CN111187043A - 一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土及其制备方法。工程桩用高强耐腐蚀混凝土包括以下重量份的原料：346‑366份水泥、145‑215份矿物掺合料、6.8‑10.8份减水剂、160‑180份水、418‑458份细集料、983‑1010份粗集料；矿物掺合料包括40‑52份粉煤灰、50‑68份矿粉、35‑55份废弃玻璃颗粒和20‑40份生石灰。本发明的工程桩用高强耐腐蚀混凝土具有强度高、耐氯离子和硫酸盐腐蚀性能好，利用废弃玻璃、垃圾焚烧飞灰和废旧橡胶颗粒，使废弃物资源得到再生利用的优点。

Description

一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，更具体地说，它涉及一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土及其制备方法。
背景技术
工程桩，就是在工程中使用的，最终在建筑物中受力起作用的桩，工程桩是用在工程实体上的状，要承受一定的荷载的，主要用于柱、横梁和楼板等。混凝土桩是目前应用最广泛的桩，具有制作方便，桩身强度高，耐腐蚀性能好，价格低等有点。它可分为预制混凝土方桩、预应力混凝土空心管桩和灌注混凝土桩等。上世纪90年代以来，随着预制混凝土管桩的标准化和生产及施工技术的不断发展，基础工程对管桩产品已经得到广泛的认可，在实际工程中管桩产品有其显著的优越性。
现有技术中，申请号为201010192547.8的中国发明专利申请文件中公开了一种方桩的高强混凝土，每立方米方桩的混凝土中各原料的投料重量分别是：石子1250kg-1350kg，黄砂650kg-680kg，减水剂9.8kg-10.2kg，水泥310kg-330kg，硅粉135kg-145kg；所述硅粉中SiO2的质量含量≥95％，硅粉的比表面积为4000-5000cm2/g。
现有的这种方桩用高强混凝土掺入了硅粉，能提升混凝土的碱度，有利于钢筋的碱性保护，但是在东南沿海和北方沿海地区，以出现冻融、氯离子腐蚀和硫酸盐腐蚀等现象。
随着科学技术的迅速发展和人民生活水平的日益提高,玻璃不但广泛应用于房屋建筑和人民的日常生活之，而且已逐渐发展成为科研生产以及尖端技术所不可缺少的新材料。与此同时不可避免地要产生许多玻璃废弃物、形成大量的废玻璃。我国每年产生的废玻璃约320万吨，占城市生活垃圾总量的2％，给人类生存环境带来沉重的负担，将大量的废玻璃弃之不用，既占空间，又污染环境，还造成大量的资源和能源的浪费。
因此，研发一种回收利用废弃玻璃，且强度高、耐氯离子和硫酸盐腐蚀性能好的工程桩用混凝土是亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土，其具有强度高且耐氯离子和硫酸盐腐蚀性能好，回收利用了废弃玻璃，节约了资源和能源的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种过程中用高强耐腐蚀混凝土的制备方法，其具有制备方法简单，易于操作的优点。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土，包括以下重量份的原料：346-366份水泥、145-215份矿物掺合料、6.8-10.8份减水剂、160-180份水、640-680份细集料、1000-1020份粗集料；
所述矿物掺合料包括40-52份粉煤灰、50-68份矿粉、35-55份废弃玻璃颗粒和20-40份生石灰；
所述废弃玻璃颗粒的制备方法如下：(1)以重量份计，将20-30份废弃玻璃经清洗、除杂、干燥、破碎后，与20-30份氧化铝陶瓷粉、0.5-1.5份碳酸锂和5-80份乙醇混合，球磨20-24h，至玻璃粉体的粒径为120-150um，烘干；
(2)将45-50份玻璃粉体、49-55份份垃圾焚烧飞灰和9-10份质量浓度为5-10％的PVA水溶液混合，造粒，制得半成品颗粒；
(3)将半成品颗粒置于500-600℃下保温1.5-2h，再以5℃/min的升温至790-930℃，保温1.5-2h；
(4)将经焙烧的废弃玻璃颗粒与废旧橡胶颗粒混合，均匀喷涂改性丙烯酸树脂，干燥，制得废弃玻璃粉，废弃玻璃颗粒与废旧橡胶颗粒、改性丙烯酸树脂的质量比为1:0.3-0.5:1.5-1.8。
