專利名稱：一種綠色環保粉末鋼筋混凝土輸水管的制作方法
技術領域：
本發明屬于輸水工程領域，具體涉及一種混凝土輸水管。
背景技術：
活性粉末混凝土是由法國等西方國家在二十世紀90年代初開發出的一種超高強度、高韌性、高耐久性、體積穩定的新型混凝土材料，該材料性能分為200MPa級和800MPa級。現國外主要應用推廣級別為200MPa級，性能抗壓指標可達13(Γ200ΜΡΑ，抗折強度可達16 50ΜΡΑ，彈性模量在45GPa以上，抗滲性能一般在P30以上，28天碳化檢測為0，電通量小于40庫倫。在國內RPC材料現已經在不斷研究和發展，主要使用在鐵路工程、橋梁預制上，在輸/排水工程管道行業應用還是空白。目前我國輸/排水管道主要使用的是普通混凝土排水管道和預應力三階段混凝土管、PCCP鋼筒混凝土管較多，管道自重過大，安裝接口多、抗滲性能差、脆性高、耐鹽堿污水等腐蝕性差、施工費用高，抗地震性能差等缺點限制行業發展。目前尚未有工業可用的混凝土輸水管能夠解決行業發展瓶頸，降低工程綜合施工費用，提高管道的使用耐久性。

發明內容
本發明的目的在于克服上述混凝土輸/排水管的缺陷，提供一種綠色環保粉末鋼筋混凝土輸水管,其具有超高強度、高抗裂性能、高耐久性、高抗滲性、低脆性，同時改善內表面的粗糙度系數，提高了內表面的耐磨性能，滿足其在輸/排水工程領域中的應用。上述目的是通過以下技術手段加以實現的:
一種綠色環保粉末鋼筋混凝土輸水管，由混凝土均勻分布于鋼筋網上制成，所述混凝土由如下質量分配比的原料制成:
平均粒徑3(Γ60 μ m的低堿硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥45(Γ500份；
平均粒徑0.18 μ m、SiO2含量彡85%的硅灰90 130份；
平均粒徑10 20 μ m的I級粉煤灰100 130份；
平均粒徑1(Γ30 μ m的S95級以上礦渣粉130 160份；
粒徑為0.16 1.63mm的石英砂520^600份；
粒徑為5 14mm的石子800 880份；
減水率大于30%的復合高效減水劑12 20份；
阻銹劑7 12份；
高效膨脹劑45 50份；
水135 155份；
聚丙烯纖維0.8^1.2份；直徑為0.18 0.25mm、長度為l(Tl5mm的鍍銅鋼纖維80 160份；
所述鋼筋網由直徑4.(Γ6.0mm的冷拔絲做構造筋，直徑5.(Tl0.0mm的冷軋帶肋鋼筋做環向結構筋編制而成。
上述混凝土更優選由如下質量分配比的原料制成:
平均粒徑3(Γ60 μ m的低堿硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥47(Γ480份；
平均粒徑0.18 μ m、SiO2含量彡85%的硅灰100 120份；
平均粒徑10 20 μ m的I級粉煤灰110 120份；
平均粒徑1(Γ30 μ m的S95級以上礦渣粉14(Tl50份；
粒徑為0.16 1.63mm的石英砂550^570份；
粒徑為5 14mm的石子840 850份；
減水率大于30%的復合高效減水 劑16 17份；
阻銹劑9 10份；
高效膨脹劑47 48份；
水140 150份；
聚丙烯纖維0.9 1.1份；
