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CN109400029B - 一种利用碳纤维和再生混凝土加工水泥管桩的方法 - Google Patents

一种利用碳纤维和再生混凝土加工水泥管桩的方法 Download PDF

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CN109400029B CN201811401018.7A CN201811401018A CN109400029B CN 109400029 B CN109400029 B CN 109400029B CN 201811401018 A CN201811401018 A CN 201811401018A CN 109400029 B CN109400029 B CN 109400029B
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Abstract

本发明公开了一种利用碳纤维和再生混凝土加工水泥管桩的方法，首先制备再生混凝土，将废弃混凝土进行破碎处理，再将破碎后的废弃混凝土过38μm筛子，得到废弃混凝土粉体；将沸石粉与废弃混凝土粉体混合，并投入球磨机球磨，得到第一混合粉体，球磨时间为2h；再将第一混合粉体加入氢氧化钠溶液中，在水热温度为30℃的条件下水热1天，用200目的筛网过滤，得到第二混合粉体；所述氢氧化钠溶液是浓度为1mol/L。本发明中提供了一种利用碳纤维和再生混凝土加工水泥管桩的方法，控制合理的配比组分，使得制备的水泥管桩的力学性能更好，同时利用废弃混凝土作为基底材料进行制备，节省成本，具有较高的经济效应。

Description

一种利用碳纤维和再生混凝土加工水泥管桩的方法
技术领域
本发明涉及管桩制造领域，具体是一种利用碳纤维和再生混凝土加工水泥管桩的方法。
背景技术
管桩，又被分为后张法预应力管桩和先张法预应力管桩,预应力混凝土管桩(PC管桩)和预应力混凝土薄壁管桩(PTC管桩)及高强度预应力混凝土管桩(PHC管桩)，现如今市面上大多利用水泥来制备混凝土，并进行管桩的制造。
水泥可用于制备混凝土和混凝土用于各种各样的应用，包括但不限于道路、停车场、桥梁、走道和支撑结构。随着我国城市化进程加快，科技越来越进步，建筑业进入高速发展阶段，随之而来的建筑垃圾也在不断的增多，其中大部分都是废弃混凝土，这不仅给我们的环境带来污染，也给我们的生活带来了极大的不便。
针对以上情况，我们需要设计一种利用碳纤维和再生混凝土加工水泥管桩的方法，不仅需要解决废弃混凝土的二次利用问题，同时还需要节约成本，降低管桩的氯离子渗透率，这是我们亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用碳纤维和再生混凝土加工水泥管桩的方法，以解决现有技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种利用碳纤维和再生混凝土加工水泥管桩的方法，各原料组分如下：以重量份计，水泥组合物400-800份、骨料1250-1400份、水150-300份、减水剂5-35份、纤维组合物150-250份、固化剂9-50份。
较优化地，各原料组分如下：以重量份计，水泥组合物500-550份、骨料1300-1350份、水200-300份、减水剂20-35份、纤维组合物175-250份、固化剂25-50份。
较优化地，所述水泥组合物各原料组分如下：以质量百分比计，溶剂10-20％、再生混凝土40％-55％、火山灰水泥20％-35％、糖0.05％-0.5％、浮石25％-50％、硅灰0.5％-1.5％、氢氧化铝0.2％-1％、粉煤灰0.6％-1.2％。
较优化地，所述再生混凝土各原料组分如下：以质量百分比计，废弃混凝土40％-50％、矿渣粉30％-40％、脱硫石膏20％-35％、钢渣0.5％-1％、沸石粉5％-15％、氢氧化钠0.5％-2.2％。
较优化地，所述糖为半乳糖、葡萄糖、右旋糖、乳糖、麦芽糖、蔗糖中的一种或多种。
较优化地，所述纤维组合物包括纤维素纤维、碳纤维和碳酸钙填料，所述纤维素纤维的重量：碳酸钙填料的重量为(1：33)-(10：1)；所述碳纤维的重量：纤维素纤维的重量为(1：2)-(2：1)。
较优化地，所述骨料为石灰石、碎石、砾石中的一种或多种；所述固化剂为环氧固化剂。
