CN105060791B - 一种适于钢锚梁索塔锚固结构的c60自密实补偿收缩抗裂混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适于钢锚梁索塔锚固结构的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土，它以水泥、粉煤灰、矿粉、膨胀剂、碎石、高钛重矿渣砂、聚丙烯腈纤维、微米级改性脱脂棉纤维素、水泥浆体微结构调控剂、水和超分散减水减缩保塑外加剂为原料制备而成。其初始坍落度≥230mm，扩展度≥630mm，28d抗压强度≥70MPa，28d劈裂抗拉强度≥5.8MPa，韧性指数I₅≥3.0，28d自收缩率＜0，28d干缩率＜0，碳化等级达T‑IV，抗裂等级达L‑V，具有优异的力学性能、抗裂性能与耐久性能，可解决现阶段桥塔混凝土普遍存在的水泥与胶凝材料用量高、收缩大和易开裂的难题，适合推广应用。

Description

一种适于钢锚梁索塔锚固结构的C60自密实补偿收缩抗裂混 凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种适于钢锚梁索塔锚固结构的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土及其制备方法。

背景技术

沪通长江大桥超高索塔锚固区采用钢锚梁+钢牛腿结构型式，即在索塔内部钢牛腿上设置钢锚梁，斜拉索锚固在钢锚梁两端，钢牛腿与混凝土内塔壁采用剪力钉连接。由于塔壁内部钢牛腿、剪力钉、钢筋网的存在，导致塔柱浇筑施工困难，同时温度与混凝土收缩、徐变对桥塔内力影响较大，严重时会引起塔壁开裂，因此要求混凝土具有自密实、无收缩、抗裂、徐变小等性能。

然而现阶段所应用的适于钢锚梁索塔锚固结构的C60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)钢锚梁索塔锚固结构的受力特点和服役环境，要求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泵送。因此需要开发出一种适于钢锚梁索塔锚固结构的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土。

发明内容

本发明的目的是提供一种适于钢锚梁索塔锚固结构的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土，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。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种适于钢锚梁索塔锚固结构的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土，各组分及含量为：水泥280～320kg/m³，粉煤灰60～100kg/m³，矿粉50～100kg/m³，膨胀剂40～60kg/m³，碎石1000～1100kg/m³，高钛重矿渣砂720～850kg/m³，聚丙烯腈纤维0.8～1.2kg/m³，微米级改性脱脂棉纤维素0.8～1.2kg/m³，水泥浆体微结构调控剂3.0～5.0kg/m³，水150～160kg/m³，超分散减水减缩保塑外加剂6.5～9.5kg/m³

上述方案中，所述水泥为P.O52.5普通硅酸盐水泥。

上述方案中，所述粉煤灰为I级粉煤灰。

上述方案中，所述矿粉为S95级粒化高炉矿粉(矿渣粉)。

上述方案中，所述膨胀剂为II型硫铝酸钙-氧化钙型膨胀剂(EA AC II，7d水中限制膨胀率0.08％)。

上述方案中，所述碎石为4.75～26.5mm连续级配石灰石碎石。

上述方案中，所述高钛重矿渣砂是将攀钢高炉冶炼钒钛磁铁矿时产生的熔融矿渣在空气中自然冷却或水冷后经破碎、筛分等工艺后得到的粒径小于4.75mm的细集料，为非碱活性集料，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％。

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，抽滤烘干得到的微米级改性脱脂棉纤维素，其直径为15～30nm，平均长度150～250nm。

上述方案中，所述水泥浆体微结构调控剂为3,4,9,10-苝四甲酸酐(PAT)，其分子式为C₂₄H₈O₆，结构式见式I。

上述方案中，所述水为普通自来水。

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：

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℃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)，催化剂的添加量为甲基烯丙醇质量的0.10～0.60％；

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℃，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℃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；

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℃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℃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；

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℃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；

5)按以下质量配比：超分散保坍型聚羧酸减水剂A 40～60％、减缩型聚羧酸减水剂B 38～55％、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。

上述一种适于钢锚梁索塔锚固结构的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土的制备方法，它包括以下步骤：

