本发明涉及一种绿色混凝土孔道压浆材料的制备方法，属于压浆材料制备技术领域。
背景技术：
近年我国基础设施建设突飞猛进，公路和铁路的桥隧比例增大，后张预应力桥梁的使用更为广泛。而后张预应力孔道压浆作为后张预应力桥梁一项关键技术，良好的孔道压浆对于保证桥梁的安全性和耐久性具有极其重要的意义。预应力管道压浆是将压浆材料注入预留的预应力混凝土管道中，使压浆材料充分包裹预应力筋。其作用是保护预应力钢筋不锈蚀并使其与混凝土良好结合，保证预应力的有效传递，使预应力钢筋与混凝土共同工作，提高结构的可靠度和耐久性。
工程中制备压浆材料的方式有两种：一种是压浆剂与水泥以一定比例混合加水搅拌制备，另一种是压浆料直接加水搅拌制备。压浆料是由高效减水剂、缓凝剂和微膨胀剂等多种外加剂和矿物掺合料以及水泥组成的干混料，不掺加水泥的压浆料即为压浆剂。压浆料虽然性能稳定，但成本较高，而压浆剂不仅掺量较为灵活，而且可使用工地附近的水泥，可以在很大程度上降低工程造价，但是其膨胀率低，提高浆体流动性能力差，对浆体强度增加无明显效果，而且性能不稳定，随着储存期的延长效果变化很大。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题：针对传统混凝土压浆材料膨胀率低，在使用过程中无法有效提高浆体流动性能，对浆体强度增加无明显效果的问题，提供了一种以山核桃壳粉、废白土及粉煤灰等经预处理改性后蒸汽养护制得绿色混凝土孔道压浆材料的方法。本发明首先将山核桃壳粉碎后炭化，提高其孔隙率，再与煅烧后的废白土混合并用钛酸酯偶联剂改性，制得改性混合粉末，再将粉煤灰经氢氧化钠溶液活化改性，进一步提高粉煤灰的孔隙率和比表面积，与改性混合粉末、羟基磷灰石等混合，经蒸汽养护，并在养护期间配合球磨，提高产品在水泥硬化过程中的反应速率和浆体流动性能，有效保持产品后期膨胀率持续增加，并通过添加麦饭石和羟基磷灰石提高后期硬化脱水后的水泥强度，防止失效，最后经干燥制得绿色混凝土孔道压浆材料，有效解决了传统压浆剂膨胀率低，对浆体强度无明显增强效果的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）称取200～300g山核桃壳，经粉碎机粉碎后，过200目筛，得核桃壳粉，并将所得核桃壳粉转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的核桃壳粉转入炭化炉，以3～5mL/min速率向炉内通入氮气保护，在氮气保护状态下，以8～10℃/min速率程序升温至550～650℃，保温炭化30～45min，得炭化核桃壳粉；
（2）称取300～500g废白土，置于马弗炉中，于温度为400～500℃条件下，煅烧2～3h，待自然冷却至室温，依次称取100～120g煅烧后的废白土，60～80g炭化核桃壳粉，倒入盛有400～500mL无水乙醇的烧杯中，再加入10～20mL钛酸酯偶联剂NDZ-201，再将烧杯置于水浴锅中，于温度为55～60℃条件下，用玻璃棒搅拌混合15～20min，过滤，收集滤饼，并将所得滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再倒入研钵中，研磨后过200目筛，得改性混合粉末，备用；
（3）称取300～400g粉煤灰，倒入盛有600～800mL浓度为1～2mol/L氢氧化钠溶液的烧杯中，再将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为75～80℃，转速为600～800r/min条件下恒温搅拌反应24～48h，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼置于研钵中，研磨后过325目筛，得改性粉煤灰；
（4）按重量份数计，在混料机中依次加入80～120份步骤（2）备用改性混合粉末，150～200份上述所得改性粉煤灰，30～50份麦饭石，10～15份羟基磷灰石，3～5份氢氧化钙，以800～1000r/min转速搅拌混合45～60min，出料，得混合料；
（5）将上述所得混合料转入蒸汽养护箱，于温度为98～100℃条件下，蒸汽养护6～8天，并且在养护期间，每隔6～8h将混合料移出，经球磨机球磨15～30min后，移入养护箱中继续养护处理，待养护结束，将养护箱中混合料转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，即得绿色混凝土孔道压浆材料。