较优化地，包括以下步骤：
1)制备再生混凝土；
a)预处理；
b)水热；
c)一次煅烧；
d)搅拌混合；
e)二次煅烧；
f)得到再生混凝土；
2)制备水泥组合物；
3)制备纤维组合物；
4)管桩的制备；
a)按一定比例称取水泥组合物、骨料、减水剂、纤维组合物和固化剂，并与一定量的水混合，投入搅拌机中进行高速搅拌，得到混合物料；
b)制作带桩头的钢筋笼，并将带桩头的钢筋笼放入模具中；
c)向下半模具中浇注制备得到的混合物料，将上半模具与下半模具拧紧，得到桩模；
d)进行纵向张拉，并将张拉后的桩模放在离心机上离心成型，得到半成品管桩；
e)对半成品管桩进行常压蒸汽养护，再将半成品管桩放入蒸压釜中高压蒸汽养护；
5)得到所述管桩。
较优化地，包括以下步骤：
1)制备再生混凝土；
a)预处理：将废弃混凝土进行破碎处理，再将破碎后的废弃混凝土过38μm-270μm筛子，得到废弃混凝土粉体；将沸石粉与废弃混凝土粉体混合，并投入球磨机球磨，得到第一混合粉体，球磨时间为2-3h；
b)水热：将第一混合粉体加入氢氧化钠溶液中，在水热温度为30-100℃的条件下水热1-3天，用200-500目的筛网过滤，得到第二混合粉体；所述氢氧化钠溶液是浓度为1-3mol/L；
c)一次煅烧：将第二混合粉体投入煅烧炉中进行一次煅烧，得到水泥生料粉体；所述一次煅烧温度为800-900℃，所述一次煅烧时间为2-2.5h；
d)搅拌混合：将脱硫石膏、钢渣分别进行破碎处理，再将破碎后的脱硫石膏、钢渣分别过50μm-200μm筛子，分别得到脱硫石膏粉体、钢渣粉体；再将矿渣粉、钢渣粉体投入球磨机球磨，得到第三混合粉体，球磨时间为3-3.5h；
e)二次煅烧：将水泥生料粉体和第三混合粉体进行混合，并投入煅烧炉中进行二次煅烧，得到水泥熟料；所述二次煅烧温度为700-850℃，所述二次煅烧时间为1-2h；
f)得到再生混凝土：称取所需组分比的水泥熟料和脱硫石膏粉体，所述水泥熟料的质量：脱硫石膏粉体的质量为100：(5-10)，混合搅拌，得到再生混凝土；
2)制备水泥组合物；
a)分别将浮石、火山灰水泥、硅灰分别投入研磨机中进行研磨，并用200-500目的筛网过滤，得到第四混合粉体；
b)称取一定组分的糖，与溶剂混合并进行搅拌，放置24h后投入再生混凝土、第四混合粉体，搅拌均匀，得到第一混合物料；
c)称取一定质量的粉煤灰、氢氧化铝，并将第一混合物料、粉煤灰、氢氧化铝依次投入煅烧炉中进行三次煅烧，得到水泥组合物；三次煅烧温度为800-900℃，三次煅烧时间为2-2.5h；
3)制备纤维组合物；
a)按照一定比例称取纤维和碳酸钙填料，首先将纤维放置于水性环境，使得纤维原纤化，直至形成纳米纤维状凝胶；
b)再将碳酸钙填料与纳米纤维状凝胶混合，搅拌均匀；得到混合物料；
c)称取一定量的碳纤维，将混合物料与碳纤维组合并进行脱水，并制造成结构化材料，得到纤维组合物；
4)管桩的制备；
a)按一定比例称取水泥组合物、骨料、减水剂、纤维组合物和固化剂，并与一定量的水混合，投入搅拌机中进行高速搅拌，搅拌时间为1-2h，得到第二混合物料；
b)制作带桩头的钢筋笼，并将带桩头的钢筋笼放入模具中；
c)向下半模具中浇注制备得到的混合物料，将上半模具与下半模具拧紧，得到带料桩模；
d)纵向张拉，并将张拉后的带料桩模放在离心机上离心成型，得到半成品管桩；
e)半成品管桩进行常压蒸汽养护，常压蒸汽养护时间为2-3h，再将半成品管桩
f)放入蒸压釜中高压蒸汽养护，所述蒸压釜中温度为200-220℃，高压蒸汽养护时间为5-8h；
5)得到所述管桩。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中设计了一种利用碳纤维和再生混凝土加工水泥管桩的方法，其中通过对废弃混凝土进行二次利用，制备得到再生混凝土，再通过对再生混凝土进行加工，得到水泥组合物，用于充当制备水泥管桩的基底材料，不仅提高了水泥管桩的力学性能，同时降低了成本，具有较高的经济效益，有效实用；本发明中通过对碳纤维和纤维素纤维进行加工，得到纤维组合物，纤维组合物在水的浸泡和搅拌机摩擦力的作用下，极易分散为纤维单丝，从而起到抗裂效果，可有效提高水泥管桩的力学性能，增强水泥管桩的抗冻融性及抗渗性。
本发明制备再生混凝土时，添加了沸石粉，可以有效降低材料中的单位孔体积，黏合或修补再生混凝土制备过程中产生的微裂纹，增强各组分之间的黏结强度，并使再生混凝土界面区结构趋于致密，提高水泥管桩制备时各组分之间的致密性。
