本发明涉及管桩混凝土的技术领域，特别涉及一种混凝土及其制备方法。
背景技术：
基坑倾斜支护管桩作为一种深坑抗滑支挡结构，具有支挡能力强、节约用地空间和施工费用、有效抵抗水平载荷、减少桩顶位移和桩身弯矩分布、改善桩身位移形态等优点，在基坑支护施工中应用广泛。
在基坑较深的情况下，倾斜支护管桩所承受的水平压力等载荷也会随之大大增加，容易出现变形、断裂等现象。造成该种现象的很大一部分原因在于，用于制作倾斜支护管桩的混凝土的劈裂抗拉性能、抗压性能等力学性能不佳。
因此，开发新的具有优异的劈裂抗拉性能、抗压性能等力学性能的混凝土，对于改善倾斜支护管桩在服役过程中容易出现的变形、断裂等现象具有重要意义。
技术实现要素：
针对现有技术不足，本发明的目的一在于：提供一种混凝土，以达到提高劈裂抗拉性能、抗压性能等力学性能的效果。
本发明的第一个目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种混凝土，按重量份数，包括有以下组分：水泥310-340份、硅灰15-20份、石1050-1150份、砂770-820份、水150-170份、减水剂5-8份、玄武岩纤维25-35份，
所述减水剂的制备方法包括有以下步骤：按重量份数，采用包括甲基烯丙基聚氧乙烯醚100份、丙烯酸22-27份、改性复合粉体15-20份、氧化还原引发剂中的氧化剂2-2.5份，氧化还原引发剂中的还原剂0.3-0.5份、链转移剂3-3.5份在内的原料通过聚合反应获得，
所述改性复合粉体的制备方法包括有以下步骤：将复合粉体于350-370℃下焙烧2-3h，复合粉体包括重量比为1:1.3-1.7的硅藻土和粉煤灰；将焙烧后的复合粉体100份加入乙醇溶液中搅拌均匀，调节ph为4.5-4.6，于65-70℃下预搅拌，滴加质量浓度为4-6％的硅烷偶联剂的水溶液90-110份，继续搅拌2-3h，减压过滤除去溶剂，真空干燥，即得改性复合粉体。
通过采用上述方案，本发明在混凝土的组分配方中适当提高了玄武岩纤维的含量。玄武岩纤维不仅稳定性好，而且还具有电绝缘性、抗腐蚀、抗燃烧、耐高温等多种优异性能。提高玄武岩纤维的掺入量能够有效抑制混凝土的离析倾向，显著减少甚至完全消除混凝土浇筑后所产生的裂缝，由此提高混凝土的劈裂抗拉性能、抗压性能等力学性能。
然而，玄武岩纤维的掺入量的提高在有效控制混凝土裂缝的同时，一定程度上也降低了混凝土的流动性，不利于混凝土的密实度的维持或提高，容易对混凝土的劈裂抗拉性能、抗压性能等力学性能产生不良影响。为此，针对本发明的混凝土的组分配比，本发明对减水剂的合成过程进行了改性处理。
硅藻土是一种硅质矿物，主要化学成分为非晶体sio2，还含有少量杂质。硅藻土的sio2含量在80％以上，少量杂质主要包括al2o3、fe2o3、cao、mgo、k2o、na2o、p2o5和有机质。硅藻土具有多孔性，常用作吸附剂，未见其用于改性合成减水剂从而用于混凝土配制的报道。
粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物，主要氧化物组成包括sio2、al2o3、feo、fe2o3、cao和tio2。粉煤灰颗粒呈多孔型蜂窝状组织，比表面积较大，具有较高的吸附活性。粉煤灰的活性主要来自活性sio2(玻璃体sio2)和活性al2o3(玻璃体al2o3)，可作为掺和料直接掺入混凝土，但同样未见其用于改性合成减水剂从而用于混凝土配制的报道。
本发明在减水剂的合成过程中，采用了包含硅藻土和粉煤灰在内的复合粉体。在改性复合粉体的制备中，对复合粉体采用先焙烧处理、后硅烷偶联剂处理的双重改性手段。实验证明，将经过上述方法制得的改性复合粉体与其他原料共同参加聚合反应，获得的减水剂具有显著改善混凝土流动性的特性，能够弥补大量玄武岩纤维造成的混凝土流动性变差的缺陷，由此配合玄武岩纤维抑制混凝土裂缝的特性，获得具有高劈裂抗拉强度、高抗压强度的混凝土，由此能够改善由该种混凝土制得的倾斜支护管桩在服役过程中出现的变形、断裂等现象。本发明的减水剂的上述特性可能与改性复合粉体的加入使得减水剂中引入了硅羟基有关。
