CN102617079B - 一种绝缘混凝土材料及其制备技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种绝缘混凝土材料及其制备方法，混凝土材料由胶凝材料、粗骨料、细骨料、绝缘添加剂、外加剂、水混合配制而成，其中胶凝材料用量为350kg/m³-700kg/m³，粗骨料用量为850kg/m³-1150kg/m³，绝缘添加剂用量为20-150kg/m³，外加剂用量为胶凝材料质量的0.2％-2.0％，体积砂率为35％-52％，水胶比为0.23-0.40。本发明可以显著提高混凝土材料的电阻率，制备出绝缘混凝土材料，可以用于对混凝土结构有绝缘要求的领域。

Description

一种绝缘混凝土材料及其制备技术

技术领域

本发明涉及一种特殊性能建筑材料及其制备方法，具体设计一种绝缘混凝土材料及其制备技术。

背景技术

混凝土是人类近代最广泛使用的建筑材料，也是当前最大宗的人造材料。与其他常用建筑材料相比，水泥混凝土生产能耗低，原料来源广，工艺简便，因而生产成本低，它还具有耐久、防火、适用性强、应用方便等特点。因而，在今后相当长的时间内，水泥混凝土仍将是应用最广、用量最大的建筑材料。随着混凝土材料及构件的广泛应用，在一些特殊领域，人们对混凝土材料的性能提出了新的要求。

我国正在大力建设高速铁路网络，我国高速铁路多采用无砟轨道结构形式，无砟轨道是采用混凝土整体道床代替有砟轨道的散粒道床而成的一种新型轨道结构形式，具有变形小、可靠度高、承载能力强、日常维修量少以及使用寿命长等特点，但由于我国高速铁路无砟轨道是以钢轨作为传输信号的载体，这将导致无砟轨道混凝土材料中的钢筋网与轨道电路所形成的感应阻抗，从而缩短信号传输距离，导致需要增加电务设备和运营阶段的维修费用。为提高轨道电路传输距离，需要采用绝缘混凝土结构。

在地铁领域，由于地铁在运行过程中泄露的杂散电流会引发混凝土内部的钢筋锈蚀，从而对混凝土结构的安全性造成危害。为降地铁道床中的杂散电路，也需要采用绝缘混凝土结构。在其它一些与电力相关的结构如接触网混凝土支柱、混凝土电杆等，均对混凝土的绝缘性能提出了要求。

申请号为200780101006.6的PCT专利公开了一种聚合物混凝土电绝缘体系，该专利通过以环氧树脂为粘结组分制备出电绝缘混凝土，这种混凝土不同于普通以水泥为主要粘结组分的水泥混凝土，是采用环氧树脂作为胶粘组分，属于一种树脂混凝土，这种混凝土具有较好的电绝缘性能，但主要问题在于成本过高，不适于大规模使用，同时这种树脂混凝土的耐久性也不如普通水泥混凝土。申请号为200810046967.8的专利公开了一种高阻抗高抗渗混凝土材料及其制备方法，该专利通过加入聚合物和轻骨料来实现其高阻抗和高抗渗，这种方法的主要问题在于通过加入预湿的轻骨料作为混凝土的内养护组分，实现了混凝土的高致密和高抗渗性，但是这种方法会导致混凝土内部湿度过高，从而使其电阻率相对较低，不能实现电绝缘。

发明内容

本发明的目的在于提供一种绝缘混凝土材料及其制备方法，通过该方法制备的混凝土材料具有很好的绝缘性能。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种绝缘混凝土材料，其特征在于它由胶凝材料、粗骨料、细骨料、绝缘添加剂、减水剂、水混合配制而成，其中胶凝材料用量为350kg/m³-700kg/m³，粗骨料用量为850kg/m³-1150kg/m³，绝缘添加剂用量为20-150kg/m³，外加剂用量为胶凝材料质量的0.2％-2.0％，体积砂率为35％-52％，水胶比为0.23-0.40。

上述的一种绝缘混凝土材料，其特征在于：所述胶凝材料为水泥与混凝土掺合料的混合物，其中混凝土掺合料为水泥用量的0％-70％；

上述的一种绝缘混凝土材料，其特征在于：所述混凝土掺合料为粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰、偏高岭土、石灰石粉、硅微粉之中的一种或二种以上的混合物。

上述的一种绝缘混凝土材料，其特征在于：所述外加剂是聚羧酸系高效减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐高效减水剂、消泡剂、引气剂之中的一种或两种以上的复配产物。

上述的一种绝缘混凝土材料，其特征在于：所述绝缘添加剂为聚合物与防水剂的混合物。

上述的一种绝缘混凝土材料，其特征在于：所述的聚合物为丁苯胶乳、乙烯-乙酸乙烯酯共聚乳液、氯丁胶乳、聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、支化羧酸乙烯酯乳液、聚乙酸乙烯酯乳液、醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉、乙烯与氯乙烯及月硅酸乙烯酯三元共聚胶粉、醋酸乙烯酯与乙烯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉、醋酸乙烯酯与高级脂肪酸乙烯酯共聚胶粉、丙烯酸酯与苯乙烯共聚胶粉、醋酸乙烯酯与丙烯酸酯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉、醋酸乙烯酯均聚胶粉、苯乙烯与丁二烯共聚胶粉之中的一种或两种以上的混合物。