1)原料的称取，按以下配比称取各原料：水泥280～320kg/m³，粉煤灰60～100kg/m³，矿粉50～100kg/m³，膨胀剂40～60kg/m³，碎石1000～1100kg/m³，高钛重矿渣砂720～850kg/m³，聚丙烯腈纤维0.8～1.2kg/m³，微米级改性脱脂棉纤维素0.8～1.2kg/m³，水泥浆体微结构调控剂3.0～5.0kg/m³，水150～160kg/m³，超分散减水减缩保塑外加剂6.5～9.5kg/m³；

2)将称量好的水泥、粉煤灰、矿粉、膨胀剂、水泥浆体微结构调控剂与碎石、高钛重矿渣砂加入搅拌机中进行拌合，高钛重矿渣砂使用前先浸水预湿20h以上，达到饱和吸水状态，吸水率达到8～12％；在搅拌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，充分拌合均匀，防止纤维产生团聚现象，得混合浆料；

3)将称取好的水与超分散减水减缩保塑外加剂加入步骤2)所得的混合浆料中，搅拌5～10min后，即得所述的适于钢锚梁索塔锚固结构的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土。

根据上述方法制备的适于钢锚梁索塔锚固结构的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土，其初始坍落度≥230mm，扩展度≥630mm，28d抗压强度≥70MPa，28d劈裂抗拉强度≥5.8MPa，韧性指数I₅≥3.0，28d自收缩率＜0，28d干缩率＜0，碳化等级达T-IV，抗裂等级达L-V，具有优异的力学性能、抗裂性能与耐久性能。

本发明的原理为：

1)超分散减水减缩保塑外加剂的作用机理为：外加剂中的三异丙醇胺分子具有超分散水泥颗粒作用，可改善聚羧酸减水剂的吸附特性、提高其饱和吸附量，使水泥絮凝结构解体，进而提高其对胶凝浆体的分散性能，降低混凝土粘度，提高水泥和矿物掺合料(粉煤灰、矿粉)的水化程度，充分发挥其胶结性能，使得在降低5～10％水泥用量的情况下，保证混凝土的强度不受影响；外加剂分子中的酰胺基、酰酐等基团在碱性环境中发生水解，生成带有羧基、羟基等亲水基团的分子结构，持续对水泥颗粒进行吸附分散，达到缓释的目的；同时引入具有减缩作用的一缩二乙二醇单丁醚类基团，降低混凝土孔溶液表面张力，减小由于孔溶液水分散失而造成的附加压应力，降低混凝土收缩。

2)微米级改性脱脂棉纤维素作用机理为：微米级改性脱脂棉纤维素表面亲水和超强吸附特性使C-S-H凝胶依附在其表面生长，交叉分布的纤维诱导C-S-H凝胶交联融生，将孤立的C-S-H凝胶簇连接在一起，最终形成结构均匀的连续凝胶相；微米级改性脱脂棉纤维素的自持水特性对水泥矿物水化起微内养护作用，使C-S-H凝胶相体积和交联融生概率增大；纤维状物态可在胶凝浆体中形成空间网络结构，传递和分散胶凝浆体微结构形成过程中因各组分水化特性的差异而引起的不均匀内应力，提高胶凝浆体抗拉强度，减少胶凝浆体收缩。

3)水泥浆体微结构调控剂3,4,9,10-苝四甲酸酐(PAT)作用机理为：PAT颗粒沉积在水泥浆体的凝胶孔中，改善混凝土的孔结构，增加混凝土的抗渗性；PAT端基的氧化基团有利于吸附阳离子，例如Ca²⁺，有利于C-S-H凝胶吸附在其活性位点原位生长，而对称的活性位点结构更是有利于桥联C-S-H凝胶硅氧基团的片段，增长其链长；PAT的纳米片层结构有利于PAT平面片层插入到C-S-H凝胶的层间，形成有机无机复合的插层物质，提升C-S-H凝胶结构稳定性；PAT位阻效应有利于其在混凝土中的分散性，增加水泥颗粒分散度，有助于传递和分散胶凝浆体微结构形成过程中各组分水化特性的差异而引起的不均匀内应力，提高浆体抗拉强度。

