一种超细矿物掺合料及其在制备免蒸压管桩混凝土中的应用的制作方法

本发明属于混凝土掺合料，具体涉及一种超细矿物掺合料及其在制备免蒸压高强管桩混凝土中的应用。

背景技术：

1、预应力高强混凝土管桩（phc管桩）广泛应用于建筑、桥梁等基础工程。传统phc管桩采用高温高压蒸压养护，能耗巨大且碳排放高，在国家“双碳”目标下，免蒸压管桩技术成为行业绿色转型的重要方向。

2、免蒸压管桩的核心技术难点在于：取消高压蒸养工序后，仅依靠常压蒸汽养护（通常60~90℃），混凝土需在1~3天内达到c70及以上的强度，对胶凝材料的早期水化活性提出了极高要求。目前管桩生产中常用的矿物掺合料以s95级矿粉为主，这类常规掺合料虽能改善混凝土后期耐久性和工作性能，但火山灰反应速率较慢，早期活性偏低，在常压蒸养条件下对混凝土早期强度的贡献有限，难以满足免蒸压管桩对快速脱模强度的要求。因此，开发高早期活性的矿物掺合料是免蒸压管桩技术突破的关键。

3、超细矿粉（比表面积≥600m2/kg）的火山灰活性显著高于常规矿粉，其早期强度优势明显。然而，超细矿粉单独使用时，早期水化仍受限于矿渣玻璃体的结构稳定性，对1d、3d早期强度的提升幅度仍不足以完全满足免蒸压需求。另一方面，工业副产石膏年排放量巨大，综合利用率有待提升。研究表明，石膏溶出的so42-可与矿粉中活性al2o3、cao等反应生成钙矾石（aft），加速矿渣玻璃体解聚与水化，显著提高早期强度。目前将超细矿粉与石膏激发剂复配用于免蒸压管桩混凝土的工艺方案较少，尚未见针对其配比优化的公开技术指导。

4、为此，本发明提供一种免蒸压混凝土管桩用超细矿物掺合料，以超细矿粉为主要组分，配合石膏激发剂，通过优化两者配比充分发挥石膏对超细矿粉的硫酸盐激发作用。该掺合料相较于s95矿粉，可显著提高混凝土的早期强度，使管桩在常压蒸汽养护条件下即可满足强度要求，从而免去高压蒸养工序，降低生产能耗与碳排放，同时减少水泥用量，兼具可观的经济效益与环保效益。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种免蒸压混凝土管桩用超细矿物掺合料，该掺合料以超细矿粉为主要组分，配合石膏激发剂，能够有效激发超细矿粉的早期水化活性，相较于常规s95矿粉可减少水泥用量、提高早期强度，使管桩在常压蒸汽养护条件下即可达到强度要求。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种免蒸压混凝土管桩用超细矿物掺合料，由超细矿粉与石膏激发剂组成，其中：超细矿粉与石膏激发剂按质量配比计为（80～95）：（5～20），在该质量配比范围内，石膏激发剂溶出的so42-能够充分激发超细矿粉的早期水化活性，同时避免过量石膏导致的后期体积稳定性问题。更优选地，所述超细矿粉与石膏激发剂按质量配比计为（90~95）：（5~10）。

4、优选地，所述超细矿粉为粒化高炉矿渣经超细粉磨得到的超细矿渣微粉。

5、优选地，所述超细矿粉的比表面积≥600m2/kg，密度2.8~3.0g/cm3，流动度比≥100%，7d活性指数≥104%，28d活性指数≥115%，氯离子含量≤0.06%，烧失量≤1.0%，三氧化硫含量≤0.5%。

6、优选地，所述石膏激发剂为脱硫石膏、磷石膏或氟石膏中的至少一种。

7、优选地，所述石膏激发剂中二水硫酸钙或无水硫酸钙的含量≥80%。

8、优选地，所述石膏激发剂的比表面积为300~600m2/kg，以保证其在胶凝体系中的溶解速率和激发效果。

9、优选地，所述超细矿物掺合料的制备方法为：将超细矿粉与石膏激发剂按配比加入混合设备中，搅拌混合15~30min至均匀，即得成品；混合方式采用机械搅拌混合。

10、第二方面，本发明提供上述超细矿物掺合料在制备免蒸压管桩混凝土中的应用，应用方法为将超细矿物掺合料以部分替代水泥的方式掺入免蒸压管桩混凝土中。

11、优选地，所述超细矿物掺合料在免蒸压管桩混凝土中的掺量为胶凝材料总质量的50%～60%。

12、第三方面，本发明提供一种免蒸压管桩混凝土，该混凝土的原料由胶凝材料、细骨料、粗骨料、水和减水剂组成，所述胶凝材料包含水泥和上述超细矿物掺合料，所述超细矿物掺合料占胶凝材料总质量的50%～60%。

