CN101817661A - 具有高抗冲击性的耐火混凝土 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有高抗冲击性的耐火混凝土。该混凝土是一种耐火高性能混凝土，并包含有机纤维和水泥、沙子、砾石、水和混合材，其中，所述有机纤维由较高熔点的纤维和较低熔点的纤维构成，并且所述低熔点纤维的横截面积和体积分数分别为所述高熔点纤维的1～440倍和0.5～576倍。因此，当爆发火灾时，低熔点纤维首先在混凝土中熔化以形成水汽的排出通道，高熔点纤维稍后因火灾进展过程中温度的升高而熔化，从而形成残留水汽的另外的排出通道，由此即使在向混凝土中加入少量纤维的情况下，该混凝土也能表现出优异的防散裂效果。

Description

具有高抗冲击性的耐火混凝土
技术领域
本发明涉及具有高抗冲击性的耐火混凝土，更具体而言，涉及通过向混凝土材料中加入有机纤维而制备的具有高抗冲击性的耐火混凝土，由此可降低混合混凝土时的不便、解决成本增加的问题并有效防止其爆裂。
背景技术
通常，在建筑隧道和地基等中所用的混凝土等水泥材料需要具有高强度和/或韧性，目前具有高韧性的钢纤维增强混凝土被用于各种用途中。然而，这种钢纤维增强混凝土不能充分抑制细裂纹，而细裂纹是导致混凝土耐久性劣化的重要原因。
虽然细裂纹最初不会影响混凝土的结构性能，但是它们会导致渗水性的提高，而渗水性又会引起钢纤维的腐蚀，并在经历反复冻融时促进结构劣化。
另外，为了显著降低混凝土的火灾损失，需要具有理想耐火性能的混凝土材料。因此，已试图进行研究和应用以满足上述需求。
例如，国际未审查专利申请第W0/99/28267号公开了一种含有金属纤维的超高性能混凝土。然而，金属纤维会因其高电导率而对耐火性能产生负面影响，引起火灾事件中的混凝土散裂问题，尽管其对混凝土结构性能的改善具有有利影响。
另外，韩国未审查专利申请第2006-0086110号公开了一种包含钢纤维以及具有所需长度和直径的有机纤维的混凝土材料，所述长度和直径中至少有一种不同于钢纤维的长度和直径，其中所述混凝土材料具有高达100MPa的抗压强度和高达10Mpa的挠曲强度。然而，这种混凝土材料虽然具有良好的挠曲强度和/或挠曲韧性，但遇到了高成本的问题。
发明内容
因此，本发明旨在解决以上问题，并且本发明的目的是提供具有高抗冲击性的耐火混凝土(通常称作“耐火高性能混凝土”)，所述耐火混凝土能够防止建筑物在火灾事件中散裂，同时在制造上又经济可行，其中，较低熔点的纤维最先在混凝土中熔化以形成水汽的排出通道，较高熔点的其它纤维因火灾进展过程中温度的升高而熔化，从而形成残留水汽的另外的排出通道，由此即使向混凝土中加入少量纤维时也能表现出优异的防散裂效果。
为实现上述目的，本发明提供了包含有机纤维和水泥、沙子、砾石、水和混合材的耐火高性能混凝土，其中，所述有机纤维包含高熔点纤维和低熔点纤维，所述低熔点纤维的横截面积和体积分数分别为所述高熔点纤维的1～144倍和0.5～576倍。
根据本发明的示例性实施方式，低熔点纤维可以是聚丙烯纤维，高熔点纤维可以是尼龙纤维。
根据本发明的另一示例性实施方式，聚丙烯纤维可具有20μm～60μm的直径和10mm～20mm的长度，尼龙纤维可以具有5μm～20μm的直径和5mm～20mm的长度。
根据本发明的另一示例性实施方式，相对于耐火混凝土的总体积，所用有机纤维的量可以为0.03体积％～0.2体积％。
根据本发明的再一实施方式，聚丙烯纤维与尼龙纤维的相对体积比可以为1∶9～9∶1。
如上所述，本发明的耐火高性能混凝土的特征在于，在火灾事件中，较低熔点的纤维首先在混凝土中熔化以形成水汽的排出通道，然后，较高熔点的纤维在火灾进展过程中在混凝土中熔化，从而形成残留水汽的另外的排出通道。因此，即使向混凝土中加入少量纤维时，本发明的混凝土也能表现出优异的防散裂效果，由此获得材料成本降低的经济优势。此外，还可以确保最终的混凝土产品的流动性，从而改善其操作性。
附图说明