直徑為0.18 0.25mm、長度為l(Tl5mm的鍍銅鋼纖維110 130份。在本發明的混凝土配方中，采用了大量的多種工業廢渣粉，同時大幅度提高了產品的力學指標性能，降低了混凝土脆性指標，提高了產品的耐久性能，混凝土的塌落度為7 10cm，使其應用范圍更廣泛，可應用于不同土質環境及海洋環境的開挖或頂進施工用輸水工程，例如適用于雨水、污水、自來水帶壓或無壓輸/排水管道工程。優選地，所述粉煤灰中的氧化鈣含量為< 10%，游離氧化鈣為O。優選地，所述石子的壓碎指標小于10%、針片狀含量小于5%、含泥量小于0.5%。優選地，所述復合高效減水劑的主要成分為消泡劑、增效劑和高效減水劑；所述阻銹劑為三乙醇胺硼酸酯和有機硅類復合阻銹劑，高效膨脹劑為市面售UEA。優選地，所述鋼筋網含有厚度為的保護層，從而大大提升結構受力效果，減少2(Γ30%的鋼筋用量，節約大量鋼材。鋼筋網的籠骨架采用自動焊接成型。上述配方制成的混凝土使輸水管的壁厚大大降低，所述輸水管的壁厚尺寸為管內徑的1/1廣1/20，大幅度減輕了產品的自重，降低了施工的要求。并且輸水管的結構與接口也與現有輸水管不同，具體地，本發明輸水管的結構，不在采用預應力形式，整體混凝土變形協調性好,可達0.4%,采用剛性體設計，接口形式為柔性接口形式，整體抗震性能好,管體長度(指有效長度)為2飛米。本發明還提供上述綠色環保粉末鋼筋混凝土輸水管的制備方法，包括以下步驟:
(1)將聚丙烯纖維、鍍銅鋼纖維和石英砂加入攪拌機攪拌2 3分鐘至分散均勻；
(2)向攪拌機中加入水泥、硅灰、粉煤灰及礦粉繼續攪拌f2分鐘至均勻備用；
(3)向上述備用材料中依次加入阻銹劑、復合高效減水劑、高效膨脹劑和水繼續攪拌2^3分鐘至分散均勻；
(4)加入石子攪拌f2分鐘后得到綠色環保碎石活性粉末混凝土 ；
(5)通過布料機將上述混凝土均勻分布在裝有鋼筋網的輸水管模具中，采用振動或者離心工藝密實成型，經過養護后得到所述輸水管。上述方法中采用離心工藝生產，生產過程中不再有廢漿、廢液產生，產品更加環保。并且上述方法取消了預應力纏絲工藝環節，節約了大量的人力物力。上述方法中的養護可以采用以下兩種形式:(1)所述養護為自然養護，管道檢驗指標評定以56天為準；(2)所述養護為自然養護4小時候后進行遠紅外線加溫養護5 7小時，溫度范圍為90±5°C，升降溫速率不超過20°C /小時，管道檢驗以恒溫5 7小時后的指標為評定。采用上述養護方法的原因是:材料中采用大量的火山灰活性微粉材料需要較長時間才能增加混凝土強度作用或短時間需要再高溫條件下參與普通水化硅酸鈣后續的熱和反應，增加混凝土強度。本發明具有以下有益效果:
(1)上述配方和制備過程制備的綠色環保粉末鋼筋混凝土輸/排水管，其混凝土抗壓強度可達11(Γ160ΜΡΑ，抗折強度可達16 30ΜΡΑ，抗拉性能7 13ΜΡΑ、彈性模量在45GPa以上，抗滲性能在P30以上，28天碳化檢測為0，電通量小于40庫倫，抗凍融600次循環無重量損失，整體技術指標是普通混凝土產品的兩倍到三倍，耐久性能設計可達100年且適用于各種地質環境和海洋環境輸排水工程；
(2)整體管壁是原混凝土類管材壁厚的1/2 2/3，重量大幅降低、節約大量材料，改善了管網內部配筋結構設計形式，減少 了鋼筋的使用；并且采用大量工業廢渣粉，大大降低了制作產品的成本；離心工藝生產過程中，不再有大量廢漿廢液排出，節約了廢液、廢渣等污染處理費用；
(3)該產品承受大壓力范圍更加廣泛，可做壓力(Γ3ΜΡΑ范圍內的輸/排水管道，不再使用預應力纏絲工藝、噴涂砂漿保護層工藝生產，工藝大幅簡化，鋼材節約化；
(4)本發明內部表面粗糙系數小，改善了管道內表面的光潔度，提高了水流速度，減少了管道清淤等工作，降低了管道后續維護費用。(5)本產品直接可以取代現有PCCP、一階段預應力管、三階段預應力管、普通排水管等，工程造價成本大幅度下降。
具體實施例方式實施例1
按照如下比例配備混凝土原材料:
平均粒徑3(Γ60 μ m的低堿硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥475份；
平均粒徑0.18 μ m、SiO2含量≤85%的硅灰110份；
平均粒徑1(Γ20μπι的I級粉煤灰115份(氧化鈣含量< 10%)；