通过采用上述技术方案，由于使用粉煤灰、生石灰和矿粉与废弃玻璃颗粒作为掺合料，粉煤灰和玻璃粉能吸收氧化钙，发生水化反应，氧化钙与水反应生成氢氧化钙，废弃玻璃具有火山灰活性，能在强碱环境下释放活性Si-O和Al-O,与氢氧化钙生成C-S-H凝胶和C-A-H凝胶，粉煤灰与氢氧化钙反应生成钙矾石，从而提升混凝土的抗压强度；
生石灰能改善混凝土的工作性、降低水化热，防止混凝土裂缝产生的热应力，还可以减少混凝土的渗透性，改进混凝土的耐酸腐蚀能力，降低氯离子渗透速度，防止碱骨料反应。
玻璃是一种无定型的高二氧化硅(SiO2)材料，废弃玻璃经过球磨，比表面积增大，使废玻璃粉均匀混合于原料中，碳酸锂能改善玻璃粉体的结构，降低其软化点和粘度，与氧化铝反应生成低共熔相LiAlO2，协同促进玻璃粉体和氧化铝陶瓷的致密化进程，经煅烧后，废弃玻璃颗粒的结构致密、气孔率降低，从而提升混凝土的抗氯离子渗透性能和强度；在高温下，垃圾焚烧飞灰和玻璃半成品颗粒之间熔融烧结，形成了玻璃相无定形物质和长石以及石英等架状硅酸盐晶体，使得玻璃颗粒的强度和硬度增大，耐酸、碱腐蚀性得到提升，但因经过烧结后，玻璃颗粒内部聚集大量的气孔，将其与橡胶颗粒混合，橡胶颗粒的具有引气作用，微小气泡阻碍了混凝土内部孔隙的管道，减少了混凝土的渗透性，对抗氯离子侵蚀性能起到有利作用，作为非极性物质，橡胶颗粒与作为极性物质的水泥浆体之间有排斥力，使得两者结合以产生裂缝，影响混凝土的抗氯离子侵蚀性能，因此在废弃玻璃颗粒和废旧橡胶颗粒表面喷涂改性丙烯酸酯树脂，能增加橡胶颗粒与水泥浆体的相容性，使二者结合时不易产生裂缝，并增加混凝土的耐冻融老化性能，因此将废玻璃作为掺合料加入混凝土中可以降低氯离子的扩散性能，从而提高钢筋混凝土的耐久性。
进一步地，所述改性丙烯酸树脂的制备方法如下：
(1)以重量份计，将0.3-0.5份乙烯基三乙氧基硅烷在30-40℃水浴中预热30-40min，加入3-5份去离子水、6-10份无水乙醇和1.5-2.5份氧化石墨烯，超声分散1-1.5h后升温至80-90℃下搅拌7-8h，用乙醇洗涤并干燥，制得改性氧化石墨烯；
(2)将5-10份甲基异丙酮、1.3-2份改性氧化石墨烯和1-2份甲醚化三聚氰胺甲醛树脂混合，加入2.5-5份丙烯酸丁酯和1.8-4份甲基丙烯酸甲酯，再加入0.5-1份甲醚化三聚氰胺甲醛树脂，搅拌均匀，升温至70℃，通入氮气，搅拌，加入1-2份甲醚化三聚氰胺甲醛树脂和5-10份甲基丙烯酸十二氟庚酯和4-8份硅烷偶联剂KH-570，搅拌并保温2h，冷却，制得改性丙烯酸树脂。
通过采用上述技术方案，由于将乙烯基三乙氧基硅烷接枝在氧化石墨烯上，能有效增强丙烯酸树脂的韧性和耐腐蚀能力，且改性氧化石墨烯的分散性较好，以甲醚化三聚氰胺甲醛树脂为交联剂，能提升丙烯酸树脂的强酸、强碱腐蚀和氯离子渗透效果，同时提升混凝土的抗压强度、抗形变能力和抗盐冻性能；使用有机氟单体和有机硅单体协同改性的丙烯酸树脂，与水界面的接触角得到提升，分子疏水性较强，能赋予涂膜更低的表面能，同时疏油性得到提升，随着甲基丙烯酸十二氟庚酯的掺入，链段的柔软度增大，对水泥净浆的机械连接增强，且氟原子具有较强的屏蔽作用，能防止有害离子进入树脂内部，防止被内部发生水解，有机硅的掺入能使丙烯酸树脂内部分子水解产生的羟基与水泥净浆表面发生有效化学键结合，增强树脂在水泥净浆表面的附着力。
进一步地，所述垃圾焚烧飞灰的比表面积为2.9-3.0m2/g，垃圾焚烧飞灰的主要化学组成为：氧化钙39.23％、二氧化硅13.34％、氧化铝5.58％、氧化镁2.39％、三氧化二铁2.17％、二氧化钛0.83％。
通过采用上述技术方案，垃圾焚烧飞灰中氧化钙、二氧化硅的含量较高，而且垃圾焚烧飞灰中有较多的金属盐类，如氧化铝、氧化镁、三氧化二铁、二氧化钛等，这些金属盐类可起到助溶剂的作用，有利于飞灰作为主要原料在较低温度下完成焙烧。
进一步地，所述废弃玻璃的主要化学组成为：二氧化硅73.65％、氧化钠4.7％、氧化钙1.57％、氧化铝2.16％、氧化钾1.3％。
通过采用上述技术方案，废玻璃经过球磨，比表面积增大，使废玻璃粉均匀混合于原料中，废玻璃中含有较多的氧化钠、氧化钾等助熔剂，可以降低废弃玻璃颗粒的焙烧温度，减少能耗，同时较高的氧化钠含量能降低高温熔融体的粘度，有利于废弃玻璃的形成。