上述的一种绝缘混凝土材料，其特征在于：所述的防水剂为硅烷防水剂、渗透结晶防水剂之中的一种或两种的混合物。

上述的一种绝缘混凝土材料的制备方法，其特征在于它包含如下步骤：

(1)原料的称取：按配比为：胶凝材料350kg/m³-700kg/m³，粗骨料850kg/m³-1150kg/m³，绝缘添加剂20-150kg/m³称取胶凝材料、粗骨料、绝缘添加剂，按加入了为胶凝材料质量的0.2％-2.0％称取外加剂，按体积砂率为35％-52％称取细骨料，按水胶比为0.23-0.40称取水；

(2)将胶凝材料、细骨料、粗骨料一起混合搅拌1-3分钟，再加入绝缘添加剂、外加剂、水，继续搅拌2-5分钟后，入模成型；

(3)混凝土硬化脱模后首先在相对湿度为80％-100％的环境中养护3-14d，再在相对湿度低于50％的环境中养护7d以上，制得绝缘混凝土。

本发明的机理：混凝土中的水是影响混凝土绝缘性能的最主要因素。本发明通过掺入聚合物乳液或聚合物胶粉，一方面改善了水泥石-集料界面过渡区，使界面过渡区密实，减少了水在混凝土内部的富集，另一方面通过绝缘的高分子聚合物材料在混凝土内部成膜，形成互穿网络结构，阻止了水分在混凝土内部的传输；同时本发明提出了采用防水剂使混凝土整体形成憎水体系，从而使外部的水分无法进入混凝土内部。同时在制备技术方面，采用先潮湿养护再干燥养护的工艺，前期潮湿养护有利于混凝土中胶凝材料的充分水化，形成致密结构，后期干燥养护有利于混凝土中聚合物成膜，从而在混凝土内部形成绝缘膜。本发通过材料与工艺两个方面创造性的发明从而使混凝土具备绝缘性能。

本发明的优点：(1)原料廉价易得，制备工艺简单；(2)所制得的绝缘混凝土材料耐久性，绝缘性能可靠；(3)所制得的绝缘混凝土用途广泛，可广泛应用于高速铁路无砟轨道混凝土、地铁道床混凝土以及各类需要绝缘性能的结构部位。

