CN105198303A - 一种耐热混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混凝土建材领域，特别是涉及一种耐热混凝土及其制备方法。本发明提供一种耐热混凝土，其原料按重量份计，包括如下组分：水泥150～250份；矿粉50～150份；硅灰0～5份；钢渣粉0～100份；高炉水渣450～700份；玄武岩600～1700份；钢渣骨料0～800份；水适量；外加剂适量；其中，水泥、矿粉、硅灰和钢渣粉的总和≤450份。本发明发明人通过在混凝土中掺入一定量的掺合料，使水泥水化反应更充分，在提高了混凝土耐热性能的同时，还进一步提高了混凝土的密实性和保水性，减少泌水和离析现象，改善混凝土的工作性能。

Description

一种耐热混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土建材领域，特别是涉及一种耐热混凝土及其制备方法。

背景技术

随着经济的飞速发展，日常生产、生活中用火、用电明显增多，引发火灾事故的因素也骤增，火灾事故特别是重特大火灾事故，给社会造成了巨大财产损失和人员伤亡，而耐火等级较低的建筑材料会在火灾中导致更严重的财产和人员的损失。

可以说，如何经济有效地解决建筑物耐火问题，在火灾和不安全因素迅速增加的今天显得具有重大的意义。近年来随着一些新材料、新工艺、新技术在建筑领域中的广泛应用，建筑构件的性能也变得越来越复杂，而混凝土以其优越的性能和低廉的价格仍为大量建筑工程必不可少的材料。因此具有一定耐火能力、经济适用的防火耐热混凝土引起人们的重视。

大量研究表明，普通混凝土在高温受热下的退化包括质量减少和形成大量的孔和裂缝以及强度和弹性模量的下降，退化的结果造成普通混凝土出现大面积裂缝以至坍塌。普通混凝土受热导致性能下降的机理复杂，作用机理包括水泥水化产物受热作用机理和水泥水化产物与骨料之间受热相互作用机理，所以寻找一种性能优良的防火耐热混凝土是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种耐热混凝土及其制备方法，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种耐热混凝土，其原料按重量份计，包括如下组分：

其中，水泥、矿粉、硅灰和钢渣粉的总和≤450份。

优选的，所述耐热混凝土，其原料按重量份计，包括如下组分：

其中，水泥、矿粉、硅灰和钢渣粉的总和≤450份。

具体的，所述耐热混凝土中，水泥、矿粉、硅灰和钢渣粉为胶凝材及混凝土掺合料。

优选的，所述水泥为P.O42.5级水泥。

优选的，所述矿粉符合GB/T18046-2008S95级别标准。

优选的，所述硅灰符合GB/T27690-2011标准。

钢渣是炼钢过程中产生的“过烧”材料，在电炉或转炉中、在温度1500～1700℃下形成，高温下呈液态，冷却后呈块状。

优选的，所述钢渣粉和钢渣骨料均是由电炉滚筒钢渣制备的。

由于钢渣中含有游离氧化钙(f.CaO)等成分，遇水会产生氢氧化钙(Ca(OH)₂)使得体积膨胀，因此将钢渣用于制备混凝土应注意其稳定性，避免因体积膨胀造成混凝土开裂、破坏。

更优选的，所述钢渣骨料符合JGJ52-2006标准的5-16mm连续粒级。

更优选的，所述钢渣粉为钢渣经处理(破碎、磁选、粉磨等工艺)后得到的粉体材料，其比表面积≥360m²/kg，45um筛余≤2％，28d活性和安定性合格，所述28d活性和安定性合格具体指：按GB/T20491-2006中规定28d活性≥65％，安定性合格；进一步优选的，所述28d活性和安定性合格具体指：按上海市地方标准《DG/TJ08-2013-2007钢渣粉混凝土应用技术规程》规定28d活性≥70％，安定性合格。

