CN108046693B

CN108046693B - 一种高绝缘性混凝土

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Publication number: CN108046693B
Application number: CN201711282041.4A
Authority: CN
Inventors: 曾晓辉; 李依芮; 梁坤; 王平; 冉宇舟; 凌晨博; 朱华胜; 刘海川; 李鲲鹏; 崖尚松; 罗信伟
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2017-12-07
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2037-12-07
Also published as: CN108046693A

Abstract

本发明公开了一种高绝缘性混凝土，按重量百分比计，由以下组分混合制成：水泥 100份、矿物掺合料 10~70份、细骨料 180~300份、粗骨料 200~360份、可再分散聚合物乳液或乳胶粉 5~20份、石蜡 5~15份、石棉纤维 1~5份、外加剂 1~5份、橡胶粉 1~3份、水 60~80份；本发明电阻率高、抗渗性好、抗冻性好、耐水性好、耐久性高，同时具有较好的和易性、流动性和稠度；可应用于地铁工程中道床板和轨枕的制作，也可用于高速铁路无砟轨道轨道板、高压电线杆等需要高绝缘性的混凝土工程。

Description

一种高绝缘性混凝土

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种高绝缘性混凝土。

背景技术

目前我国地铁主要采用直流供电方式，电流从牵引变电所出发，通过接触网，机车，经钢轨回流至变电所；在电流回流的过程中，第一由于钢轨与道床板之间并不是完全绝缘的，第二加上道床板周围环境大多潮湿，从而导致走行轨上的部分电流会听过道床板流入地下，从地下流回变电所，这部分电流就是杂散电流；杂散电流的存在会严重影响地铁运营以及周围建筑物及构造物产生较大危害，同时其造成的电化学腐蚀会严重影响钢筋混凝土结构的耐久性和可靠度；我国高速铁路采用交流供电方式，电流走向与上述地铁中电流走向基本相同，而且钢轨做信号传输载体，流经钢轨的电流和地铁工程中道床板一样会造成无砟轨道的轨道板或道床板的钢筋腐蚀，轨道板或道床板与轨道电路之间的电磁感应还会影响信号传输；因此，高绝缘混凝土在我国地铁工程、高速铁路工程等领域具有较大的市场和前景，其开发的必要性也由此凸显出来。

申请专利号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，该专利提出矿物掺合料和绝缘聚合物混凝土复合使用；但该发明的混凝土材料电学参数提高并不明显，如电阻率仅为20-30；专利申请号200780101006.6的专利公开了一种聚合物混凝土电绝缘体系，该专利较早地提出使用不导电的无机填料组合物填充的硬化环氧树脂组合物；但该发明主要用于电力传输和分配应用中，且其制备技术要求较高且原料较贵并没有地铁工程和高铁工程中得到广泛推广；专利申请号201110024724.6名称为一种高抗杂散电流、氯离子和碳化的混凝土材料的发明专利提出在掺矿渣和粉煤灰的基础上添加白云母粉；该发明通过降低混凝土中混凝土氯离子平均扩散深度来提高抗杂散电流的能力，但相对于普通混凝土降低的效果并不明显；专利申请号201210092709.X公开了一种绝缘混凝土材料及其制备技术，其中对外加剂和掺合料的种类进行了详细的列举，其列举掺合料包括粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰、偏高岭土、石灰石粉、硅微粉其中之一种或两种以上的混合物；但其各组分掺量并不具体且含糊，尤其我国部分地区以及逐渐面临粉煤灰、矿渣等掺合料一般有一资源短缺等问题非常严重；专利申请号201210092706.6名称为一种整体绝缘混凝土轨道板及其制备技术提出对高铁轨道养护完毕后进行高温烘干养护，降温后进行绝缘有机物浸渍处理，该方法得到的轨道板除了预制过程更加繁琐外，其绝缘性方面确实有较大提高；但仅仅该方法应用于需要预制的混凝土构件中，对于需要现浇的地铁工程中道床板施工，并未起到明显作用。

