CN108101447B - 一种能防水的绝缘混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能防水的绝缘混凝土，它是由以下重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥260‑300份、纯丙乳液90‑110份、硅灰石30‑40份、云母12‑16份、粉煤灰70‑90份、矿粉35‑45份、DHZ‑I混凝土复合液3‑4份，水180‑220份。本发明公中的混凝土结合了聚合物材料、无机胶结材料、混凝土复合液及混凝土材料的性能，相比于现有的绝缘材料如塑料、橡胶、陶瓷等，聚合物混凝土具有原料易得、生产成本低、耐久性好、成型条件温和，还具有较强的防水性能。易于制备大型电器绝缘制件，也可用于管道输电导体之间的绝缘层填充材料，为聚合物混凝土在电绝缘材料领域的应用打下了基础。

Description

一种能防水的绝缘混凝土及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种建筑材料技术领域，具体涉及一种能防水的绝缘混凝土及其制备方法。
背景技术
我国现行的高压输电线路主要有架空线路和电力电缆两种方式，都面临绝缘、散热两个主要问题，这也成为提高输电容量的限制。只有解决这两个问题，才能大幅提高高压电力线路的输电容量。在构建全球互联电网的规划中，超大容量输电管线可能成为重要的技术支撑手段之一。
现有的电力电缆通常采用有机材料作为绝缘层，输电线路相间距离紧凑，可以在地下、海底铺设，占用空间小，但由于有机材料散热困难以及其在高温环境下的老化、防水和绝缘劣化问题，使输电线路的输送容量和使用寿命受到一定限制。
发明内容
本发明提供了一种能防水的绝缘混凝土及其制备方法以解决现有绝缘材料散热困难以及其在高温环境下的老化、防水和绝缘劣化问题。
本发明的目的是以下述技术方案实现的：
一种能防水的绝缘混凝土，它是由以下重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥260-300份、纯丙乳液90-110份、硅灰石30-40份、云母12-16份、粉煤灰70-90份、矿粉35-45份、DHZ-I混凝土复合液3-4份，水180-220份。
优选的，所述的一种能防水的绝缘混凝土，它是由以下重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥280份、纯丙乳液100份、硅灰石35份、云母14份、粉煤灰80份、矿粉40份、混凝土复合液3.5份，水200份。
优选的，所述的能防水的绝缘混凝土，所述硅灰石过200目筛。
优选的，所述的能防水的绝缘混凝土，所述云母过250目筛。
优选的，所述的能防水的绝缘混凝土，所述粉煤灰过200目筛。
所述的能防水的绝缘混凝土的制备方法，包括以下步骤：
（1）称量：按上述重量比称取各原料，备用；
（2）一次混合：硅灰石、云母、粉煤灰、矿粉和水投入混合机中进行一次混合，混合机的转速为200～300转/分钟，混合时间为4～8分钟，即为混合母料；
（3）二次混合：将硅酸盐水泥、纯丙乳液和DHZ-I混凝土复合液加入到步骤（2）所得的混合母料中，250～300转/分钟转速下混合搅拌4～6分钟，得能防水的绝缘混凝土。本发明的有益效果如下：
本发明公中的混凝土结合了聚合物材料、无机胶结材料、混凝土复合液及混凝土材料的性能，相比于现有的绝缘材料如塑料、橡胶、陶瓷等，聚合物混凝土具有原料易得、生产成本低、耐久性好、成型条件温和，还具有较强的防水性能，易于制备大型电器绝缘制件，也可用于管道输电导体之间的绝缘层填充材料，为聚合物混凝土在电绝缘材料领域的应用打下了基础。
硅灰石、云母和粉煤灰的化学稳定性好，耐酸碱、耐腐蚀，具有较高的绝缘强度，较低的介质损耗，较大的体积电阻率和表面电阻率，优良的耐电晕性和耐电弧性等。所以采用硅灰石、云母和粉煤灰作为添加剂来改善聚合物混凝土的绝缘性能，且三者的尺寸小，能够很好地填充在聚合物混凝土的孔隙内。通过在聚合物混凝土中掺杂高绝缘性物质可以提高聚合物混凝土的电绝缘性能，增强其在电绝缘领域的应用。
相对于萘系、聚羧酸两种常用类型的减水剂，DHZ-I混凝土复合液与矿粉复掺使用能极大地提高混凝土的防水抗渗性能，抗渗等级可达《混凝土质量控制标准》（GB50164-2011）中P30以上，同时混凝土具有较好的抗氯离子渗透、抗裂和抗碳化性能。
具体实施方式
实施例1
