一种基于内养护、补偿收缩与增韧的低收缩抗裂c60级自密实桥塔混凝土及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种基于内养护、补偿收缩与增韧的低收缩 抗裂C60级自密实桥塔混凝土及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 斜拉桥凭借其优雅的外形、超大的跨径、超强的通航能力以及轻盈的结构，正得到 越来越广泛的应用。桥塔是斜拉桥的主要承重结构，承受着桥梁所带来的巨大索力，其力学 性能与耐久性能决定着整个桥梁的使用寿命。而超高桥塔布筋密集、高度大、截面尺寸大， 需要桥塔混凝土具有高流动性能、低温升以及高体积稳定性能。
[0003] 然而现阶段所应用的桥塔高性能混凝土普遍存在以下问题：（1)所用外加剂对水 泥的分散能力有限，混凝土中存在10%左右的水泥颗粒没有得到充分水化，只是起着惰性 填充的作用，因此，导致桥塔混凝土水泥与胶凝材料用量普遍较高，混凝土绝热温升大，收 缩大，易开裂；(2)在高强混凝土中掺加膨胀剂进行补偿收缩，由于混凝土水胶比低，在水 化后期没有足够的水分可供膨胀剂反应，其膨胀效能难以发挥，起不到应有的补偿收缩效 果；（3)以SAP为代表的内养护材料对溶液pH值较为敏感，在溶液pH值上升后将在短时间 内急剧释水，影响混凝土工作性能与力学性能；(4)桥塔的结构特点及其服役环境，要求桥 塔混凝土具有良好的抗裂性能与耐久性能，目前普遍采用的抗裂措施为纤维阻裂，然而，普 通外加剂对混凝土的降粘保塑效果有限，在低水胶比高强混凝土中掺加纤维后，将严重影 响混凝土的工作性能，难以实现其自密实与超高程栗送。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种基于内养护、补偿收缩与增韧的低收缩抗裂C60级自密 实桥塔混凝土及其制备方法，所述混凝土具有水泥用量低、自密实性能好、收缩率低和抗裂 性能好的特点，且制备方法简单，适合推广应用。
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
[0006] -种基于内养护、补偿收缩与增韧的低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土，各组 分及含量为：水泥280~340kg/m3,粉煤灰60~100kg/m3,矿粉50~100kg/m3,膨胀剂20~ 40kg/m3,AN-ICA内养护剂 0? 5 ~0? 8kg/m3,碎石 1000 ~1100kg/m3,河砂 720 ~850kg/m3， 聚丙烯腈纤维〇. 8~1. 2kg/m3,微米级改性脱脂棉纤维素0. 8~1. 2kg/m3,水泥浆体微结构 调控剂3. 0~5.Okg/m3,水150~160kg/m3,超分散减水减缩保塑外加剂6. 5~9. 5kg/m。
[0007] 上述方案中，所述水泥为P. 052. 5普通硅酸盐水泥。
[0008] 上述方案中，所述粉煤灰为I级粉煤灰。
[0009] 上述方案中，所述矿粉为S95级粒化高炉矿粉（矿渣粉）。
[0010] 上述方案中，所述膨胀剂为II型硫铝酸钙-氧化钙型膨胀剂（EAACII，7d水中 限制膨胀率0.08% )。
[0011] 上述方案中，所述AN-ICA内养护剂（阴-非离子型聚合物内养护材料）为武汉理 工大学刘荣进博士论文《有机-无机复合混凝土内养护材料设计、合成与性能研究》中所述 的有机-无机型木薯淀粉改性聚合物，为淀粉分子链上接枝非离子型酰胺基团和强阴离子 型磺酸基团形成的线型长链不饱和烃支链型聚合物，其电荷密度为20~25%，吸水倍率达 210~287,保水率达80%以上。
[0012] 上述方案中，所述碎石为4~27_连续级配的石灰石碎石。
[0013] 上述方案中，所述河砂为中砂，细度模数2. 4~2. 8。
[0014] 上述方案中，所述微米级改性脱脂棉纤维素是将脱脂棉经质量浓度为40~45% 的硫酸溶液催化处理4h后，进行抽滤烘干得到的微米级改性脱脂棉纤维素，直径为15~ 30nm，平均长度为150~250nm。
[0015] 上述方案中，所述水泥浆体微结构调控剂为3, 4, 9, 10-茈四甲酸酐（PAT)，其分子 式为C24Hs06，结构式见式I。
[0016]
[0017] 上述方案中，所述水为普通自来水。
