CN104556767A - 一种裹覆轻质骨料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种裹覆轻质骨料及其制备方法和应用，属于混凝土制备技术领域；本发明所述裹覆轻质骨料以成膜聚合物、成膜助剂、耐高温氧化物、水为原料制备得到，用本发明所述裹覆轻质骨料制作的混凝土经过1200℃高温作用10小时，无爆裂情况，残余20%-30%力学强度，可应用于冶炼、石油开采和核等高温作业的基础性设施建设以及喷射于一般混凝土结构表面作为防火层。
Description
技术领域
本发明涉及一种裹覆轻质骨料及其制备方法和应用，属于混凝土制备技术领域。
背景技术
混凝土结构经常置于高温环境或火灾隐患中。高温作用会使混凝土力学性能衰减，还有可能发生爆裂，破坏混凝土结构完整性，造成经济损失，威胁人身财产安全。轻质骨料为火山喷发或人工煅烧而成，热导率低，耐高温性能优越。经800-1000℃高温作用后，轻质骨料混凝土相对残余力学性能明显优于普通骨料混凝土，仍具备一定的承载能力（孙洪梅等，高铝水泥耐火混凝土火灾高温后强度及耐久性试验研究. 工业建筑,2003,33(9):60-62；Turkmen I and Findik SB, Several properties of mineral admixtured lightweight mortars at elevated temperatures. Fire and Mateirals, 2013,37:337-349；Tanyildizi H, Variance analysis of crack characteristics of structural lightweight concrete containing silica fume exposed to high temperature. Construction and Building Materials, 2013,47:1154-1159；Sancak E et al., Effects of elevated temperature on compressive strength and weight loss of the light-weight concrete with silica fume and superplasticizer. Cement and Concrete Composites, 2008,30:715-721；蒋玉川等，页岩陶粒混凝土高温性能特征研究.建筑材料学报，2013,16:888-893）。相较于普通骨料，轻质骨料孔隙率大，吸水率高；如果将未经饱水预处理的轻质骨料用于混凝土的制作，轻质骨料极大可能吸收大量拌合用水，造成混凝土坍落度经时损失以及收缩开裂，影响轻质骨料混凝土的工程应用。但是，经过饱水预处理的轻质骨料将会携带额外大量水份进入混凝土。混凝土经高温作用时，如果其内部水蒸汽不能及时逸出，就会在混凝土内部形成强大的蒸汽压，导致混凝土发生爆裂。在以上文献中，研究所用轻质骨料并未做饱水预处理，或在高温作用前先将混凝土试件做干燥处理。所以在这些研究中，轻质骨料混凝土并未发生高温爆裂，轻质骨料的耐高温性能得到了发挥。但在文献（Lindgard J and Hammer TA, Fire resistance of structural lightweight aggregate concrete: a literature survey with focus on spalling. Nordic Concrete Research, 1998, 21: 14-25）中就报道了由于轻质骨料的吸湿作用而造成轻质骨料混凝土高温爆裂的情况。因此，如果在拌制混凝土前能够对轻质骨料进行裹覆预处理，减小其在混凝土新拌阶段的吸水率，同时裹覆层又能在高温作用时协同发挥耐高温作用，即可使轻质骨料充分发挥其优越的耐高温性能。但是目前并没有找到轻骨料预裹覆的相关文献报道。
在本发明所涉及的轻质骨料裹覆技术中，轻质骨料裹覆层可减小轻质骨料的吸水率。高温作用时，轻质骨料裹覆层的成膜聚合物和成膜助剂可在较低温度时熔化留下孔道，便于水蒸汽逸出降低蒸汽压，降低轻质骨料混凝土高温爆裂的可能性。轻质骨料裹覆层的耐高温氧化物在新拌混凝土阶段可改善水泥与骨料之间因成膜作用而带来的界面问题，同时在高温作用下耐高温氧化物以及耐高温水泥可协同增强轻质骨料的耐高温性能，进一步降低轻质骨料混凝土高温爆裂的可能性，提高轻质骨料混凝土耐高温性能。
发明内容
本发明的目的是为了克服由于轻质骨料吸水率高而易导致轻质骨料混凝土高温爆裂的不足，提供一种新的裹覆轻质骨料，所述轻质骨料以成膜聚合物、成膜助剂、耐高温氧化物、水为原料，所述成膜聚合物、成膜助剂、耐高温氧化物、水的质量比为1:0.05~0.1:0.5~1:90~100；
所述成膜聚合物为聚乙烯醇、壳聚糖、丙烯酸树脂、聚乳酸和聚氨酯中一种；
所述成膜助剂为甲基硅酸钠、聚硅氧烷、磷酸三丁酯和磷酸三苯酯中一种；
所述耐高温氧化物为氧化铝和氧化硅中一种。
本发明的所述的裹覆轻质骨料的制备方法，具体包括如下步骤：
（1）将成膜聚合物、成膜助剂、耐高温氧化物、水按质量比1:0.05~0.1:0.5~1:90~100混合配制裹覆浆体；
（2）将浆体按浆体：轻质骨料质量比1:1~3:1裹覆于干燥轻质骨料表面得到浆体裹覆处理后的轻质骨料，并过滤多余浆体；
（3）将浆体裹覆处理后的轻质骨料置于耐高温氧化物粉末中进行二次裹覆至轻质骨料颗粒分明；