发明内容

本发明提供一种在潮湿环境下绝缘性、抗渗性、耐水性等性能均表现良好的现浇或预制的一种高绝缘性混凝土。

本发明采用的技术方案是：一种高绝缘性混凝土，其特征在于，按重量百分比计，由以下组分混合制成：水泥 100份、矿物掺合料 10~70份、细骨料 180~300份、粗骨料 200~360份、可再分散聚合物乳液或乳胶粉 5~20份、石蜡 5~15份、石棉纤维 1~5份、外加剂 1~5份、橡胶粉 1~3份、水 60~80份。

进一步的，所述可再分散聚合物乳液或乳胶粉为乙烯-乙酸乙烯酯共聚乳液、丁苯胶乳、氯丁胶乳、聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、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中的一种或两种及以上构成的混合物。

进一步的，所述矿物掺合料为微硅粉、火山灰、粉煤灰、偏高岭土中的一种或两种及以上混合构成。

进一步的，所述细骨料为河沙或机制砂，细度模数为2.5~4.0。

进一步的，所述粗骨料粒径≤16mm，其中粒径在10~16mm部分不少于20%。

进一步的，外加剂包括有机硅防水剂、减水剂、引气剂和有机硅消泡剂中的一种或两种及以上构成的混合物；减水剂为聚羧酸系高效减水剂、奈系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基酸盐高效减水剂中的一种或两种及以上构成；引气剂为松香树脂类引气剂、烷基和烷基芳烃磺酸类引气剂、脂肪醇磺酸盐类引气剂、皂苷类以及蛋白质盐引气剂、石油磺盐酸类引气剂中的一种或两种及以上混合构成。

进一步的，所述橡胶粉粒度为60~100目。

本发明的有益效果是：

（1）本发明通过加入了石蜡、石棉纤维、橡胶粉等替换矿物掺合料，不仅节约了紧缺的资源，也提高了混凝土材料的耐水性和强度；

（2）本发明加入一定量的橡胶粉，可减轻结构自重，并且可减少混凝土内部导电通路，可提高混凝土绝缘性；

（3）本发明电阻率高、抗渗性好、抗冻性好、耐水性好、耐久性高，同时具有较好的和易性、流动性和稠度。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

一种高绝缘性混凝土，按重量百分比计，由以下组分混合制成：水泥100份、矿物掺合料 10~70份、细骨料 180~300份、粗骨料 200~360份、可再分散聚合物乳液或乳胶粉 5~20份、石蜡 5~15份、石棉纤维 1~5份、外加剂 1~5份、橡胶粉 1~3份、水 60~80份。

进一步的，所述可再分散聚合物乳液或乳胶粉为乙烯-乙酸乙烯酯共聚乳液、丁苯胶乳、氯丁胶乳、聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、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中的一种或两种及以上构成的混合物；可再分散聚合物乳液或乳胶粉具有高粘结能力和独特的性能，如：抗水性，施工性及隔热性等；并且加入可再分散聚合物乳液或乳胶粉不仅可细化混凝土的空隙结构，还可以增强材料的保水性，防止水泥砂浆过快硬化、干燥和开裂现象；混凝土的孔隙结构对其电阻率影响较大、孔隙结构的细化使得其内部微观连通孔隙减少，表现为宏观电阻率增加，即混凝土的绝缘性提高。

进一步的，所述矿物掺合料为微硅粉、火山灰、粉煤灰、偏高岭土中的一种或两种及以上混合构成；其中微硅粉为铁合金在冶炼硅铁和工业硅（金属硅）时，矿热电炉内产生出大量挥发性很强的SiO₂和Si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀而成；硅灰中细度小于1μm的占80%以上，平均粒径在0.1～0.3μm，比表面积为20～28m²/g，其中SiO₂含量＞85.0%；火山灰为火山喷发出的直径小于2mm的碎石和矿物质粒子；本发明中用到的火山灰其粒度在0.2～100μm之间，火山灰体积平均粒径为18.4μm，80μm方孔筛筛余率为6.1%，火山灰活性指数0.753；粉煤灰为从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，颗粒的粒径范围为0.5～300μm；孔隙率高达50%~80%，细度＜25%；偏高岭土为超细高岭土，高岭土经低温煅烧而形成的无定型硅酸铝，平均粒径为48μm，二氧化硅含量为48%~51%；本发明材料中加入矿物掺合料，利用其微集料效应、活性效应与形态效应，可有效改善界面过渡区，填充水泥颗粒间的孔隙，使混凝土内部孔径曲折程度增加；可阻碍混凝土内部离子迁移能力；混凝土内部离子迁移能力变弱，表现为宏观导电性降低，电阻率增大；因此矿物掺合料的加入会起到提高混凝土结构绝缘性的作用。

