CN105130335B - 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 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于内养护、补偿收缩与增韧的低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土，它以水泥、粉煤灰、矿粉、膨胀剂、AN‑ICA内养护剂、碎石、河砂、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＜100×10^‑6，28d干缩率＜150×10^‑6，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。

Description

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

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

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。

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泵送。

发明内容

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。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

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，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/m。

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。

上述方案中，所述碎石为4～27mm连续级配的石灰石碎石。

上述方案中，所述河砂为中砂，细度模数2.4～2.8。

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。

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℃，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℃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：

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、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；

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。

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≥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＜100×10^-6，28d干缩率＜150×10^-6，碳化等级达T-IV级，抗裂等级达L-V级，抗氯离子渗透性能达R-IV级，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：1)微米级的改性脱脂棉纤维素的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；2)微米级的改性脱脂棉纤维素的自持水特性对水泥矿物水化起内养护作用，使C-S-H凝胶相体积和交联融生概率增大；3)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：1)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；2)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；3)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；4)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，而预吸水的有机-无机复合内养护材料AN-ICA内养护剂具有较SAP更高的保水能力，其对溶液pH值的敏感性较SAP低，可以有效避免SAP由于水泥水化导致溶液pH值迅速上升之后急剧释水，造成混凝土早期力学性能大幅降低的不利影响。在水化早期，其可以在溶液pH值上升之后平稳地释放出部分自由水，及时补充水泥水化所消耗的自由水，确保水泥水化反应的正常进行；同时，在水化后期，随着混凝土内部湿度的降低，混凝土内部毛细管内产生负压，在毛细管负压ΔP的作用下，AN-ICA继续释放自由水，补充水泥水化以及膨胀剂水化反应所需要的水分，确保其膨胀效能的中分发挥，并可减小毛细管附加压应力，降低混凝土收缩。

5.通过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、内养护材料(AN-ICA)在混凝土制备时复掺，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；膨胀剂与内养护材料复掺可提高膨胀剂的补偿收缩效果，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，可减少混凝土收缩，提升混凝土抗拉强度与韧性，从而提高C60自密实桥塔混凝土的抗裂性能。

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、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，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)在碱性环境中，AN-ICA较SAP具有高吸水倍率、良好的保水效果、低pH敏感性，释水更加平缓，可以在水泥水化的整个过程中平稳缓和地释放出自由水，对混凝土早期强度的发展影响较小，并且可以有效保证膨胀剂膨胀效能的发挥，减小混凝土收缩。

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。

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 AC II，7d水中限制膨胀率0.08％)，由天津豹鸣股份有限公司提供；碎石为连续级配的普通石灰石碎石，级配范围为4.75～26.5mm；河砂为赣江中砂，细度模数2.46；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。

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》中在其最优配比和最佳工艺条件下制备的有机-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。

实施例2～4中，所述的超分散减水减缩保塑外加剂的制备方法具体包括以下步骤：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，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A40～60％、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0.4％，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，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，7d水中限制膨胀率0.08％)、河砂(S)、碎石(G)、AN-ICA内养护剂(AN-ICA)、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、AN-ICA内养护剂、水泥浆体微结构调控剂与碎石、河砂加入单卧轴式强制搅拌机中进行干拌，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；

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，即得所述低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土。

本实施例所得低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土的工作性能与力学性能测试结果见表2，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中所述低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土的原料配比

表2 实施例1所得低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土的工作性能与力学性能

表3 实施例1所得自密实桥塔混凝土的体积稳定性能、抗裂性能及耐久性能

实施例2

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，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，7d水中限制膨胀率0.08％)、河砂(S)、碎石(G)、AN-ICA内养护剂(AN-ICA)、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、AN-ICA内养护剂、水泥浆体微结构调控剂与碎石、河砂加入单卧轴式强制搅拌机中进行干拌，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；

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，即得所述低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土。

本实施例所得低收缩抗裂C60级自密实桥塔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所述低低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土的原料配比

表5 实施例2所得低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土的工作性能与力学性能

表6 实施例2所得自密实桥塔混凝土的体积稳定性能、抗裂性能及耐久性能

实施例3

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，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，7d水中限制膨胀率0.08％)、河砂(S)、碎石(G)、AN-ICA内养护剂(AN-ICA)、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、AN-ICA内养护剂、水泥浆体微结构调控剂与碎石、河砂加入单卧轴式强制搅拌机中进行干拌，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；

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，即得所述低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土。

本实施例所得低收缩抗裂C60级自密实桥塔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所述低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土的原料配比

表8 实施例3所得低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土的工作性能与力学性能

表9 实施例3所得自密实桥塔混凝土的体积稳定性能、抗裂性能及耐久性能

实施例4

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，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，7d水中限制膨胀率0.08％)、河砂(S)、碎石(G)、AN-ICA内养护剂(AN-ICA)、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、AN-ICA内养护剂、水泥浆体微结构调控剂与碎石、河砂加入单卧轴式强制搅拌机中进行干拌，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；

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，即得所述低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土。

本实施例所得低收缩抗裂C60级自密实桥塔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所述低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土的原料配比

表11 实施例4所得低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土的工作性能与力学性能

表12 实施例4所得自密实桥塔混凝土的体积稳定性、抗裂性及耐久性能

表2、表5、表8、表11说明：按照本发明制备的低收缩抗裂C60级自密实桥塔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：按照本发明制备的低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土体积稳定性好、收缩率低、抗裂性能好，且耐久性优良。

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 (7)

1.一种基于内养护、补偿收缩与增韧的低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土，其特征在于，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℃，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℃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。

2.根据权利要求1所述的低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土，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。

3.根据权利要求1所述的低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土，其特征在于，所述AN-ICA内养护剂为有机-无机型木薯淀粉改性聚合物，为在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。

4.根据权利要求1所述的低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土，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。

5.根据权利要求1所述的低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土，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水中限制膨胀率为0.08％。

6.根据权利要求1所述的低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土，其特征在于，所述水泥为P.O52.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰为I级粉煤灰；矿粉为S95级矿粉；碎石为4～27mm连续级配的石灰石碎石；河砂为中砂，细度模数2.4～2.8。

7.权利要求1～6任一项所述的低收缩抗裂C60级自密实桥塔混凝土的制备方法，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280～340kg/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、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；

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。