本发明涉及建筑领域，具体涉及一种盐碱地用高强度耐腐蚀管桩及其制备方法。
背景技术：
随着我国土木工程业的蓬勃发展，管桩已大量应用于高层建筑及公用建筑，成为我国应用最为广泛的桩型之一，从而迅速形成一个新兴的行业。然而沿海地区的一些盐碱地中，甚至海洋中，长期使用会造成管桩中的钢筋腐蚀。钢筋锈蚀将产生大量的锈蚀产物，锈蚀产物的体积膨胀将使钢筋混凝土管桩保护层内部形成膨胀应力，当膨胀应力超过钢筋混凝土管桩保护层的抗拉强度时，将引起管桩保护层裂缝的产生和扩展。同时，钢筋锈蚀也将造成钢筋有效截面减小，钢筋与管桩保护层间的黏结退化，最终导致管桩丧失结构性能。目前，为提高预应力混凝土管桩抗水平荷载能力，工程中主要采用填筑混凝土芯等措施，但施工过程费时费力，效果并不理想。
技术实现要素：
本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种施工过程简单易行、耐腐蚀性能高和抗拉强度高的盐碱地用高强度耐腐蚀管桩。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种盐碱地用高强度耐腐蚀管桩，按重量份数计，由以下原料组分组成：水泥160～240份、钢渣40～70份、矿渣10～65份、碎石15～30份、河砂30～70份、石英砂10～27份、氧化石墨烯10～32份、减水剂1～9份、硅酸碱8～25份、水50～90份、碳纤维网格布、钢筋。
优选的，按重量份数计，原料组分组成为：水泥180～220份、钢渣50～60份、矿渣15～60份、碎石20～25份、河砂40～60份、石英砂12～25份、氧化石墨烯12～30份、减水剂2～8份、硅酸碱10～23份、水60～80份、碳纤维网格布、钢筋。
优选的，按重量份数计，原料组分组成为：水泥200份、钢渣55份、矿渣37份、碎石22份、河砂50份、石英砂18份、氧化石墨烯21份、减水剂5份、硅酸碱16份、水70份、碳纤维网格布、钢筋。
优选的，水泥强度等级为42.5r的普通硅酸盐水泥，密度为3.14kg/m3；钢渣的比表面积为450m2/kg；矿渣的比表面积为450m2/kg；石英砂为磨细石英砂，比表面积为400m2/kg；河砂的细度模数为2.5；碎石为直径5～25mm连续级配的花岗岩碎石；减水剂为萘系高效减水剂，固含量25％。
优选的，钢筋直径为10mm；碳纤维网格布的网眼尺寸为8mm×8mm。
上述的一种盐碱地用高强度耐腐蚀管桩的制备方法，包括以下步骤：
1)按所需重量份数称取水泥、钢渣、氧化石墨烯、矿渣、河砂、减水剂、石英砂、硅酸碱、水、碎石；
2)将步骤1)称取的钢渣和矿渣混合磨成粉末后，加水泥混合均匀，得混凝土粉料；
3)将步骤1)称取的氧化石墨烯分散于步骤1)称取的减水剂中，制得石墨烯分散液；
4)先将步骤1)称取的碎石、河砂、石英砂混合均匀后，加入步骤2)制得的混凝土粉料混合均匀；加步骤1)称取的水搅拌后，边搅拌边加入步骤3)制得的石墨烯分散液，至石墨烯分散液滴加完毕后再搅拌，喷洒步骤1)称取的硅酸碱至完毕后再搅，得混凝土混合料；
5)将步骤4)制得的混凝土混合料置于模具中，并将钢筋放入其中，于125℃干燥30min；
6)将步骤5)中干燥完成的混凝土模具放入蒸养池中蒸养后，静置1h，放入压蒸釜，压蒸，得管桩；
7)在步骤6)蒸压完成的管桩外侧贴一层碳纤维网格布包覆。
优选的，步骤4)中加步骤1)称取的水搅拌时间为10～15min，搅拌速度为120～160r/min；至石墨烯分散液滴加完毕后再搅拌时间为60～80min，搅拌速度为80～100r/min；喷洒步骤1)称取的硅酸碱至完毕后再搅拌时间为10～15min，搅拌速度为100～140r/min。
优选的，步骤6)中蒸养池温度为75～85℃，蒸养时间为5h。