本发明的应用方法：将本发明制备的绿色混凝土孔道压浆材料应用于桥梁预应力管道中，按质量比1:10～1:15，将本发明制备的绿色混凝土孔道压浆材料与硅酸盐水泥进行搅拌混合均匀后，得压浆混合物，再按质量比3:11，将水与压浆混合物置于拌合机中搅拌混合4～5min，得混合浆料，再利用真空泵抽吸预应力管道中的空气，使管道中相对真空度达到-0.07～-0.09MPa，然后在管道的一端用压浆泵以0.5～0.6MPa压力将混合浆料压入预应力管道中，当管道另一端饱满出浆时，停止压入，并在0.5～0.7MPa压力下保持压浆动作5～10min，使压浆孔完全密实即可。经检测，本发明制得的绿色混凝土孔道压浆材料流动性好，浆体初始流动度为14～16s，7天抗压强度达40～42MPa，抗折强度为10～13MPa，28天抗压强度达60.2～81.5MPa，抗折强度达15～17MPa，3h毛泌水率和24h自由泌水率均为0，24h自由膨胀率为0.1～0.9%。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备的绿色混凝土孔道压浆材料24h自由膨胀率为0.1～0.9%，具有较好的膨胀率；
（2）本发明制备的绿色混凝土孔道压浆材料有效提高了浆体的流动性能和强度，其浆体初始流动度为14～16s，7天抗压强度达40～42MPa，抗折强度为10～13MPa，28天抗压强度达60.2～81.5MPa，抗折强度达15～17MPa；
（3）本发明主要是以废白土、粉煤灰等物质为原料，资源重回收利用，符合绿色环保的要求。
具体实施方式
首先称取200～300g山核桃壳，经粉碎机粉碎后，过200目筛，得核桃壳粉，并将所得核桃壳粉转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的核桃壳粉转入炭化炉，以3～5mL/min速率向炉内通入氮气保护，在氮气保护状态下，以8～10℃/min速率程序升温至550～650℃，保温炭化30～45min，得炭化核桃壳粉；再称取300～500g废白土，置于马弗炉中，于温度为400～500℃条件下，煅烧2～3h，待自然冷却至室温，依次称取100～120g煅烧后的废白土，60～80g炭化核桃壳粉，倒入盛有400～500mL无水乙醇的烧杯中，再加入10～20mL钛酸酯偶联剂NDZ-201，再将烧杯置于水浴锅中，于温度为55～60℃条件下，用玻璃棒搅拌混合15～20min，过滤，收集滤饼，并将所得滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再倒入研钵中，研磨后过200目筛，得改性混合粉末，备用；接着称取300～400g粉煤灰，倒入盛有600～800mL浓度为1～2mol/L氢氧化钠溶液的烧杯中，再将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为75～80℃，转速为600～800r/min条件下恒温搅拌反应24～48h，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼置于研钵中，研磨后过325目筛，得改性粉煤灰；再按重量份数计，在混料机中依次加入80～120份备用改性混合粉末，150～200份上述所得改性粉煤灰，30～50份麦饭石，10～15份羟基磷灰石，3～5份氢氧化钙，以800～1000r/min转速搅拌混合45～60min，出料，得混合料；最后将上述所得混合料转入蒸汽养护箱，于温度为98～100℃条件下，蒸汽养护6～8天，并且在养护期间，每隔6～8h将混合料移出，经球磨机球磨15～30min后，移入养护箱中继续养护处理，待养护结束，将养护箱中混合料转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，即得绿色混凝土孔道压浆材料。
实例1