高炉水渣是炼铁时从高炉中排出的热熔状态的炉渣经水淬所产生的副产品，外观与河砂类似，颗粒均匀，粒径在5mm以下。

优选的，所述高炉水渣级配和细度模数符合JGJ52-2006中中砂的要求。

优选的，所述玄武岩符合JGJ52-2006标准的5-16mm连续粒级。

本发明所提供的耐热混凝土的配方中，可使用本领域各种玄武岩，包括拉班玄武岩、碱性玄武岩、高铝玄武岩等中的一种或多种的组合。

本领域技术人员可根据工程要求的混凝土坍落度来调整水的使用量。

优选的，所述耐热混凝土为干硬性混凝土，所述耐热混凝土的坍落度为0～70。

更优选的，所述耐热混凝土的坍落度为20～50。

本领域技术人员可根据外加剂的种类确定外加剂的使用量，以获得最佳的使用效果。(如：厂商提供的产品质量说明中的推荐掺量等)

优选的，所述外加剂选自聚羧酸系减水剂或其他高效减水剂，具体使用量为胶凝材(配方中水泥、矿粉、钢渣粉为胶凝材)总量的0-2wt％，更优选为0.5-1wt％。

优选的，所述耐热混凝土中，还包括纤维，所述纤维的添加量为水泥、矿粉、硅灰、钢渣粉、高炉水渣、玄武岩、钢渣骨料、水、外加剂总重量的0.01-0.05wt％。

更优选的，所述纤维为聚丙烯纤维，符合《JT/T525-2004公路水泥混凝土纤维材料聚丙烯纤维和聚丙烯腈纤维标准》。

对于本领域技术人员而言，聚丙烯纤维为常用的混凝土原材料之一，本发明实施例中所使用的聚丙烯纤维的为长度20mm左右。

本发明所提供的耐热混凝土的组成成分包括水、水泥、矿粉、钢渣粉、硅灰、高炉水渣、玄武岩、钢渣骨料、外加剂等。本发明发明人通过在混凝土中掺入一定量的掺合料(矿粉、钢渣粉、硅灰)，使水泥水化反应更充分，在提高了混凝土耐热性能的同时，还进一步提高了混凝土的密实性和保水性，减少泌水和离析现象，改善混凝土的工作性能；在混凝土中掺入一定量的外加剂，提高混凝土工作性能，如减水剂可以减少混凝土用水量，改善混凝土流动性；消泡剂减少混凝土内气孔，使混凝土更密实。

本发明第二方面提供所述耐热混凝土的制备方法，包括如下步骤：

(1)按配方将骨料(钢渣骨料、高炉水渣、玄武岩)进行混合；

(2)按配方将剩余材料中的粉体材料(水泥、矿粉、钢渣粉、硅灰，如外加剂为粉体，则外加剂也算作粉体材料)先混合后，再与步骤1所得混合料混合，进行充分混合；

(3)按配方将剩余材料中的液体材料(水，如外加剂为液体，则外加剂也算作液体材料)与步骤2所得混合料混合，并搅拌均匀；

(4)将步骤3所得混合料倒入模具中进行浇筑、养护，养护结束即得所述耐热混凝土。

具体的，所述步骤3中，按配方在步骤2所得混合料中加水，并搅拌均匀时，应对物料充分混合均匀。一般情况下，所述的耐热混凝土加水后的搅拌时间相比搅拌普通砂石混凝土更长，为了达到搅拌均匀的效果，延长时间为一般为60s以上。

优选的，所述步骤4中，浇筑时进行振动，使混凝土充分密实。

更优选的，所述振动具体采用振动棒、振动台等。

优选的，所述步骤4中，耐热混凝土在浇筑完成后立即开始进行保湿养护。

优选的，所述步骤4中，在浇筑前，模具中还加入钢筋。

更优选的，所述钢筋上涂抹有沥青和阻锈剂(外加剂的一种)。

加入钢筋制备所得的耐热混凝土为钢筋混凝土。钢筋上涂抹沥青和阻锈剂是为了防锈，同时当混凝土和钢筋受热后，由于混凝土和钢筋的膨胀程度不同，受热的沥青作为液体可减缓他们之间的膨胀缓冲，而且，沥青等液体可进入混凝土的孔隙中使混凝土更密实。

