水胶比为0.34-0.38，内附层中的钢渣为粒径0.8-1.7mm的钢渣砂；
硅灰的烧失量小于6％，其中二氧化硅的含量不小于硅灰重量的80％，比表面积大于20000m2/kg；符合GB/T 18736-2017《高强高性能混凝土用矿物外加剂》等规范中对其性能的要求；
聚丙烯纤维长度为3mm-6mm；
减水剂选用聚羧酸高效减水剂；
矿渣微粉选用S105级矿渣微粉；
秸秆灰的粒径不大于40μm，为玉米秸秆高温煅烧形成的秸秆灰，比表面积大于360m2/kg；具体的制备方法包括以下步骤：
a、玉米秸秆采收、烘干；
b、将玉米秸秆在500-600℃下至少煅烧5h；
c、将煅烧后的灰烬过筛，去除其中的杂物及粒径较大的灰烬颗粒。
步骤二、将管壁主体混凝土和内附层混凝土分别混合，完成制备；
具体包括以下步骤：
A、将秸秆灰、硅灰、粉煤灰和矿渣微粉混合均匀，加入占总用水量30％的水，搅拌均匀；
B、将硅酸盐水泥和减水剂加入到步骤A的混合料中，加入占总用水量20％的水，搅拌均匀；
C、将聚丙烯纤维加入到步骤B的混合料中，加入占总用水量30％的水，搅拌均匀；
D、将钢渣加入到步骤C的混合料中，搅拌1-3min；
E、加入剩余的水，搅拌均匀。
步骤三、支设模板，模板包括竖直设置的外管模；
使用的模板体系包括外管模，位于外管模内侧的第一模芯和第二模芯，第二模芯的半径比第一模芯的半径小3-5mm；先设置外管模，并固定。
步骤四、将管壁主体混凝土注入外管模中，同时在外管模中央自下而上顶入第一模芯，对管壁主体混凝土挤压成型，第一模芯与外管模同心设置；
一边注入管壁主体混凝土浆料，一边自下而上顶入第一模芯，使加入的管壁主体混凝土挤压成型。
步骤五、待振捣完毕后，静置1h，抽出第一模芯，将内附层混凝土注入外管模中，在外管模中央自下而上顶入第二模芯，挤压成型，第二模芯与外管模同心设置；
步骤六、待振捣完毕后，静置1h，抽出第二模芯。
步骤七、养护后拆模；
振捣好后在自然条件下养护24小时以上拆除管模，对拆模后的管道继续进行自然养护7天-14天，若温度较高需进行适量的洒水养护。
表1制备实施例中管壁主体的混凝土各组分的重量份数
重量份数(份) 制备例1 制备例2 制备例3 制备例4 制备例5
硅酸盐水泥 50 55 60 52 57
秸秆灰 10 12 15 14 13
硅灰 10 7 5 6 9
粉煤灰 20 15 16 17 18
矿渣微粉 10 7 5 6 8
减水剂 0.9 1.0 1.1 0.9 1.1
聚丙烯纤维 0.5 0.4 0.3 0.5 0.5
钢渣(粗骨料) 200 175 150 160 185
钢渣(细骨料) 100 75 50 65 90
水 35 31 28 30 32
表2制备实施例中内附层的混凝土各组分的重量份数
将上述制备实施例制得的管壁主体混凝土和内附层混凝土，进行标准立方体抗压强度的检测，依据GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，采用慢冻法对混凝土进行冻融试验，采用电通量法进行抗氯离子渗透试验，进行抗硫酸盐侵蚀试验，具体的检测结果如表3和表4所示。
表3制备实施例中管壁主体的混凝土的性能检测结果
制备例1 制备例2 制备例3 制备例4 制备例5
抗折强度/MPa 8.70 8.78 9.14 9.79 8.68
抗压强度/MPa 34 37 40 36 37
抗冻等级 F100 F100 F100 F100 F100
抗硫酸盐等级 KS90 KS90 KS90 KS90 KS90
导电量/C 978 1089 1016 943 1103
表4制备实施例中内附层的混凝土的性能检测结果
制备例1 制备例2 制备例3 制备例4 制备例5