本发明在制备再生混凝土时进行了两次煅烧，同时在煅烧前对第一混合粉体进行水热，通过氢氧化钠溶液为后续合成反应提供碱性环境，这样可以充分对粉煤灰进行活化，提高再生混凝土的合成速度。
本发明中在对废弃混凝土的二次利用时，通过对废弃混凝土进行粉碎搅拌，并加入各种辅料制得再生混凝土，其中随着钢渣配比的增加，废弃混凝土的配比减少，再生混凝土的强度会呈现一个先增加后减小的趋势，当钢渣的质量百分比为0.8％时，强度达最高值，继续增加钢渣配比，强度反而下降，所以本发明中钢渣的质量百分比选择为0.8％；添加了钢渣，能够激发反应时整个体系的碱性，使整个体系在水化时存在一个最适合水化产物生成的碱度范围，提高水化产物的生成。
本发明中还添加了脱硫石膏，可以提高再生混凝土的强度。本发明中钢渣可激发体系碱性，矿渣粉在碱的激发下，在废弃混凝土中的石灰石表面生成大量钙矾石和C-S-H凝胶，将废弃混凝土颗粒紧密连接在一起并形成空间网络结构，随后矿渣粉不断水化产生的C-S-H凝胶和钙矾石不断填充在网络的孔隙中，最终包裹废弃混凝土颗粒并使浆体愈发致密，提高了再生混凝土的强度，从而提高了以再生混凝土为原料制备的水泥管桩的强度。
本发明中制备再生混凝土后，加入各组分再制得水泥组合物，可以降低水泥管桩的氯离子的渗透性，增加挠曲强度和模块强度，蔗糖的添加减少了制备过程中所需的胶结材料的量，降低了成本，同时提高了水泥管桩的耐磨性，减小了收缩率。
本发明中制备水泥组合物时，添加了粉煤灰，不仅可以与硅灰配合实现“双掺”效果，同时粉煤灰还可以与再生混凝土中的沸石粉进行配合，提高水泥组合物的各组分间的相容；在三次锻烧时加入氢氧化铝，氢氧化铝、粉煤灰和再生混凝土中的碱性环境相互配合，不仅提高了粉煤灰的整体活化程度，同时还可以在三次煅烧时生成沸石，进一步的提高再生混凝土的致密性，改善再生混凝土的界面结构，在制备水泥组合物时，可以提高再生混凝土和其他组分之间的黏结度。
本发明中制备纤维组合物时，碳酸钙填料过多会影响凝胶的形成，我们选择控制碳酸钙填料的量，加快凝胶的形成，这也便于水泥管桩在制备时各组分之间可以更好的混合，减少胶体的量，节约成本。
本发明中减水剂选择聚羧酸系高效减水剂或者萘系减水剂，本发明中水泥组合物中添加了硅灰，通过聚羧酸高效减水剂和硅灰达到“双掺”效果，同时在水泥混合物制备时添加了粉煤灰，粉煤灰和硅灰的配合通过稀释效应、化学效应，降低了物料混合时的孔隙液的PH；在后续步骤中，当物料进行混合搅拌并制备得到半成品管桩后，本发明采用了常压蒸汽养护，随着养护温度的提高，水泥水化反应速度的加快，混凝土中的碱度降低的速度加快；
同时由于聚羧酸高效减水剂和硅灰的配合、粉煤灰和矿渣粉的配合，管桩制备时的混合物料在进行搅拌时，其中的各个组分快速溶解，快速提高了混合物料中的碱度，同时还提高了混合物料的水化温度，加快了水化反应的速度，增加了水化产物的生成数量，提高了水泥管桩的脱模强度。
本发明中采用了直接合模灌注的方法，混凝土直接灌注到模具的内腔，避免出现混凝土颗粒掉落的现象，减少了人力成本，节约劳动力；同时合模时拧紧上模具、下模具，避免出现混凝土管桩合缝漏浆的问题，保证了混凝土管桩的质量。
本发明中提供了一种利用碳纤维和再生混凝土加工水泥管桩的方法，控制合理的配比组分，使得制备的水泥管桩的力学性能更好，通过水泥组合物的制备来降低整个水泥管桩的氯离子渗透率，同时利用废弃混凝土作为基底材料进行制备，节省成本，具有较高的经济效应。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中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做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：
首先制备再生混凝土，将废弃混凝土进行破碎处理，再将破碎后的废弃混凝土过38μm筛子，得到废弃混凝土粉体；将沸石粉与废弃混凝土粉体混合，并投入球磨机球磨，得到第一混合粉体，球磨时间为2h；再将第一混合粉体加入氢氧化钠溶液中，在水热温度为30℃的条件下水热1天，用200目的筛网过滤，得到第二混合粉体；所述氢氧化钠溶液是浓度为1mol/L；接着将第二混合粉体投入煅烧炉中进行一次煅烧，得到水泥生料粉体；所述一次煅烧温度为800℃，所述一次煅烧时间为2h；将脱硫石膏、钢渣分别进行破碎处理，再将破碎后的脱硫石膏、钢渣分别过50μm筛子，分别得到脱硫石膏粉体、钢渣粉体；再将矿渣粉、钢渣粉体投入球磨机球磨，得到第三混合粉体，球磨时间为3h；再将水泥生料粉体和第三混合粉体进行混合，并投入煅烧炉中进行二次煅烧，得到水泥熟料；所述二次煅烧温度为700℃，所述二次煅烧时间为1h；最后称取所需组分比的水泥熟料和脱硫石膏粉体，所述水泥熟料的质量：脱硫石膏粉体的质量为20：1，混合搅拌，得到再生混凝土。
