CN106747121B - 一种高绝缘性密实聚合物混凝土及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高绝缘性密实聚合物混凝土及其制备方法与应用，包括如下组分及其质量份数：水泥120份、乳液10～50份、水30～60份、硅灰石10～30份、云母5～30份、二氧化硅10～20份、减水剂0.1份、消泡剂0.01份，经在真空下搅拌、成型、养护、干燥等过程加工而成，可应用于电气绝缘管道、支架、变压器底座。本发明采用聚合物作为电力绝缘材料，具有高绝缘性、密实性、强度和耐久性，而且制备工艺简单、成本低廉、施工方便、适用于大规模工业生产。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土制备技术领域，具体涉及一种高绝缘性密实聚合物混凝土及其制备方法与应用。
背景技术
随着人们对工作与生活品质日益增长的需求和现代科学技术的飞速发展，人们对能源和材料的开发和利用等方面性能提出了更高的要求。在2015年全球能源互联网会议上，为满足超大容量、资源节约、环境友好、安全可靠的远距离输电线路建设需求，提出了一种新型超大容量输电管线技术，这为全球能源互联网电力输送指明了方向，并为后来输电技术相关工作夯实了基础。作为超大容量高绝缘性输电管线的设计重点，绝缘材料的选取对保障输电线路安全稳定运行极为重要。目前，用于输电的绝缘材料主要有陶瓷、玻璃、环氧树脂和硅胶高分子等材料，但在输电工程中，陶瓷和玻璃难以制造输电管道和绝缘支架等大型制件，而单一的环氧树脂和硅胶等高分子材料容易老化，强度又较低，环境适应性差，并且在广阔的输电线路中对输电成本也有极高的要求，聚合物改性混凝土就兼顾了这两点要求。采用普通的无机矿物质水泥作为基材，采用合理的聚合物配比改性水泥混凝土，并通过适当的制备方法和成型工艺可得到高绝缘、高强度、高弹性模量耐老化、耐酸碱腐蚀的聚合物水泥混凝土材料。聚合物的加入在很大程度上改善了传统混凝土的多孔、弹性模量差耐老化能力差等缺点。
在传统的混凝土制备工艺中，混凝土都是在开放的环境中搅拌，导致搅拌时产生不少气泡长时间存在于混凝土中，混凝土水化成型后则在内部残留许多小孔缺陷，降低了混凝土的电气性能和机械强度。因此在混凝土制备和成型过程中可采用适当的抽真空技术减少混凝土内部孔隙的形成，从而提高混凝土的电气性能和机械性能。聚合物混凝土作为一种新型的工程材料，结合了无机混凝土和聚合物的性能，且性价比高，所需原料都简便易得，通过适当的制备过程后形成的混凝土成型可塑性强，易于制得各种大型的聚合物混凝土型材，如输电管道、大型绝缘支架等。这些优异的性能使聚合物混凝土在电力行业具有良好的发展前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种高绝缘性密实聚合物混凝土及其制备方法与应用，采用普通硅酸盐水泥、硅灰石、云母、二氧化硅等为填料，聚合物作为电力绝缘材料，具有高绝缘性、密实性、强度和耐久性，而且制备工艺简单、成本低廉、施工方便、适用于大规模工业生产，可应用于电气绝缘管道、支架、变压器底座等领域。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高绝缘性密实聚合物混凝土，包括如下组分及其质量份数：水泥120份、乳液10～50份、水30～60份、硅灰石10～30份、云母5～30份、二氧化硅10～20份、减水剂0.1份、消泡剂0.01份。
根据以上方案，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
根据以上方案，所述二氧化硅的粉末粒径为微米级。
根据以上方案，所述乳液为苯丙乳液或环氧水性乳液，形成聚合物后颗粒粒径为微米级。
根据以上方案，所述减水剂为聚羧酸系减水剂。
根据以上方案，所述消泡剂为水性消泡剂。
根据以上方案，应用于电气绝缘管道、绝缘子、套管、开关柜、支架或变压器底座绝缘构件等。
一种高绝缘性密实聚合物混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1)将水泥、硅灰石、云母、二氧化硅、减水剂加入搅拌釜中搅拌均匀，再将水、消泡剂、乳液混合均匀后的混合液加入搅拌釜中，在转速为200r/min的搅拌下，使搅拌釜中的水泥砂浆混合均匀；