4)在高强混凝土中掺加膨胀剂后，膨胀剂与水泥之间存在“争水”现象，尤其是随着龄期的延长，混凝土中的自由水逐渐散失，膨胀剂与水泥之间存在的“争水”现象逐渐加剧，使得没有足够的自由水可供膨胀剂发生反应，其膨胀效能难以充分发挥。而具有内养护作用的高钛重矿渣砂为多孔材料，孔隙率达15～25％，且尺寸＞60um的开口孔较多，将这种具有多孔结构的高钛重矿渣砂在使用前先浸水预湿20h以上，达到饱和吸水状态，其吸水率达8～12％。高钛重矿渣砂在混凝土水化早期不释水，后期内部水分逐渐消耗并产生负压作用时，释放出毛细孔中的自由水，起到内养护作用，为膨胀剂后期水化补充水分(约25～30kg/m³)，增大了膨胀剂的水化程度，提高了混凝土的膨胀性能。此外，高钛重矿渣砂结构稳定，无碱骨料反应，粉料容易吸附在高钛重矿渣砂的开口孔表面，部分与孔内部的水发生水化反应，从而使水化产物镶嵌在开口孔中，有效增强高钛重矿渣砂细集料与水泥石的结合力，使高钛重矿渣砂混凝土结构致密，界面过渡区减小，避免了普通内养护材料易导致混凝土徐变增大，抵抗外界荷载变形能力变差的问题，同时提高了混凝土的力学性能和耐久性能。

5)将上述超分散减水减缩保塑外加剂、聚丙烯腈纤维、微米级脱脂棉纤维素、3,4,9,10-苝四甲酸酐、膨胀剂、高钛重矿渣砂在混凝土制备时进行复掺，超分散减水减缩保塑外加剂与3,4,9,10-苝四甲酸酐可提高混凝土中水泥的分散程度，提高其胶结性能，减少水泥用量，减少混凝土收缩；高钛重矿渣砂物相的多孔结构起到内养护作用与膨胀剂的补偿收缩产生的协同作用，降低混凝土收缩；微米级改性脱脂棉纤维素具有微内养护效果，并可使孤立的C-S-H凝胶簇连接在一起，改善C-S-H微结构，形成结构均匀的连续凝胶相，从而提升胶凝浆体的抗拉强度；3,4,9,10-苝四甲酸酐可改善混凝土孔结构，增加C-S-H凝胶分子链长，提高混凝土抗拉强度，提升混凝土的抗裂性能；均匀分散的聚丙烯腈纤维能够提高混凝土的抗拉强度，增加混凝土韧性，从而提高混凝土抗裂性能。上述组分协同作用，可实现混凝土无收缩，并可提升混凝土抗拉强度与韧性，从而提高钢锚梁索塔锚固区C60自密实混凝土的抗裂性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明开发的超分散减水减缩保塑外加剂具有超分散水泥颗粒和提高水泥胶结性能等功能，在砂率、水胶比等配合比参数不变的情况下，降低5～10％水泥用量(质量)，仍然能够有效保证混凝土的力学性能，并减少混凝土自收缩，实现了混凝土减水、减缩与超分散的协同作用，有效避免掺加传统低级醇类减缩剂所带来的混凝土工作性能差、力学性能降低的不利影响。

2)本发明利用的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C60自密实无收缩抗裂混凝土，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，且高钛重矿渣多孔结构具有的“吸水-释水”效应能对混凝土起到内养护作用，为膨胀剂后期水化补充水分，增大了膨胀剂的水化反应程度，提高了混凝土的膨胀性能；同时可增强水泥石与集料的界面结合力，使高钛重矿渣砂混凝土结构致密，界面过渡区减小，避免了普通内养护材料易导致混凝土徐变增大，抵抗外界荷载变形能力变差的问题，提高了混凝土的力学性能和耐久性能。

3)微米级脱脂棉纤维素凭借其亲水和超强吸附特性，将孤立的C-S-H凝胶簇连接在一起，最终形成结构均匀的连续凝胶相；并且其形成的空间网络结构，可以传递和分散胶凝浆体微结构形成过程中因各组分水化特性的差异而引起的不均匀内应力，提高混凝土的力学性能、体积稳定性能与抗裂性能。

4)3,4,9,10-苝四甲酸酐(PAT)位阻效应有利于其在混凝土中的分散性，增加水泥颗粒分散度，有助于传递和分散胶凝浆体微结构形成过程中各组分水化特性的差异而引起的不均匀内应力，提高混凝土抗拉强度和抗裂性能。

