一种管桩混凝土用掺合料及其应用的制作方法

1.本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种管桩混凝土用掺合料及其应用。


背景技术：

2.管桩用硅砂粉是采用符合gb/t14684-2022建筑用砂规定且sio2含量90.0％的建筑用砂或破碎后的石英石经干燥、粉磨达到一定细度的粉体；生产c80预应力高强混凝土管桩要求硅砂粉符合jc/t950-2005标准。硅砂粉在混凝土中可起到填充密实作用并参与反应在常温条件下就开始与溶解的ca(oh)2发生化学反应，随着反应温度的提高反应速度也越来越快。当温度达到150℃时就开始逐步形成结晶程度很好的托勃莫来石型的水化硅酸钙结晶体提高了混凝土的强度。
3.由于管桩生产企业已在全国遍地开花，用岩石破碎成的机制砂也越来越普遍采用，如果管桩生产企业在采用机制砂作细集料的同时将这些机制砂再进行磨细制成磨细砂，掺入管桩等压蒸水泥制品中替代部分水泥，将具有重要的技术经济价值，但机制砂中sio2含量则未必都能达到90％以上，其强度等性能会收到影响。


技术实现要素：

4.本发明的第一个目的在于提供一种细管桩混凝土用掺合料及其应用方法。
5.一种管桩混凝土用掺合料，其特征在于，按质量份计算包括以下组分：
[0006][0007]
所述管桩混凝土用掺合料的比表面积在480-600m2/g；
[0008]
所述页岩渣的sio2含量≥93wt％；烧失量≤1wt％；所述页岩渣的火山灰活性指数≥68％。
[0009]
特别地，所述木质素磺酸钠的分子量在10000-50000之间。
[0010]
特别地，所述硅溶胶为ph在9-10.5、粒径范围在16
±
6nm的碱性纳米硅溶胶。
[0011]
特别地，所述玻璃纤维的宽度为6-17μm，长度在3-7mm。
[0012]
本发明的第二个目的在于前述管桩混凝土用掺合料在建筑材料中的应用。
[0013]
具体为在制备混凝土中的应用。
[0014]
更具体地，混凝土为phc管桩混凝土。
[0015]
更具体地，在phc管桩混凝土中代替硅砂粉。
[0016]
本发明可以利用硅质页岩原料，硅质页岩品位稳定，含量丰富，易于开采和磨细，是优质的火山灰活性混合材。
[0017]
本发明采用页岩渣矿与硅质机制砂双掺原料粉磨制备得到phc管桩(预应力高强度混凝土管桩)用混凝土掺合料，采用该混凝土掺合料制备phc管桩，可以在满足phc管桩混凝土强度等性能的要求下；替代传统磨细砂，节省phc管桩的生产成本，实现页岩渣矿和硅质机制砂的资源化利用。
[0018]
本发明中，萤石、玻璃纤维作为补强剂使用，主要作用用于增强力学性能；糖蜜和木质素磺酸钠为减水剂。本发明采用纳米级别的碱性硅溶胶，经研究发现，此种硅溶胶在混凝土蒸养后，具有良好的粘结剂；能够增强其抗折强度和抗压强度。
[0019]
本发明的玻璃纤维选择宽度为6-17μm，长度在3-7mm；经过本发明的性能研究发现，此范围内的玻璃纤维增加力学强度的效果最佳。
[0020]
本发明的本发明制备的掺合料代替普通磨细砂，可降低单方混凝土的需水量、增加流动度，有助于提高管桩混凝土的性能，可降低混凝土单方原材成本。
[0021]
本发明的本发明制备的掺合料管桩混凝土与现有phc管桩生产工艺具有较好的适应性，管桩混凝土的力学性能满足要求，在管桩中使用取得良好的效果。
[0022]
本发明使用本发明制备的掺合料产生产管桩，可以综合利用周边的硅质原料资源，且不同硅质原料成分(页岩渣与硅质机制砂)相互补充，具有较好的经济效益和社会效益。
附图说明
[0023]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0024]
图1为本发明实际生产后的现场效果图。
具体实施方式
[0025]
下面结合具体实施例，对本发明作进一步详细的阐述，下述实施例不用于限制本发明，仅用于说明本发明。以下实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，下述实施例中所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
[0026]
在具体实施例中，没有详细说明的步骤、材料选择、数值参数均为现有技术中的常规选择，或者任何现有公开的现有技术。
[0027]
实施例1掺合料(管桩混凝土用掺合料)在管桩混凝土中的试验研究
[0028]
1.1试验用原材料及试验分析
[0029]
1.1.1本发明试验用硅质页岩采于云浮高硅页岩，硅质页岩(即页岩渣)、现有磨细砂、卵石砂化学成分对比及见表1和表2。
[0030]
表1硅质页岩、磨细砂、卵石砂化学成分
[0031]
名称烧失量sio2al2o3fe2o3caomgo页岩渣0.9293.271.321.711.670.57磨细砂1.3891.83.791.960.550.39
鹅卵石砂最小1.3085.666.112.340.550.89鹅卵石砂最大1.0495.051.101.610.080.48
[0032]
表2硅质页岩物理性质
[0033]
表观密度堆积密度颜色2.21.5灰黑色(块状)
[0034]
从表1可知，鹅卵石砂的二氧化硅含量不稳定，偏差较大；会导致最终成品的抗压强度不稳定，成品率降低明显。
[0035]
1.1.3页岩渣水泥胶砂强度活性检测结果见表3；
[0036]
表3页岩渣活性检测及对比结果
[0037][0038][0039]
1.1.4页岩渣和磨细砂水泥胶砂强度对比结果见表4
[0040]
表4不同掺量页岩渣和磨细砂的水泥胶砂蒸压强度表
[0041][0042]
1.1.5为了进一步探索页岩渣与现有细磨砂的性能差距，利用页岩渣与硅质机制砂配制初掺料进行性能对比，经粉磨页岩渣细度比表面积在480-600m2/g之间，磨细砂与粗掺料(粗掺料的成分为页岩渣与硅质机制砂)的水泥胶砂强度对比结果，见表6、表7、表8。
[0043]
表5快速强度对比(页岩渣与硅质机制砂比例15：85)
[0044][0045]
表6快速强度对比(页岩渣与硅质机制砂比例10：90)
[0046][0047]
表7快速强度对比(页岩渣与硅质机制砂比例20：80)