优选的，步骤6)中压蒸条件为在1.0mpa蒸气压、180℃条件下压蒸10h。
本发明的有益效果：本发明一种盐碱地用高强度耐腐蚀管桩，制备工艺简单，配方科学，协同增效，有效防止管桩内钢筋被腐蚀影响其强度，大大提高了其强度、寿命和耐久性。
(1)本发明先将氧化石墨烯分散于减水剂中，不但有利于氧化石墨烯在混凝土中的分散性，同时二者相互协同，减水效率高、保证混凝土制备过程中的流动性好，能使管桩具有较好的防腐能力、较高的砼握裹力、较低的砼孔隙率和较高的抗渗性能，并且还有较低的收缩率，可有效阻止微裂缝产生，从而使抗拉强度显著提高。
先将氧化石墨烯溶分散于减水剂中，既有利于氧化石墨烯在混凝土中的分散性，同时，与石墨烯相互作用，不仅能够使混凝土的强度提高，而且还能改善其多种性能，如抗磨损性、抗腐蚀性、抗渗透性等。制备过程中主要作用机理：一是，分散作用：水泥加水拌合后，由于水泥颗粒分子引力的作用，使水泥浆形成絮凝结构，使10％～30％的拌合水被包裹在水泥颗粒之中，不能参与自由流动和润滑作用，从而影响了混凝土拌合物的流动性；当加入氧化石墨烯与减水剂混合液后，由于减水剂分子能定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有同一种电荷，形成静电排斥作用，促使水泥颗粒相互分散，絮凝结构破坏，释放出被包裹部分水，参与流动，从而有效地增加混凝土拌合物的流动性，同时氧化石墨烯液均匀分散于混凝土并起到模板作用。二是，润滑作用：减水剂和氧化石墨烯中的亲水基极性很强，因此水泥颗粒表面的石墨烯和减水剂吸附膜能与水分子形成一层稳定的溶剂化水膜，这层水膜具有很好的润滑作用，能有效降低水泥颗粒间的滑动阻力，从而使混凝土流动性进一步提高。三是，空间位阻作用：氧化石墨烯和减水剂结构中的具有亲水性的支链，伸展于水溶液中，从而在所吸附的水泥颗粒表面形成有一定厚度的亲水性立体吸附层。当水泥颗粒靠近时，吸附层开始重叠，即在水泥颗粒间产生空间位阻作用，重叠越多，空间位阻斥力越大，对水泥颗粒间凝聚作用的阻碍也越大，使得混凝土的坍落度保持良好。
制备一种盐碱地用高强度耐腐蚀管桩中，氧化石墨烯和减水剂最终能够减小混凝土与钢筋中的微电流效应，防止管桩内的钢筋被腐蚀，从而起到防腐作用。本发明管桩外部采用外贴碳纤维网格布，在内部混凝土的较强的自身抗腐蚀能力的基础之上，外贴碳纤维网格布的物理防腐功效，使本发明的一种盐碱地用高强度耐腐蚀管桩具有显著的防腐蚀能力，特别适合盐碱地等地区使用。
(2)混凝土中的粗骨料都要求连续级配，碎石、河砂、石英砂相互配合，碎石的粗面和河砂的细面相互配合构成混凝土的基础骨架，石英砂将进一步补充二中的空间，满足混凝土的连续级配的要求，可以减少孔隙率，提高混凝土的强度和和易性，减少浆体体积，提高体积稳定性，为混凝土的强抗弯抗剪性能和高抗拉强度提供基础保证。
(3)钢渣是炼钢过程中的一种副产品，它由生铁中的硅、锰、磷、硫等杂质在熔炼过程中氧化而成的各种氧化物以及这些氧化物与溶剂反应生成的盐类所组成。钢渣含有多种有用成分：金属铁2％～8％，氧化钙40％～60％，氧化镁3％～10％，氧化锰1％～8％，钢渣的矿物组成以硅酸三钙为主，其次是硅酸二钙、ro相(镁、铁、锰的氧化物，即feo、mgo、mno形成的固熔体)、铁酸二钙和游离氧化钙。
矿渣的化学成分有cao、sio2、al2o3、mgo、mno、fe2o3等氧化物和少量硫化物如cas、mns等，其中cao、sio2和al2o3的含量占90％以上。矿渣本身具有微弱水硬性，在结晶态的矿渣中，除高铝渣外，仅硅酸二钙具有胶凝性，其他矿物均不具有或只具有微弱的胶凝性，所以基本不具有水硬性。