本发明第三方面提供所述耐热混凝土在耐热混凝土预制件制备领域的用途。

如上所述，本发明所提供的耐热混凝土具有以下有益效果：

1、本发明所提供的耐热混凝土具有耐高温的特殊效果。

2、本发明所提供的耐热混凝土制备工艺上较为简单，可以用现有的混凝土工艺制备但制备获得的混凝土的工作性能得到提高。

3、本发明所提供的耐热混凝土有效利用了高炉水渣、钢渣等固体废弃物，而这些耐热混凝土在相关领域必然会产生很高的经济效益。同时，以钢渣粉替代矿粉等胶凝材料，以钢渣替代玄武岩等骨料，可以进一步有效降低成本。

4、延长耐热混凝土的使用寿命，降低钢铁厂的频繁更换耐热混凝土引发的购买耐热混凝土的成本和停工引发的经济损失。

5、采用本发明所提供的耐热混凝土所制备的混凝土预制件，可以避免因为耐热混凝土的损坏而造成的工程停工、混凝土重新现浇和养护(至少需停工1个月以上)。即使预制件损坏，可以随时更换，不影响炼钢厂的流水线生产。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。

此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

实施例中除特殊说明外，使用如下原材料：

水泥采用P.O42.5级水泥，供货商为太仓海螺水泥有限责任公司；

矿粉为S95级(GB/T18046-2000)，供货商为上海宝田新型材料公司；

硅灰(GB/T27690-2011)，供货商为上海天君国际贸易有限公司；

钢渣为上海宝钢炼钢过程中产生的电炉滚筒渣，钢渣骨料具有一定粒级，符合JGJ52-2006标准的5-16mm连续粒级；钢渣粉为钢渣经处理(破碎、磁选、粉磨等工艺)后得到的粉体材料，其比表面积≥360m²/kg，45um筛余≤2％，28d活性≥70％，安定性合格(上海市地方标准《DG/TJ08-2013-2007钢渣粉混凝土应用技术规程》)；

玄武岩符合JGJ52-2006标准的5-16mm连续粒级，产地为安徽溧阳；

高炉水渣为上海宝钢炼钢过程中的产生的高炉水渣(颗粒大小与黄砂类似)，级配和细度模数符合JGJ52-2006中中砂的要求；

减水剂为聚羧酸系高效减水剂(巴斯夫公司的GleniumSky8305S2)。

实施例中所使用的制备工艺为普通混凝土的制备工艺，即先将骨料(钢渣骨料、高炉水渣、玄武岩)混合，再将混合均匀后的粉料(水泥、矿粉、钢渣粉、硅灰)倒入，搅拌后加水和液体外加剂继续搅拌均匀，即可成为本发明所述的耐热混凝土。

按《YB/T4252-2011耐热混凝土应用技术规程》进行技术指标的检测。其中残余强度采用该标准中的方法：经标准养护后的100×100×100mm的混凝土试块，置于电热恒温干燥箱中，保持110℃±5℃下烘干24h。经烘干后的试块置于电炉中加热，按平均2℃/min～3℃/min匀速升温至700℃，恒温3h后，冷却至室温，立即送压，检测其残余强度。

抗压强度采用GB/T50081-2002标准，即本领域技术人员常用的混凝土抗压强度检测方法。

实施例1：

将500份高炉水渣、1050份玄武岩、650份钢渣骨料混合，搅拌15s。然后将250份的水泥、150份的矿粉、100份的钢渣粉倒入，搅拌15s，然后加入160份的水，搅拌均匀(搅拌时间2min)，坍落度为50mm。将制成的混凝土制成100×100×100mm的试块2组(即6个)，养护7d后进行实验。1组进行抗压强度试验，1组进行残余强度试验。7d抗压强度为32.5MPa，7d残余强度为29.6MPa。

实施例2：

将450份高炉水渣、700份玄武岩、750份钢渣骨料混合，搅拌15s。然后将200份的水泥、120份的矿粉、50份的钢渣粉倒入，搅拌15s，然后将2.6份的液体减水剂，加入120份的水搅拌10s，然后倒入混凝土干料中，搅拌均匀(搅拌时间2min)，坍落度为30mm。将制成的混凝土制成100×100×100mm的试块2组(即6个)，养护7d后进行实验。1组进行抗压强度试验，1组进行残余强度试验。7d抗压强度为40.1MPa，7d残余强度为31.9MPa。