首先称取300g山核桃壳，经粉碎机粉碎后，过200目筛，得核桃壳粉，并将所得核桃壳粉转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的核桃壳粉转入炭化炉，以5mL/min速率向炉内通入氮气保护，在氮气保护状态下，以10℃/min速率程序升温至650℃，保温炭化45min，得炭化核桃壳粉；再称取500g废白土，置于马弗炉中，于温度为500℃条件下，煅烧3h，待自然冷却至室温，依次称取120g煅烧后的废白土，80g炭化核桃壳粉，倒入盛有500mL无水乙醇的烧杯中，再加入20mL钛酸酯偶联剂NDZ-201，再将烧杯置于水浴锅中，于温度为60℃条件下，用玻璃棒搅拌混合20min，过滤，收集滤饼，并将所得滤饼转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，再倒入研钵中，研磨后过200目筛，得改性混合粉末，备用；接着称取400g粉煤灰，倒入盛有800mL浓度为2mol/L氢氧化钠溶液的烧杯中，再将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为80℃，转速为800r/min条件下恒温搅拌反应48h，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼置于研钵中，研磨后过325目筛，得改性粉煤灰；再按重量份数计，在混料机中依次加入120份备用改性混合粉末，200份上述所得改性粉煤灰，50份麦饭石，15份羟基磷灰石，5份氢氧化钙，以1000r/min转速搅拌混合60min，出料，得混合料；最后将上述所得混合料转入蒸汽养护箱，于温度为100℃条件下，蒸汽养护8天，并且在养护期间，每隔8h将混合料移出，经球磨机球磨30min后，移入养护箱中继续养护处理，待养护结束，将养护箱中混合料转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，即得绿色混凝土孔道压浆材料。
将本发明制备的绿色混凝土孔道压浆材料应用于桥梁预应力管道中，按质量比1:15，将本发明制备的绿色混凝土孔道压浆材料与硅酸盐水泥进行搅拌混合均匀后，得压浆混合物，再按质量比3:11，将水与压浆混合物置于拌合机中搅拌混合5min，得混合浆料，再利用真空泵抽吸预应力管道中的空气，使管道中相对真空度达到-0.09MPa，然后在管道的一端用压浆泵以0.6MPa压力将混合浆料压入预应力管道中，当管道另一端饱满出浆时，停止压入，并在0.7MPa压力下保持压浆动作10min，使压浆孔完全密实即可。经检测，本发明制得的绿色混凝土孔道压浆材料流动性好，浆体初始流动度为16s，7天抗压强度达42MPa，抗折强度为13MPa，28天抗压强度达81.5MPa，抗折强度达17MPa，3h毛泌水率和24h自由泌水率均为0，24h自由膨胀率为0.9%。
实例2
首先称取200g山核桃壳，经粉碎机粉碎后，过200目筛，得核桃壳粉，并将所得核桃壳粉转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的核桃壳粉转入炭化炉，以3mL/min速率向炉内通入氮气保护，在氮气保护状态下，以8℃/min速率程序升温至550℃，保温炭化30min，得炭化核桃壳粉；再称取300g废白土，置于马弗炉中，于温度为400℃条件下，煅烧2h，待自然冷却至室温，依次称取100g煅烧后的废白土，60g炭化核桃壳粉，倒入盛有400mL无水乙醇的烧杯中，再加入10mL钛酸酯偶联剂NDZ-201，再将烧杯置于水浴锅中，于温度为55℃条件下，用玻璃棒搅拌混合15min，过滤，收集滤饼，并将所得滤饼转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，再倒入研钵中，研磨后过200目筛，得改性混合粉末，备用；接着称取300g粉煤灰，倒入盛有600mL浓度为1mol/L氢氧化钠溶液的烧杯中，再将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为75℃，转速为600r/min条件下恒温搅拌反应24h，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼置于研钵中，研磨后过325目筛，得改性粉煤灰；再按重量份数计，在混料机中依次加入80份备用改性混合粉末，150份上述所得改性粉煤灰，30份麦饭石，10份羟基磷灰石，3份氢氧化钙，以800r/min转速搅拌混合45min，出料，得混合料；最后将上述所得混合料转入蒸汽养护箱，于温度为98℃条件下，蒸汽养护6天，并且在养护期间，每隔6h将混合料移出，经球磨机球磨15min后，移入养护箱中继续养护处理，待养护结束，将养护箱中混合料转入烘箱中，于温度为105℃条件下干燥至恒重，即得绿色混凝土孔道压浆材料。