接着制备水泥组合物，先分别将浮石、火山灰水泥、硅灰分别投入研磨机中进行研磨，并用200目的筛网过滤，得到第四混合粉体；再称取一定组分的糖，与溶剂混合并进行搅拌，放置24h后投入再生混凝土、第四混合粉体，搅拌均匀，得到第一混合物料；称取一定质量的粉煤灰、氢氧化铝，并将第一混合物料、粉煤灰、氢氧化铝依次投入煅烧炉中进行三次煅烧，得到水泥组合物；三次煅烧温度为800℃，三次煅烧时间为2h。
再制备纤维组合物，先按照一定比例称取纤维和碳酸钙填料，首先将纤维放置于水性环境，使得纤维原纤化，直至形成纳米纤维状凝胶；再将碳酸钙填料与纳米纤维状凝胶混合，搅拌均匀；得到混合物料；最后称取一定量的碳纤维，将混合物料与碳纤维组合并进行脱水，并制造成结构化材料，得到纤维组合物。
最后进行管桩的制备，先按一定比例称取水泥组合物、骨料、减水剂、纤维组合物和固化剂，并与一定量的水混合，投入搅拌机中进行高速搅拌，搅拌时间为1h，得到第二混合物料；再制作带桩头的钢筋笼，并将带桩头的钢筋笼放入模具中；随即向下半模具中浇注制备得到的混合物料，将上半模具与下半模具拧紧，得到带料桩模；接着纵向张拉，并将张拉后的带料桩模放在离心机上离心成型，得到半成品管桩；最后半成品管桩进行常压蒸汽养护，常压蒸汽养护时间为2h，再将半成品管桩放入蒸压釜中高压蒸汽养护，所述蒸压釜中温度为200℃，高压蒸汽养护时间为5h。
本实施例中，各原料组分以重量计：水泥组合物525份、骨料1325份、水250份、减水剂26份、纤维组合物200份、固化剂40份。
其中水泥组合物的各原料组分包括：溶剂10％、再生混凝土40％、火山灰水泥22％、糖0.05％、浮石25％、硅灰1.2％、氢氧化铝1％、粉煤灰0.75％。
再生混凝土各原料组分：废弃混凝土40％、矿渣粉30％、脱硫石膏20％、钢渣0.8％、沸石粉7％、氢氧化钠2.2％。
实施例2：
首先制备再生混凝土，将废弃混凝土进行破碎处理，再将破碎后的废弃混凝土过200μm筛子，得到废弃混凝土粉体；将沸石粉与废弃混凝土粉体混合，并投入球磨机球磨，得到第一混合粉体，球磨时间为2h；再将第一混合粉体加入氢氧化钠溶液中，在水热温度为30℃的条件下水热1天，用200目的筛网过滤，得到第二混合粉体；所述氢氧化钠溶液是浓度为2mol/L；接着将第二混合粉体投入煅烧炉中进行一次煅烧，得到水泥生料粉体；所述一次煅烧温度为850℃，所述一次煅烧时间为2h；将脱硫石膏、钢渣分别进行破碎处理，再将破碎后的脱硫石膏、钢渣分别过50μm筛子，分别得到脱硫石膏粉体、钢渣粉体；再将矿渣粉、钢渣粉体投入球磨机球磨，得到第三混合粉体，球磨时间为3h；再将水泥生料粉体和第三混合粉体进行混合，并投入煅烧炉中进行二次煅烧，得到水泥熟料；所述二次煅烧温度为700℃，所述二次煅烧时间为1h；最后称取所需组分比的水泥熟料和脱硫石膏粉体，所述水泥熟料的质量：脱硫石膏粉体的质量为10：1，混合搅拌，得到再生混凝土。
接着制备水泥组合物，先分别将浮石、火山灰水泥、硅灰分别投入研磨机中进行研磨，并用200目的筛网过滤，得到第四混合粉体；再称取一定组分的糖，与溶剂混合并进行搅拌，放置24h后投入再生混凝土、第四混合粉体，搅拌均匀，得到第一混合物料；称取一定质量的粉煤灰、氢氧化铝，并将第一混合物料、粉煤灰、氢氧化铝依次投入煅烧炉中进行三次煅烧，得到水泥组合物；三次煅烧温度为850℃，三次煅烧时间为2.2h。
再制备纤维组合物，先按照一定比例称取纤维和碳酸钙填料，首先将纤维放置于水性环境，使得纤维原纤化，直至形成纳米纤维状凝胶；再将碳酸钙填料与纳米纤维状凝胶混合，搅拌均匀；得到混合物料；最后称取一定量的碳纤维，将混合物料与碳纤维组合并进行脱水，并制造成结构化材料，得到纤维组合物。