本发明进一步设置为：所述石的含泥量为5-6％，砂的含泥量为5-6％。
众所周知，混凝土采用的石、砂原材料中的含泥量对混凝土的力学性能具有重要影响，原因包括：一方面，含泥量过高的石、砂原材料能够直接降低混凝土内部颗粒的界面强度，从而对混凝土的力学性能造成不良影响；另一方面，聚羧酸类减水剂对混凝土中的含泥量十分敏感，无法起到良好的增加混凝土流动性，从而提高混凝土力学性能的效果。一般来讲，为了降低石、砂原材料中的含泥量对混凝土的不良影响，石、砂原材料中的含泥量需要控制在3-4％以下。
而本发明中，可以采用含泥量达5-6％的石、砂，劈裂抗拉强度和抗压强度任然保持在较高的水平。这说明，本发明制备的混凝土对采用的石、砂中的含泥量不敏感，这在实践中具有重大的实际应用价值。
本发明进一步设置为：所述复合粉体包括重量比为1:1.4-1.5的硅藻土和粉煤灰。
实验数据表明，在减水剂的制备过程中控制硅藻土和粉煤灰的重量比对本发明的混凝土具有重要影响，针对本发明的配比，当硅藻土和粉煤灰的重量比在上述数值范围内时，获得的混凝土的劈裂抗拉强度和抗压强度更加优异。
本发明进一步设置为：所述改性复合粉体的制备方法的步骤a中，焙烧温度为355-360℃。
实验数据表明，在减水剂的制备过程中控制焙烧温度对本发明的混凝土有较大的影响，针对本发明的配比，当焙烧温度为375-380℃时，获得的混凝土的劈裂抗拉强度和抗压强度更加优异。这可能与温度过高或过低都会影响改性复合粉体在减水剂中引入硅羟基的能力，从而影响减水剂改善混凝土的流动性有关。
本发明进一步设置为：所述硅烷偶联剂选用甲基丙烯酰氧甲基三乙氧基硅烷。
本发明进一步设置为：所述氧化剂选用过硫酸钾，还原剂选用亚硫酸氢钠。
本发明进一步设置为：所述链转移剂选用甲基丙烯磺酸钠。
本发明进一步设置为：所述聚合反应的温度为58-62℃。
本发明的目的二：提供一种上述混凝土的制备方法，包括有以下步骤：
a，制备改性复合粉体：
将复合粉体于350-370℃下焙烧2-3h，复合粉体包括重量比为1:1.3-1.7的硅藻土和粉煤灰；将焙烧后的复合粉体100份加入乙醇溶液中搅拌均匀，调节ph为4.5-4.6，于65-70℃下预搅拌，滴加质量浓度为4-6％的硅烷偶联剂的水溶液90-110份，继续搅拌2-3h，减压过滤除去溶剂，真空干燥，得改性复合粉体；
b，制备减水剂：
将甲基烯丙基聚氧乙烯醚100份、改性复合粉体15-20份、氧化还原引发剂中的氧化剂2-2.5份、链转移剂3-3.5份和去离子水混合，升温至58-62℃后，同时滴加丙烯酸22-27份和氧化还原引发剂中的还原剂0.3-0.5份进行聚合反应，冷却，得产品液，调节产品液的ph至6-6.5，保温搅拌，得减水剂；
c，配制混凝土：
将水泥、硅灰、石、砂、水搅拌均匀，再将减水剂、玄武岩纤维加入，搅拌均匀，得所述混凝土。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明在混凝土的配方中提高了玄武岩纤维的掺入量，能够有效抑制混凝土产生裂缝。同时，针对玄武岩纤维的大量掺入不利于本发明的混凝土的流动性，从而不利于混凝土的密实度和力学性能的情况，对采用的减水剂的制备进行了改性，提高了混凝土的流动性，弥补了上述缺陷，使得最终获得的混凝土具有优异的劈裂抗拉性能、抗压性能，由此能够改善由该种混凝土制得的倾斜支护管桩在服役过程中出现的变形、断裂等现象。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
原料介绍
硅藻土购自河南超赢环保科技有限公司，理化性能如表1所示：
表1硅藻土理化性能
水泥，p.o42.5普通硅酸盐水泥；
硅灰，比表面积为16000m2/kg，28天活性指数95％；
粉煤灰，400目，需水量比80％，7天活性指数85％；
石，粒径5-10mm，含泥量为5-6％；
砂，中砂，粒径为0.35-0.5mm，含泥量为5-6％；
玄武岩纤维，纤维长度6mm，纤维直径16μm，比表面积2.6m2/g，硬度6moh；
甲基烯丙基聚氧乙烯醚，tpeg-2400，购自海安县国力化工有限公司；