5)本发明将超分散减水减缩保塑外加剂、聚丙烯腈纤维、微米级脱脂棉纤维素、3,4,9,10-苝四甲酸酐、膨胀剂、高钛重矿渣砂应用于混凝土，通过上述各掺和物的协同作用达到补偿收缩效益为28d自收缩率＜0，28d干缩率＜0，并可提高混凝土的耐久性，延长其服役寿命。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下实施例中，水泥采用海螺P.O52.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰为江阴利港I级粉煤灰，需水量比为94％；矿粉为江苏沙钢集团公司生产的S95级矿渣微粉，比表面积436m²/kg，28d活性指数98.4％，流动度比101％；膨胀剂为II型硫铝酸钙-氧化钙型膨胀剂(EA ACII，7d水中限制膨胀率0.08％)，由天津豹鸣股份有限公司提供；碎石为4.75～26.5mm连续级配的石灰石碎石；高钛重矿渣砂是攀钢高炉冶炼钒钛磁铁矿时产生的熔融矿渣在空气中自然冷却或水冷后经破碎、筛分等工艺后得到的粒径小于4.75mm的细集料，主要物相为钙钛矿、钛辉石，以及一定含量的富钛辉石，其结构稳定性好，为非碱活性集料，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％；聚丙烯腈纤维为江苏苏博特性材料股份有限公司生产的润强丝-I聚丙烯腈纤维，长度10mm，断裂强度＞400MPa；微米级改性脱脂棉纤维素是在质量浓度为40％的硫酸催化处理4h后，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；水泥浆体微结构调控剂为工业纯的3,4,9,10-苝四甲酸酐(PAT)；水为普通自来水。

实施例2～4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：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℃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的质量的0.10～0.60％；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℃，在2～2.5h内匀速滴加丙烯酸和过硫酸铵溶液，保温反应1.0h，停止加热，降温至40℃加入NaOH溶液将溶液pH值调节至6～8，搅拌20min放料，得到超分散保坍型聚羧酸减水剂A；该步骤中各组分所占质量百分比为：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；3)以甲基丙烯酸、聚丙二醇单甲醚为原料，甲苯磺酸催化剂为催化剂、对苯二酚为阻聚剂，在65～75℃的温度下，反应8h，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℃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；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℃后滴加甲基丙烯酸、二甲胺基乙醇和甲基丙烯磺酸钠进行共聚反应，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；5)按以下质量配比超分散保坍型聚羧酸减水剂A 40～60％、减缩型聚羧酸减水剂B 38～55％、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。

实施例1中超分散减水减缩保塑外加剂的制备方法与实施例2～4大致相同，不同之处在于：1)甲基烯丙醇、氨水和环氧丙烷的摩尔比为1:0.4:20，催化剂的用量为甲基烯丙醇的质量的0.40％，反应压力为0.30MPaG、温度为105℃、时间为5h；2)甲基烯丙醇聚氧丙烯醚与三异丙醇胺的混合物86％、丙烯酸磺酸钠3％、甲基丙烯酸酯8％、水3％；3)甲基丙烯酸和聚丙二醇单甲醚的摩尔比为1.18:1，二丙二醇单丁醚和马来酸酐的摩尔比为1.5:1，反应温度为120℃、时间为4h；4)甲基丙烯酸聚丙二醇单甲醚单体82％、缩二乙二醇二丙二醇单丁醚单体3％、甲基丙烯酸8％、二甲胺基乙醇3％、甲基丙烯磺酸钠4％，反应温度为95℃，反应时间为6h；5)超分散保坍型聚羧酸减水剂A 50％、减缩型聚羧酸减水剂B 46.5％、葡萄糖酸钠3.5％。

以下实施例中，按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)、《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082-2009)、《混凝土耐久性检验评定标准》JGJ/193-2009所述方法对所得混凝土的工作性能、力学性能、体积稳定性能、抗裂性能和耐久性能进行测试。

实施例1

一种适于钢锚梁索塔锚固结构的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土，其制备过程包括如下步骤：

1)根据表1中所列原材料配比准确称取水泥(C)、粉煤灰(FA)、矿粉(BFS)、膨胀剂(EA AC II)、高钛重矿渣砂(S)、碎石(G)、聚丙烯腈纤维(PPF)、微米级改性脱脂棉纤维素(CF)、水泥浆体微结构调控剂(PAT)、水(W)和超分散减水减缩保塑外加剂(JNT)；