平均粒徑1(Γ30 μ m的S95級以上礦渣粉145份；
粒徑為0.16 1.63mm的石英砂560份；
粒徑為5 14mm的石子845份(壓碎指標小于10%,針片狀含量小于5%,含泥量小于0.5%)；
減水率大于30%的復合高效減水劑17份；
阻銹劑9份；
高效膨脹劑47.5份；
水140份；
聚丙烯纖維1.0份
直徑為0.18 0.25mm、長度l(Tl5mm的鍍銅鋼纖維120份；
以產品IOOOmm內徑，整體壁厚為80mm，長度為3米混凝土管模具制作產品。
鋼筋網由直徑5.0mm冷拔絲做構造筋(間距為150mm)，直徑7.0mm的冷軋帶肋鋼筋做環向結構筋(間距為50mm)編制而成,保護層厚度為12mm。上述原材料配備完成后按照如下步驟進行制備及加工:
(1)將配方限定的鍍銅鋼纖維、聚丙烯纖維和石英砂加入攪拌機攪拌2 3分鐘進行分散均勻；
(2)再向攪拌機中加入配方限定的水泥、硅灰、粉煤灰及礦粉繼續攪拌f2分鐘至均勻備用;
(3)向上述攪拌備用材料中依次加入阻銹劑、復合減水劑和水繼續攪拌2 3分鐘至分散均勻；
(4)最后加入石子攪拌f2分鐘后得到綠色環保碎石活性粉末混凝土，檢測塌落度為
8.5cm (制備過程中的水依據實際工作度7cnTl2Cm的需要適當微調)；
(5)通過布料機將粉末 混凝土均勻分布在已有鋼筋網的模具內，開始振動或離心工藝密實成型后進行養護。離心工藝如下:布料壁厚小于等于IOOmm時一次性布料，布料轉速為低速(35(T400rpm)，布料結束后提高至中速(65(T850rpm)轉動4 6分鐘，然后提高到高速(90(Tl200rpm)階段持續時間8 10分鐘；如果壁厚大于IOOmm時分兩到三次投料，每次投料都經過上述的低、中、高速三個階段；離心進入高速的后尾段進行一次打釬收光內表面，自然養護56天或恒溫90度遠紅外線養護5 7小時即可得到產品。振動工藝如下:采用輔助掛振工藝，自動布料量是管長度的1/5左右開始啟動振動，隨著喂料量增加，逐級開啟振動電機加大振動力，布料結束后振動3飛分鐘對端口面進行抹光，后續進入自然養護或升溫養護狀態，養護方法與離心工藝相同。本實施例制備的輸水管性能如下:
混凝土抗壓強度:137MPa
混凝土抗折強度:22.3MPa 混凝土抗拉強度:12.8MPa 混凝土彈性模量:46.4GPa 混凝土抗滲性能P30，P30等級滲水高度 混凝土吸水率:1.18%
混凝土抗碳化性:28天碳化檢測深度為0_
混凝土電通量:0.31*10_12m2/s
混凝土抗凍融性:快速檢驗600次凍融循環無質量損失
內壓抗裂檢驗壓力:1.46MPa恒壓五分鐘無滲水，爆裂現象，升壓到1.58MPa開始出現滲水現象
抗壓荷載檢驗:工作荷載80kN/m，破壞荷載154kN/m 內表面粗糙度系數:曼寧系數約為n=0.011 實施例2
按照如下比例配備混凝土原材料:
平均粒徑3(Γ60 μ m的低堿硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥450份；
平均粒徑0.18 μ m、SiO2含量> 85%的硅灰90份；平均粒徑1(Γ20 μ m的I級粉煤灰100份(氧化鈣含量< 10%)；
平均粒徑1(Γ30 μ m的S95級以上礦渣粉130份；
粒徑為0.16 1.63mm的石英砂520份；
粒徑為5 14mm的石子800份，(壓碎指標小于10%,針片狀含量小于5%,含泥量小于0.5%)；
減水率大于30%的復合高效減水劑12份；
阻銹劑7份；
高效膨脹劑45份；
水130份；
聚丙烯纖維0.8份
直徑為0.18 0.25mm、長度l(Tl5mm的鍍銅鋼纖維80份；