丙烯酸(含量≥98％)、过硫酸钾(含量≥99.5％)、亚硫酸氢钠和甲基丙烯磺酸钠(2-甲基-2-丙烯-1-磺酸钠盐，含量98％)均购自国药集团化学试剂有限公司；
甲基丙烯酰氧甲基三乙氧基硅烷，含量98％，购自郑州杰克斯化工产品有限公司。
实施例1
一种混凝土，制备方法包括有以下步骤：
a，制备改性复合粉体：
将复合粉体于350℃下焙烧2h，复合粉体包括重量比为1:1.3的硅藻土和粉煤灰；配制体积比为1:1的无水乙醇和水的溶液a500份，配制质量浓度为4％的硅烷偶联剂甲基丙烯酰氧甲基三乙氧基硅烷的水的溶液b90份，将焙烧后的复合粉体100份加入混合溶液a中搅拌均匀，调节ph为4.5，于65℃下预搅拌20min，滴加溶液b，继续搅拌2h，减压过滤除去溶剂，真空80℃下干燥10h，得改性复合粉体；
b，制备减水剂：
底液：甲基烯丙基聚氧乙烯醚100份、改性复合粉体15份、链转移剂甲基丙烯磺酸钠3.5份、氧化还原引发剂中的氧化剂过硫酸钾2.5份、去离子水100份；
溶液a：丙烯酸22份、去离子水40份；
溶液b：氧化还原引发剂中的还原剂亚硫酸氢钠0.3份、去离子水50份，
将底液升温至58℃，同时向底液中滴加溶液a和溶液b，其中，溶液a的滴加时间为1小时，溶液b的滴加时间为1.5小时；溶液a和溶液b全部滴加完成后，保温反应35min；采用质量浓度为32％的氢氧化钠水溶液调节ph值为6，保温搅拌20min，得减水剂；
c，配制混凝土：
将水泥310份、硅灰20份、石1050份、砂820份、水150份搅拌均匀，再将减水剂8份、玄武岩纤维25份加入，搅拌均匀，得混凝土。
实施例2
一种混凝土，制备方法包括有以下步骤：
a，制备改性复合粉体：
将复合粉体于357℃下焙烧2.5h，复合粉体包括重量比为1:1.45的硅藻土和粉煤灰；配制体积比为1:1的无水乙醇和水的溶液a500份，配制质量浓度为4-6％的硅烷偶联剂甲基丙烯酰氧甲基三乙氧基硅烷的水的溶液b100份，将焙烧后的复合粉体100份加入混合溶液a中搅拌均匀，调节ph为4.55，于67℃下预搅拌25min，滴加溶液b，继续搅拌2.5h，减压过滤除去溶剂，真空80℃下干燥10h，得改性复合粉体；
b，制备减水剂：
底液：甲基烯丙基聚氧乙烯醚100份、改性复合粉体17份、链转移剂甲基丙烯磺酸钠3.2份、氧化还原引发剂中的氧化剂过硫酸钾2.3份、去离子水100份；
溶液a：丙烯酸25份、去离子水40份；
溶液b：氧化还原引发剂中的还原剂亚硫酸氢钠0.4份、去离子水50份，
将底液升温至60℃，同时向底液中滴加溶液a和溶液b，其中，溶液a的滴加时间为1小时，溶液b的滴加时间为1.5小时；溶液a和溶液b全部滴加完成后，保温反应35min；采用质量浓度为32％的氢氧化钠水溶液调节ph值为6.2，保温搅拌20min，得减水剂；
c，配制混凝土：
将水泥325份、硅灰18份、石1100份、砂790份、水160份搅拌均匀，再将减水剂6份、玄武岩纤维30份加入，搅拌均匀，得混凝土。
实施例3
一种混凝土，制备方法包括有以下步骤：
a，制备改性复合粉体：
将复合粉体于370℃下焙烧3h，复合粉体包括重量比为1:1.7的硅藻土和粉煤灰；配制体积比为1:1的无水乙醇和水的溶液a500份，配制质量浓度为4-6％的硅烷偶联剂甲基丙烯酰氧甲基三乙氧基硅烷的水的溶液b110份，将焙烧后的复合粉体100份加入混合溶液a中搅拌均匀，调节ph为4.6，于70℃下预搅拌30min，滴加溶液b，继续搅拌3h，减压过滤除去溶剂，真空80℃下干燥10h，得改性复合粉体；
b，制备减水剂：
底液：甲基烯丙基聚氧乙烯醚100份、改性复合粉体20份、链转移剂甲基丙烯磺酸钠3份、氧化还原引发剂中的氧化剂过硫酸钾2份、去离子水100份；
溶液a：丙烯酸27份、去离子水40份；
溶液b：氧化还原引发剂中的还原剂亚硫酸氢钠0.5份、去离子水50份，
将底液升温至62℃，同时向底液中滴加溶液a和溶液b，其中，溶液a的滴加时间为1小时，溶液b的滴加时间为1.5小时；溶液a和溶液b全部滴加完成后，保温反应35min；采用质量浓度为32％的氢氧化钠水溶液调节ph值为6.5，保温搅拌20min，得减水剂；
