本发明涉及一种高性能管桩混凝土材料的制备方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术：
预应力高强混凝土管桩（phc管桩）是采用先张法预应力，成型过程中采用离心脱水成型工艺，经常压蒸养和高温高压蒸养二次养护而成的一种空心圆筒体的等截面混凝土构件。phc管桩可以通过静压法或锤击法使其沉入地下成为构筑物的基础，具有质量可靠、经济实用、适应性强、施工方便、造价较低等优点，广泛应用于工业和民用建筑、港口码头、水利、铁路、桥梁等建筑工程中。
目前phc管桩的材料体系通常以磨细石英砂作为主要矿物掺合料，养护过程中先在90℃左右进行常压蒸汽养护，管桩脱模后进入高压釜养护，压蒸养护的温度为180~200℃，压力约为1mpa。在目前的材料体系和养护工艺条件下，所生产的phc管桩3天抗压强度通常可达80mpa，—周内即可出厂投入使用，具有生产周期短、质量稳定等优点。然而，随着经济社会的迅速发展，各种能源资源迅速消耗，能源紧张与环境污染正成为制约经济发展的重要因素，并将成为制约世界可持续发展的关键问题。phc管桩生产所需的养护热能主要来自于煤的燃烧，所采用的高温高压蒸汽养护能耗巨大。
由于phc管桩强度高，其耐久性问题往往被忽视。然而随着混凝土工程形式日趋复杂，管桩的应用范围不断扩大，phc管桩能否适用于海洋、寒冷、盐碱、大温差等恶劣环境地区的土建工程，受到专家学者和行业人员的日益关注。目前已有学者对管桩的耐久性问题进行了初步研究，研究结果表明经过高温高压蒸养的phc管桩存在耐久性问题，如抗冻性普遍不足，抗侵蚀性能较差等，尤其是当生产工艺出现波动时，其耐久性问题更加突出。phc管桩的耐久性问题与其材料体系、养护工艺等是密切相关的。
蒸汽养护下，水化产物迅速生成而导致不均匀分布，硬化的水化产物在未水化颗粒表面附着并形成致密的保护层，从而阻止未水化颗粒的进一步水化。在塑性状态的混凝土中存在着气相、液相和固相，其中气相和液相的热膨胀系数远大于固相，当混凝土结构升温时，由于气、液、固三相的热不相容性导致混凝土孔结构的粗大化和界面过渡区孔隙率的增加。不充分的水化、水化产物不均匀分布和孔结构的劣化等是导致蒸养条件下混凝土结构后期强度和耐久性受到影响的内在因素。
传统的phc管桩生产过程包括预应力钢筋的张拉、钢筋入模、混凝土浇筑、离心成型、蒸汽养护、脱模、高压蒸汽养护等阶段，其中离心成型、蒸汽养护和高压蒸汽养护对phc管桩的性能影响最大。常压蒸汽养护温度为80~100℃，经过静停、升温、恒温、降温四个阶段，时间为6小时左右。达到脱模强度之后，再进行高温髙压养护，压力达到1mpa，温度为180℃左右，时间为6~8小时。经过高压反应之后，混凝土中形成大量的托贝莫来石晶体，因其具有高强度、高耐热性以及很低的热收缩性能，所以phc管桩强度得到很大提高。
随着phc管桩在土木工程、道桥基础建设以及港口工程等中的应用，一方面其为社会带来的经济效益逐渐増加，但是另一方面它产生的不利影响和潜在问题也越来越受到人们的广泛关注。环保、节能、安全生产已经成为社会发展的必然趋势，因此，开发出新型的高性能管桩混凝土材料对管桩行业的发展有着重要的经济意义。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题：针对现有phc管桩耐久性不足的问题，提供了一种高性能管桩混凝土材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）将小麦麸皮破碎，并过100～120目筛，即得小麦麸皮粉，将小麦麸皮粉和1mol/l的磷酸盐缓冲溶液混合，搅拌处理，即得混合浆料，将混合浆料置于离心机中，离心处理，收集上清液，按质量比1∶5将50%饱和硫酸铵和上清液混合进行沉淀，过滤即得滤渣，按质量比1∶3将滤渣和去离子水混合均匀，即得混合液，将混合液透析处理，即得透析液，将透析液浓缩干燥处理，即得基体；