最后进行管桩的制备，先按一定比例称取水泥组合物、骨料、减水剂、纤维组合物和固化剂，并与一定量的水混合，投入搅拌机中进行高速搅拌，搅拌时间为1.5h，得到第二混合物料；再制作带桩头的钢筋笼，并将带桩头的钢筋笼放入模具中；随即向下半模具中浇注制备得到的混合物料，将上半模具与下半模具拧紧，得到带料桩模；接着纵向张拉，并将张拉后的带料桩模放在离心机上离心成型，得到半成品管桩；最后半成品管桩进行常压蒸汽养护，常压蒸汽养护时间为2.5h，再将半成品管桩放入蒸压釜中高压蒸汽养护，所述蒸压釜中温度为210℃，高压蒸汽养护时间为7h，得到所需管桩。
本实施例中，各原料组分以重量计：水泥组合物500份、骨料1300份、水200份、减水剂20份、纤维组合物175份、固化剂25份。
其中水泥组合物的各原料组分包括：溶剂10％、再生混凝土40％、火山灰水泥22％、糖0.05％、浮石25％、硅灰1.2％、氢氧化铝1％、粉煤灰0.75％。
再生混凝土各原料组分：废弃混凝土40％、矿渣粉30％、脱硫石膏20％、钢渣0.8％、沸石粉7％、氢氧化钠2.2％。
实施例3：
首先制备再生混凝土，将废弃混凝土进行破碎处理，再将破碎后的废弃混凝土过270μm筛子，得到废弃混凝土粉体；将沸石粉与废弃混凝土粉体混合，并投入球磨机球磨，得到第一混合粉体，球磨时间为3h；再将第一混合粉体加入氢氧化钠溶液中，在水热温度为100℃的条件下水热3天，用500目的筛网过滤，得到第二混合粉体；所述氢氧化钠溶液是浓度为3mol/L；接着将第二混合粉体投入煅烧炉中进行一次煅烧，得到水泥生料粉体；所述一次煅烧温度为900℃，所述一次煅烧时间为2.5h；将脱硫石膏、钢渣分别进行破碎处理，再将破碎后的脱硫石膏、钢渣分别过200μm筛子，分别得到脱硫石膏粉体、钢渣粉体；再将矿渣粉、钢渣粉体投入球磨机球磨，得到第三混合粉体，球磨时间为3.5h；再将水泥生料粉体和第三混合粉体进行混合，并投入煅烧炉中进行二次煅烧，得到水泥熟料；所述二次煅烧温度为850℃，所述二次煅烧时间为2h；最后称取所需组分比的水泥熟料和脱硫石膏粉体，所述水泥熟料的质量：脱硫石膏粉体的质量为10：1，混合搅拌，得到再生混凝土。
接着制备水泥组合物，先分别将浮石、火山灰水泥、硅灰分别投入研磨机中进行研磨，并用500目的筛网过滤，得到第四混合粉体；再称取一定组分的糖，与溶剂混合并进行搅拌，放置24h后投入再生混凝土、第四混合粉体，搅拌均匀，得到第一混合物料；称取一定质量的粉煤灰、氢氧化铝，并将第一混合物料、粉煤灰、氢氧化铝依次投入煅烧炉中进行三次煅烧，得到水泥组合物；三次煅烧温度为900℃，三次煅烧时间为2.5h。
再制备纤维组合物，先按照一定比例称取纤维和碳酸钙填料，首先将纤维放置于水性环境，使得纤维原纤化，直至形成纳米纤维状凝胶；再将碳酸钙填料与纳米纤维状凝胶混合，搅拌均匀；得到混合物料；最后称取一定量的碳纤维，将混合物料与碳纤维组合并进行脱水，并制造成结构化材料，得到纤维组合物。
最后进行管桩的制备，先按一定比例称取水泥组合物、骨料、减水剂、纤维组合物和固化剂，并与一定量的水混合，投入搅拌机中进行高速搅拌，搅拌时间为2h，得到第二混合物料；再制作带桩头的钢筋笼，并将带桩头的钢筋笼放入模具中；随即向下半模具中浇注制备得到的混合物料，将上半模具与下半模具拧紧，得到带料桩模；接着纵向张拉，并将张拉后的带料桩模放在离心机上离心成型，得到半成品管桩；最后半成品管桩进行常压蒸汽养护，常压蒸汽养护时间为3h，再将半成品管桩放入蒸压釜中高压蒸汽养护，所述蒸压釜中温度为220℃，高压蒸汽养护时间为8h，得到所需管桩。
本实施例中，各原料组分以重量计：水泥组合物550份、骨料1350份、水300份、减水剂35份、纤维组合物250份、固化剂50份。
其中水泥组合物的各原料组分包括：溶剂10％、再生混凝土40％、火山灰水泥22％、糖0.05％、浮石25％、硅灰1.2％、氢氧化铝1％、粉煤灰0.75％。
再生混凝土各原料组分：废弃混凝土40％、矿渣粉30％、脱硫石膏20％、钢渣0.8％、沸石粉7％、氢氧化钠2.2％。
实施例4：
首先制备水泥组合物，先分别将浮石、火山灰水泥、硅灰分别投入研磨机中进行研磨，并用200目的筛网过滤，得到混合粉体；再称取一定组分的糖，与溶剂混合并进行搅拌，放置24h后投入硅酸盐水泥、混合粉体，搅拌均匀，得到第一混合物料；称取一定质量的粉煤灰，并将第一混合物料、粉煤灰依次投入煅烧炉中进行煅烧，得到水泥组合物；煅烧温度为800℃，煅烧时间为2h。
再制备纤维组合物，首先按照一定比例称取纤维和碳酸钙填料，将纤维放置于水性环境，使得纤维原纤化，直至形成纳米纤维状凝胶；再将碳酸钙填料与纳米纤维状凝胶混合，搅拌均匀；得到混合物料；称取一定量的碳纤维，将混合物料与碳纤维组合并进行脱水，并制造成结构化材料，得到纤维组合物。