[0048][0049]
1.1.6原材料试验结果分析
[0050]
从表1、表2分析结果看，页岩渣成分其含硅量接近磨细砂、卵石砂，甚至比部分卵石砂含硅量高，从表3页岩渣的活性试验看，页岩渣火山灰活性指数接近ii级沸石粉70％活性指数(抗压强度比)，大于石灰石的60％活性指数；从表4结果看掺页岩渣的水泥胶砂a1比掺磨细砂的a2抗压强度高约10.8mpa，其抗折强度两者一致。抗压强度a3比a4高14.7mpa，a3的抗折强度也略高，说明页岩渣的高压蒸汽养护有助力于其强度增长。从表5、表6、表7看出，掺30％由页岩渣制备的初掺料的水泥胶砂快速强度高于掺磨细砂制备而成的初掺料，说明在蒸汽高压养护条件下，页岩渣活性高于普通磨细砂。
[0051]
页岩渣与硅质机制砂的比例不同，快速强度略有不同，页岩渣掺量达20wt％时抗压强度最高，这与页岩渣的易磨性有关，硅砂粉的比表面积越大，细度越细，参与填充作用明显，密实度增加，比表面积越大，与水泥中的ca(oh)2之间发生火山灰反应越快，发挥硅质页岩的后期增强作用，其活性越高。实际生产中控制页岩渣比例在10-20％之间，从节约能耗出发，初掺料比表面积细度控制在480-600m2/g之间是合理的范围。比表面积小于480m2/g时，活性降低，导致快速强度(特别是抗压强度)降低；比表面积大于600m2/g时，生产能耗高；且对快速强度的提升没有明显的效果。
[0052]
为了进一步探讨页岩渣的潜力，采用下表8中的配方，进行快速强度测试，结果如表9。
[0053]
表8快速强度对比实验
[0054] 4号样本5号样本6号样本页岩渣151020硅质机制砂859080萤石233糖蜜1.522玻璃纤维545木质素磺酸钠0.80.60.5硅溶胶2.02.53.0
[0055]
表9中，木质素磺酸钠的分子量在10000-50000之间；
[0056]
硅溶胶为ph在9-10.5、粒径范围在16
±
6nm的碱性纳米硅溶胶；
[0057]
玻璃纤维的宽度为6-17μm，长度在3-7mm。
[0058]
表9快速强度对比实验结果
[0059][0060]
由表9可知，在添加了表8中所述萤石、糖蜜、玻璃纤维和木质素磺酸钠后，其抗折、抗压能力有了进一步地提高；证明表8中的成分对本发明有正向作用。
[0061]
实施例2混凝土原材料及试验
[0062]
由于本发明属于管桩混凝土的添加剂，最终性能需要在管桩中体现，故进行管桩混凝土原材料实验。
[0063]
2.1混凝土试验用原材料及性能
[0064]
2.1.1水泥
[0065]
郁南鸿运p.ii42.5r水泥，其物理力学性能如表10
[0066]
表10水泥的物理与力学性能
[0067][0068]
2.1.2掺合料
[0069]
英德产磨细砂，本发明制备的掺合料，其他性能见表11
[0070]
表11掺合料性能
[0071][0072]
表11中的掺合料，为表9中的5号样本；下表12、13沿用此样本。
[0073]
2.1.3粗集料
[0074]
德庆高良碎石，5-25连续级配，压碎值8％，针片状5％，含泥量0.3％；
[0075]
2.1.4细集料
[0076]
卵石机制砂，细度模数3.1，含泥量3.2％；
[0077]
2.1.5减水剂
[0078]
聚羧酸高性能减水剂，其性能指标见表12
[0079]
表12减水剂性能指标
[0080][0081]
2.2试验方法
[0082]
混凝土拌合物坍落度测试按《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》gb/t50080-2002进行。抗压强度测试按《普通混凝土力学性能试验方法》gb/t50081-2002进行。抗压强
度尺寸100mm3，同时为了评价混凝土质量及其在管桩生产中的可行性，所有试件采用与管桩生产现场相同的养护制度，与管桩同步蒸养(6.5h、85℃)、蒸压(9h、180℃、1.0mpa)。
[0083]
表13试验用配合比
[0084][0085]
2.4试验结果与分析
[0086]
2.4.1工作性能
[0087]
按表13配合比试验，发现本发明制备的掺合料搅拌出的混凝土和易性较好；混凝土颜色深于普通磨细砂的混凝土颜色；对用水量和减水剂的掺量基本一致。
[0088]
2.4.2力学性能
[0089]
混凝土立方体抗压强度，分别以普通磨细砂和本发明制备的掺合料作为掺合料配合比成型尺寸为100mm3立方体试块，蒸养，分别测试其出池抗压强度，及出池后放入蒸压釜的压蒸强度。试验结果见表14，满足管桩混凝土c80强度等级要求。
[0090]
表14混凝土配合比试验结果
[0091][0092]
(1)经试配对比试验，a1、a2比a0混凝土蒸养强度提高3-5mpa，蒸压强度提高10-12mpa，这与本发明制备的掺合料有一定活性有关。在相同水泥及硅砂粉用量，坍落度基本一致条件下，本发明制备的掺合料有助于降低混凝土单方需水量，本发明制备的掺合料的混凝土比普通磨细砂的混凝土有更高的抗压强度。
[0093]
(2)本发明制备的掺合料配制的混凝土胶结力强，结构致密，蒸养强度及蒸压强度完全满足管桩要求，在管桩生产应用中完全替代磨细砂是可行的。
[0094]
实施例3掺合料在c80管桩应用
[0095]
3.1c80管桩现场效果
[0096]
通过车间生产，从图1看出，本发明制备的掺合料的混凝土颜色较深(图1最左边桩身混凝土)，这与页岩渣颜色偏黑有关，其配出的混凝土与现有phc管桩生产工艺具有较好的适应性；尤其是与和混凝土拌合物工作性紧密相关的布料工艺与离心工艺适应性较好，离心内壁光滑，管桩外观较为光滑均一，就工作性而言，掺合料掺合料混凝土完全适用于管桩生产；混凝土蒸养蒸压强度满足管桩混凝土力学性能要求。
[0097]
3.2本发明制备的掺合料在管桩上的应用效果
[0098]
公司使用新型掺合产进行连续批量生产，并应用到不同地质工程中，取得较好的效果。实践证明，用新型掺合产替代普通磨细砂生产phc管桩，管桩质量符合标准gb/t 13476-2009《先张法预应力混凝土管桩》的要求。
[0099]
上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。