通过与附图一同提供的以下详细描述，将更明确地理解本发明的上述及其它目的、特征和其它优点，附图中：
图1是说明使用本发明的耐火高性能混凝土制造的柱体的截面图；
图2显示的是根据KS F 2257-1的标准加热曲线；
图3显示的是本发明的实施例1中制备的耐火高性能混凝土的温度时间曲线；
图4显示的是本发明的实施例2中制备的另一耐火高性能混凝土的温度时间曲线；
图5是实施例1中制造的耐火高性能混凝土结构体的前、后、左、右侧的照片，所述照片在耐火实验之后拍摄；和
图6是实施例2中制造的另一耐火高性能混凝土结构体的前、后、左、右侧的照片，所述照片在耐火实验之后拍摄。
具体实施方式
接下来将详细描述本发明。
当高层建筑物发生火灾时，由于主要用于建筑物的混凝土具有致密的内部构造，因此难以释放建筑物内部产生的水汽。在此情况下，当混凝土内部构造中捕集的水汽的压力超出恒定的上限时，混凝土将发生爆炸性破碎和散射。
为解决以上问题，存在下述方法，其中，存在于混凝土中的水汽经由通过熔化特定有机纤维形成的较大通道而迅速输出，并且捕集于混凝土的精细构造中的残留水汽继而经由通过熔化另外的特定有机纤维形成的较小通道而完全排出，由此有效地防止了火灾事件中混凝土的散裂。
本发明的耐火高性能混凝土包含有机纤维和水泥、沙子、砾石、水和混合材，其中，所述有机纤维由较高熔点的纤维和较低熔点的纤维构成，并且所述低熔点纤维的横截面积和体积分数分别为所述高熔点纤维的1～144倍和0.5～576倍。
此处，混合材是指用于建筑高层建筑物的环境友好材料，其包括例如粉煤灰、高炉矿渣粉和硅粉等。
有机纤维包含较高熔点的纤维和较低熔点的纤维。当建筑物中发生火灾时，建筑物的混凝土的内部温度升高，首先熔化低熔点纤维并产生空隙，水汽通过所述空隙排放。
在火灾进展过程中，混凝土的内部温度继续升高，继而熔化高熔点纤维，从而形成通道，混凝土精细构造中所捕集的残留水汽通过该通道而排出。
所述低熔点纤维可以是密度为0.91g/cm2、熔点为160℃并且拉伸强度为560Mpa的聚丙烯纤维。
同样，所述高熔点纤维可以是密度为1.15g/cm2、熔点为220℃并且拉伸强度为918Mpa的尼龙纤维。
关于这一点，聚丙烯纤维的横截面积为尼龙纤维的1～144倍，另外，聚丙烯纤维的体积分数为尼龙纤维0.5～576倍。如果所述横截面积或体积分数低于下限，则在使用高性能混凝土建造的高层建筑物发生火灾并且混凝土内部温度升高时，混凝土中所含的低熔点纤维可能不会熔化，并可能导致难以形成可平稳输送水汽的通道。另一方面，如果所述横截面积或体积分数超出上限，则会遇到诸如流动性降低所造成的品质劣化、压力泵阻塞所造成的建造延误等一些问题，尽管一旦发生火灾，混凝土的内部温度升高从而熔化低熔点纤维时水汽可以成功地通过通道输送。结果，可能会导致建造高层建筑物方面的困难。
聚丙烯纤维可以具有20μm～60μm的直径和10mm～20mm的长度。类似的是，尼龙纤维可以具有5μm～20μm的直径和5mm～20mm的长度。如果聚丙烯纤维和尼龙纤维的直径或长度均低于下限，则在使用高性能混凝土建筑的高层建筑物发生火灾并且混凝土内部温度升高时，混凝土中所含的低熔点纤维可能不会熔化，并可能导致难以形成可平稳输送水汽的通道。另一方面，如果所述横截面积或体积分数超出上限，则会遇到诸如流动性降低所造成的品质劣化、压力泵阻塞所造成的建造延误等一些问题，尽管一旦发生火灾，混凝土的内部温度升高从而熔化低熔点纤维时水汽可以成功地通过通道输送。结果，可能会导致建造高层建筑物方面的困难。
此外，相对于本发明的耐火高性能混凝土的总体积，有机纤维的量可以为0.03体积％～0.2体积％。如果有机纤维的量低于0.03体积％，则防散裂效果可能极小。另一方面，当有机纤维的量超出0.2体积％时，会导致如上所述的建造方面的困难。
另外，混凝土中所使用的聚丙烯纤维与尼龙纤维的相对体积比可以为1∶9～9∶1。如果相对体积比小于1∶9，则原材料成本会增加。另一方面，如果相对体积比大于9∶1，则向混凝土中加入尼龙纤维的效果可能极小，从而需要提高为确保理想的混凝土耐火性所需的复合纤维的含量。