最后进行管桩的制备，先按一定比例称取水泥组合物、骨料、减水剂、纤维组合物和固化剂，并与一定量的水混合，投入搅拌机中进行高速搅拌，搅拌时间为1h，得到第二混合物料；再制作带桩头的钢筋笼，并将带桩头的钢筋笼放入模具中；向下半模具中浇注制备得到的混合物料，将上半模具与下半模具拧紧，得到带料桩模；纵向张拉，并将张拉后的带料桩模放在离心机上离心成型，得到半成品管桩；半成品管桩进行常压蒸汽养护，常压蒸汽养护时间为2h，再将半成品管桩放入蒸压釜中高压蒸汽养护，所述蒸压釜中温度为200℃，高压蒸汽养护时间为5h；得到所述管桩。
本实施例中各原料组分以重量计：水泥组合物550份、骨料1350份、水300份、减水剂35份、纤维组合物250份、固化剂50份。
其中水泥组合物的各原料组分包括：溶剂10％、硅酸盐混凝土40％、火山灰水泥22％、糖0.05％、浮石26％、硅灰1.2％、粉煤灰0.75％。
实施例5：
首先制备再生混凝土，将废弃混凝土进行破碎处理，再将破碎后的废弃混凝土过270μm筛子，得到废弃混凝土粉体；将沸石粉与废弃混凝土粉体混合，并投入球磨机球磨，得到第一混合粉体，球磨时间为3h；再将第一混合粉体加入氢氧化钠溶液中，在水热温度为100℃的条件下水热3天，用500目的筛网过滤，得到第二混合粉体；所述氢氧化钠溶液是浓度为3mol/L；接着将第二混合粉体投入煅烧炉中进行一次煅烧，得到水泥生料粉体；所述一次煅烧温度为900℃，所述一次煅烧时间为2.5h；将脱硫石膏、钢渣分别进行破碎处理，再将破碎后的脱硫石膏、钢渣分别过200μm筛子，分别得到脱硫石膏粉体、钢渣粉体；再将矿渣粉、钢渣粉体投入球磨机球磨，得到第三混合粉体，球磨时间为3.5h；再将水泥生料粉体和第三混合粉体进行混合，并投入煅烧炉中进行二次煅烧，得到水泥熟料；所述二次煅烧温度为850℃，所述二次煅烧时间为2h；最后称取所需组分比的水泥熟料和脱硫石膏粉体，所述水泥熟料的质量：脱硫石膏粉体的质量为10：1，混合搅拌，得到再生混凝土。
接着制备水泥组合物，先分别将浮石、火山灰水泥、硅灰分别投入研磨机中进行研磨，并用500目的筛网过滤，得到第四混合粉体；再称取一定组分的糖，与溶剂混合并进行搅拌，放置24h后投入再生混凝土、第四混合粉体，搅拌均匀，得到第一混合物料；称取一定质量的粉煤灰、氢氧化铝，并将第一混合物料、粉煤灰、氢氧化铝依次投入煅烧炉中进行三次煅烧，得到水泥组合物；三次煅烧温度为900℃，三次煅烧时间为2.5h。
最后进行管桩的制备，先按一定比例称取水泥组合物、骨料、减水剂和固化剂，并与一定量的水混合，投入搅拌机中进行高速搅拌，搅拌时间为2h，得到第二混合物料；再制作带桩头的钢筋笼，并将带桩头的钢筋笼放入模具中；随即向下半模具中浇注制备得到的混合物料，将上半模具与下半模具拧紧，得到带料桩模；接着纵向张拉，并将张拉后的带料桩模放在离心机上离心成型，得到半成品管桩；最后半成品管桩进行常压蒸汽养护，常压蒸汽养护时间为3h，再将半成品管桩放入蒸压釜中高压蒸汽养护，所述蒸压釜中温度为220℃，高压蒸汽养护时间为8h，得到所需管桩。
本实施例中，各原料组分以重量计：水泥组合物550份、骨料1350份、水300份、减水剂35份、纤维组合物250份、固化剂50份。
其中水泥组合物的各原料组分包括：溶剂10％、再生混凝土40％、火山灰水泥22％、糖0.05％、浮石25％、硅灰1.2％、氢氧化铝1％、粉煤灰0.75％。
再生混凝土各原料组分：废弃混凝土40％、矿渣粉30％、脱硫石膏20％、钢渣0.8％、沸石粉7％、氢氧化钠2.2％。
实施例6：
首先制备再生混凝土，将废弃混凝土进行破碎处理，再将破碎后的废弃混凝土过270μm筛子，得到废弃混凝土粉体；将沸石粉与废弃混凝土粉体混合，并投入球磨机球磨，得到第一混合粉体，球磨时间为3h；再将第一混合粉体加入氢氧化钠溶液中，在水热温度为100℃的条件下水热3天，用500目的筛网过滤，得到第二混合粉体；所述氢氧化钠溶液是浓度为3mol/L；接着将第二混合粉体投入煅烧炉中进行一次煅烧，得到水泥生料粉体；所述一次煅烧温度为900℃，所述一次煅烧时间为2.5h；将脱硫石膏、钢渣分别进行破碎处理，再将破碎后的脱硫石膏、钢渣分别过200μm筛子，分别得到脱硫石膏粉体、钢渣粉体；再将矿渣粉、钢渣粉体投入球磨机球磨，得到第三混合粉体，球磨时间为3.5h；再将水泥生料粉体和第三混合粉体进行混合，并投入煅烧炉中进行二次煅烧，得到水泥熟料；所述二次煅烧温度为850℃，所述二次煅烧时间为2h；最后称取所需组分比的水泥熟料和脱硫石膏粉体，所述水泥熟料的质量：脱硫石膏粉体的质量为10：1，混合搅拌，得到再生混凝土。
