一种高钛重矿渣砂c50自密实微膨胀钢管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，具体涉及一种高钛重矿渣砂C50自密实微膨胀钢管混 凝土及其制备方法。
【背景技术】
[0002] C50自密实微膨胀钢管混凝土主要应用于钢管混凝土拱桥和钢管混凝土桁架桥的 上下弦管顶升灌注以及钢管混凝土墩柱高抛灌注。因施工工艺及服役环境，要求钢管混凝 土具有良好的流动性、粘聚性、低含气量、微膨胀等特点。然而普通C50混凝土保塑性能差， 满足不了钢管混凝土长距离栗送顶升和高抛灌注，易造成堵管和钢管混凝土脱空；同时水 泥和胶凝材料用量较多，易产生较大的温度收缩和自收缩，亦会加剧钢管与核心混凝土间 "脱粘"，影响结构的协同性。
[0003] 通过在混凝土中掺入普通的膨胀剂进行补偿收缩，由于钢管核心混凝土处于绝湿 密封环境中，后期水分供应不足，影响膨胀剂对混凝土的补偿收缩作用的发挥，使混凝土在 后期未能持续稳定膨胀。而高钛重矿渣来源于钢铁厂高炉炼铁时得到的无水化活性的废 渣，利用高钛重矿渣砂替代河砂制备C50自密实微膨胀钢管混凝土，能有效缓解大量高炉 炼铁工业废渣亟需处理所带来的环境压力，同时其多孔结构具有的"吸水-释水"效应对混 凝土起到内养护作用，为膨胀剂后期水化补充水分，提高混凝土膨胀性能。但高钛重矿渣砂 因其多棱角多孔特性，采用普通的减水剂制备的混凝土，在相同的胶凝材料用量下其易泌 水离析，保塑性能差，难以实现自密实性能，因而水泥与胶凝材料的用量较高。本发明所使 用的增粘保塑超分散外加剂，减少水泥与胶凝材料的用量，让水泥与胶凝材料分散均匀，进 而增大其水化程度，所生成的产物网络交织错杂，进而提高混凝土的强度。因此进一步探索 利用高钛重矿渣砂替代河砂制备C50自密实微膨胀钢管混凝土将具有重要的环保意义及 工程应用价值。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种高钛重矿渣砂C50自密实微膨胀钢管混凝土及其制备 方法，该混凝土具有良好的流动性、粘聚性、低含气量、微膨胀性与高耐久的特点，可有效解 决钢管混凝土灌注不密实易脱空的问题。
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
[0006] -种高钛重矿渣砂C50自密实微膨胀钢管混凝土，其各组分及含量为：水泥360~ 400kg/m3,粉煤灰60~100kg/m3,复合膨胀剂40~60kg/m3,碎石1000~1100kg/m 3,高钛 重矿渣砂733~787kg/m3,增粘保塑超分散外加剂6. 8~8. 4kg/m3,微米级改性脱脂棉纤维 素 0· 5 ~1.0 kg/m3,水 150 ~160kg/m3。
[0007] 上述方案中，所述复合膨胀剂为以GzlA3犮-Ca:SCV2Hi〇-CaO-MgO为膨胀源，其制 备方法包括以下步骤：
[0008] 1)以石灰石、铝矾土和石膏为原料，混合粉磨均化后在1300~1350°C的温度下煅 烧40~60min，自然冷却后粉磨至80 μ m方孔筛余< 10%，得HCSA膨胀组分；其中各原料 所占质量百分数为：石灰石48~50%、铝矾土 14~16%、石膏35~37%，并控制Al2O3/ SO3S 0. 5~0. 55,碱度系数Cni为3. 1~3. 5 ;所得HCSA膨胀组分包含的矿物组成中CaO、 C4Aj和CaSO4K占质量百分数分别为45~55%、15~20%和15~25% ;
[0009] 2)以方镁石为原料，将其粉磨后在1400~1500°C下煅烧1~I. 2h，自然冷却后粉 磨至80 μ m方孔筛余< 10 %，得MgO膨胀组分；
[0010] 3)将步骤1)制备的HCSA膨胀组分、步骤2)制备的MgO膨胀组分（延迟膨胀组 分）、石膏和硼酸（白色粉末状结晶，有滑腻手感，无臭味，密度约为1.44g/cm3)进行复配， 得所述的复合膨胀剂，其中各组分所占质量百分数为：HCSA膨胀组分55~60%、MgO膨胀 组分28~32%、石膏10~15%、硼酸0.3~0.5%。
[0011] 上述方案中，所述增粘保塑超分散外加剂的制备方法包括以下步骤：
[0012] 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: (0. 2~0. 5) : (5. 0~78. 0)，催化剂的用量为甲基烯丙醇质量的0. 10~0. 60% ;
[0013] 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，在2~2. 5h内匀速滴加丙烯酸和过硫酸铵溶液，保温反应I. 0~ I. 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 甲基丙烯酸酯的摩尔数的3. 75 ;
[0014] 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；
[0015] 4)根据以下质量配比：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~KKTC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后加入NaOH溶液调节PH至中性，得到减缩型聚羧酸减水剂B ;
[0016] 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、葡萄糖酸钠、纳米SiO2 (增粘剂，为无定形的白色粉末状颗粒，粒径25~35nm， 具有超强的水溶性、悬浮性）、有机硅消泡剂和水进行复配，得所述的增粘保塑超分散外加 剂；其中各组分所占的质量百分数分别为：超分散保坍型聚羧酸减水剂A 20%、减缩型聚 羧酸减水剂B 30%、葡萄糖酸钠3~4. 7%、纳米SiO2O. 2~0. 3%、有机硅消泡剂0. 03~ 0· 04%、水 45 ~46%。
[0017] 上述方案中，所述的高钛重矿渣砂是将高炉冶炼钒钛磁铁矿时产生的熔融矿渣在 空气中经自然冷却或水冷后，经磁选、破碎、筛分加工而成的粒径小于4. 75_的细集料，内 部为多孔结构，其孔隙率为15~25 %，吸水率为8~12 %，表观密度为3100~3400kg/m3， 堆积密度为1600~1750kg/m3,细度模数为2. 6~3. 0,粉尘质量含量为5~10%。
[0018] 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150~250nm。
[0019] 上述方案中，所述碎石（粗骨料）为5~25mm连续级配的石灰石碎石，针片状含 量< 4%，压碎值< 14%;所述水泥为普通硅酸盐水泥，其强度等级为42.5及以上，比表面 积>350m2/kg ;所述粉煤灰为F类的I级或II级灰中的一种或二者按任意比例混合。
[0020] 上述一种高钛重矿渣砂C50自密实微膨胀钢管混凝土的制备方法，它包括以下步 骤：
[0021 ] 1)原料的称取，按以下配比称取各原料：水泥360~400kg/m3,粉煤灰60~ 100kg/m