进一步地，所述橡胶颗粒的粒径为1-5mm。
通过采用上述技术方案，橡胶颗粒的大小介于砂子和石子之间，填充于砂石之间，提高了混凝土的结构致密度，从而增大混凝土的抗压强度和抗氯离子渗透性能。
进一步地，所述细集料为质量比为1.3-1.4:1的粗砂和中砂，粗砂含水率为10.1％，粒径为5-10mm堆积密度为900-950kg/m3，紧密堆积密度为980-1030kg/m3，表观密度为1700-1800kg/m3；中砂含水率为9.1％，细度模数为2.3-3.1，表观密度为2400-2600kg/m3，堆积密度为1400-1500kg/m3，含泥量为0.3-0.6％，氯离子质量百分比为0.00016-0.00019％。
通过采用上述技术方案，粗砂的硬度高、耐磨性好，黏土等有害杂质含量少，使混凝土的耐冲刷性好，细度模数适宜，使混凝土有较好的工作性，施工和易性好，易搅拌，能填充于粗骨料之间的孔隙内，提高混凝土的密实度和强度，降低混凝土中孔隙率，减少混凝土离析、泌水，提高混凝土强度。
进一步地，所述粗集料为粒径为5-25mm连续级配的石子，含水率为1.4％，表观密度为2650-2700kg/m3，堆积密度为1700-1750kg/m3，含泥量为0.3-0.5％，压碎值为8.2-8.6％。
通过采用上述技术方案，石子中含泥量适宜，能够有效提高混凝土的强度，避免颗粒较大，使得骨料之间的孔隙较大，造成混凝土强度较低，与河砂、粉煤灰和矿渣粉形成合理级配，可提高混凝土的密实度，从而提高混凝土的强度和抗氯离子渗透性能。
进一步地，所述粉煤灰为I级粉煤灰，烧失量≤3.0％，45μm筛余量≤12％，需水量比≤95％，含水率≤1.0％；所述矿粉为S95级矿粉，矿粉的比表面积为400-450m2/kg，28天活性指数为95％，流动度比为99％。
通过采用上述技术方案，粉煤灰的活性成分为二氧化硅和三氧化二铝，与水泥和水混合后，能够生成较为稳定的胶凝材料，从而使混凝土具有较高的强度，同时粉煤灰中70％以上的颗粒是无定型的球形玻璃体，主要起到滚珠轴承作用，在混凝土拌合物中发挥润滑作用，改善混凝土拌合物的和易性，且粉煤灰与碎石等构成合理级配，使彼此之间互相填充，能有效增加混凝土密实度，进一步提高混凝土的抗压强度；矿渣粉矿物掺和料具有“活性效应”、“界面效应”、“微填效应”和“减水效应”等诸多综合效应，矿渣粉等矿物掺和料不仅可以改善流变性能，降低水化热，降低坍落度损失，减少离析和泌水，还可以改善混凝土结构的孔结构和力学性能，提高后期强度和耐久性。
进一步地，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂和萘磺酸盐缩甲醛系列高效减水剂中的一种或两种的组合物。
通过采用上述技术方案，高效减水剂对水泥的水化有一定的促进作用，萘磺酸盐缩甲醛系列高效减水剂能吸附于颗粒表面，增大颗粒间的相互排斥作用，促使水泥颗粒分散，从而释放絮凝体包裹的水，达到减水的目的，使水泥浆体的粘度下降，流动性提高。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、将水泥、矿物掺合料和水，充分搅拌均匀，制得水泥浆体；
S2、向水泥浆体中加入粗骨料、细骨料和减水剂，混合均匀，制得工程桩用高强耐腐蚀混凝土。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、由于本发明采用垃圾焚烧飞灰和废旧橡胶颗粒等工业固体废弃物对废弃玻璃表面进行改性处理，使得废弃物资源得到再生利用，也加强了废弃玻璃的利用价值，使垃圾焚烧飞灰和废弃玻璃、废旧橡胶颗粒的利用提升到了一个新的层次，变废为宝，具有很重要的社会效益和经济效益。
第二、本发明中优选使用氧化铝和碳酸锂改善玻璃粉体的结构，促进玻璃粉体的致密化程度，再与垃圾焚烧飞灰混合煅烧，降低气孔率，提升硬度和强度，增大耐酸碱腐蚀性能比和抗氯离子渗透效果，废旧橡胶颗粒能降低混凝土的孔隙率，提升抗冻融效果，改性丙烯酸树脂能改善废旧橡胶颗粒、废弃玻璃颗粒与水泥浆体的相容性，防止水泥浆体与废弃玻璃颗粒、废旧橡胶颗粒结合面产生裂缝，增加混凝土的抗氯离子渗透性能。