抗折强度/MPa 8.09 8.13 9.00 8.79 9.03
抗压强度/MPa 31 35 32 33 36
抗冻等级 F100 F100 F100 F100 F100
抗硫酸盐等级 KS90 KS90 KS90 KS90 KS90
导电量/C 1108 1198 1153 1079 1065
由表3可知，管壁主体内未设置任何钢筋和加劲件，为素混凝土结构，在混凝土中使用不同粒径的钢渣进行特定的配比，完全替代传统混凝土中使用的天然粗骨料和细骨料，以秸秆灰，硅灰，粉煤灰和矿渣微粉的混合物作为新型胶凝材料，部分替代传统的硅酸盐水泥熟料，使得混凝土具有更好的强度，抗折强度不小于8.68MPa，抗压强度不小于34MPa；具有良好的抗渗性和耐腐蚀性，耐久性优异。
由表4可知，对混凝土中各组分的重量份数进行调整，增加了新型胶凝材料对硅酸盐水泥熟料的替换使用量，降低了粉煤灰的用量，增加了秸秆灰，硅灰和矿渣微粉的用量，同时调整了钢渣的应用比例，使得混凝土具有较好的强度，抗压强度不低于31MPa，具有优异的抗渗性和耐腐蚀性，并具有更加平滑的内壁，大大降低了管道内壁的摩擦系数，避免了运输物料与管道内壁的摩擦和碰撞，提高了管道的使用寿命。
本发明针对管道主体和管道内壁的不同需求，通过调整不同组分的用量配比，使混凝土具有不同的性能表现，以适应不同的工作环境。混凝土中使用秸秆灰，硅灰，粉煤灰和矿渣微粉的混合物作为新型胶凝材料，部分替代传统的硅酸盐水泥熟料，大大减小了对硅酸盐水泥的需求量，同时处理了大量的固体废渣，将其循环再利用；本发明利用秸秆灰，硅灰，粉煤灰，矿渣微粉和钢渣之间的激发性能，通过材料之间的相互配合，避免外加剂或激发剂的使用，提高传统硅酸盐水泥熟料混凝土的性能，使混凝土具有优异的强度、抗渗性能和耐腐蚀性。
本发明混凝土中的钢渣在硅酸盐水泥和硅灰的作用下发生水化反应，可以保证钢渣与胶凝材料相连界面的结合完整度，可以显著提高混凝土的耐久性和抗折强度，同时还能减少天然骨料的使用，降低生产成本；而且钢渣具有微膨胀性，可以提高混凝土的饱满度，减小混凝土后期的收缩量，避免出现裂缝。
硅灰的高活性和水化放热形成的高温环境可有效激发钢渣的活性，秸秆灰的组成元素和提供的碱性环境可以有效激发钢渣的活性，两者相互配合，具有优异的协同作用。
硅灰可以改善混凝土结构中硅酸盐水泥与骨料的界面性能，硬化硅酸盐水泥浆体中的有害孔，增加混凝土管道的密实度，与粉煤灰、矿渣微粉配合使用效果更优。
矿渣微粉可以提高混凝土的比表面积，利于混凝土的保水，降低水化温峰，减缓水分的蒸发，改善混凝土的体积稳定性，为管道的后期自然养护提供保障，同时与粉煤灰混合使用可以在早期与后期强度方面形成互补趋势。
粉煤灰的加入，可以有效改善秸秆灰的吸水性和钢渣的泌水性，避免胶凝材料中形成大量的结晶二氧化硅而造成混凝土需水量过高，限制其应用；同时可以提高混凝土后期强度，改善混凝土的流动性、和易性，便于实现在制备管道时的浇筑成型；
聚丙烯纤维可以提高混凝土的抗折强度，增加韧性，同时增强钢渣骨料之间的粘结性能，增强管道抵抗土压力的能力，减少了对钢筋的需求，降低了管道的制备成本；聚丙烯纤维在钢渣和秸秆灰提供的碱性环境下，使用寿命更长，进而延长了管道的使用寿命。
本发明内附层混凝土改变了钢渣的粒径配比和用量，同时增大了秸秆灰和硅灰的掺入量，减小了硅酸盐水泥的加入量，秸秆灰与硅灰相互配合，激发钢渣的活性的同时，改善混凝土结构中硅酸盐水泥与钢渣的界面性能，使得形成的管壁内侧面更加平整光滑，有效避免了管壁与运输物料的碰撞和摩擦。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.输送用混凝土管道，其特征在于：包括管壁主体和位于管壁主体内侧面上的内附层；