（2）取基体、1mol/l的磷酸盐缓冲溶液、纳米纤维素晶须、引发剂过硫酸钾钾，将基体和1mol/l的磷酸盐缓冲溶液混合，超声分散3～5min，即得悬浮液，在悬浮液中加入纳米纤维素晶须和引发剂过硫酸钾，在温度为80～90℃下搅拌40～50min，即得接枝物，将接枝物在流水中快速冷却后，置于温度为3～5℃下静置20～24h，破碎，即得填料；
（3）取水泥、填料、粗集料、细集料河砂、聚羧酸系高效减水剂、矿物掺合料、去离子水，将水泥、填料、粗集料、细集料河砂、聚羧酸系高效减水剂、矿物掺合料、去离子水混合，搅拌处理，即得混合砂浆，将混合砂浆进行养护处理，即得高性能管桩混凝土材料。
步骤（1）所述的搅拌处理步骤为：按质量比1∶5将小麦麸皮粉和1mol/l的磷酸盐缓冲溶液混合，在搅拌速度为300～400r/min下搅拌1～2h。
步骤（1）所述的离心处理步骤为：将混合浆料置于离心机中，在转速为3000～4000r/min下离心3～5min。
步骤（1）所述的透析处理步骤为：将混合液用截流相对分子质量3.5kda的透析膜对纯水透析10～12h。
步骤（1）所述的浓缩干燥处理步骤为：将透析液浓缩至原来体积的1/2后，并置于温度为-30～-40℃下冷冻干燥6～8h。
步骤（2）所述的基体、1mol/l的磷酸盐缓冲溶液、纳米纤维素晶须、引发剂过硫酸钾之间的比例分别为：按重量份数计，分别称取40～50份基体、50～80份1mol/l的磷酸盐缓冲溶液、20～30份纳米纤维素晶须、1～3份引发剂过硫酸钾。
步骤（3）所述的粗集料的制备步骤为：按质量比1∶1将5～10mm的碎石和10～20mm的碎石混合，即得粗集料；矿物掺合料的制备步骤为：按质量比1∶1将粉煤灰和石粉混合均匀，即得矿物掺合料。
步骤（3）所述的水泥、填料、粗集料、细集料河砂、聚羧酸系高效减水剂、矿物掺合料、去离子水之间的比例分别为：按重量份数计，分别称取40～60份水泥、20～40份填料、20～30份粗集料、20～30份细集料河砂、1～5份聚羧酸系高效减水剂、5～15份矿物掺合料、100～150份去离子水。
步骤（3）所述的搅拌处理步骤为：将水泥、填料、粗集料、细集料河砂、聚羧酸系高效减水剂、矿物掺合料、去离子水混合，在搅拌速度为500～700r/min下搅拌30～50min。
步骤（3）所述的养护处理步骤为：将混合砂浆倒入40mm×40mm×160mm的模具中，在室温下静停6～8h后，在温度为80～90℃下蒸汽养护6～8h，冷却至室温脱模。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明从小麦麸皮中提取抗冻蛋白，制备出一种抗冻蛋白凝胶，将纤维素晶须接枝到抗冻蛋白凝胶作为混凝土材料的填料，以水泥为原料，结合粗集料、细集料、矿物掺合料和填料，制备出高性能管桩混凝土材料，具有良好的耐久性，抗冻蛋白通过将自身吸附到冰晶表面从而阻碍冰晶生长，使得制备的混凝土材料具有良好的抗冻性，纤维素晶须的加入，使得制备的混凝土材料具有高强度、高模量和高伸长率；
（2）本发明制备的混凝土材料在结晶过程中，抗冻蛋白能降低溶液的冰点，而其熔点（熔点一般接近0℃）基本不变，这种冰点与熔点之间的差异称为热滞活性；在结晶过程中，afp吸附在冰晶表面，通过kelvin效应抑制其生长。一般而言，冰晶在生长过程中垂直于其表面，当存在afp时，其将吸附在冰晶表面，冰晶生长通路被阻碍，因此冰晶表面的曲率增大，使其表面积增大，导致表面张力增大，冰晶表面积的增大也将使体系的平衡发生改变，导致整个体系的冰点降低；
（3）本发明中加入的纤维素纳米晶须与水泥分子会有物理缠绕，由于纤维素纳米晶须的直线型钢性结构，这些缠绕会使混凝土材料的拉伸强度提高；纳米纤维素晶须长度10～1000nm，横截面尺寸只有5～20nm，长度与横截面尺寸之比（长径比）为1∶100，是一种尺寸细小的高结晶度的纤维材料，具有纳米及微米尺寸的纤维素晶须，拥有较高的强度与模量；纳米纤维素晶须结晶性高、亲水性强、强度大，具有特殊的光学性质、流变性能和机械性能，有着广泛的用途；特别是其具有生物相容性和生物可降解性；