2)将称量好的水泥、粉煤灰、矿粉、膨胀剂、水泥浆体微结构调控剂与碎石、高钛重矿渣砂加入搅拌机中进行拌合，高钛重矿渣砂使用前先浸水预湿20h以上，达到饱和吸水状态，其吸水率达到8～12％。在搅拌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，充分拌合均匀，防止纤维产生团聚现象，得混合浆料；

3)将称取好的水与超分散减水减缩保塑外加剂加入步骤2)所得的混合浆料中，搅拌5min后，即得所述适于钢锚梁索塔锚固结构的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土。

本实施例所得C60自密实补偿收缩抗裂混凝土的工作性能与力学性能测试结果见表2，其体积稳定性能、抗裂性能以及耐久性能测试结果见表3。

表1 实施例1中所述的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土的原料配比

表2 实施例1所得C60自密实补偿收缩抗裂混凝土的工作性能与力学性能

表3 实施例1所得C60自密实补偿收缩抗裂混凝土的体积稳定性能、抗裂性及耐久性能

实施例2

一种适于钢锚梁索塔锚固结构的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土，其制备过程包括如下步骤：

1)根据表4中所列原材料配比准确称取水泥(C)、粉煤灰(FA)、矿粉(BFS)、膨胀剂(EA AC II)、高钛重矿渣砂(S)、碎石(G)、聚丙烯腈纤维(PPF)、微米级改性脱脂棉纤维素(CF)、水泥浆体微结构调控剂(PAT)、水(W)和超分散减水减缩保塑外加剂(JNT)；

2)将称量好的水泥、粉煤灰、矿粉、膨胀剂、水泥浆体微结构调控剂与碎石、重钛矿渣砂加入搅拌机中进行拌合，高钛重矿渣砂使用前先浸水预湿20h以上，达到饱和吸水状态，吸水率达到8～12％。在搅拌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，充分拌合均匀，防止纤维产生团聚现象；

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5min后，即得所述适于钢锚梁索塔锚固结构的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土。

本实施例所得C60自密实补偿收缩抗裂混凝土的工作性能与力学性能测试结果见表5，体积稳定性能、抗裂性能以及耐久性能测试结果见表6。

表4 实施例2所述C60自密实补偿收缩抗裂混凝土的原料配比

表5 实施例2所得C60自密实补偿收缩抗裂混凝土的工作性能与力学性能

表6 实施例2所得C60自密实补偿收缩抗裂混凝土的体积稳定性能、抗裂性及耐久性能

实施例3

一种适于钢锚梁索塔锚固结构的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土，其制备过程包括如下步骤：

1)根据表7中所列原材料配比准确称取水泥(C)、粉煤灰(FA)、矿粉(BFS)、膨胀剂(EA AC II)、高钛重矿渣砂(S)、碎石(G)、聚丙烯腈纤维(PPF)、微米级改性脱脂棉纤维素(CF)、水泥浆体微结构调控剂(PAT)、水(W)和超分散减水减缩保塑外加剂(JNT)；

2)将称量好的水泥、粉煤灰、矿粉、膨胀剂、水泥浆体微结构调控剂与碎石、重钛矿渣砂加入搅拌机中进行拌合，高钛重矿渣砂使用前先浸水预湿20h以上，达到饱和吸水状态，吸水率达到8～12％；在搅拌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，充分拌合均匀，防止纤维产生团聚现象；

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5min后，即得所述适于钢锚梁索塔锚固结构的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土。

本实施例所得C60自密实补偿收缩抗裂混凝土的工作性能与力学性能测试结果见表8，体积稳定性能、抗裂性能以及耐久性能测试结果见表9。

表7 实施例3所得C60自密实补偿收缩抗裂混凝土的原料配比

表8 实施例3所得C60自密实补偿收缩抗裂混凝土的工作性能与力学性能

表9 实施例3所得C60自密实补偿收缩抗裂混凝土的体积稳定性能、抗裂性及耐久性能

实施例4

一种适于钢锚梁索塔锚固结构的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土，其制备过程包括如下步骤：

1)根据表10中所列原材料配比准确称取水泥(C)、粉煤灰(FA)、矿粉(BFS)、膨胀剂(EA AC II)、高钛重矿渣砂(S)、碎石(G)、聚丙烯腈纤维(PPF)、微米级改性脱脂棉纤维素(CF)、水泥浆体微结构调控剂(PAT)、水(W)和超分散减水减缩保塑外加剂(JNT)；