一种能防水的绝缘混凝土，它是由以下重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥260-300份、纯丙乳液90-110份、硅灰石30-40份、云母12-16份、粉煤灰70-90份、矿粉35-45份、DHZ-I混凝土复合液3-4份，水180-220份。
一种能防水的绝缘混凝土的制备方法，包括以下步骤：
（1）称量：按上述重量比称取各原料，备用；
（2）一次混合：硅灰石、云母、粉煤灰、矿粉和水投入混合机中进行一次混合，混合机的转速为200～300转/分钟，混合时间为4～8分钟，即为混合母料；
（3）二次混合：将硅酸盐水泥、纯丙乳液和DHZ-I混凝土复合液加入到步骤（2）所得的混合母料中，250～300转/分钟转速下混合搅拌4～6
分钟，得能防水的绝缘混凝土。
实施例2
一种能防水的绝缘混凝土，它是由以下重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥280份、纯丙乳液100份、硅灰石35份、云母14份、粉煤灰80份、矿粉40份、混凝土复合液3.5份，水200份。
所述硅灰石过200目筛，所述云母过250目筛，所述粉煤灰过200目筛。
一种能防水的绝缘混凝土的制备方法，包括以下步骤：
（1）称量：按上述重量比称取各原料，备用；
（2）一次混合：硅灰石、云母、粉煤灰、矿粉和水投入混合机中进行一次混合，混合机的转速为200～300转/分钟，混合时间为4～8分钟，即为混合母料；
（3）二次混合：将硅酸盐水泥、纯丙乳液和DHZ-I混凝土复合液加入到步骤（2）所得的混合母料中，250～300转/分钟转速下混合搅拌4～6分钟，得能防水的绝缘混凝土。
本发明实施例3-20提供的一种能防水的绝缘混凝土的配方见表1-3，其原料的筛选及制备方法同实施例2。
表1
原料 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7 实施例8
硅酸盐水泥 260 280 300 270 280 300
纯丙乳液 100 110 90 95 105 110
硅灰石 40 39 38 37 36 35
云母 12 16 14 13 16 15
粉煤灰 90 80 70 75 85 80
矿粉 40 35 45 36 37 38
DHZ-I混凝土复合液 3.5 3 4 4 3.5 3
水 180 190 200 210 220 200
表2
原料 实施例9 实施例10 实施例11 实施例12 实施例13 实施例14
硅酸盐水泥 260 290 300 260 280 290
纯丙乳液 100 90 105 95 90 100
硅灰石 34 33 32 31 30 35
云母 14 13 12 12 13 14
粉煤灰 90 70 85 70 90 80
矿粉 35 40 45 39 41 42
DHZ-I混凝土复合液 3 4 3.5 4 3.5 3
水 210 220 180 190 220 180
表3
原料 实施例15 实施例16 实施例17 实施例18 实施例19 实施例20
硅酸盐水泥 300 280 260 270 280 300
纯丙乳液 110 95 110 100 90 105
硅灰石 40 30 40 35 30 35
云母 15 16 16 12 14 14
粉煤灰 75 90 70 80 80 90
矿粉 45 40 35 43 44 40
DHZ-I混凝土复合液 3.5 4 3 4 3.5 3
水 190 200 210 180 200 220
对混凝土配方的确定试验
1、纯丙乳液添加量的确定
在硅酸盐水泥中改变纯丙乳液的添加量制得试样，根据测量试样的导热系数来确定其最佳添加量。
表4 混凝土导热性能与纯丙乳液添加量的关系
硅酸盐水泥（g） 纯丙乳液（g） 水（g） 导热系数（W/(m·K)）
试样1 280 50 150 1.40
试样2 280 60 145 1.48
试样3 280 70 140 1.52
试样4 280 80 135 1.53
试样5 280 90 130 1.55
试样6 280 100 125 1.56
试样7 280 110 120 1.54
试样8 280 120 115 1.54
表4为混凝土的导热性能与纯丙乳液添加量的关系表。从表4 中可以看出，在硅酸盐水泥中加入纯丙乳液后，其导热性明显提升。这是因为纯丙乳胶粒分散后填充于硅酸盐内部的微孔里，使硅酸盐更加密实，提高了硅酸盐水泥的导热性能；但随着纯丙乳液添加量的增加，过多的纯丙乳液易发生团聚，难以继续提升导热性能，且成本会提高，所以纯丙乳液的添加量控制在100 g时最佳。