（4）本发明中添加的矿物掺合料在混凝土中的作用机理主要包括化学反应性、微集料效应、增塑效应和界面增强性；其中，化学反应性是指矿物掺合料中的活性成分能与水泥水化生成的氢氧化钙发生反应，减少水化产物中氢氧化钙含量，增加水化凝胶含量，提高混凝土力学性能和耐久性；微集料效应指一些超细矿物掺合料在水泥基材料中发挥填充作用，实现固体颗粒间的密实堆积，从而提高了水泥基材料的密实度，此效应是在极低水胶比条件下配制超高强混凝土的一项关键因素；增塑效应指一些表面光滑的球形掺合料，如粉煤灰等，在水泥浆体中能起到“滚珠轴承”的作用，从而改善新拌混凝土的和易性，提高混凝土工作性能。
具体实施方式
将小麦麸皮破碎，并过100～120目筛，即得小麦麸皮粉，按质量比1∶5将小麦麸皮粉和1mol/l的磷酸盐缓冲溶液混合，在搅拌速度为300～400r/min下搅拌1～2h，即得混合浆料，将混合浆料置于离心机中，在转速为3000～4000r/min下离心3～5min，收集上清液，按质量比1∶5将50%饱和硫酸铵和上清液混合进行沉淀，过滤即得滤渣，按质量比1∶3将滤渣和去离子水混合均匀，即得混合液，将混合液用截流相对分子质量3.5kda的透析膜对纯水透析10～12h，即得透析液，将透析液浓缩至原来体积的1/2后，并置于温度为-30～-40℃下冷冻干燥6～8h，即得基体；按重量份数计，分别称取40～50份基体、50～80份1mol/l的磷酸盐缓冲溶液、20～30份纳米纤维素晶须、1～3份引发剂过硫酸钾，将基体和1mol/l的磷酸盐缓冲溶液混合，超声分散3～5min，即得悬浮液，在悬浮液中加入纳米纤维素晶须和引发剂过硫酸钾，在温度为80～90℃下搅拌40～50min，即得接枝物，将接枝物在流水中快速冷却后，置于温度为3～5℃下静置20～24h，破碎，即得填料；按质量比1∶1将粉煤灰和石粉混合均匀，即得矿物掺合料，按质量比1∶1将5～10mm的碎石和10～20mm的碎石混合，即得粗集料，按重量份数计，分别称取40～60份水泥、20～40份填料、20～30份粗集料、20～30份细集料河砂、1～5份聚羧酸系高效减水剂、5～15份矿物掺合料、100～150份去离子水，将水泥、填料、粗集料、细集料河砂、聚羧酸系高效减水剂、矿物掺合料、去离子水混合，在搅拌速度为500～700r/min下搅拌30～50min，即得混合砂浆，将混合砂浆倒入40mm×40mm×160mm的模具中，在室温下静停6～8h后，在温度为80～90℃下蒸汽养护6～8h，冷却至室温脱模，即得高性能管桩混凝土材料。
将小麦麸皮破碎，并过100目筛，即得小麦麸皮粉，按质量比1∶5将小麦麸皮粉和1mol/l的磷酸盐缓冲溶液混合，在搅拌速度为300r/min下搅拌1h，即得混合浆料，将混合浆料置于离心机中，在转速为3000r/min下离心3min，收集上清液，按质量比1∶5将50%饱和硫酸铵和上清液混合进行沉淀，过滤即得滤渣，按质量比1∶3将滤渣和去离子水混合均匀，即得混合液，将混合液用截流相对分子质量3.5kda的透析膜对纯水透析10h，即得透析液，将透析液浓缩至原来体积的1/2后，并置于温度为-30℃下冷冻干燥6h，即得基体；按重量份数计，分别称取40份基体、50份1mol/l的磷酸盐缓冲溶液、20份纳米纤维素晶须、1份引发剂过硫酸钾，将基体和1mol/l的磷酸盐缓冲溶液混合，超声分散3min，即得悬浮液，在悬浮液中加入纳米纤维素晶须和引发剂过硫酸钾，在温度为80℃下搅拌40min，即得接枝物，将接枝物在流水中快速冷却后，置于温度为3℃下静置20h，破碎，即得填料；按质量比1∶1将粉煤灰和石粉混合均匀，即得矿物掺合料，按质量比1∶1将5mm的碎石和10mm的碎石混合，即得粗集料，按重量份数计，分别称取40份水泥、20份填料、20份粗集料、20份细集料河砂、1份聚羧酸系高效减水剂、5份矿物掺合料、100份去离子水，将水泥、填料、粗集料、细集料河砂、聚羧酸系高效减水剂、矿物掺合料、去离子水混合，在搅拌速度为500r/min下搅拌30min，即得混合砂浆，将混合砂浆倒入40mm×40mm×160mm的模具中，在室温下静停6h后，在温度为80℃下蒸汽养护6h，冷却至室温脱模，即得高性能管桩混凝土材料。