实施例3：

将600份高炉水渣、1640份玄武岩混合，搅拌15s。然后将200份的水泥、150份的矿粉倒入，搅拌15s，然后将2.6份的液体减水剂和0.9份的聚丙烯纤维加入120份的水搅拌20s，然后倒入混凝土干料中，搅拌均匀(搅拌时间3min)，坍落度为40mm。将制成的混凝土制成100×100×100mm的试块2组(即6个)，养护7d后进行实验。1组进行抗压强度试验，1组进行残余强度试验。7d抗压强度为37.2MPa，7d残余强度为32.3MPa。

实施例4：

将700份的高炉水渣、1500份的玄武岩混合，搅拌15s。然后将200份的水泥、150份的矿粉、1份硅灰倒入，搅拌15s，然后将2.6份的液体减水剂和0.9份的聚丙烯纤维加入115份的水搅拌20s，然后倒入混凝土干料中，搅拌均匀(搅拌时间3min)，坍落度为20mm。将制成的混凝土制成100×100×100mm的试块3组(即6个)，养护7d后进行实验。1组进行抗压强度试验，1组进行残余强度试验,1组进行3次残余强度试验。7d抗压强度为46.2MPa，7d残余强度为33.7MPa，3次残余强度为27.3MPa。其中，3次残余强度的方法为：养护7d后按YB/T4252-2011的方法进行残余强度试验，然后自然冷却24h继续残余强度实验，然后自然冷却24h再次残余强度实验，然后检测其残余强度。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种耐热混凝土，其原料按重量份计，包括如下组分：

水适量；

外加剂适量；

其中，水泥、矿粉、硅灰和钢渣粉的总和≤450份。

2.如权利要求1所述的耐热混凝土，其特征在于，所述耐热混凝土其原料按重量份计，包括如下组分：

水适量；

外加剂适量；

其中，水泥、矿粉、硅灰和钢渣粉的总和≤450份。

3.如权利要求1所述的耐热混凝土，其特征在于，所述水泥为P.O42.5级水泥，所述矿粉符合GB/T18046-2008S95级别标准，所述硅灰符合GB/T27690-2011标准。

4.如权利要求1所述的耐热混凝土，其特征在于，所述钢渣粉和钢渣骨料均由电炉滚筒钢渣制备，所述钢渣骨料符合JGJ52-2006标准的5-16mm连续粒级；所述钢渣粉为钢渣经处理后得到的粉体材料，其比表面积≥360m²/kg，45um筛余≤2％，28d活性和安定性合格，所述28d活性和安定性合格具体指：按GB/T20491-2006中规定28d活性≥65％，安定性合格。

5.如权利要求1所述的耐热混凝土，其特征在于，所述高炉水渣级配和细度模数符合JGJ52-2006中中砂的要求，所述玄武岩符合JGJ52-2006标准的5-16mm连续粒级。

6.如权利要求1所述的耐热混凝土，其特征在于，所述耐热混凝土为干硬性混凝土，所述耐热混凝土的坍落度为0～70，优选为20-50。

7.如权利要求1所述的耐热混凝土，其特征在于，外加剂选自聚羧酸系减水剂。

8.如权利要求1所述的耐热混凝土，其特征在于，所述耐热混凝土中，还包括聚丙烯纤维，所述纤维的添加量为水泥、矿粉、硅灰、钢渣粉、高炉水渣、玄武岩、钢渣骨料、水、外加剂总重量的0.01-0.05wt％。

9.如权利要求1-8任一权利要求所述的耐热混凝土的制备方法，包括如下步骤：

(1)按配方将钢渣、高炉水渣、玄武岩进行混合；

(2)按配方将剩余材料中的粉体材料先混合后，再与步骤1所得混合料混合，进行充分混合；

(3)按配方将剩余材料中的液体材料与步骤2所得混合料混合，并搅拌均匀；

(4)将步骤3所得混合料倒入模具中进行浇筑、养护，养护结束即得所述耐热混凝土。

10.如权利要求1-8任一权利要求所述的耐热混凝土在耐热混凝土预制件制备领域的用途。