鋼筋網由直徑4.0mm冷拔絲做構造筋(間距為150mm)，直徑5.0mm的冷軋帶肋鋼筋做環向結構筋(間距為100mm)編制而成,保護層厚度為12mm。制備步驟同實施例1，工作度檢測為11.5cm。本實施例制備的輸水管性能如下:
混凝土抗壓強度:113.5MPa
混凝土抗折強度:14.1MPa 混凝土抗拉強度:7.4MPa 混凝土彈性模量:45.5GPa 混凝土抗滲性能P30，P30等級滲水高度 混凝土吸水率:1.36%
混凝土抗碳化性:28天碳化檢測深度為0_
混凝土電通量:0.28*10_12m2/s
混凝土抗凍融性:快速檢驗600次凍融循環無質量損失
內壓抗裂檢驗壓力:0.SMPa恒壓五分鐘無滲水，爆裂現象，1.0MPa開始出現滲水現象； 抗壓荷載檢驗:工作荷載45kN/m，破壞荷載94kN/m 內表面粗糙度系數:曼寧系數約為n=0.011 實施例3
按照如下比例配備混凝土原材料:
平均粒徑3(Γ60 μ m的低堿硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥500份；
平均粒徑0.18 μ m、SiO2含量> 85%的硅灰130份；
平均粒徑1(Γ20 μ m的I級粉煤灰130份(氧化鈣含量< 10%)；
平均粒徑1(Γ30 μ m的S95級以上礦渣粉160份；
粒徑為0.16 1.63mm的石英砂600份；
粒徑為5 14mm的石子880份(壓碎指標小于10%,針片狀含量小于5%,含泥量小于0.5%)；
減水率大于30%的復合高效減水劑20份；
阻銹劑12份；
高效膨脹劑:50份水150份；
聚丙烯纖維1.2份
直徑為0.18 0.25mm、長度l(Tl5mm的鍍銅鋼纖維160份；
鋼筋網由直徑6.0mm冷拔絲做構造筋(間距為150mm)，直徑7.0mm的冷軋帶肋鋼筋做環向結構筋(間距為30mm)編制而成,保護層厚度為12mm。制備步驟同實施例1，檢測工作度為11cm。本實施例制備的輸水管性能如下:
混凝土抗壓強度:156MPa
混凝土抗折強度:26.8MPa混凝土抗拉強度:12.8MPa 混凝土彈性模量:46.8GPa 混凝土抗滲性能P30，P30等級滲水高度 混凝土吸水率:1.13%
混凝土抗碳化性:28天碳化檢測深度為0_
混凝土電通量:0.29*10_12m2/s
混凝土抗凍融性:快速檢驗600次凍融循環無質量損失
內壓抗裂檢驗壓力:1.46MPa恒壓五分鐘無滲水，爆裂現象，升壓到1.62MPa開始出現滲水現象
抗壓荷載檢驗:工作荷載91kN/m，破壞荷載157kN/m 內表面粗糙度系數:曼寧系數約為n=0.011 實施例4
按照如下比例配備混凝土原材料:
平均粒徑3(Γ60 μ m的低堿硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥470份；
平均粒徑0.18 μ m、SiO2含量> 85%的硅灰120份；
平均粒徑1(Γ20 μ m的I級粉煤灰120份(氧化鈣含量< 10%)；
平均粒徑1(Γ30 μ m的S95級以上礦渣粉140份；
粒徑為0.16 1.63mm的石英砂550份；
粒徑為5 14mm的石子840份(壓碎指標小于10%,針片狀含量小于5%,含泥量小于0.5%)；
減水率大于30%的復合高效減水劑16份；
阻銹劑9份；
高效膨脹劑:47份 水145份；
聚丙烯纖維1.0份
直徑為0.18 0.25mm、長度l(Tl5mm的鍍銅鋼纖維130份；
鋼筋網由直徑6.0mm冷拔絲做構造筋(間距為150mm)，直徑7.0mm的冷軋帶肋鋼筋做環向結構筋(間距為50mm)編制而成,保護層厚度為12mm。制備步驟同實施例1，檢測工作度為11.5cm。本實施例制備的輸水管性能如下:混凝土抗壓強度:134MPa 混凝土抗折強度:22.8MPa 混凝土抗拉強度:12.4MPa 混凝土彈性模量:46.3GPa 混凝土抗滲性能P30，P30等級滲水高度 混凝土吸水率:1.19%