下面将参考以下实施例和实验例对本发明的建筑功能和优点提供详细描述。
实施例1
将448kg/m3水泥、128kg/m3粉煤灰、64kg/m3硅粉、128kg/m3高炉矿渣粉、660kg/m3沙子和810kg/m3砾石制为混凝土混合物。向上述制备的混凝土混合物中添加作为低熔点纤维的密度为0.91g/cm2、熔点为160℃、拉伸强度为560Mpa的聚丙烯纤维和作为高熔点纤维的密度为1.15g/cm2、熔点为220℃、拉伸强度为918Mpa的尼龙纤维，其中聚丙烯纤维的横截面积和体积分数分别为尼龙纤维的11倍和21倍，相对于最终产品(即，耐火高性能混凝土)的总体积，添加量为0.05体积％。结果，获得了本发明的耐火高性能混凝土。
实施例2
以与实施例1中所述的相同程序获得本发明的另一耐火高性能混凝土，不同之处在于，相对于耐火高性能混凝土的总体积，聚丙烯纤维和尼龙纤维的总量为0.075体积％。
实验例
根据MLTM(韩国国土海洋部，The Ministry of Land，Transport andMaritime Affairs)发布的“高强度混凝土柱和梁的耐火性管理标准”(Standards for management of fire resistance of high strength concretecolumn and beam)，制备如图1所示的其中具有热电偶的耐火高性能混凝土结构体。基于根据KS F 2257-1的标准加热曲线(参见图2)加热该混凝土结构体。
实施例1中制备的耐火高性能混凝土的温度时间曲线如图3所示。即，图3说明了本发明的耐火高性能混凝土的温度时间曲线。该曲线绘制在538℃(该温度为耐火性鉴定标准的平均温度)曲线的下方。根据该结果，可以预料在发生火灾时混凝土的散裂可以得到有效防止。
另外，图4说明了实施例2中制备的耐火高性能混凝土的另一温度时间曲线。与上述实施例1相同，从结果可以看出，使用实施例2中的混凝土可以防止发生火灾时混凝土的散裂。
此外，图5和6各自分别显示了实施例1和2中制造的耐火高性能混凝土结构体的前、后、左和右侧的照片，这些照片是在耐火性实验之后拍摄的。从结果可以看出，这两个混凝土结构体均显示出良好的外观。因此，很容易预料到，这些混凝土结构体表现出了优异的防散裂效果。
下表1是本发明的实施例1和2中制备的耐火高性能混凝土的测试报告，所述测试报告由韩国建筑技术研究院(Korea Institute of ConstructionTechnology，KICT)提供。根据该测试报告，可以知道本发明的耐火高性能混凝土具有优异的耐热性。
虽然出于说明的目的而公开了本发明的示例性实施方式，但是本领域技术人员知道，可以进行各种修改、添加和取代，而不背离所附权利要求中公开的本发明的范围和要旨。
表1
Figure G2009102659879D00071
<F-QP-05-11-1/2>    200807169    KICT

Claims (3)

1.一种具有高抗冲击性的耐火混凝土，所述混凝土包含：
有机纤维和水泥、沙子、砾石、水和混合材，其中，所述有机纤维包含高熔点纤维和低熔点纤维，并且所述低熔点纤维的横截面积和体积分数分别为所述高熔点纤维的1～144倍和0.5～576倍，并且
其中，所述低熔点纤维是聚丙烯纤维，而所述高熔点纤维是尼龙纤维，并且所述聚丙烯纤维与所述尼龙纤维的相对体积比为1∶9～9∶1。
2.如权利要求1所述的混凝土，其中，所述聚丙烯纤维具有20μm～60μm的直径和10mm～20mm的长度，而所述尼龙纤维具有5μm～20μm的直径和5mm～20mm的长度。
3.如权利要求1所述的混凝土，其中，相对于所述混凝土的总体积，所述有机纤维的量为0.03体积％～0.2体积％。
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