第三、本发明中优选使用生石灰与废弃玻璃颗粒、粉煤灰、矿粉作为矿物掺合料，生石灰中氧化钙能激发废弃玻璃颗粒的火山灰活性，且生石灰与水反应成氢氧化钙后，能与废弃玻璃颗粒产生C-S-H凝胶和C-A-H凝胶，能与粉煤灰反应成钙矾石，从而增大混凝土的抗压强度。
第四、本发明中优选采用乙烯基三乙氧基硅烷接枝氧化石墨烯，进行氧化石墨烯改性，增强丙烯酸树脂的韧性和耐腐蚀效果，同时增强混凝土的抗压强度，将甲醚化三聚氰胺甲醛作为交联剂，提升丙烯酸树脂的强酸、强碱腐蚀和氯离子渗透效果，同时提升混凝土的抗压强度、抗形变能力和抗盐冻性能，利用有机氟和有机硅单体协同改性丙烯酸树脂，提升丙烯酸树脂的疏水性，防止有害离子进入树脂内部，提升混凝土的耐久性。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
改性丙烯酸树脂的制备例1-3
制备例1-3中甲醚化三聚氰胺甲醛树脂选自佛山市翁开尔贸易有限公司出售的型号为CYMEL350的甲醚化三聚氰胺甲醛树脂，氧化石墨烯选自上海富畦工贸有限公司出售的FQ-23型氧化石墨烯，乙烯基三乙氧基硅烷选自广州昊鸿化工科技有限公司出售的A151型乙烯基三乙氧基硅烷，甲基丙烯酸十二氟庚酯选自溧阳市瑞普新材料有限公司出售的型号为2261-99-6的甲基丙烯酸十二氟庚酯，硅烷偶联剂KH-570选自广州亿珲盛化工有限公司。
制备例1：(1)将0.3kg乙烯基三乙氧基硅烷在30℃水浴中预热40min，加入3kg去离子水、6kg无水乙醇和1.5kg氧化石墨烯，超声分散1h后升温至80℃下搅拌8h，用乙醇洗涤并干燥，制得改性氧化石墨烯；
(2)将5kg甲基异丙酮、1.3kg改性氧化石墨烯和1kg甲醚化三聚氰胺甲醛树脂混合，加入2.5kg丙烯酸丁酯和1.8kg甲基丙烯酸甲酯，再加入0.5kg甲醚化三聚氰胺甲醛树脂，搅拌均匀，升温至70℃，通入氮气，搅拌，加入1kg甲醚化三聚氰胺甲醛树脂、5kg甲基丙烯酸十二氟庚酯和4kg硅烷偶联剂KH-570，搅拌并保温2h，冷却，制得改性丙烯酸树脂。
制备例2：(1)将0.4kg乙烯基三乙氧基硅烷在35℃水浴中预热35min，加入4kg去离子水、8kg无水乙醇和2.0kg氧化石墨烯，超声分散1.3h后升温至85℃下搅拌7.5h，用乙醇洗涤并干燥，制得改性氧化石墨烯；
(2)将7.5kg甲基异丙酮、1.7kg改性氧化石墨烯和1.5kg甲醚化三聚氰胺甲醛树脂混合，加入4.0kg丙烯酸丁酯和2.9kg甲基丙烯酸甲酯，再加入0.8kg甲醚化三聚氰胺甲醛树脂，搅拌均匀，升温至70℃，通入氮气，搅拌，加入1.5kg甲醚化三聚氰胺甲醛树脂、7.5kg甲基丙烯酸十二氟庚酯和6kg硅烷偶联剂KH-570，搅拌并保温2h，冷却，制得改性丙烯酸树脂。
制备例3：(1)将0.5kg乙烯基三乙氧基硅烷在40℃水浴中预热30min，加入5kg去离子水、10kg无水乙醇和2.5kg氧化石墨烯，超声分散1.5h后升温至90℃下搅拌7h，用乙醇洗涤并干燥，制得改性氧化石墨烯；
(2)将10kg甲基异丙酮、2kg改性氧化石墨烯和2kg甲醚化三聚氰胺甲醛树脂混合，加入5kg丙烯酸丁酯和4kg甲基丙烯酸甲酯，再加入1kg甲醚化三聚氰胺甲醛树脂，搅拌均匀，升温至70℃，通入氮气，搅拌，加入2kg甲醚化三聚氰胺甲醛树脂、10kg甲基丙烯酸十二氟庚酯和8kg硅烷偶联剂KH-570，搅拌并保温2h，冷却，制得改性丙烯酸树脂。
实施例
以下实施例中聚羧酸高效减水剂选自北京砼帮汇科技有限公司出售的型号为TC的聚羧酸高效减水剂，萘磺酸盐缩甲醛系列高效减水剂选自淮南市科迪化工科技有限公司出售的型号为UNF-2的萘磺酸盐缩甲醛系列高效减水剂。
实施例1：一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土，其原料配比如表1所示，该工程用高强耐腐蚀混凝土的制备方法包括以下步骤：