2)将称量好的水泥、粉煤灰、矿粉、膨胀剂、水泥浆体微结构调控剂与碎石、重钛矿渣砂加入搅拌机中进行拌合，高钛重矿渣砂使用前先浸水预湿20h以上，达到饱和吸水状态，吸水率达到8～12％。在搅拌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，充分拌合均匀，防止纤维产生团聚现象；

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5min后，即得所述适于钢锚梁索塔锚固结构的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土。

本实施例所得C60自密实补偿收缩抗裂混凝土的工作性能与力学性能测试结果见表11，体积稳定性能、抗裂性能以及耐久性能测试结果见表12。

表10 实施例4所述C60自密实补偿收缩抗裂混凝土的原料配比

表11 实施例4所得C60自密实补偿收缩抗裂混凝土的工作性能与力学性能

表12 实施例4所得C60自密实补偿收缩抗裂混凝土的体积稳定性、抗裂及耐久性能

表2、表5、表8、表11说明：按照本发明制备的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土的各项物理性能良好，具有优异的工作性能(坍落度和扩展度大，T₅₀₀/s值较小，流动性好；粘聚性好，离析率小；自密实性能好)与力学性能。

表3、表6、表9、表12说明：按照本发明制备的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土体积稳定性好、收缩率低、抗裂性能好，且耐久性优良，适用于制备钢锚梁索塔锚固结构。

显然，上述实施例仅仅是为了清楚地说明所做的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或者变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种适于钢锚梁索塔锚固结构的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土，其特征在于，各组分及含量为：水泥280～320kg/m³，粉煤灰60～100kg/m³，矿粉50～100kg/m³，膨胀剂40～60kg/m³，碎石1000～1100kg/m³，高钛重矿渣砂720～850kg/m³，聚丙烯腈纤维0.8～1.2kg/m³，微米级改性脱脂棉纤维素0.8～1.2kg/m³，水泥浆体微结构调控剂3.0～5.0kg/m³，水150～160kg/m³，超分散减水减缩保塑外加剂6.5～9.5kg/m³；

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：

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℃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)，催化剂的添加量为甲基烯丙醇质量的0.10～0.60％；

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℃，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℃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；

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℃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℃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；

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℃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；

5)按以下质量配比：超分散保坍型聚羧酸减水剂A 40～60％、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；

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4.75mm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％。

2.根据权利要求1所述的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土，其特征在于，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，其直径为15～30nm，平均长度150～250nm。

3.根据权利要求1所述的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土，其特征在于，所述水泥浆体微结构调控剂为3,4,9,10-苝四甲酸酐。

4.根据权利要求1所述的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土，其特征在于，所述膨胀剂为II型硫铝酸钙-氧化钙型膨胀剂，其7d水中限制膨胀率0.08％。

5.根据权利要求1所述的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土，其特征在于，所述水泥为P.O52.5水泥；粉煤灰为I级粉煤灰；矿粉为S95级矿粉；碎石为4.75～26.5mm连续级配的石灰石碎石。

6.权利要求1～5任一项所述的适于钢锚梁索塔锚固结构的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)原料的称取，按以下配比称取各原料：水泥280～320kg/m³，粉煤灰60～100kg/m³，矿粉50～100kg/m³，膨胀剂40～60kg/m³，碎石1000～1100kg/m³，高钛重矿渣砂720～850kg/m³，聚丙烯腈纤维0.8～1.2kg/m³，微米级改性脱脂棉纤维素0.8～1.2kg/m³，水泥浆体微结构调控剂3.0～5.0kg/m³，水150～160kg/m³，超分散减水减缩保塑外加剂6.5～9.5kg/m³；

2)将称量好的水泥、粉煤灰、矿粉、膨胀剂、水泥浆体微结构调控剂与碎石、高钛重矿渣砂加入搅拌机中进行拌合，高钛重矿渣砂使用前先浸水预湿20h以上，达到饱和吸水状态，吸水率达到8～12％；在搅拌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，充分拌合均匀，防止纤维产生团聚现象，得混合浆料；

3)将称取好的水与超分散减水减缩保塑外加剂加入步骤2)所得的混合浆料中，搅拌5～10min后，即得所述的适于钢锚梁索塔锚固结构的C60自密实补偿收缩抗裂混凝土。