所述管壁主体为混凝土结构，所用混凝土包括以下重量份数的组分：硅酸盐水泥50-60份，秸秆灰10-15份，硅灰5-10份，粉煤灰15-20份，矿渣微粉5-10份，减水剂0.9-1.1份，水28-35份，聚丙烯纤维0.3-0.5份和钢渣200-300份；
所述内附层为混凝土结构，所用混凝土包括以下重量份数的组分：硅酸盐水泥40-50份，秸秆灰15-25份，硅灰10-15份，粉煤灰10-15份，矿渣微粉10-15份，减水剂0.7-0.9份，水35-40份，钢渣250-300份和聚丙烯纤维0.2-0.3份。
2.根据权利要求1所述的输送用混凝土管道，其特征在于：所述内附层的厚度为3-5mm。
3.根据权利要求1所述的输送用混凝土管道，其特征在于：所述管壁主体中的钢渣包括粗骨料和细骨料，粗骨料为粒径5-10mm的钢渣，细骨料为粒径小于4.75mm的钢渣砂，其中粗骨料的重量份数为150-200份，细骨料的重量份数为50-100份。
4.根据权利要求1所述的输送用混凝土管道，其特征在于：所述内附层中的钢渣为粒径0.8-1.7mm的钢渣砂。
5.根据权利要求1所述的输送用混凝土管道，其特征在于：所述管壁主体的混凝土的水胶比为0.27-0.33；内附层的混凝土的水胶比为0.34-0.38。
6.根据权利要求1所述的输送用混凝土管道，其特征在于：所述秸秆灰的粒径不大于40μm，为玉米秸秆高温煅烧形成的秸秆灰，比表面积大于360m2/kg。
7.根据权利要求1所述的输送用混凝土管道，其特征在于：所述硅灰的烧失量小于6％，其中二氧化硅的含量不小于硅灰重量的80％，比表面积大于20000m2/kg。
8.根据权利要求1所述的输送用混凝土管道，其特征在于：所述聚丙烯纤维长度为3mm-6mm。
9.权利要求1-8任意一项所述的输送用混凝土管道的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、备料：按照以下重量份数分别进行备料；
管壁主体混凝土：硅酸盐水泥50-60份，秸秆灰10-15份，硅灰5-10份，粉煤灰15-20份，矿渣微粉5-10份，减水剂0.9-1.1份，水28-35份，聚丙烯纤维0.3-0.5份和钢渣200-300份；
内附层混凝土：硅酸盐水泥40-50份，秸秆灰15-25份，硅灰10-15份，粉煤灰10-15份，矿渣微粉10-15份，减水剂0.7-0.9份，水35-40份，钢渣250-300份和聚丙烯纤维0.2-0.3份；
步骤二、将管壁主体混凝土和内附层混凝土分别混合，完成制备；
步骤三、支设模板，模板包括竖直设置的外管模；
步骤四、将管壁主体混凝土注入外管模中，在外管模中央自下而上顶入第一模芯，对管壁主体混凝土挤压成型，第一模芯与外管模同心设置；
步骤五、待振捣完毕后，抽出第一模芯，将内附层混凝土注入外管模中，在外管模中央自下而上顶入第二模芯，挤压成型，第二模芯与外管模同心设置；
步骤六、待振捣完毕后，抽出第二模芯；
步骤七、养护后拆模。
10.根据权利要求9所述的输送用混凝土管道的制备方法，其特征在于：步骤二中管壁主体混凝土和内附层混凝土的制备方法，具体包括以下步骤：
A、将秸秆灰、硅灰、粉煤灰和矿渣微粉混合均匀，加入占总用水量30％的水，搅拌均匀；
B、将硅酸盐水泥和减水剂加入到步骤A的混合料中，加入占总用水量20％的水，搅拌均匀；
C、将聚丙烯纤维加入到步骤B的混合料中，加入占总用水量30％的水，搅拌均匀；
D、将钢渣加入到步骤C的混合料中，搅拌1-3min；
E、加入剩余的水，搅拌均匀。
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