本发明通过钢渣和矿渣磨细加工处理，使工业废渣的活性均有所提高，并作为混凝土的掺合料。细磨加工钢渣和矿渣，不仅使渣粉颗粒减小，比表面积增大，还是钢渣和矿渣中的物质相互作用：一方面，使渣粉中的游离氧化钙等物质进一步水化以提高渣粉稳定性；另一方面还伴随着钢渣和矿渣中晶格结构及表面物化性能变化，使粉磨能量转化为渣粉的内能和表面能，提升钢渣和矿渣的胶凝性和水硬性。
最后，将磨成粉末后的钢渣与矿渣与水泥混合，利用钢渣微粉与矿渣微粉相互间的激发性，钢渣和矿渣微粉掺入水泥混凝土中，在水泥混凝土内部的碱性环境中，矿粉能与水泥的水化产物ca(oh)2发生“二次水化反应”，而且能促进水泥进一步水化生成更多的c-s-h凝胶，使集料界面区的ca(oh)2晶粒变小，改善了混凝土微观结构，降低了水泥浆体的孔隙率，提高了集料界面粘结力，使混凝土的物理力学性能大大提高。
(4)通常情况下在混凝土中加入硅酸碱速凝剂时，其中可溶性的硅酸盐反应生成硅酸钙沉淀而加速凝结。当大剂量使用时，这些促凝剂降低了与基底的粘结力，最终，导致砼强度的下降和严重的干缩。
本发明配方间协同作用，从骨架基础和填料等多角度打下坚固的砼强度基础，加入硅酸碱后，仍有显著的高的砼强度，最终充分发挥硅酸碱能够增强混凝土材料的耐腐蚀性，增加材料混合后的紧实度，有助于排出空气，有效的保护了混凝土管桩的框架不被氧化，具有显著的耐腐蚀性能，特别适合盐碱地等地区使用。
(5)本发明外层包覆的碳纤维网格布，进一步提高混凝土抵抗拉伸变形能力，预防和防止混凝土中各种裂缝的出现，提高混凝土的抗渗透能力，改善混凝土韧性与抗冲击性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。本发明中所使用的方法如无特殊规定，均为常规的生产方法；所使用的原料，如无特殊规定，均为常规的市售产品。
实施例1
制备一种盐碱地用高强度耐腐蚀管桩的制备方法，包括以下步骤：
1)按所需重量份数称取强度等级为42.5r且密度为3.14kg/m3的普通硅酸盐水泥160份、比表面积为450m2/kg的钢渣40份、氧化石墨烯10份、比表面积为450m2/kg的矿渣10份、细度模数为2.5的河砂30份、固含量25％的萘系高效减水剂1份、磨细比表面积为400m2/kg石英砂10份、硅酸碱8份、水50份、直径5mm连续级配的花岗岩碎石15份；
2)将步骤1)称取的钢渣和矿渣混合磨成粉末后，加水泥混合均匀，得混凝土粉料；
3)将步骤1)称取的氧化石墨烯分散于步骤1)称取的减水剂中，制得石墨烯分散液；
4)先将步骤1)称取的碎石、河砂、石英砂混合均匀后，加入步骤2)制得的混凝土粉料混合均匀；加步骤1)称取的水以120r/min的搅拌速度搅拌10min后，边搅拌边加入步骤3)制得的石墨烯分散液，至石墨烯分散液滴加完毕后再以80r/min的搅拌速度搅拌60min，喷洒步骤1)称取的硅酸碱至完毕后再以100r/min的搅拌速度搅拌10min，得混凝土混合料；
5)将步骤4)制得的混凝土混合料置于模具中，并将直径为10mm的钢筋放入其中，于125℃干燥30min；
6)将步骤5)中干燥完成的混凝土模具放入75℃蒸养池中，蒸养5h后，静置1h，放入压蒸釜，在1.0mpa蒸气压、180℃条件下压蒸10h，得管桩；
7)在步骤6)蒸压完成的管桩外侧贴一层网眼尺寸为8mm×8mm的碳纤维网格布包覆。
实施例2
制备一种盐碱地用高强度耐腐蚀管桩的制备方法，包括以下步骤：
1)按所需重量份数称取强度等级为42.5r且密度为3.14kg/m3的普通硅酸盐水泥240份、比表面积为450m2/kg的钢渣70份、氧化石墨烯32份、比表面积为450m2/kg的矿渣65份、细度模数为2.5的河砂70份、固含量25％的萘系高效减水剂9份、磨细比表面积为400m2/kg石英砂27份、硅酸碱25份、水90份、直径25mm连续级配的花岗岩碎石30份；