13、优选地，所述胶凝材料用量为410～460kg/m3，水胶比（混凝土中水的质量 /胶凝材料总质量）为0.29～0.34；所述细骨料为河砂，用量为650～750kg/m3；所述粗骨料为碎石，采用5～12mm和12～32.5mm两档级配（质量比为2：8），总用量为1100～1200kg/m3；所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂，掺量为胶凝材料总质量的1.0%～1.2%。

14、优选地，所述免蒸压管桩混凝土的制备方法为：采用机械搅拌3min将混凝土原料混合至均匀，即得成品。该混凝土经搅拌成型后采用常压蒸汽养护，养护制度为：升温3h至80℃，恒温6h，降温2h。

15、本发明具有如下有益效果：

16、（1）本发明提供的超细矿物掺合料，以超细矿粉为主要组分，配以适量石膏激发剂，石膏中的so42-能够与超细矿粉中的活性al2o3和sio2反应生成钙矾石（aft）和水化硅酸钙（c-s-h）凝胶，对超细矿粉的早期水化具有显著的硫酸盐激发作用，用于免蒸压管桩混凝土中可有效提高早期强度。

17、（2）本发明掺合料相较于常规s95矿粉，在50%～60%替代水泥的条件下可减少水泥用量，同时提高混凝土的早期强度。经常压蒸汽养护后，掺本发明掺合料的混凝土1d抗压强度较掺等量s95矿粉的混凝土可提高15%~30%。

18、（3）本发明掺合料配方仅需超细矿粉与石膏激发剂两种组分即可实现优异的激发效果，无需添加其他化学激发剂组分，生产成本低、配料方便。

19、（4）本发明可大量消纳工业副产石膏，实现工业固体废弃物的资源化高值利用，具有显著的环保效益。

1.一种免蒸压混凝土管桩用超细矿物掺合料，其特征在于，由超细矿粉与石膏激发剂组成。

2.根据权利要求1所述的免蒸压混凝土管桩用超细矿物掺合料，其特征在于，所述超细矿粉为粒化高炉矿渣经超细粉磨得到的超细矿渣微粉，所述石膏激发剂为脱硫石膏、磷石膏或氟石膏中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的免蒸压混凝土管桩用超细矿物掺合料，其特征在于，所述超细矿粉的比表面积≥600m²/kg，密度为2.8～3.0g/cm³，流动度比≥100%，7d活性指数≥104%，28d活性指数≥115%，氯离子含量≤0.06%，烧失量≤1.0%，三氧化硫含量≤0.5%。

4.根据权利要求2所述的免蒸压混凝土管桩用超细矿物掺合料，其特征在于，所述石膏激发剂中二水硫酸钙或无水硫酸钙的含量≥80%，比表面积为300～600m²/kg。

5.根据权利要求1所述的免蒸压混凝土管桩用超细矿物掺合料，其特征在于，所述超细矿粉与石膏激发剂按质量配比计为（80～95）：（5～20）。

6.权利要求1～5任一项所述的超细矿物掺合料在制备免蒸压管桩混凝土中的应用，其特征在于，应用方法为将超细矿物掺合料以部分替代水泥的方式掺入免蒸压管桩混凝土中。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述超细矿物掺合料在免蒸压管桩混凝土中的掺量为胶凝材料总质量的50%～60%。

8.一种免蒸压管桩混凝土，其特征在于，所述混凝土由胶凝材料、细骨料、粗骨料、水和减水剂组成，所述胶凝材料包含水泥和权利要求1～5任一项所述的超细矿物掺合料，所述超细矿物掺合料占胶凝材料总质量的50%～60%。

9.根据权利要求8所述的免蒸压管桩混凝土，其特征在于，所述胶凝材料用量为410～460kg/m3，水胶比为0.29～0.34；所述细骨料为河砂，用量为650～750kg/m3；所述粗骨料为碎石，采用5～12mm和12～32.5mm两档级配，质量比为2：8，总用量为1100～1200kg/m3；所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂，掺量为胶凝材料总质量的1.0%～1.2%。