再制备纤维组合物，先按照一定比例称取纤维和碳酸钙填料，首先将纤维放置于水性环境，使得纤维原纤化，直至形成纳米纤维状凝胶；再将碳酸钙填料与纳米纤维状凝胶混合，搅拌均匀；得到混合物料；最后称取一定量的碳纤维，将混合物料与碳纤维组合并进行脱水，并制造成结构化材料，得到纤维组合物。
最后进行管桩的制备，先按一定比例称取再生混凝土、骨料、减水剂、纤维组合物和固化剂，并与一定量的水混合，投入搅拌机中进行高速搅拌，搅拌时间为2h，得到第二混合物料；再制作带桩头的钢筋笼，并将带桩头的钢筋笼放入模具中；随即向下半模具中浇注制备得到的混合物料，将上半模具与下半模具拧紧，得到带料桩模；接着纵向张拉，并将张拉后的带料桩模放在离心机上离心成型，得到半成品管桩；最后半成品管桩进行常压蒸汽养护，常压蒸汽养护时间为3h，再将半成品管桩放入蒸压釜中高压蒸汽养护，所述蒸压釜中温度为220℃，高压蒸汽养护时间为8h，得到所需管桩。
本实施例中，各原料组分以重量计：水泥组合物550份、骨料1350份、水300份、减水剂35份、纤维组合物250份、固化剂50份。
其中水泥组合物的各原料组分包括：溶剂10％、再生混凝土40％、火山灰水泥22％、糖0.05％、浮石25％、硅灰1.2％、氢氧化铝1％、粉煤灰0.75％。
再生混凝土各原料组分：废弃混凝土40％、矿渣粉30％、脱硫石膏20％、钢渣0.8％、沸石粉7％、氢氧化钠2.2％。
检测实验：
实施例1-6为对比实验，其中实施例1、实施例2、实施例3中的水泥组合物均通过再生混凝土制备，而实施例4中将再生混凝土换成了硅酸盐混凝土，实施例5中未添加纤维组合物，并直接通过水泥组合物进行水泥管桩的制备，而实施例6中并未进行水泥组合物的制备，直接通过再生混凝土与纤维组合物制备管桩，其余控制参数影响可以忽略不计。
测试1：氯离子扩散系数检测
首先将混凝土切割成直径为100mm、厚度为50±2mm的圆柱试样，再将试样在超声浴中清洗，将清洗后的试样安装在试样夹具上，注入测试溶液，连接测试主机；打开NJ-RCM氯离子扩散系数测定仪主机进行电迁移实验；接着将电迁移后的试样沿轴向劈开，在劈开的表面上喷涂硝酸银溶液，确定扩散深度，并计算扩散系数；其中阳极溶液选择0.3mol/l的氢氧化钠溶液，阴极溶液选择10％的氯化钠溶液，浸泡溶液选择氢氧化钙溶液。
扩散系数计算公式：
Figure BDA0001876306910000221
其中D为混凝土氯离子的迁移系数，t为实验持续的时间，M为氯离子渗透深度的平均值，T为阳极溶液初始温度和结束温度的平均值，U为所用电压的绝对值。
测试2：抗压强度
首先将混凝土切割成边长为100mm的立方体试样，通过压力机以0.5-0.8MPa/s的加载速度对试样进行加载，记下混凝土能够承受的最大荷载，并计算混凝土的强度，所测强度乘以0.95的折减系数，得到最终的抗压强度。
测试3：力学性能和电通量
对实施例1-6制备得到的管桩进行力学性能的检测，同时检测电通量检测。
Figure BDA0001876306910000231
对实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例6中制备得到的水泥管桩进行力学性能检测，并将检测结果进行比较：
如上表所示，实施例4中将再生混凝土换成了硅酸盐混凝土，并直接通过水泥组合物进行水泥管桩的制备，与实施例1-3形成对比实验，对比于实施例4中得到的管桩的数据来看，本发明制备得到的管桩的各项性能都得到了提高，抗弯性能强，抗压强度得到提高，氯离子扩散系数减小；同时实施例1-3中的水泥组合物均通过再生混凝土制备，实施例5中未添加纤维组合物，实施例1-3的数据与实施例5对比来看，实施例5中抗压强度有了明显的降低，这充分说明了纤维组合物的制备大大提高了管桩的抗压强度；实施例6中并未进行水泥组合物的制备，通过对比实施例1-3同实施例6的数据，实施例6中的氯离子扩散系数有了明显提高，这充分说明了水泥组合物的制备降低了氯离子的扩散系数，增加了弯曲和抗压能力，而实施例1-3中制备得到的水泥管桩的抗压强度、弯曲能力和抗压能力都有了明显提高，且有效阻止了氯离子的扩散。