将小麦麸皮破碎，并过110目筛，即得小麦麸皮粉，按质量比1∶5将小麦麸皮粉和1mol/l的磷酸盐缓冲溶液混合，在搅拌速度为350r/min下搅拌1h，即得混合浆料，将混合浆料置于离心机中，在转速为3500r/min下离心4min，收集上清液，按质量比1∶5将50%饱和硫酸铵和上清液混合进行沉淀，过滤即得滤渣，按质量比1∶3将滤渣和去离子水混合均匀，即得混合液，将混合液用截流相对分子质量3.5kda的透析膜对纯水透析11h，即得透析液，将透析液浓缩至原来体积的1/2后，并置于温度为-35℃下冷冻干燥7h，即得基体；按重量份数计，分别称取45份基体、65份1mol/l的磷酸盐缓冲溶液、25份纳米纤维素晶须、2份引发剂过硫酸钾，将基体和1mol/l的磷酸盐缓冲溶液混合，超声分散4min，即得悬浮液，在悬浮液中加入纳米纤维素晶须和引发剂过硫酸钾，在温度为85℃下搅拌45min，即得接枝物，将接枝物在流水中快速冷却后，置于温度为4℃下静置22h，破碎，即得填料；按质量比1∶1将粉煤灰和石粉混合均匀，即得矿物掺合料，按质量比1∶1将8mm的碎石和15mm的碎石混合，即得粗集料，按重量份数计，分别称取50份水泥、30份填料、25份粗集料、25份细集料河砂、3份聚羧酸系高效减水剂、10份矿物掺合料、125份去离子水，将水泥、填料、粗集料、细集料河砂、聚羧酸系高效减水剂、矿物掺合料、去离子水混合，在搅拌速度为600r/min下搅拌40min，即得混合砂浆，将混合砂浆倒入40mm×40mm×160mm的模具中，在室温下静停7h后，在温度为85℃下蒸汽养护7h，冷却至室温脱模，即得高性能管桩混凝土材料。
将小麦麸皮破碎，并过120目筛，即得小麦麸皮粉，按质量比1∶5将小麦麸皮粉和1mol/l的磷酸盐缓冲溶液混合，在搅拌速度为400r/min下搅拌2h，即得混合浆料，将混合浆料置于离心机中，在转速为4000r/min下离心5min，收集上清液，按质量比1∶5将50%饱和硫酸铵和上清液混合进行沉淀，过滤即得滤渣，按质量比1∶3将滤渣和去离子水混合均匀，即得混合液，将混合液用截流相对分子质量3.5kda的透析膜对纯水透析12h，即得透析液，将透析液浓缩至原来体积的1/2后，并置于温度为-40℃下冷冻干燥8h，即得基体；按重量份数计，分别称取50份基体、80份1mol/l的磷酸盐缓冲溶液、30份纳米纤维素晶须、3份引发剂过硫酸钾，将基体和1mol/l的磷酸盐缓冲溶液混合，超声分散5min，即得悬浮液，在悬浮液中加入纳米纤维素晶须和引发剂过硫酸钾，在温度为90℃下搅拌50min，即得接枝物，将接枝物在流水中快速冷却后，置于温度为5℃下静置24h，破碎，即得填料；按质量比1∶1将粉煤灰和石粉混合均匀，即得矿物掺合料，按质量比1∶1将10mm的碎石和20mm的碎石混合，即得粗集料，按重量份数计，分别称取60份水泥、40份填料、30份粗集料、30份细集料河砂、5份聚羧酸系高效减水剂、15份矿物掺合料、150份去离子水，将水泥、填料、粗集料、细集料河砂、聚羧酸系高效减水剂、矿物掺合料、去离子水混合，在搅拌速度为700r/min下搅拌50min，即得混合砂浆，将混合砂浆倒入40mm×40mm×160mm的模具中，在室温下静停8h后，在温度为90℃下蒸汽养护8h，冷却至室温脱模，即得高性能管桩混凝土材料。
对照例：东莞某公司生产的管桩混凝土材料。
将实施例及对照例制备得到的管桩混凝土材料进行检测，具体检测如下：
抗压强度：测试方法与步骤按照gb/t50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行。
快速电通量：按照astmc-1202法进行，电通量测试采用北京耐久伟业科技有限公司的nj-dtl混凝土氯离子电通量测定仪进行测试。
快速冻融测试：采用北京耐久伟业科技有限公司的njdr型微机全自动混凝土快速冻融试验设备进行，每50次冻融循环之后测试试件的质量和动弹性模量，计算出试件的相对动弹性模量和质量损失率，当相对动弹性模量低于60%，或质量损失率超过5%，或达到规定的冻融循环次数时，试验终止。
具体测试结果如表1。
表1性能表征对比表
由表1可知，本发明制备的管桩混凝土材料具有良好的力学性能和耐久性。