[0018] 上述方案中，所述超分散减水减缩保塑外加剂的制备方法包括以下步骤：
[0019] 1)以甲基烯丙醇、氨水和环氧丙烷为原料，甲基烯丙醇钠或甲基烯丙醇钾为催化 剂，在压力为0. 10~0. 40MPaG、温度为50~150°C的条件下反应3~7h，制得甲基烯丙醇聚 氧丙烯醚与三异丙醇胺的混合物，其中甲基烯丙醇、氨水和环氧丙烷的摩尔比为1: (〇. 2~ 0. 5) : (5. 0~78. 0)，催化剂的添加量为甲基烯丙醇质量的0. 10~0. 60% ;
[0020] 2)以步骤1)制得的甲基烯丙醇聚氧丙烯醚与三异丙醇胺的混合物、丙烯酸磺酸 钠、甲基丙烯酸酯和水为原料，加入带有回流冷凝器、温度计和滴液漏斗的三口烧瓶中，加 热升温至60~90°C，并在2~2. 5h内匀速滴加丙烯酸和过硫酸铵溶液，保温反应1. 0~ 1. 5h，停止加热，降温至40~50°C加入NaOH溶液将溶液pH值调节至6~8,搅拌20~25min 放料，得到超分散保坍型聚羧酸减水剂A;该步骤中各原料所占质量百分比为：甲基烯丙醇 聚氧丙烯醚与三异丙醇胺的混合物80~90%、丙烯酸磺酸钠1~5%、甲基丙烯酸酯5~ 10%、水1~5%;过硫酸铵溶液中过硫酸铵的质量为甲基丙烯酸酯质量的2. 0%，丙烯酸为 甲基丙烯酸酯摩尔量的3. 75 ;
[0021] 3)以甲基丙烯酸、聚丙二醇单甲醚为原料，甲苯磺酸为催化剂、对苯二酚为阻聚 剂，在65~75°C的温度下，反应8~9h，得具有超分散减水功能的甲基丙烯酸聚丙二醇单 甲醚单体，其中甲基丙烯酸和聚丙二醇单甲醚的摩尔比为（1. 15~1. 20) :1，催化剂和阻聚 剂的添加量分别为甲基丙烯酸和聚丙二醇单甲醚总质量的1. 5%和0. 5%;将二丙二醇单丁 醚和马来酸酐以（1~2) :1的摩尔比，在100~140°C下反应3~5h，缩合成具有减缩功能 的缩二乙二醇二丙二醇单丁醚单体；
[0022] 4)按以下质量配比：甲基丙烯酸聚丙二醇单甲醚单体75~85%、缩二乙二醇二丙 二醇单丁醚单体1~5%、甲基丙烯酸5~10%、二甲胺基乙醇1~5%、甲基丙烯磺酸钠 1~5%，将步骤3)中制备的甲基丙烯酸聚丙二醇单甲醚单体和缩二乙二醇二丙二醇单丁 醚单体升温到90~100°C后滴加甲基丙烯酸、二甲胺基乙醇和甲基丙烯磺酸钠进行反应， 反应5~7h后（反应结束）加入NaOH溶液调节PH至中性，得到减缩型聚羧酸减水剂B;
[0023] 5)按以下质量配比：超分散保坍型聚羧酸减水剂A40~60%、减缩型聚羧酸减水 剂B38~55%、葡萄糖酸钠2~5%，将步骤2)制备的超分散保坍型聚羧酸减水剂A、步骤 4)制备的减缩型聚羧酸减水剂B和葡萄糖酸钠进行复配，得所述的超分散减水减缩保塑外 加剂。
[0024] 上述一种基于内养护、补偿收缩与增韧的低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土的 制备方法，它包括以下步骤：
[0025] 1)原料的称取，按以下配比称取各原料：水泥280~340kg/m3,粉煤灰60~ 100kg/m3,矿粉 50 ~100kg/m3,膨胀剂 20 ~40kg/m3,AN-ICA内养护剂 0. 5 ~0. 8kg/m3,碎 石1000~1100kg/m3,河砂720~850kg/m3,聚丙稀腈纤维0? 8~1. 2kg/m3,微米级改性脱 脂棉纤维素0. 8~1. 2kg/m3,水泥衆体微结构调控剂3. 0~5.Okg/m3,水150~160kg/m3， 超分散减水减缩保塑外加剂6. 5~9. 5kg/m3;
[0026] 2)将称量好的水泥、粉煤灰、矿粉、膨胀剂、AN-ICA内养护剂、水泥浆体微结构调 控剂与碎石、河砂加入搅拌机中进行干拌，在干拌的过程中将称取的聚丙烯腈纤维与微米 级改性脱脂棉纤维素加入搅拌机中，充分干拌均匀，防止纤维产生团聚现象；
[0027] 3)将称取好的水与超分散减水减缩保塑外加剂加入搅拌机中，搅拌5~10min后， 即得所述的低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土。
[0028] 根据上述方法制备的低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土，其初始坍落度 彡230mm，扩展度彡630mm，28d抗压强度彡70MPa，28d劈裂抗拉强度彡5. 8MPa，韧性指