S1、将345kg/m3水泥、215kg/m3矿物掺合料和160kg/m3水，充分搅拌均匀，制得水泥浆体；其中水泥为P.O42.5硅酸盐水泥，矿物掺合料包括52kg粉煤灰、68kg矿粉、55kg废弃玻璃颗粒和40kg生石灰，粉煤灰为I级粉煤灰，烧失量≤3.0％，45μm筛余量≤12％，需水量比≤95％，含水率≤1.0％，矿粉为S95级矿粉，矿粉的比表面积为400m2/kg，28天活性指数为95％，流动度比为99％，废弃玻璃颗粒的制备方法如下：(1)将20kg废弃玻璃经清洗、除杂、干燥、破碎后，与20kg氧化铝陶瓷粉、0.5kg碳酸锂和5kg乙醇混合，球磨20h，至玻璃粉体的粒径为120um，烘干，废弃玻璃的主要化学组成如表2所示；(2)将45kg玻璃粉体、49kg份垃圾焚烧飞灰和9kg质量浓度为5％的PVA水溶液混合，造粒，制得半成品颗粒，垃圾焚烧飞灰的比表面积为2.9m2/g，垃圾焚烧飞灰的主要化学组成如表2所示；(3)将半成品颗粒置于500℃下保温2h，再以5℃/min的升温至790℃，保温2h；(4)将经焙烧的废弃玻璃颗粒与废旧橡胶颗粒混合，均匀喷涂改性丙烯酸树脂，干燥，制得废弃玻璃粉，废弃玻璃颗粒与废旧橡胶颗粒、改性丙烯酸树脂的质量比为1:0.3:1.5，改性丙烯酸树脂由制备例1制成，废旧橡胶颗粒的粒径为1mm；
S2、向水泥浆体中加入1020kg/m3粗骨料、640kg/m3细骨料和6.8kg/m3减水剂，混合均匀，制得工程桩用高强耐腐蚀混凝土，粗骨料为粒径为5-25mm连续级配的石子，含水率为1.4％，表观密度为2650kg/m3，堆积密度为1700kg/m3，含泥量为0.3％，压碎值为8.2％，细骨料包括质量比为1.3:1的粗砂和中砂，粗砂为347kg，中砂为293kg，粗砂含水率为10.1％，粒径为5mm堆积密度为900kg/m3，紧密堆积密度为980kg/m3，表观密度为1700kg/m3；中砂含水率为9.1％，细度模数为2.3，表观密度为2400kg/m3，堆积密度为1400kg/m3，含泥量为0.3％，氯离子质量百分比为0.00016％，减水剂为聚羧酸高效减水剂。
表1实施例1-5中工程桩用高强耐腐蚀混凝土的原料配比
Figure BDA0002390694860000071
Figure BDA0002390694860000081
表2实施例1-7中垃圾焚烧飞灰的主要化学组成
Figure BDA0002390694860000082
实施例2：一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土，与实施例1的区别在于，原料配比如表1所示，该工程用高强耐腐蚀混凝土的制备方法包括以下步骤：
S1、将351kg/m3水泥、163kg/m3矿物掺合料和165kg/m3水，充分搅拌均匀，制得水泥浆体；其中水泥为P.O42.5硅酸盐水泥，矿物掺合料包括49kg粉煤灰、64kg矿粉、50kg废弃玻璃颗粒和35kg生石灰，粉煤灰为I级粉煤灰，烧失量≤3.0％，45μm筛余量≤12％，需水量比≤95％，含水率≤1.0％，矿粉为S95级矿粉，矿粉的比表面积为430m2/kg，28天活性指数为95％，流动度比为99％，
S2、向水泥浆体中加入1015kg/m3粗骨料、650kg/m3细骨料和7.8kg/m3减水剂，混合均匀，制得工程桩用高强耐腐蚀混凝土，粗骨料为粒径为5-25mm连续级配的石子，含水率为1.4％，表观密度为2680kg/m3，堆积密度为1730kg/m3，含泥量为0.4％，压碎值为8.4％，细骨料包括质量比为1.4:1的粗砂和中砂，其中粗砂为380kg，中砂为270kg，粗砂含水率为10.1％，粒径为8mm，堆积密度为930kg/m3，紧密堆积密度为1000kg/m3，表观密度为1750kg/m3；中砂含水率为9.1％，细度模数为2.7，表观密度为2500kg/m3，堆积密度为1450kg/m3，含泥量为0.5％，氯离子质量百分比为0.00017％，减水剂为萘磺酸盐缩甲醛系列高效减水剂。
实施例3：一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土，与实施例1的区别在于，原料配比如表1所示，该工程用高强耐腐蚀混凝土的制备方法包括以下步骤：
S1、将356kg/m3水泥、180kg/m3矿物掺合料和170kg/m3水，充分搅拌均匀，制得水泥浆体；其中水泥为P.O42.5硅酸盐水泥，矿物掺合料包括46kg粉煤灰、59kg矿粉、45kg废弃玻璃颗粒和30kg生石灰，粉煤灰为I级粉煤灰，烧失量≤3.0％，45μm筛余量≤12％，需水量比≤95％，含水率≤1.0％，矿粉为S95级矿粉，矿粉的比表面积为450m2/kg，28天活性指数为95％，流动度比为99％，