通过以上的数据和实验，我们可得出以下结论：本发明中控制合理的配比组分，使得制备的水泥管桩的力学性能更好，通过水泥组合物的制备来降低整个水泥管桩的氯离子渗透率，同时利用废弃混凝土作为基底材料进行制备，节省成本，提高水泥管桩的抗压强度、抗弯等力学性能，具有较大的实用性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (1)

1.一种利用碳纤维和再生混凝土加工水泥管桩的方法，其特征在于：各原料组分如下：以重量份计，水泥组合物500-550份、骨料1300-1350份、水200-300份、减水剂20-35份、纤维组合物175-250份、固化剂25-50份；
所述水泥组合物各原料组分如下：以质量百分比计，溶剂10％、再生混凝土40％、火山灰水泥22％、糖0.05％、浮石25％、硅灰1.2％、氢氧化铝1％、粉煤灰0.75％；
所述再生混凝土各原料组分如下：以质量百分比计，废弃混凝土40％、矿渣粉30％、脱硫石膏20％、钢渣0.8％、沸石粉7％、氢氧化钠2.2％；
所述糖为半乳糖、葡萄糖、右旋糖、乳糖、麦芽糖、蔗糖中的一种或多种；
所述纤维组合物包括纤维素纤维、碳纤维和碳酸钙填料，所述纤维素纤维的重量：碳酸钙填料的重量为(1：33)-(10：1)；所述碳纤维的重量：纤维素纤维的重量为(1：2)-(2：1)；
所述骨料为石灰石、碎石、砾石中的一种或多种；所述固化剂为环氧固化剂；
该水泥管桩的制备包括以下步骤：
1)制备再生混凝土；
a)预处理：将废弃混凝土进行破碎处理，再将破碎后的废弃混凝土过38μm-270μm筛子，得到废弃混凝土粉体；将沸石粉与废弃混凝土粉体混合，并投入球磨机球磨，得到第一混合粉体，球磨时间为2-3h；
b)水热：将第一混合粉体加入氢氧化钠溶液中，在水热温度为30-100℃的条件下水热1-3天，用200-500目的筛网过滤，得到第二混合粉体；所述氢氧化钠溶液是浓度为1-3mol/L；
c)一次煅烧：将第二混合粉体投入煅烧炉中进行一次煅烧，得到水泥生料粉体；所述一次煅烧温度为800-900℃，所述一次煅烧时间为2-2.5h；
d)搅拌混合：将脱硫石膏、钢渣分别进行破碎处理，再将破碎后的脱硫石膏、钢渣分别过50μm-200μm筛子，分别得到脱硫石膏粉体、钢渣粉体；再将矿渣粉、钢渣粉体投入球磨机球磨，得到第三混合粉体，球磨时间为3-3.5h；
e)二次煅烧：将水泥生料粉体和第三混合粉体进行混合，并投入煅烧炉中进行二次煅烧，得到水泥熟料；所述二次煅烧温度为700-850℃，所述二次煅烧时间为1-2h；
f)得到再生混凝土：称取所需组分比的水泥熟料和脱硫石膏粉体，所述水泥熟料的质量：脱硫石膏粉体的质量为100：(5-10)，混合搅拌，得到再生混凝土；
2)制备水泥组合物；
a)分别将浮石、火山灰水泥、硅灰投入研磨机中进行研磨，并用200-500目的筛网过滤，得到第四混合粉体；
b)称取一定组分的糖，与溶剂混合并进行搅拌，放置24h后投入再生混凝土、第四混合粉体，搅拌均匀，得到第一混合物料；
c)称取一定质量的粉煤灰、氢氧化铝，并将第一混合物料、粉煤灰、氢氧化铝依次投入煅烧炉中进行三次煅烧，得到水泥组合物；三次煅烧温度为800-900℃，三次煅烧时间为2-2.5h；
3)制备纤维组合物；
a)按照一定比例称取纤维和碳酸钙填料，首先将纤维放置于水性环境，使得纤维原纤化，直至形成纳米纤维状凝胶；
b)再将碳酸钙填料与纳米纤维状凝胶混合，搅拌均匀；得到混合物料；
c)称取一定量的碳纤维，将混合物料与碳纤维组合并进行脱水，并制造成结构化材料，得到纤维组合物；
4)管桩的制备；
a)按一定比例称取水泥组合物、骨料、减水剂、纤维组合物和固化剂，并与一定量的水混合，投入搅拌机中进行高速搅拌，搅拌时间为1-2h，得到第二混合物料；
b)制作带桩头的钢筋笼，并将带桩头的钢筋笼放入模具中；
c)向下半模具中浇注制备得到的混合物料，将上半模具与下半模具拧紧，得到带料桩模；
d)纵向张拉，并将张拉后的带料桩模放在离心机上离心成型，得到半成品管桩；
e)半成品管桩进行常压蒸汽养护，常压蒸汽养护时间为2-3h，再将半成品管桩放入蒸压釜中高压蒸汽养护，所述蒸压釜中温度为200-220℃，高压蒸汽养护时间为5-8h；
5)得到所述管桩。
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