本发明涉及一种超长水下桩基机制砂自密实混凝土及其制备方法，属于建筑材料领域。
背景技术：
我国西南区域地质复杂，在机场、高速公路、高层建筑等重点项目建设过程中，存在巨大的困难，尤其进行超长水下桩基(超长水下桩基是指超过70米长的水下桩基)施工时。特别在桩基施工区域存在不稳定层及溶洞、地下水富集时，桩基施工具有速度慢、施工时间长等特点。这对混凝土的要求极高，一方面需要解决混凝土超长的凝结时间问题及保塑问题，另一方面还需解决混凝土在超长缓凝时间情况下的强度及耐久性问题。本发明有效的解决了上述问题，这对推进我国一些重点项目建设具有重要意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对上述问题，提供一种超长水下桩基机制砂自密实混凝土及其制备方法，以解决目前超长桩基施工区域存在不稳定层及溶洞、地下水富集时，桩基施工具有速度慢、施工时间长等特点，混凝土凝结时间不够和保塑性不好的问题，以解决混凝土在超长缓凝时间情况下的强度及耐久性问题，本发明适用于无流动水、70m以上长的水下桩基混凝土施工，尤其适用于100m长的水下桩基混凝土施工。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种超长水下桩基机制砂自密实混凝土，各组分的质量比为：水泥17.70-18.93、纳米级球体硅质粉0.82-2.06、微米级球体硅质粉1.23-1.65、高活性硅钙质粉0.82-2.06、a机制碎石9.90-11.25、b机制碎石23.09-26.26、机制砂32.44-36.36、外加剂0.41-0.62、水7.82-8.23。
进一步的，所述水泥为普通硅酸盐水泥p.o42.5或普通硅酸盐水泥p.o52.5，比表面积300-350m2/kg，初凝时间≥180min，标准稠度用水量≤28.0％。
进一步的，所述纳米级球体硅质粉为高活性超微细粉，比表面积18000-22000m2/kg，28d强度活性≥120％，需水量比≤110％。
进一步的，所述微米级球体硅质粉为活性球体微细粉，需水量比≤100％。比表面积380-450m2/kg。
进一步的，所述高活性硅钙质粉为磷渣粉、铁矿粉的一种，需水量比≤105％，比表面积380-500m2/kg，28d强度活性≥80％。
进一步的，a机制碎石为非碱活性骨料，粒径在5.0-25.0mm连续级配机制石灰石碎石，针片状含量≤5.0％，含泥量≤0.1％，所述b机制碎石为非碱活性骨料，粒径在5.0-16.0mm连续级配机制石灰石碎石，针片状含量≤5.0％，含泥量≤0.1％。
进一步的，所述机制砂为非碱活性骨料，粒径在5.00mm以下连续级配机制砂，mb值≤0.8、5.0％≤石粉含量≤10.0％，2.6≤细度模数mx≤3.1，砂粒径大于2.36mm的筛余量≤25.0％，含泥量≤0.1％。
进一步的，所述外加剂包括普通缓凝剂和超缓凝剂，所述普通缓凝剂包括白糖、葡萄糖酸钠类有机缓凝剂，所述超缓凝剂为磷酸盐、偏磷酸盐类无机超缓凝剂。
一种超长水下桩基机制砂自密实混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：按各组分质量比称量好水泥、纳米级球体硅质粉、微米级球体硅质粉、高活性硅钙质粉、a机制碎石、b机制碎石、机制砂、外加剂、水；
步骤二：将称好的外加剂、水充分搅拌混合5min，得到均匀混合液。
步骤三：将称好的水泥、纳米级球体硅质粉、微米级球体硅质粉、活性硅钙矿粉、a机制碎石、b机制碎石、机制砂置于混凝土搅拌机中干拌2min充分混合的混合干料，然后将混合液置于混合干料中搅拌2-5min，得到超长水下桩基机制砂自密实混凝土。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过创造性的应用“优选原材料组合技术+多重超缓凝组合技术”，成功解决了超长水下桩基混凝土工作性能、凝结时间、保塑时间、强度、耐久性等一系列问题。“优选原材料组合技术”是指通过限制原材料指标实现混凝土所需要的性能。普通缓凝剂为白糖、葡萄糖酸钠类有机缓凝剂，超缓凝剂主要为磷酸盐、偏磷酸盐类无机超缓凝剂。主要机理是：一方面两种类型的缓凝剂共溶在一起后有络合物形成基，在水泥水化的碱性介质中与游离的ca2+生成不稳定的络合物，致使液相中ca2+质量浓度下降，同时络合物形成基也可能吸附于水泥颗粒表面与水化产物表面上的o2-形成氢键，并且络合物形成基又与水分子通过氢键缔合，使水泥颗粒表面形成一层较稳定的溶剂化水膜，从而抑制了水泥水化进程。另一方面在溶剂化水膜被破坏时，水与水泥接触，水泥水化产生的ca2+与盐类无机超缓凝剂反应产生富盐，沉淀于水泥矿物颗粒表面，再次抑制了水泥水化进程，实现混凝土的超长凝结时间。
2、本发明创造性的应用“胶凝材料体系搭配技术+骨料密级配技术”等技术进一步实现了超长水下桩基机制砂自密实混凝土的优良性能。胶凝材料体系搭配技术是指在胶凝材料体系中，各种胶凝材料细度：纳米级球体硅质粉＜高活性硅钙质粉＜微米级球体硅质粉＜水泥，四种胶凝材料颗粒相互填充，形成密实胶凝材料颗粒体系，在水及外加剂作用下形成与骨料表观密度基本相等的浆体，使得骨料可以均匀的悬浮在浆体中，进一步有效解决骨料的下沉问题，并且高掺合料胶材体系有利于混凝土的抗化学侵蚀能力，这保证混凝土在复杂水下环境下的耐久性。“骨料密级配技术”是利用两种不同粒径的碎石与机制砂进行搭配，使所搭配得到的骨料体系表观密度最大，空隙最少，降低浆体量需求量，富余的浆体可进一步改善混凝土的工作性。综上，本发明通过优选原材料，创新性的利用“胶凝材料体系搭配技术+骨料密级配技术”的结合技术实现了一种制备工艺简单、成本低、绿色环保的水下桩基机制砂自密实混凝土。再结合外加剂的调节技术，可以实现超长水下桩基凝结时间从30小时到150小时的可调节控制。
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
一种超长水下桩基机制砂自密实混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：按实施例1-6的各组分质量比称量好水泥、纳米级球体硅质粉、微米级球体硅质粉、高活性硅钙质粉、a机制碎石、b机制碎石、机制砂、外加剂、水；
步骤二：将称好的外加剂、水充分搅拌混合5min，得到均匀混合液。
步骤三：将称好的水泥、纳米级球体硅质粉、微米级球体硅质粉、活性硅钙矿粉、a机制碎石、b机制碎石、机制砂置于混凝土搅拌机中干拌2min充分混合的混合干料，然后将混合液置于混合干料中搅拌2-5min，得到超长水下桩基机制砂自密实混凝土。
实施例1-6的组分质量配比如下表：
实施例1-6的新拌混凝土性能指标：
由上表可以看出，新拌混凝土各项性能指标优异，工作稳定性良好，能够满足超长水下桩基超的浇筑。
实施例1-6的混凝土硬化性能指标：
由上表可以看出，混凝土硬化后，28d强度可以达到c40强度等级，60d强度持续增长，同时抗渗等级可以达到p12以上，可以有效的抵抗复杂地质条件下水及水中各种溶解盐质对混凝土的侵入破坏，有效提高混凝土的耐久性能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。