S2、向水泥浆体中加入1010kg/m3粗骨料、660kg/m3细骨料和8.8kg/m3减水剂，混合均匀，制得工程桩用高强耐腐蚀混凝土，粗骨料为粒径为5-25mm连续级配的石子，含水率为1.4％，表观密度为2700kg/m3，堆积密度为1750kg/m3，含泥量为0.5％，压碎值为8.6％，细骨料包括质量比为1.35:1的粗砂和中砂，其中粗砂为380kg，中砂为280kg，粗砂含水率为10.1％，粒径为10mm，堆积密度为950kg/m3，紧密堆积密度为1030kg/m3，表观密度为1800kg/m3；中砂含水率为9.1％，细度模数为3.1，表观密度为2600kg/m3，堆积密度为1500kg/m3，含泥量为0.6％，氯离子质量百分比为0.00019％，减水剂为质量比为1:1的聚羧酸高效减水剂和萘磺酸盐缩甲醛系列高效减水剂。
实施例4：一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土，与实施例1的区别在于，原料配比如表1所示，矿物掺合料包括43kg粉煤灰、55kg矿粉、40kg废弃玻璃颗粒和25kg生石灰。
实施例5：一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土，与实施例1的区别在于，原料配比如表1所示，矿物掺合料包括40kg粉煤灰、50kg矿粉、35kg废弃玻璃颗粒和20kg生石灰。
实施例6：一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土，与实施例1的区别在于，废弃玻璃颗粒的制备方法如下：(1)将25kg废弃玻璃经清洗、除杂、干燥、破碎后，与25kg氧化铝陶瓷粉、1kg碳酸锂和8kg乙醇混合，球磨22h，至玻璃粉体的粒径为135um，烘干，废弃玻璃的主要化学组成如表2所示；(2)将48kg玻璃粉体、52kg份垃圾焚烧飞灰和9.5kg质量浓度为8％的PVA水溶液混合，造粒，制得半成品颗粒，垃圾焚烧飞灰的比表面积为2.95m2/g，垃圾焚烧飞灰的主要化学组成如表2所示；(3)将半成品颗粒置于550℃下保温1.8h，再以5℃/min的升温至860℃，保温1.8h；(4)将经焙烧的废弃玻璃颗粒与废旧橡胶颗粒混合，均匀喷涂改性丙烯酸树脂，干燥，制得废弃玻璃粉，废弃玻璃颗粒与废旧橡胶颗粒、改性丙烯酸树脂的质量比为1:0.4:1.7，改性丙烯酸树脂由制备例2制成，废旧橡胶颗粒的粒径为3mm。
实施例7：一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土，与实施例1的区别在于，废弃玻璃颗粒的制备方法如下：(1)将30kg废弃玻璃经清洗、除杂、干燥、破碎后，与30kg氧化铝陶瓷粉、1.5kg碳酸锂和10kg乙醇混合，球磨24h，至玻璃粉体的粒径为150um，烘干，废弃玻璃的主要化学组成如表2所示；(2)将50kg玻璃粉体、55kg份垃圾焚烧飞灰和10kg质量浓度为10％的PVA水溶液混合，造粒，制得半成品颗粒，垃圾焚烧飞灰的比表面积为3.0m2/g，垃圾焚烧飞灰的主要化学组成如表2所示；(3)将半成品颗粒置于660℃下保温1.5h，再以5℃/min的升温至930℃，保温1.5h；(4)将经焙烧的废弃玻璃颗粒与废旧橡胶颗粒混合，均匀喷涂改性丙烯酸树脂，干燥，制得废弃玻璃粉，废弃玻璃颗粒与废旧橡胶颗粒、改性丙烯酸树脂的质量比为1:0.5:1.8，改性丙烯酸树脂由制备例3制成，废旧橡胶颗粒的粒径为5mm。
对比例
对比例1：一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土，与实施例1的区别在于，矿物掺合料中未添加生石灰。
对比例2：一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土，与实施例1的区别在于，废弃玻璃颗粒的制备中未添加氧化铝陶瓷和碳酸锂。
对比例3：一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土，与实施例1的区别在于，废弃玻璃颗粒的制备中未添加垃圾焚烧飞灰。
对比例4：一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土，与实施例1的区别在于，废弃玻璃颗粒的制备中未添加废旧橡胶颗粒和改性丙烯酸树脂。