2)在水泥砂浆搅拌5min之后，用真空泵将搅拌釜抽真空，保持真空度在-0.06～0.1MPa(根据搅拌釜的环境温度可适当调整真空度)，搅拌20min；
3)将混合物倒入模具中，振捣使其流平，之后移入养护箱养护8天；
4)将试样从养护箱取出，在干燥环境中养护7天，即得成品。
根据以上方案，所述步骤2)中的搅拌转速不高于600r/min。
根据以上方案，所述养护箱的养护条件为：温度20℃，相对湿度95％。
在混凝土搅拌过程中，集合物颗粒的大小和搅拌方式都会影响混凝土中气泡的生成，本发明聚合物胶乳颗粒本身是微米级，与混凝土混合后，在成型过程中产生交联，聚合物颗粒成膜与水泥浆体交织成网状结构，均匀分布在集料颗粒之间，一方面有增韧作用，另一方面可提高其绝缘性；本发明采用了硅灰石和云母作为填料，可以大幅提高混凝土的绝缘性，并且硅灰石粉和云母粉混合加入水泥中能提高混合物的界面相容性，在一定程度上提高混凝土的机械性能；本发明采用了微米级的二氧化硅用来填充聚合物混凝土之间的空隙，减少聚合物混凝土成型后微孔的形成，并增强聚合物混凝土的机械强度；本发明采用聚羧酸系减水剂可减少聚合物混凝土用水量，避免因水分过多导致聚合物在混凝土中分层的现象，改善混凝土拌料的流动性；本发明采用Deform W-098水性消泡剂，一定程度上抑制搅拌过程中气泡在浆体内部的稳定存在，促进浆体更加密实，从而提高聚合物混凝土的绝缘性和机械强度；本发明采用抽真空技术对密封的搅拌釜抽真空，能高效快速地除去搅拌釜中的气体，大幅度减少混凝土因搅拌引气形成的孔隙，从而大幅度降低混凝土的孔隙率，提高混凝土的密实性、强度和耐久性，工艺简单，效果明显。本发明提供了一种高绝缘性密实聚合物混凝土的制备方法及应用，制备方法简单，成本低廉，效果显著。
本发明的有益效果是：
1)本发明的产品聚合物混凝土选用硅灰石、云母和二氧化硅绝缘性填料，其绝缘性能大大优于同类聚合物混凝土；
2)本发明选用粒径为微米级的二氧化硅能够有效填充混凝土内的孔隙，在提高聚合物混凝土的绝缘性同时提高聚合物混凝土的强度；
3)本发明各组分的合理配比，以及独特的制备工艺，能够最大量的减少聚合物混凝土试样内部的孔洞，并且消除试样内部的自由水，从而提高它的绝缘性能；
4)本发明在聚合物混凝土搅拌过程中，采用真空泵抽真空能够大幅度的减少搅拌过程中产生的气泡，增加聚合物混凝土的密实性，从而提高了聚合物混凝土的绝缘性和机械强度；
5)本发明的产品具有高绝缘性与密实性，优异的机械性能，而且原料简单易得，制备工艺简单，成本低廉，施工方便，适用于大规模工业生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案进行说明。
实施例1：
本发明提供一种高绝缘性密实聚合物混凝土及其制备方法，包括如下步骤：
1)将120g普通硅酸盐水泥、15g硅灰石、10g云母、10g二氧化硅、0.1g聚羧酸系减水剂加入250mL搅拌釜中，搅拌均匀；将54.2g水、0.01g Deform W-098水性消泡剂、15g苯丙乳液混合均匀后加入到上述混合中，在转速为200r/min的搅拌下搅拌均匀，呈流动状；
2)在水泥砂浆搅拌5min之后，用真空泵将搅拌釜抽真空，保持真空度在0.06MPa，搅拌20min；
3)将混合物倒入模具中，振捣使其流平，之后移入养护箱，在温度20℃，相对湿度95％的条件下，养护8天；
4)将试样从养护箱取出，在干燥环境中养护7天，即得成品。
实施例2：
本发明提供一种高绝缘性密实聚合物混凝土及其制备方法，包括如下步骤：
1)将120g普通硅酸盐水泥、15g硅灰石、10g云母、10g二氧化硅、0.1g聚羧酸系减水剂加入250mL搅拌釜中，搅拌均匀；将53.5g水、0.01g Deform W-098水性消泡剂、20g苯丙乳液混合均匀后加入到上述混合中，在转速为200r/min的搅拌下搅拌均匀，呈流动状；
2)在水泥砂浆搅拌5min之后，用真空泵将搅拌釜抽真空，保持真空度在0.08MPa，搅拌20min；
3)将混合物倒入模具中，振捣使其流平，之后移入养护箱，在温度20℃，相对湿度95％的条件下，养护8天；
4)将试样从养护箱取出，在干燥环境中养护7天，即得成品。
实施例3：
本发明提供一种高绝缘性密实聚合物混凝土及其制备方法，包括如下步骤：