（4）将步骤（3）中得到的二次裹覆至轻质骨料在40~60℃干燥5~10小时得到裹覆轻质骨料。
本发明步骤（2）中所述轻质骨料为陶粒、膨胀珍珠岩和浮石中一种。
本发明的另一目的是将所述裹覆轻质骨料用于制备耐高温混凝土，具体包括以下步骤：将耐高温水泥、水、砂和裹覆轻质骨料按350~450kg/m3、150~300kg/m3、600~750kg/m3和400~500kg/m3的配合比进行搅拌成型。
本发明所述耐高温水泥为高铝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、掺偏高岭土硅酸盐水泥中一种。
本发明的有益效果：用本发明的方法制作的混凝土经过1200℃高温作用10小时，无爆裂情况，残余20%-30%力学强度，可应用于冶炼、石油开采和核等高温作业的基础性设施建设以及喷射于一般混凝土结构表面作为防火层。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1
本实施例所述裹覆轻质骨料为氧化铝-磷酸三苯酯-壳聚糖裹覆陶粒，所述裹覆轻质骨料的制备方法如下：
（1）壳聚糖：磷酸三苯酯：氧化铝：水为1:0.05:0.5:90的比例配制裹覆浆体；
（2）浆体：陶粒为1:1裹覆干燥陶粒表面，并过滤多余浆体；
（3）将浆体裹覆处理后的陶粒置于氧化铝粉末中进行二次裹覆至陶粒颗粒分明；
（4）40℃干燥裹覆陶粒10小时。
矿渣硅酸盐水泥、氧化铝-磷酸三苯酯-壳聚糖裹覆陶粒、砂和水按350kg/m3、400kg/m3、600kg/m3和150kg/m3的配合比搅拌成型混凝土，标准养护28天，经1200℃高温作用10小时，无爆裂情况，残余20%力学强度。普通混凝土大多经800-1000℃高温作用2小时后力学强度损失殆尽；说明本发明制作的混凝土具有优越的耐高温性能。
实施例2
本实施例所述裹覆轻质骨料为氧化硅-聚硅氧烷-聚氨酯裹覆陶粒，所述裹覆轻质骨料的制备方法如下：
（1）聚氨酯：聚硅氧烷：氧化硅：水为1:0.072:0.8:95的比例配制裹覆浆体；
（2）浆体：膨胀珍珠岩为2:1裹覆干燥膨胀珍珠岩表面，并过滤多余浆体；
（3）将浆体裹覆处理后的膨胀珍珠岩置于氧化硅粉末中进行二次裹覆至膨胀珍珠岩颗粒分明；
（4）55℃干燥裹覆膨胀珍珠岩6小时。
粉煤灰硅酸盐水泥、氧化硅-聚硅氧烷-聚氨酯裹覆膨胀珍珠岩、砂和水按400kg/m3、450kg/m3、700kg/m3和200kg/m3的配合比搅拌成型混凝土，标准养护28天，经1200℃高温作用10小时，无爆裂情况，残余25%力学强度。普通混凝土大多经800-1000℃高温作用2小时后力学强度损失殆尽。说明本发明制作的混凝土具有优越的耐高温性能。
实施例3
本实施例所述氧化硅-甲基硅酸钠-丙烯酸树脂裹覆浮石的制作，所述裹覆轻质骨料的制备方法如下：
（1）丙烯酸树脂：甲基硅酸钠：氧化硅：水为1:0.1:1:100的比例配制裹覆浆体；
（2）浆体：浮石为3:1裹覆于干燥浮石表面，并过滤多余浆体；
（3）将浆体裹覆处理后的浮石置于氧化硅粉末中进行二次裹覆至浮石颗粒分明；
（4）60℃干燥裹覆浮石5小时。
高铝水泥、氧化硅-甲基硅酸钠-丙烯酸树脂裹覆浮石、砂和水按450kg/m3、500kg/m3、750kg/m3和300kg/m3的配合比搅拌成型混凝土，标准养护28天，经1200℃高温作用10小时，无爆裂情况，残余30%力学强度。普通混凝土大多经800-1000℃高温作用2小时后力学强度损失殆尽。说明本发明制作的混凝土具有优越的耐高温性能。
Claims (5)
1.一种裹覆轻质骨料，其特征在于：所述轻质骨料以成膜聚合物、成膜助剂、耐高温氧化物、水为原料，所述成膜聚合物、成膜助剂、耐高温氧化物、水的质量比为1:0.05~0.1:0.5~1:90~100；
所述成膜聚合物为聚乙烯醇、壳聚糖、丙烯酸树脂、聚乳酸和聚氨酯中一种；
所述成膜助剂为甲基硅酸钠、聚硅氧烷、磷酸三丁酯和磷酸三苯酯中一种；
所述耐高温氧化物为氧化铝和氧化硅中一种。
2.权利要求1所述的裹覆轻质骨料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
（1）将成膜聚合物、成膜助剂、耐高温氧化物、水混合配制裹覆浆体；
（2）将浆体按浆体：轻质骨料质量比1:1~3:1裹覆于干燥轻质骨料表面得到浆体裹覆处理后的轻质骨料，并过滤多余浆体；
（3）将浆体裹覆处理后的轻质骨料置于耐高温氧化物粉末中进行二次裹覆至轻质骨料颗粒分明；
（4）将步骤（3）中得到的二次裹覆至轻质骨料在40~60℃干燥5~10小时得到裹覆轻质骨料。
3.根据权利要求2所述的裹覆轻质骨料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述轻质骨料为陶粒、膨胀珍珠岩和浮石中一种。
4.权利要求1或2所述裹覆轻质骨料用于制备耐高温混凝土，其特征在于：将耐高温水泥、水、砂和裹覆轻质骨料按350~450kg/m3、150~300kg/m3、600~750kg/m3和400~500kg/m3的配合比进行搅拌成型。
5.根据权利要求4所述的裹覆轻质骨料用于制备耐高温混凝土，其特征在于：耐高温水泥为高铝水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、掺偏高岭土硅酸盐水泥中一种。
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