对比例5：一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土，与实施例1的区别在于，改性丙烯酸树脂的制备中使用氧化石墨烯替代改性氧化石墨烯，氧化石墨烯由上海富畦工贸有限公司出售的FQ-23型氧化石墨烯替代。
对比例6：一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土，与实施例1的区别在于，改性丙烯酸树脂使用滁州市龙飞化工有限公司出售的型号为9001的丙烯酸树脂替代。
对比例7：以申请号为201510820870.8的中国发明专利申请文件中实施例1制备的新型预制钢筋混凝土空心方桩用高强度混凝土作为对照，包括以下重量组份的原料：玄武岩纤维3份、钢纤维2份、玻璃纤维4份、水泥100份、粉煤灰90份、10-15mm粒径碎石900份、15-20mm碎石200份、砂800份、水130份、氨基磺酸盐系高效减水剂1.5份、膨润土10份、超塑化剂0.5份、引气剂1份、消泡剂0.1份、松香皂0.2份、增粘剂0.05份和硬脂酸钙0.3份。其中，钢纤维为普通钢纤维。
性能检测试验
按照实施例1-7和对比例1-7中的方法制备混凝土浆体，并将成型硬化后的试块放入标养室内养护，按照以下方法检测实施例1-7和对比例1-7制备的试块的性能，将检测结果记录于表3中：
1、抗压强度：按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行测试；
2、抗冻融性能：按照JGJT193-2009《混凝土耐久性检验评定标准》进行检测。
3、抗硫酸盐侵蚀性能：按照GB/T749-2008《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》进行检测；4、氯离子扩散系数：按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》中“混凝土氯离子迁移系数的非稳态迁移试验-氯离子扩散系数款速实验NT BUILD492”进行测试；
5、坍落度：GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行检测。
表3实施例1-7和对比例1-7制备的混凝土性能检测
Figure BDA0002390694860000111
由表3中数据可以看出，按照实施例1-7中方法制备的工程桩用高强耐腐蚀混凝土具有抗压强度大，耐冻融效果好，且抗氯离子和硫酸盐腐蚀性强。
对比例1因矿物掺合料中未添加生石灰，对比例1制备的混凝土抗压强度下降，氯离子渗透系数增大，抗压强度腐蚀系数升高，混凝土的硬化强度变小，耐氯离子和硫酸盐腐蚀性能下降。
对比例2因废弃玻璃颗粒的制备中未添加氧化铝陶瓷和碳酸锂，对比例2制备的混凝土耐冻融效果与实施例1相差不大，但抗压强度降低明显，抗压强度腐蚀系数和氯离子扩散系数减小，混凝土的硬度和耐腐蚀效果均下降。
对比例3因废弃玻璃颗粒的制备中未添加垃圾焚烧飞灰，对比例3制备的混凝土抗压强度下降，耐硫酸盐和氯离子腐蚀效果降低。
对比例4因废弃玻璃颗粒的制备中未添加废旧橡胶颗粒和改性丙烯酸树脂，对比例4制备的混凝土抗压强度下降，耐冻融效果降低，耐硫酸盐和氯离子腐蚀性能降低。
对比例5因改性丙烯酸树脂的制备中使用未改性的氧化石墨烯替代改性氧化石墨烯，由检测结果可知，混凝土的抗压强度小，抗氯离子渗透效果下降，抗冻融效果降低。
对比例6因使用市售改性丙烯酸树脂替代本发明制备的改性丙烯酸树脂，由检测结果可以看出，对比例6制备的混凝土其抗压强度、耐冻融、耐氯离子腐蚀等效果均不如本发明实施例1制备的混凝土。
对比例7为现有技术制备的混凝土方桩用混凝土，虽抗压强度较高，但其耐冻融效果和耐硫酸盐、氯离子腐蚀效果较差。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种工程桩用高强耐腐蚀混凝土，其特征在于，包括以下重量份的原料：346-366份水泥、145-215份矿物掺合料、6.8-10.8份减水剂、160-180份水、640-680份细集料、1000-1020份粗集料；
所述矿物掺合料包括40-52份粉煤灰、50-68份矿粉、35-55份废弃玻璃颗粒和20-40份生石灰；