c，配制混凝土：
将水泥340份、硅灰15份、石1150份、砂770份、水170份搅拌均匀，再将减水剂5份、玄武岩纤维35份加入，搅拌均匀，得混凝土。
实施例4
一种混凝土，与实施例2的不同之处在于，步骤a中，复合粉体包括重量比为1:1.3的硅藻土和粉煤灰。
实施例5
一种混凝土，与实施例2的不同之处在于，步骤a中，复合粉体包括重量比为1:1.7的硅藻土和粉煤灰。
实施例6
一种混凝土，与实施例2的不同之处在于，步骤a中，复合粉体包括重量比为1:1.4的硅藻土和粉煤灰。
实施例7
一种混凝土，与实施例2的不同之处在于，步骤a中，复合粉体包括重量比为1:1.5的硅藻土和粉煤灰。
实施例8
一种混凝土，与实施例2的不同之处在于，步骤a中，焙烧温度为350℃。
实施例9
一种混凝土，与实施例2的不同之处在于，步骤a中，焙烧温度为370℃。
实施例10
一种混凝土，与实施例2的不同之处在于，步骤a中，焙烧温度为355℃。
实施例11
一种混凝土，与实施例2的不同之处在于，步骤a中，焙烧温度为360℃。
对比例1
一种混凝土，与实施例2的不同之处在于，步骤a中，复合粉体包括重量比为1:1.2的硅藻土和粉煤灰。
对比例2
一种混凝土，与实施例2的不同之处在于，步骤a中，复合粉体包括重量比为1:1.8的硅藻土和粉煤灰。
对比例3
一种混凝土，与实施例2的不同之处在于，步骤a中，焙烧温度为340℃。
对比例4
一种混凝土，与实施例2的不同之处在于，步骤a中，焙烧温度为380℃。
对比例5
一种混凝土，与实施例2的不同之处在于，采用市售普通聚羧酸减水剂直接配制混凝土，市售普通聚羧酸减水剂购自山东同盛建材有限公司。
混凝土性能检测
根据gb/t50081-2002《普通混凝上力学性能试验方法标准》的规定，对实施例1-11和对比例1-5制备的混凝土进行强度检测，结果如表2所示。
表2混凝土强度检测结果
由表2可以看出，与对比例5相比，实施例1-3制备的混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度较高。这是因为，本发明在混凝土的配方中提高了玄武岩纤维的掺入量，能够有效抑制混凝土产生裂缝。同时，针对玄武岩纤维的大量掺入不利于本发明的混凝土的流动性，从而不利于混凝土的密实度，从而降低混凝土的力学性能的情况，对采用的减水剂的制备进行了改性，提高了混凝土的流动性，弥补了上述缺陷，使得最终获得的混凝土具有优异的抗劈裂性能和抗压性能，由此能够改善由该种混凝土制得的倾斜支护管桩在服役过程中出现的变形、断裂等现象。
结合实施例4-7和对比例1、2可以看出，针对本发明的混凝土配方，在减水剂的制备过程中，硅藻土和粉煤灰的重量比对制得的混凝土的抗劈裂性能和抗压性能具有重要影响。当硅藻土和粉煤灰的重量比为1:1.3-1.7时，混凝土的抗劈裂性能和抗压性能较佳。当硅藻土和粉煤灰的重量比为1:1.4-1.5时，混凝土的抗劈裂性能和抗压性能更佳。当硅藻土和粉煤灰的重量比超出1:1.3-1.7的范围后，混凝土的抗劈裂性能和抗压性能出现大幅下降。
结合实施例8-11和对比例3、4可以看出，针对本发明的混凝土配方，在减水剂的制备过程中，改性复合粉体的焙烧温度对制得的混凝土的抗劈裂性能和抗压性能具有重要影响。当焙烧温度为350-370℃时，混凝土的抗劈裂性能和抗压性能较佳。当焙烧温度为355-360℃时，混凝土的抗劈裂性能和抗压性能更佳。当焙烧温度超出350-370℃的范围后，混凝土抗劈裂性能和抗压性能出现大幅下降。这可能与温度过高或过低都会影响改性复合粉体在减水剂中引入硅羟基的能力，从而影响减水剂改善混凝土的流动性有关。
再者，本发明的上述实施例中采用含泥量达5-6％的石、砂，数据表明，劈裂抗拉强度和抗压强度任然保持在较高的水平。这说明，本发明制备的混凝土对采用的石、砂中的含泥量不敏感，这在实践中具有重大的实际应用价值。
上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。