混凝土抗碳化性:28天碳化檢測深度為0mm
混凝土電通量:0.33*10_12m2/s
混凝土抗凍融性:快速檢驗600次凍融循環無質量損失 內表面粗糙度系數:曼寧系數約為n=0.011
內壓抗裂檢驗壓力:1.46MPa恒壓五分鐘無滲水，爆裂現象，升壓到1.60MPa開始出現滲水現象
抗壓荷載檢驗:工作荷載77kN/m，破壞荷載160kN/m 實施例5
按照如下比例配備混凝土原材料:
平均粒徑3(Γ60 μ m的低堿硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥480份；
平均粒徑0.18 μ m、SiO2含量彡85%的硅灰100份；
平均粒徑1(Γ20μπι的I級粉煤灰110份(氧化鈣含量< 10%)；
平均粒徑1(Γ30 μ m的S95級以上礦渣粉150份；
粒徑為0.16 1.63mm的石英砂570份；
粒徑為5 14mm的石子850份(壓碎指標小于10%,針片狀含量小于5%,含泥量小于0.5%)；
減水率大于30%的復合高效減水劑17份；
阻銹劑10份;
高效膨脹劑:48份；
水135份；
聚丙烯纖維1.0份
直徑為0.18 0.25mm、長度l(Tl5mm的鍍銅鋼纖維110份；
鋼筋網由直徑6.0mm冷拔絲做構造筋(間距為150mm)，直徑7.0mm的冷軋帶肋鋼筋做環向結構筋(間距為50mm)編制而成,保護層厚度為12mm。制備步驟同實施例1，檢測工作度為6cm，成型稍干。本實施例制備的輸水管性能如下:
混凝土抗壓強度:130MPa
混凝土抗折強度:20.3MPa 混凝土抗拉強度:11.4MPa 混凝土彈性模量:45.5GPa 混凝土抗滲性能P30，P30等級滲水高度 混凝土吸水率:1.09%
混凝土抗碳化性:28天碳化檢測深度為0_混凝土電通量:0.21*10_12m2/s
混凝土抗凍融性:快速檢驗600次凍融循環無質量損失
內壓抗裂檢驗壓力:1.46MPa恒壓五分鐘無滲水，爆裂現象，升壓到1.56MPa開始出現滲水現象
抗壓荷載檢驗:工作荷載68kN/m，破壞荷載167kN/m 內表面較為粗糙，不光滑有輕微露石 實施例6
以內徑1000X3000規格生產為例 本實施例輸水管配比采用表一(Tl、T2、T3)
權利要求
1.一種綠色環保粉末鋼筋混凝土輸水管，由混凝土均勻分布于鋼筋網上制成，其特征在于所述混凝土由如下質量分配比的原料制成: 平均粒徑3(Γ60 μ m的低堿硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥45(Γ500份； 平均粒徑0.18 μ m、SiO2含量彡85%的硅灰90 130份； 平均粒徑10 20 μ m的I級粉煤灰100 130份； 平均粒徑1(Γ30 μ m的S95級以上礦渣粉130 160份； 粒徑為0.16 1.63mm的石英砂520^600份； 粒徑為5 14mm的石子800 880份； 減水率大于30%的復合高效減水劑12 20份； 阻銹劑7 12份； 高效膨脹劑45 50份；水130 150份； 聚丙烯纖維0.8^1.2份 直徑為0.18 0.25mm、長度為l(Tl5mm的鍍銅鋼纖維80 160份； 所述鋼筋網由直徑4.(Γ6.0mm的冷拔絲做構造筋，直徑5.(Tl0.0mm的冷軋帶肋鋼筋做環向結構筋編制而成。