细骨料为河沙或机制砂，细度模数为2.5~4.0；粗骨料粒径≤16mm，其中粒径在10~16mm部分不少于20%，可选择石灰岩或玄武岩；通过优化粗、细骨料的颗粒级配，使得颗粒间达到最大密实堆积，提高混凝土的体积稳定性。

进一步的，外加剂包括有机硅防水剂、减水剂、引气剂和有机硅消泡剂中的一种或两种及以上构成的混合物；减水剂为聚羧酸系高效减水剂、奈系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基酸盐高效减水剂中的一种或两种及以上构成；引气剂为松香树脂类引气剂、烷基和烷基芳烃磺酸类引气剂、脂肪醇磺酸盐类引气剂、皂苷类以及蛋白质盐引气剂、石油磺盐酸类引气剂中的一种或两种及以上混合构成；有机硅防水剂可减少混凝土结构受潮环境下的水侵蚀作用，从根源上提高了混凝土结构的耐久性，且保证其绝缘性能不因周围环境而明显降低；减水剂可通过降低用水量减少而达到减少混凝土内部孔隙、减少收缩、防止开裂和提高抗渗性的目的；引气剂可优化并细化混凝土的孔隙结构，减小绝缘混凝土中的连通孔隙，使得绝缘混凝土的电阻率和抗渗、抗冻性提高；有机硅消泡剂可在强碱性环境下扔具有较高消泡能力，可有效降低新拌自密实混凝土表面的浮泡，可减少对混凝土结构中的有害孔，保证混凝土高绝缘性的同时结构安全可靠。

石蜡为粉末状的石蜡粉或液体状的石蜡；石蜡粉其特征在于白色或淡黄色粉末状的微晶石蜡和聚乙烯蜡中的一种或两种，密度G/GM3-25℃：0.90~0.92；石蜡油是一种矿物油，其特征在于从原油分馏中所得到的无色无味的混合物，比重范围0.835~0.890；掺入一定量的石蜡，石蜡是从石油、页岩油或其他沥青矿物油的某些馏出物中提取出来的一种烃类混合物，纯石蜡是很好的绝缘体，其电阻率为1013-1017Ω·m，比除某些塑料（尤其是特氟龙）外的大多数材料都要高；掺入的石蜡阻塞混凝土内部连通的微观孔隙结构，提高了混凝土结构的绝缘性与抗渗性。

石棉纤维比密度平均为2.75，容重为1600～2200kg/m³，表面比电阻为8.2×10⁷～1.2×10¹⁰Ω，体积比电阻为1.9×10⁸～4.79×10⁹Ω·cm；石棉纤维是一种被广泛应用于建材防火板的硅酸盐类矿物纤维，也是唯一的天然矿物纤维，其具有稳定的化学性能；石棉纤维本身绝缘性好，而且使用石棉制得的石棉水泥制品具有较高的抗弯和抗拉强度，且耐蚀、不透水、抗冻性与耐热性好；因此使用石棉纤维制得的混凝土不仅具有较高的绝缘性，且其他性能抗弯和抗拉强度等均得到提高。

橡胶粉粒度为60~100目的橡胶颗粒，橡胶本身较轻且具有绝缘性，其制成橡胶颗粒加入混凝土中不仅可以一定程度上充当轻骨料减轻结构自重，还可以减少混凝土内部导电通路以达到提高混凝土绝缘性的目的。

实施例1

一种高绝缘性混凝土，按重量百分比计，由以下组分混合制成：水泥 100份、微硅粉 15份、偏高岭土 10份、粉煤灰 10份、河砂 200份、碎石 200份、苯丙乳液 5份、石蜡油 5份、石棉纤维 1份、聚羧酸系高效减水剂 1份、松香树脂类引气剂 0.004份、橡胶粉 1份、水60份。