2)将步骤1)称取的钢渣和矿渣混合磨成粉末后，加水泥混合均匀，得混凝土粉料；
3)将步骤1)称取的氧化石墨烯分散于步骤1)称取的减水剂中，制得石墨烯分散液；
4)先将步骤1)称取的碎石、河砂、石英砂混合均匀后，加入步骤2)制得的混凝土粉料混合均匀；加步骤1)称取的水以160r/min的搅拌速度搅拌15min后，边搅拌边加入步骤3)制得的石墨烯分散液，至石墨烯分散液滴加完毕后再以100r/min的搅拌速度搅拌80min，喷洒步骤1)称取的硅酸碱至完毕后再以140r/min的搅拌速度搅拌15min，得混凝土混合料；
5)将步骤4)制得的混凝土混合料置于模具中，并将直径为10mm的钢筋放入其中，于125℃干燥30min；
6)将步骤5)中干燥完成的混凝土模具放入85℃蒸养池中，蒸养5h后，静置1h，放入压蒸釜，在1.0mpa蒸气压、180℃条件下压蒸10h，得管桩；
7)在步骤6)蒸压完成的管桩外侧贴一层网眼尺寸为8mm×8mm的碳纤维网格布包覆。
实施例3
制备一种盐碱地用高强度耐腐蚀管桩的制备方法，包括以下步骤：
1)按所需重量份数称取强度等级为42.5r且密度为3.14kg/m3的普通硅酸盐水泥180份、比表面积为450m2/kg的钢渣50份、氧化石墨烯12份、比表面积为450m2/kg的矿渣15份、细度模数为2.5的河砂40份、固含量25％的萘系高效减水剂2份、磨细比表面积为400m2/kg石英砂12份、硅酸碱10份、水60份、直径5mm连续级配的花岗岩碎石20份；
2)将步骤1)称取的钢渣和矿渣混合磨成粉末后，加水泥混合均匀，得混凝土粉料；
3)将步骤1)称取的氧化石墨烯分散于步骤1)称取的减水剂中，制得石墨烯分散液；
4)先将步骤1)称取的碎石、河砂、石英砂混合均匀后，加入步骤2)制得的混凝土粉料混合均匀；加步骤1)称取的水以130r/min的搅拌速度搅拌12min后，边搅拌边加入步骤3)制得的石墨烯分散液，至石墨烯分散液滴加完毕后再以90r/min的搅拌速度搅拌70min，喷洒步骤1)称取的硅酸碱至完毕后再以110r/min的搅拌速度搅拌12min，得混凝土混合料；
5)将步骤4)制得的混凝土混合料置于模具中，并将直径为10mm的钢筋放入其中，于125℃干燥30min；
6)将步骤5)中干燥完成的混凝土模具放入80℃蒸养池中，蒸养5h后，静置1h，放入压蒸釜，在1.0mpa蒸气压、180℃条件下压蒸10h，得管桩；
7)在步骤6)蒸压完成的管桩外侧贴一层网眼尺寸为8mm×8mm的碳纤维网格布包覆。
实施例4
制备一种盐碱地用高强度耐腐蚀管桩的制备方法，包括以下步骤：
1)按所需重量份数称取强度等级为42.5r且密度为3.14kg/m3的普通硅酸盐水泥220份、比表面积为450m2/kg的钢渣60份、氧化石墨烯30份、比表面积为450m2/kg的矿渣60份、细度模数为2.5的河砂60份、固含量25％的萘系高效减水剂8份、磨细比表面积为400m2/kg石英砂25份、硅酸碱23份、水80份、直径25mm连续级配的花岗岩碎石25份；
2)将步骤1)称取的钢渣和矿渣混合磨成粉末后，加水泥混合均匀，得混凝土粉料；
3)将步骤1)称取的氧化石墨烯分散于步骤1)称取的减水剂中，制得石墨烯分散液；
4)先将步骤1)称取的碎石、河砂、石英砂混合均匀后，加入步骤2)制得的混凝土粉料混合均匀；加步骤1)称取的水以130r/min的搅拌速度搅拌13min后，边搅拌边加入步骤3)制得的石墨烯分散液，至石墨烯分散液滴加完毕后再以85r/min的搅拌速度搅拌65min，喷洒步骤1)称取的硅酸碱至完毕后再以120r/min的搅拌速度搅拌14min，得混凝土混合料；
5)将步骤4)制得的混凝土混合料置于模具中，并将直径为10mm的钢筋放入其中，于125℃干燥30min；