1)将120g普通硅酸盐水泥、15g硅灰石、10g云母、10g二氧化硅、0.1g聚羧酸系减水剂加入250mL搅拌釜中，搅拌均匀；将52.4g水、0.01g Deform W-098水性消泡剂、25g苯丙乳液混合均匀后加入到上述混合中，在转速为200r/min的搅拌下搅拌均匀，呈流动状；
2)在水泥砂浆搅拌5min之后，用真空泵将搅拌釜抽真空，保持真空度在0.01MPa，搅拌20min；
3)将混合物倒入模具中，振捣使其流平，之后移入养护箱，在温度20℃，相对湿度95％的条件下，养护8天；
4)将试样从养护箱取出，在干燥环境中养护7天，即得成品。
实施例4：
本发明提供一种高绝缘性密实聚合物混凝土及其制备方法，包括如下步骤：
1)将120g普通硅酸盐水泥、15g硅灰石、10g云母、10g二氧化硅、0.1g聚羧酸系减水剂加入250mL搅拌釜中，搅拌均匀；将50.2g水、0.01g Deform W-098水性消泡剂、30g苯丙乳液混合均匀后加入到上述混合中，在转速为200r/min的搅拌下搅拌均匀，呈流动状；
2)在水泥砂浆搅拌5min之后，用真空泵将搅拌釜抽真空，保持真空度在-0.06MPa，搅拌20min；
3)将混合物倒入模具中，振捣使其流平，之后移入养护箱，在温度20℃，相对湿度95％的条件下，养护8天；
4)将试样从养护箱取出，在干燥环境中养护7天，即得成品。
实施例5：
本发明提供一种高绝缘性密实聚合物混凝土及其制备方法，包括如下步骤：
1)将120g普通硅酸盐水泥、15g硅灰石、10g云母、10g二氧化硅、0.1g聚羧酸系减水剂加入250mL搅拌釜中，搅拌均匀；将47.8g水、0.01g Deform W-098水性消泡剂、35g苯丙乳液混合均匀后加入到上述混合中，在转速为200r/min的搅拌下搅拌均匀，呈流动状；
2)在水泥砂浆搅拌5min之后，用真空泵将搅拌釜抽真空，保持真空度在0.09MPa，搅拌20min；
3)将混合物倒入模具中，振捣使其流平，之后移入养护箱，在温度20℃，相对湿度95％的条件下，养护8天；
4)将试样从养护箱取出，在干燥环境中养护7天，即得成品。应用于电气绝缘管道、支架、变压器底座。
对实施例产品进行了介电强度、介电损耗、体积电阻率、表面电阻等性能测试，结果如下表：
从测试结果可以看出，本发明的产品具有优异的绝缘性、密实性与机械性，可以应用于于电气绝缘管道、支架、变压器底座等领域。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (7)
1.一种高绝缘性密实聚合物混凝土，其特征在于，包括如下组分及其质量份数：水泥120份、乳液10～50份、水 30～60份、硅灰石10～30份、云母5～30份、二氧化硅10～20份、减水剂0.1份、消泡剂0.01份；
所述二氧化硅的粉末粒径为微米级；
所述乳液为苯丙乳液或环氧水性乳液，形成聚合物后颗粒粒径为微米级；
所述一种高绝缘性密实聚合物混凝土的制备方法，包括如下步骤：
1）将水泥、硅灰石、云母、二氧化硅、减水剂加入搅拌釜中搅拌均匀，再将水、消泡剂、乳液混合均匀后的混合液加入搅拌釜中，在转速为200r/min的搅拌下，使搅拌釜中的水泥砂浆混合均匀；
2）在水泥砂浆搅拌5min之后，用真空泵将搅拌釜抽真空，保持真空度在-0.06～0.1MPa,根据搅拌釜的环境温度可适当调整真空度，搅拌20min ；
3）将混合物倒入模具中，振捣使其流平，之后移入养护箱养护8天；
4）将试样从养护箱取出，在干燥环境中养护7天，即得成品。
2.根据权利要求1所述的高绝缘性密实聚合物混凝土，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的高绝缘性密实聚合物混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系减水剂。
4.根据权利要求1所述的高绝缘性密实聚合物混凝土，其特征在于，所述消泡剂为水性消泡剂。
5.根据权利要求1所述的高绝缘性密实聚合物混凝土，其特征在于，应用于电气绝缘管道、绝缘子、套管、开关柜、支架或变压器底座绝缘构件。
6.根据权利要求1所述的高绝缘性密实聚合物混凝土，其特征在于，所述步骤2）中的搅拌转速不高于600r/min。
7.根据权利要求1所述的高绝缘性密实聚合物混凝土，其特征在于，所述养护箱的养护条件为：温度20℃，相对湿度95%。
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