所述废弃玻璃颗粒的制备方法如下：（1）以重量份计，将20-30份废弃玻璃经清洗、除杂、干燥、破碎后，与20-30份氧化铝陶瓷粉、0.5-1.5份碳酸锂和5-10份乙醇混合，球磨20-24h，至玻璃粉体的粒径为120-150um，烘干；
（2）将45-50份玻璃粉体、49-55份份垃圾焚烧飞灰和9-10份质量浓度为5-10%的PVA水溶液混合，造粒，制得半成品颗粒；
（3）将半成品颗粒置于500-600℃下保温1.5-2h，再以5℃/min的升温至790-930℃，保温1.5-2h；
（4）将经焙烧的废弃玻璃颗粒与废旧橡胶颗粒混合，均匀喷涂改性丙烯酸树脂，干燥，制得废弃玻璃粉，废弃玻璃颗粒与废旧橡胶颗粒、改性丙烯酸树脂的质量比为1:0.3-0.5:1.5-1.8。
2.根据权利要求1所述的工程桩用高强耐腐蚀混凝土，其特征在于，所述改性丙烯酸树脂的制备方法如下：
（1）以重量份计，将0.3-0.5份乙烯基三乙氧基硅烷在30-40℃水浴中预热30-40min，加入3-5份去离子水、6-10份无水乙醇和1.5-2.5份氧化石墨烯，超声分散1-1.5h后升温至80-90℃下搅拌7-8h，用乙醇洗涤并干燥，制得改性氧化石墨烯；
（2）将5-10份甲基异丙酮、1.3-2份改性氧化石墨烯和1-2份甲醚化三聚氰胺甲醛树脂混合，加入2.5-5份丙烯酸丁酯和1.8-4份甲基丙烯酸甲酯，再加入0.5-1份甲醚化三聚氰胺甲醛树脂，搅拌均匀，升温至70℃，通入氮气，搅拌，加入1-2份甲醚化三聚氰胺甲醛树脂、5-10份甲基丙烯酸十二氟庚酯和4-8份硅烷偶联剂KH-570，搅拌并保温2h，冷却，制得改性丙烯酸树脂。
3.根据权利要求1所述的工程桩用高强耐腐蚀混凝土，其特征在于，所述垃圾焚烧飞灰的比表面积为2.9-3.0m2/g，垃圾焚烧飞灰的主要化学组成为：氧化钙39.23%、二氧化硅13.34%、氧化铝5.58%、氧化镁2.39%、三氧化二铁2.17%、二氧化钛0.83%。
4.根据权利要求1所述的工程桩用高强耐腐蚀混凝土，其特征在于，所述废弃玻璃的主要化学组成为：二氧化硅73.65%、氧化钠4.7%、氧化钙1.57%、氧化铝2.16%、氧化钾1.3%。
5.根据权利要求1所述的工程桩用高强耐腐蚀混凝土，其特征在于，所述橡胶颗粒的粒径为1-5mm。
6.根据权利要求1所述的工程桩用高强耐腐蚀混凝土，其特征在于，所述细集料为质量比为1.3-1.4:1的粗砂和中砂，粗砂含水率为10.1%，粒径为5-10mm堆积密度为900-950kg/m3，紧密堆积密度为980-1030kg/m3，表观密度为1700-1800kg/m3；中砂含水率为9.1%，细度模数为2.3-3.1，表观密度为2400-2600kg/m3，堆积密度为1400-1500kg/m3，含泥量为0.3-0.6%，氯离子质量百分比为0.00016-0.00019%。
7.根据权利要求1所述的工程桩用高强耐腐蚀混凝土，其特征在于，所述粗集料为粒径为5-25mm连续级配的石子，含水率为1.4%，表观密度为2650-2700kg/m3，堆积密度为1700-1750kg/m3，含泥量为0.3-0.5%，压碎值为8.2-8.6%。
8.根据权利要求1所述的工程桩用高强耐腐蚀混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为I级粉煤灰，烧失量≤3.0%，45μm筛余量≤12%，需水量比≤95%，含水率≤1.0%；所述矿粉为S95级矿粉，矿粉的比表面积为400-450m2/kg，28天活性指数为95％，流动度比为99％。
9.根据权利要求1所述的工程桩用高强耐腐蚀混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸高效减水剂和萘磺酸盐缩甲醛系列高效减水剂中的一种或两种的组合物。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的工程桩用高强耐腐蚀混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将水泥、矿物掺合料和水，充分搅拌均匀，制得水泥浆体；
S2、向水泥浆体中加入粗骨料、细骨料和减水剂，混合均匀，制得工程桩用高强耐腐蚀混凝土。
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