利用本发明制备的绝缘混凝土可达到如下技术指标：

(1)力学性能：28d抗压强度30-80MPa，抗折强度4-10MPa；

(2)弹性模量：18-46GPa；

(3)电阻率：10⁶Ω·cm以上；

(4)抗冻等级：F300以上；

(5)电通量：＜100C；

(6)氯离子扩散系数：≤3×10^-12m²/s。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例：

实施例1

一种绝缘混凝土材料的制备方法，它包括如下步骤：

1)按表1称取原料：

表1实施例1原料配比

其中胶凝材料为：70％水泥+30％粉煤灰

细骨料为：河砂

粗骨料为：碎石

绝缘添加剂为：98％乙烯-乙酸乙烯酯共聚乳液+2％硅烷防水剂

外加剂为：聚羧酸高效减水剂

(2)将胶凝材料、细骨料、粗骨料一起混合搅拌2分钟，再加入绝缘添加剂、外加剂、水，继续搅拌3分钟后，入模成型；

(3)混凝土硬化脱模后首先在相对湿度为95％的环境中养护7d，再在相对湿度为20％的环境中养护28d，制得绝缘混凝土材料。

实施例2

一种绝缘混凝土材料的制备方法，它包括如下步骤：

1)按表2称取原料：

表2实施例2原料配比

其中胶凝材料为：100％水泥

细骨料为：机制砂

粗骨料为：碎石

绝缘添加剂为：80％醋酸乙烯酯与高级脂肪酸乙烯酯共聚胶粉+20％渗透结晶防水剂

外加剂为：95％萘系高效减水剂+5％消泡剂

(2)将胶凝材料、细骨料、粗骨料一起混合搅拌1分钟，再加入绝缘添加剂、外加剂、水，继续搅拌5分钟后，入模成型；

(3)混凝土硬化脱模后首先在相对湿度为100％的环境中养护14d，再在相对湿度为30％的环境中养护56d，制得绝缘混凝土材料。

实施例3

一种绝缘混凝土材料的制备方法，它包括如下步骤：

1)按表3称取原料：

表3实施例3原料配比

其中胶凝材料为：60％水泥+35％粉煤灰+5％硅灰

细骨料为：河砂

粗骨料为：碎石

绝缘添加剂为：90％硅烷防水剂+10％苯乙烯与丁二烯共聚胶粉

外加剂为：99％三聚氰胺系高效减水剂+1％引气剂

(2)将胶凝材料、细骨料、粗骨料一起混合搅拌3分钟，再加入绝缘添加剂、外加剂、水，继续搅拌2分钟后，入模成型；

(3)混凝土硬化脱模后首先在相对湿度为85％的环境中养护3d，再在相对湿度为40％的环境中养护7d，制得绝缘混凝土材料。

实施例4

一种绝缘混凝土材料的制备方法，它包括如下步骤：

1)按表4称取原料：

表4实施例4原料配比

其中胶凝材料为：50％水泥+30％硅微粉+20％偏高岭土

细骨料为：河砂

粗骨料为：碎石

绝缘添加剂为：70％聚丙烯酸酯乳液+20％丙烯酸酯与苯乙烯共聚胶粉+10％硅烷防水剂

外加剂为：氨基磺酸盐高效减水剂

(2)将胶凝材料、细骨料、粗骨料一起混合搅拌3分钟，再加入绝缘添加剂、外加剂、水，继续搅拌4分钟后，入模成型；

(3)混凝土硬化脱模后首先在相对湿度为100％的环境中养护5d，再在相对湿度为45％的环境中养护23d，制得绝缘混凝土材料。

实施例5

一种绝缘混凝土材料的制备方法，它包括如下步骤：

1)按表5称取原料：

表5实施例5原料配比

其中胶凝材料为：50％水泥+30％磨细矿渣粉+20％石灰石粉

细骨料为：河砂

粗骨料为：碎石

绝缘添加剂为：30％醋酸乙烯酯与丙烯酸酯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉+70％渗透结晶防水剂

外加剂为：聚羧酸高效减水剂

(2)将胶凝材料、细骨料、粗骨料一起混合搅拌2分钟，再加入绝缘添加剂、外加剂、水，继续搅拌3分钟后，入模成型；

(3)混凝土硬化脱模后首先在相对湿度为93％的环境中养护10d，再在相对湿度为10％的环境中养护30d，制得绝缘混凝土材料。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能够理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种绝缘混凝土材料，其特征在于它由胶凝材料、粗骨料、细骨料、绝缘添加剂、减水剂、水混合配制而成，其中胶凝材料用量为350kg/m³-700kg/m³，粗骨料用量为850kg/m³-1150kg/m³，绝缘添加剂用量为20-150kg/m³，外加剂用量为胶凝材料质量的0.2％-2.0％，体积砂率为35％-52％，水胶比为0.23-0.40；所述绝缘添加剂为聚合物与防水剂的混合物，其中防水剂为硅烷防水剂、渗透结晶防水剂之中的一种或两种的混合物。

2.按权利要求1所述的一种绝缘混凝土材料，其特征在于：所述胶凝材料为水泥与混凝土掺合料的混合物，其中混凝土掺合料为水泥用量的0％-70％；

3.按权利要求1及权利要求2所述的一种绝缘混凝土材料，其特征在于：所述混凝土掺合料为粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰、偏高岭土、石灰石粉、硅微粉之中的一种或二种以上的混合物。

4.按权利要求1所述的一种绝缘混凝土材料，其特征在于：所述外加剂是聚羧酸系高效减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐高效减水剂、消泡剂、引气剂之中的一种或两种以上的复配产物。

5.按权利要求1所述的一种绝缘混凝土材料，其特征在于：所述的聚合物为丁苯胶乳、乙烯-乙酸乙烯酯共聚乳液、氯丁胶乳、聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、支化羧酸乙烯酯乳液、聚乙酸乙烯酯乳液、醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉、乙烯与氯乙烯及月硅酸乙烯酯三元共聚胶粉、醋酸乙烯酯与乙烯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉、醋酸乙烯酯与高级脂肪酸乙烯酯共聚胶粉、丙烯酸酯与苯乙烯共聚胶粉、醋酸乙烯酯与丙烯酸酯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉、醋酸乙烯酯均聚胶粉、苯乙烯与丁二烯共聚胶粉之中的一种或两种以上的混合物。

6.如权利要求1所述的一种绝缘混凝土材料的制备方法，其特征在于它包含如下步骤：

(1)原料的称取：按配比为：胶凝材料350kg/m³-700kg/m³，粗骨料850kg/m³-1150kg/m³，绝缘添加剂20-150kg/m³称取胶凝材料、粗骨料、绝缘添加剂，按加入了为胶凝材料质量的0.2％-2.0％称取外加剂，按体积砂率为35％-52％称取细骨料，按水胶比为0.23-0.40称取水；

(2)将胶凝材料、细骨料、粗骨料一起混合搅拌1-3分钟，再加入绝缘添加剂、外加剂、水，继续搅拌2-5分钟后，入模成型；

(3)混凝土硬化脱模后首先在相对湿度为80％-100％的环境中养护3-14d，再在相对湿度低于50％的环境中养护7d以上，制得绝缘混凝土。