2.如權利要求1所述的綠色環保粉末鋼筋混凝土輸水管，其特征在于所述混凝土由如下質量分配比的原料制成: 平均粒徑3(Γ60 μ m的低堿硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥47(Γ480份； 平均粒徑0.18 μ m、SiO2含量彡85%的硅灰100 120份； 平均粒徑10 20 μ m的I級粉煤灰110 120份； 平均粒徑1(Γ30 μ m的S95級以上礦渣粉14(Tl50份； 粒徑為0.16 1.63mm的石英砂550^570份； 粒徑為5 14mm的石子840 850份； 減水率大于30%的復合高效減水劑16 17份； 阻銹劑9 10份； 高效膨脹劑(UEA) 47 48份； 水135 145份； 聚丙烯纖維0.9 1.1份 直徑為0.18 0.25mm、長度為l(Tl5mm的鍍銅鋼纖維110 130份。
3.如權利要求1或2所述的綠色環保粉末鋼筋混凝土輸水管，其特征在于所述粉煤灰中的氧化鈣含量為< 10%，游離氧化鈣為O。
4.如權利要求1或2所述的綠色環保粉末鋼筋混凝土輸水管，其特征在于所述石子的壓碎指標小于10%、針片狀含量小于5%、含泥量小于0.5%。
5.如權利要求1或2所述的綠色環保粉末鋼筋混凝土輸水管，其特征在于所述鋼筋網含有厚度為l(Tl5mm的保護層。
6.如權利要求1或2所述的綠色環保粉末鋼筋混凝土輸水管，其特征在于所述輸水管的壁厚尺寸為管內徑的1/lf 1/20。
7.如權利要求1或2所述的綠色環保粉末鋼筋混凝土輸水管，其特征在于所述輸水管的結構為剛性體，接口形式為柔性接口，管體長度為2飛米。
8.權利要求1所述的綠色環保粉末鋼筋混凝土輸水管的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將聚丙烯纖維、鍍銅鋼纖維和石英砂加入攪拌機攪拌2 3分鐘至分散均勻； (2)向攪拌機中加入水泥、硅灰、粉煤灰及礦粉繼續攪拌f2分鐘至均勻備用； (3)向上述備用材料中依次加入阻銹劑、復合高效減水劑、高效膨脹劑和水繼續攪拌2^3分鐘至分散均勻； (4)加入石子攪拌f2分鐘后得到綠色環保碎石活性粉末混凝土 ； (5)通過布料機將上述混凝土均勻分布在裝有鋼筋網的輸水管模具中，采用振動或者離心工藝密實成型，經過養護后得到所述輸水管。
9.如權利要求8所述的制備方法，其特征在于所述養護為自然養護，管道檢驗指標評定以56天為準。
10.如權利要求8所述的制備方法，其特征在于所述養護為自然養護31小時候后進行遠紅外線加熱養護5 7小時，溫度范圍為90±5°C，升降溫速率不超過20°C /小時，管道檢驗以恒溫5 7小時后的 指標為評定。
全文摘要
本發明屬于輸水工程領域，具體涉及一種混凝土輸水管。本發明的輸水管由混凝土均勻分布于鋼筋網上制成，所述混凝土由如下質量分配比的原料制成平均粒徑30~60μm的低堿硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥450~500份；平均粒徑0.18μm、SiO2含量≥85%的硅灰90~130份；平均粒徑10~20μm的Ⅰ級粉煤灰100~130份；平均粒徑10~30μm的S95級以上礦渣粉130~160份；粒徑為0.16~1.63mm的石英砂520~600份；粒徑為5~14mm的石子800~880份；減水率大于30%的復合高效減水劑12~20份；阻銹劑7~12份；高效膨脹劑45~50份；水130~150份；聚丙烯纖維0.8~1.2份；直徑為0.18~0.25mm、長度為10~15mm的鍍銅鋼纖維80~160份；所述鋼筋網由直徑4.0~6.0mm的冷拔絲做構造筋，直徑5.0~10.0mm的冷軋帶肋鋼筋做環向結構筋編制而成。
文檔編號C04B28/04GK103224356SQ20131004863
公開日2013年7月31日 申請日期2013年2月7日 優先權日2013年2月7日
發明者黃賀明, 劉福財 申請人:黃賀明