将本发明制备的绿色混凝土孔道压浆材料应用于桥梁预应力管道中，按质量比1:10，将本发明制备的绿色混凝土孔道压浆材料与硅酸盐水泥进行搅拌混合均匀后，得压浆混合物，再按质量比3:11，将水与压浆混合物置于拌合机中搅拌混合4min，得混合浆料，再利用真空泵抽吸预应力管道中的空气，使管道中相对真空度达到-0.07MPa，然后在管道的一端用压浆泵以0.5MPa压力将混合浆料压入预应力管道中，当管道另一端饱满出浆时，停止压入，并在0.5MPa压力下保持压浆动作5min，使压浆孔完全密实即可。经检测，本发明制得的绿色混凝土孔道压浆材料流动性好，浆体初始流动度为14s，7天抗压强度达40MPa，抗折强度为10MPa，28天抗压强度达60.2MPa，抗折强度达15MPa，3h毛泌水率和24h自由泌水率均为0，24h自由膨胀率为0.1%。
实例3
首先称取250g山核桃壳，经粉碎机粉碎后，过200目筛，得核桃壳粉，并将所得核桃壳粉转入烘箱中，于温度为107℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的核桃壳粉转入炭化炉，以4mL/min速率向炉内通入氮气保护，在氮气保护状态下，以9℃/min速率程序升温至600℃，保温炭化40min，得炭化核桃壳粉；再称取400g废白土，置于马弗炉中，于温度为450℃条件下，煅烧3h，待自然冷却至室温，依次称取110g煅烧后的废白土，70g炭化核桃壳粉，倒入盛有450mL无水乙醇的烧杯中，再加入15mL钛酸酯偶联剂NDZ-201，再将烧杯置于水浴锅中，于温度为57℃条件下，用玻璃棒搅拌混合17min，过滤，收集滤饼，并将所得滤饼转入烘箱中，于温度为107℃条件下干燥至恒重，再倒入研钵中，研磨后过200目筛，得改性混合粉末，备用；接着称取350g粉煤灰，倒入盛有700mL浓度为1mol/L氢氧化钠溶液的烧杯中，再将烧杯置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为77℃，转速为700r/min条件下恒温搅拌反应40h，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼直至洗涤液呈中性，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为107℃条件下干燥至恒重，再将干燥后的滤饼置于研钵中，研磨后过325目筛，得改性粉煤灰；再按重量份数计，在混料机中依次加入110份备用改性混合粉末，170份上述所得改性粉煤灰，40份麦饭石，12份羟基磷灰石，4份氢氧化钙，以900r/min转速搅拌混合50min，出料，得混合料；最后将上述所得混合料转入蒸汽养护箱，于温度为99℃条件下，蒸汽养护7天，并且在养护期间，每隔7h将混合料移出，经球磨机球磨20min后，移入养护箱中继续养护处理，待养护结束，将养护箱中混合料转入烘箱中，于温度为107℃条件下干燥至恒重，即得绿色混凝土孔道压浆材料。
将本发明制备的绿色混凝土孔道压浆材料应用于桥梁预应力管道中，按质量比1:12，将本发明制备的绿色混凝土孔道压浆材料与硅酸盐水泥进行搅拌混合均匀后，得压浆混合物，再按质量比3:11，将水与压浆混合物置于拌合机中搅拌混合4min，得混合浆料，再利用真空泵抽吸预应力管道中的空气，使管道中相对真空度达到-0.08MPa，然后在管道的一端用压浆泵以0.5MPa压力将混合浆料压入预应力管道中，当管道另一端饱满出浆时，停止压入，并在0.6MPa压力下保持压浆动作7min，使压浆孔完全密实即可。经检测，本发明制得的绿色混凝土孔道压浆材料流动性好，浆体初始流动度为15s，7天抗压强度达41MPa，抗折强度为12MPa，28天抗压强度达70.1MPa，抗折强度达16MPa，3h毛泌水率和24h自由泌水率均为0，24h自由膨胀率为0.8%。