技术特征：
1.管桩混凝土用掺合料，其特征在于，按质量份计算包括以下组分：所述管桩混凝土用掺合料的比表面积在480-600m2/g；所述页岩渣的sio2含量≥93wt％；烧失量≤1wt％；所述页岩渣的火山灰活性指数≥68％。2.根据权利要求1所述的管桩混凝土用掺合料，其特征在于，所述木质素磺酸钠的分子量在10000-50000之间。3.根据权利要求1所述的管桩混凝土用掺合料，其特征在于，所述硅溶胶为ph在9-10.5、粒径范围在16
±
6nm的碱性纳米硅溶胶。4.根据权利要求1所述的管桩混凝土用掺合料，其特征在于，所述玻璃纤维的宽度为6-17μm，长度在3-7mm。5.权利要求1-4任一所述的管桩混凝土用掺合料在制备混凝土中的应用。6.根据权利要求5所述的制备混凝土中的应用，其特征在于，混凝土为phc管桩混凝土。7.根据权利要求6所述的制备混凝土中的应用，其特征在于，在phc管桩混凝土中代替硅砂粉。

技术总结
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种管桩混凝土用掺合料及其应用。管桩混凝土用掺合料，包括组分页岩渣、硅质机制砂、萤石、糖蜜、玻璃纤维、木质素磺酸钠；其中页岩渣的SiO2含量≥93wt％；烧失量≤1wt％；所述页岩渣的火山灰活性指数≥68％。本发明采用页岩渣矿与硅质机制砂双掺原料粉磨制备得到PHC管桩用混凝土掺合料，采用该混凝土掺合料制备PHC管桩，可以在满足PHC管桩混凝土强度等性能的要求下；替代传统磨细砂，节省PHC管桩的生产成本，实现页岩渣矿和硅质机制砂的资源化利用。渣矿和硅质机制砂的资源化利用。渣矿和硅质机制砂的资源化利用。


技术研发人员：严炳土 涂波涛
受保护的技术使用者：广东鸿业建材科技有限公司
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/7/18