6)将步骤5)中干燥完成的混凝土模具放入80℃蒸养池中，蒸养5h后，静置1h，放入压蒸釜，在1.0mpa蒸气压、180℃条件下压蒸10h，得管桩；
7)在步骤6)蒸压完成的管桩外侧贴一层网眼尺寸为8mm×8mm的碳纤维网格布包覆。
实施例5
制备一种盐碱地用高强度耐腐蚀管桩的制备方法，包括以下步骤：
1)按所需重量份数称取强度等级为42.5r且密度为3.14kg/m3的普通硅酸盐水泥200份、比表面积为450m2/kg的钢渣55份、氧化石墨烯21份、比表面积为450m2/kg的矿渣37份、细度模数为2.5的河砂50份、固含量25％的萘系高效减水剂5份、磨细比表面积为400m2/kg石英砂18份、硅酸碱16份、水70份、直径5～25mm连续级配的花岗岩碎石22份；
2)将步骤1)称取的钢渣和矿渣混合磨成粉末后，加水泥混合均匀，得混凝土粉料；
3)将步骤1)称取的氧化石墨烯分散于步骤1)称取的减水剂中，制得石墨烯分散液；
4)先将步骤1)称取的碎石、河砂、石英砂混合均匀后，加入步骤2)制得的混凝土粉料混合均匀；加步骤1)称取的水以140r/min的搅拌速度搅拌12min后，边搅拌边加入步骤3)制得的石墨烯分散液，至石墨烯分散液滴加完毕后再以90r/min的搅拌速度搅拌70min，喷洒步骤1)称取的硅酸碱至完毕后再以120r/min的搅拌速度搅拌12min，得混凝土混合料；
5)将步骤4)制得的混凝土混合料置于模具中，并将直径为10mm的钢筋放入其中，于125℃干燥30min；
6)将步骤5)中干燥完成的混凝土模具放入80℃蒸养池中，蒸养5h后，静置1h，放入压蒸釜，在1.0mpa蒸气压、180℃条件下压蒸10h，得管桩；
7)在步骤6)蒸压完成的管桩外侧贴一层网眼尺寸为8mm×8mm的碳纤维网格布包覆。
下面通过实验报告来进一步说明本发明的盐碱地用高强度耐腐蚀管桩的性能。
(1)检测项目：
检测盐碱地用高强度耐腐蚀管桩的基本力学性能和耐腐蚀性能。
(2)受试样品：
实施例1～实施例5制得的盐碱地用高强度耐腐蚀管桩，盐碱地用高强度耐腐蚀管桩的混凝土的耐腐蚀性能测试结果见表1和表2，盐碱地用高强度耐腐蚀管桩的混凝土的基本力学性能测试结果见表3。
表1盐碱地用高强度耐腐蚀管桩的混凝土的耐腐蚀性能测试结果
表2盐碱地用高强度耐腐蚀管桩的混凝土的耐腐蚀性能测试结果
实验结果表明，实施例1～5所制得的盐碱地用高强度耐腐蚀管桩，抗氯离子渗透性能(电通量法)，氯离子扩散系数(10-12m2/s)，抗硫酸盐侵蚀性能，电化学综合防锈性能：对管桩用pc钢棒的防锈性能，电化学综合防锈性能：对管桩用环筋的防锈性能，均符合标准且可达到较高耐腐蚀级别，其中实施例5制得的盐碱地用高强度耐腐蚀管桩原料配比最佳，抗腐蚀性能最好。
表3盐碱地用高强度耐腐蚀管桩的混凝土的基本力学性能测试结果
抗压强度测试：
将实施例1～5制得的盐碱地用高强度耐腐蚀管桩的混凝土按照gb/t50081-2016的方法进行脱膜后和养护5天后的抗压强度测试，采用目前的混凝土试块实验，由表3盐碱地用高强度耐腐蚀管桩的混凝土的基本力学性能测试结果可知，本发明制得的盐碱地用高强度耐腐蚀管桩的混凝土具有较高的抗压强度，其中实施例5制得的盐碱地用高强度耐腐蚀管桩的混凝土原料配比最佳，抗压强度最高。
国家“十一五”发展规划中指出，钢渣的综合利用率应达86％以上，基本实现“零排放”。然而，中国综合利用的现状与该规划相差甚远，尤其是素有“劣质水泥熟料”之称的转炉钢渣的利用率仅为10％～20％。国内钢铁企业产生的钢渣不能及时处理，致使大量钢渣占用土地，污染环境。
本发明中原料采用钢渣和矿渣等工业废料，环保经济节能，为工业废料的处理找出新途径。
惟以上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。