用普通硅酸盐水泥做胶凝材料其在7d标准养护下电阻45KΩ•cm；其在28标准养护下电阻在149.65KΩ•cm。

实施例2

一种高绝缘性混凝土，按重量百分比计，由以下组分混合制成：水泥 100份、微硅粉 25份、偏高岭土 20份、粉煤灰 20份、河砂 200份、碎石 200份、苯丙乳液 15份、石蜡油10份、石棉纤维 2份、聚羧酸系高效减水剂 1.5份、松香树脂类引气剂 0.004份、橡胶粉 2份、水 70份。

用普通硅酸盐水泥做胶凝材料其在7d标准养护下电阻35KΩ•cm；其在28标准养护下电阻在119.65KΩ•cm。

实施例3

一种高绝缘性混凝土，按重量百分比计，由以下组分混合制成：水泥 100份、微硅粉 35份、偏高岭土 30份、粉煤灰 30份、河砂 200份、碎石 200份、苯丙乳液 20份、石蜡油15份、石棉纤维 4份、聚羧酸系高效减水剂 3份、松香树脂类引气剂 0.004份、橡胶粉 3份、水 80份。

用普通硅酸盐水泥做胶凝材料其在7d标准养护下电阻25KΩ•cm；其在28标准养护下电阻在109.65KΩ•cm。

本发明利用绝缘无机、有机材料以及绝缘外加剂复合使用技术，制得在潮湿环境下绝缘性、抗渗性、耐水性等性能均能表现良好的现浇或预制的一种高绝缘混凝土；该高绝缘混凝土具有高电阻率、高抗渗、抗冻性好、耐水性好、高耐久等优点，同时具备较好的和易性，流动性和稠度；可广泛应用于各种需要高绝缘混凝土的工程中，即可现浇也可以预制；充分利用各种廉价且易得的无机、有机材料，物尽其用；混凝土内部孔隙结构充分细化，导电通路减少且连通性差；可应用于地铁工程中道床板和轨枕的制作，也可用于高速铁路无砟轨道轨道板、高压电线杆等需要高绝缘性的混凝土工程。

Claims

1.一种高绝缘性混凝土，其特征在于，按重量百分比计，由以下组分混合制成：水泥100份、矿物掺合料 10~70份、细骨料 180~300份、粗骨料 200~360份、可再分散聚合物乳液或乳胶粉 5~20份、石蜡 5~15份、石棉纤维 1~5份、外加剂 1~5份、橡胶粉 1~3份、水 60~80份；所述外加剂包括有机硅防水剂、减水剂、引气剂和有机硅消泡剂中的一种或两种及以上构成的混合物。

2.根据权利要求1所述的一种高绝缘性混凝土，其特征在于，所述可再分散聚合物乳液为乙烯-乙酸乙烯酯共聚乳液、丁苯胶乳、氯丁胶乳、聚丙烯酸酯乳液、苯丙乳液、聚乙酸乙烯酯乳液中的一种或两种及以上构成的混合物；乳胶粉为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中的一种或两种及以上构成的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种高绝缘性混凝土，其特征在于，所述矿物掺合料为微硅粉、火山灰、粉煤灰、偏高岭土中的一种或两种及以上混合构成。

4.根据权利要求1所述的一种高绝缘性混凝土，其特征在于，所述细骨料为河沙或机制砂，细度模数为2.5~4.0。

5.根据权利要求1所述的一种高绝缘性混凝土，其特征在于，所述粗骨料粒径≤16mm，其中粒径在10~16mm部分不少于20%。

6.根据权利要求1所述的一种高绝缘性混凝土，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂、奈系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基酸盐高效减水剂中的一种或两种及以上构成；引气剂为松香树脂类引气剂、烷基和烷基芳烃磺酸类引气剂、脂肪醇磺酸盐类引气剂、皂苷类以及蛋白质盐引气剂、石油磺盐酸类引气剂中的一种或两种及以上混合构成。

7.根据权利要求1所述的一种高绝缘性混凝土，其特征在于，所述橡胶粉粒度为60~100目。