一种c30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C30自密实微膨胀钢管混凝土及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] C30自密实微膨胀钢管混凝土主要应用在大管径薄壁钢管混凝土水下粧、钢管混 凝土桁架梁桥的上下钢管混凝土弦管以及钢管混凝土墩柱。其中，钢管混凝土水下粧因配 筋密集、灌注深度大，混凝土浇筑施工困难，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。若混凝土性能达不到设计施工要求，易出现断粧、灌注不密实脱空 的问题。钢管混凝土墩柱多采用高抛灌注，抛落高度一般在10~20m，普通C30混凝土在此 条件下易离析分层，进而降低结构的承载能力；钢管混凝土桁架梁桥的上下钢管混凝土弦 管采用栗送顶推灌注，普通C30混凝土因其包裹性、自密实性不良，含气量高，易造成堵管 和钢管混凝土脱空，因此上述结构均要求C30混凝土流动性、均匀性、粘聚性良好，含气量 低，达到自密实微膨胀性能。
[0003] 目前钢管混凝土多为C50~C80等级，因胶凝材料用量多，混凝土粘聚性好，易达 到自密实。相对而言C30混凝土的胶凝材料质量较少，新拌混凝土粘结性差，为实现浆体完 全包裹骨料，从而满足自密实混凝土高流态的要求很难达到。实际中通常引入增粘组分，通 过增加水泥浆体的粘度提高其保水性，但增粘组分的加入改变了浆体的界面张力，带来额 外的引气作用，会进一步导致混凝土含气量的增大，影响钢管混凝土的服役特性。同时钢管 自密实混凝土较普通混凝土胶凝材料用量、砂率、水胶比大，粗骨料用量和粒径均较小，容 易产生较大的温度收缩和自收缩，导致钢管与核心混凝土之间"脱粘"，影响结构的协同性， 缩短服役寿命。掺入普通的膨胀剂补偿混凝土收缩，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，存在市售的膨胀剂早期膨胀速率过快，稳定性差，对后期水分补 充依赖程度高、且膨胀行为不可调控的问题，很难匹配强度和膨胀协调发展的要求，劣化结 构的承载能力。因此，需要制备出一种具有良好的流动性、粘聚性、低含气量、微膨胀与高耐 久的C30自密实钢管混凝土。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种C30自密实微膨胀钢管混凝土，具有自密实性、低含气 量、微膨胀和高耐久的特点，可有效解决钢管混凝土的"脱空"问题。
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
[0006] -种C30自密实微膨胀钢管混凝土，其各组分及含量为：普通硅酸盐水泥230~ 320kg/m3,粉煤灰60~150kg/m3,复合膨胀剂30~50kg/m3,碎石942~996kg/m3,河砂 816~870kg/m3,增粘保塑超分散外加剂4. 68~5. 00kg/m3,内养护材料0. 8~I. 2kg/m3， 微米级改性脱脂棉纤维素0. 5~I. 2kg/m3,水168~180kg/m3。
[0007] 上述方案中，所述复合膨胀剂为以C4A3左-CaS04_2H:0-Ca0-Mg0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80ym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/ SO3S0. 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、 C4A3S和CaSOj/f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，粉磨后在1400~1500°C下煅烧1~I. 2h，自然冷却后粉磨至 80ym方孔筛余< 10 %，制备得到具有延迟膨胀特性的MgO膨胀组分；
[0010] 3)将步骤1)制备的HCSA膨胀组分、步骤2)制备得到的MgO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，即得所述的 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，所述甲基烯丙醇、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，催化剂甲苯磺酸和阻聚剂对苯二酚分 别为酸醇总质量的1. 5%、0. 5%，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 ;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)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~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（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;
[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Si02(增粘剂，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，得所述的超分散减水减缩保塑外加 剂；其中各组分所占质量百分数为：超分散保坍型聚羧酸减水剂A20%、减缩型聚羧酸减 水剂B30 %、葡萄糖酸钠3~4. 7 %、纳米SiO2 0. 2~0. 3 %、有机硅消泡剂0. 03~0. 04 %、 水45~46%。
[0017] 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。
[0018] 上述方案中，所述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，所述普通硅酸盐水泥的强度等级为42. 5及以上，比表面积>350m2/ kg;粉煤灰为F类I级或II级灰中的一种或二者按任意比例混合。
[0020] 上述方案中，所述碎石为5~25mm连续级配的石灰石碎石，其针片状含量< 4%， 压碎值< 14% ;所述河砂为天然河砂，其细度模数2. 27~2. 67,泥块含量〈1. 3%。
[0021] 上述一种C30自密实微膨胀钢管混凝土的制备方法，它包括以下步骤：
[0022] 1)原料的称取，按以下配比称取各原料：普通硅酸盐水泥230~320kg/m3,粉煤灰 60 ~150kg/m3,复合膨胀剂 30 ~50kg/m3,碎石 942 ~996kg/m3,河砂 816 ~870kg/m3,增 粘保塑超分散外加剂4. 68~5. 00kg/m3,内养护材料0. 8~I. 2kg/m3,微米级改性脱脂棉纤 维素 0? 5 ~I. 2kg/m3,水 168 ~180kg/m3;
[0023] 2)内养护材料预吸