2、硅灰石添加量的确定
在试样6中添加硅灰石，改变硅灰石的添加量制得试样，根据测量试样的导热系数来确定其最佳添加量。
表5 混凝土导热性能与硅灰石添加量的关系
硅酸盐水泥（g） 纯丙乳液（g） 硅灰石/（g） 水（g） 导热系数（W/(m·K)）
试样9 280 100 7 125 1.53
试样10 280 100 14 130 1.55
试样11 280 100 21 135 1.57
试样12 280 100 28 140 1.61
试样13 280 100 35 145 1.65
试样14 280 100 42 150 1.61
试样15 280 100 49 155 1.58
试样16 280 100 56 160 1.56
表5为混凝土的导热性能与硅灰石添加量的关系。从表5中可以看出，在纯丙乳液改性水泥的基础上进一步掺杂硅灰石，硅灰石添加量为7～35g时能明显提升聚合物混凝土的导热性能，继续加入硅灰石，导热性能下降，由此可知硅灰石加入量为35 g时最佳。
3、云母添加量的确定
在试样13中添加云母，改变云母的添加量制得试样，根据测量试样的导热系数来确定其最佳添加量。
表6 混凝土导热性能与云母添加量的关系
硅酸盐水泥（g） 纯丙乳液（g） 硅灰石/（g） 云母/（g） 水（g） 导热系数（W/(m·K)）
试样17 280 100 35 7 145 1.65
试样18 280 100 35 14 150 1.64
试样19 280 100 35 21 155 1.62
试样20 280 100 35 28 160 1.58
试样21 280 100 35 35 165 1.60
试样22 280 100 35 42 170 1.59
试样23 280 100 35 49 175 1.57
试样24 280 100 35 56 180 1.54
表6为混凝土导热性能与云母添加量的关系。由表6可知，掺杂云母改性混凝土使其导热性能逐渐降低，这是由于云母与硅酸盐水泥成分相差较大，界面相容性不佳导致的。但云母太少时难以在硅酸盐水泥中全面分布，因而会出现掺杂云母后聚合物混凝土导热性能先下降后略微上升的现象。
表7 试样的耐压强度及耐折强度数据表
耐压强度（MPa） 耐折强度（MPa） 耐压强度（MPa） 耐折强度（MPa）
试样1 35 8.5 试样13 44 15.5
试样2 35.5 8.8 试样14 44.5 16
试样3 36.5 9.1 试样15 45 16.5
试样4 38 9.5 试样16 45.5 17
试样5 38.5 9.7 试样17 46.0 17.5
试样6 38 10 试样18 46.5 17.5
试样7 37 10.2 试样19 46.5 16.5
试样8 36 10.5 试样20 44.5 15
试样9 39.5 11 试样21 43 13
试样10 40 12 试样22 41 11
试样11 42 13 试样23 39 9
试样12 43.5 14.5 试样24 37 7.5
表8 试样的电气强度数据表
电气强度（kV/mm） 电气强度（kV/mm） 电气强度（kV/mm）
试样1 4.0 试样9 5.5 试样17 12.5
试样2 4.2 试样10 6.1 试样18 12.8
试样3 4.6 试样11 9.2 试样19 12.8
试样4 5.0 试样12 11.9 试样20 11.5
试样5 5.2 试样13 12.7 试样21 11.2
试样6 5.3 试样14 12.3 试样22 10.4
试样7 5.4 试样15 11.8 试样23 9.3
试样8 5.4 试样16 11.5 试样24 7.8
试样的力学性能通过耐压强度和耐折强度来表征。表7是不同组分的混凝土试样耐压强度和耐折强度的数据。由表7可看出，在24组试样中同时加入了纯丙乳液、硅灰石和云母的试样，其耐压强度和耐折强度有明显的提升。1～8 号试样只加入了纯丙乳液，在混凝土内部起到一个交联作用，增加了混凝土的耐压和耐折强度，但纯丙乳液过多易团聚使混凝土内部分层，耐压强度开始降低。添加了硅灰石和云母后，混凝土试样的力学性能有较大的改善，耐压强度最高可达 46.5 MPa，耐折强度可达 17.5 MPa。但云母的加入量超过21g 时，聚合物混凝土试样的耐压强度和耐折强度明显下降，这是因为过量的云母粉在聚合物混凝土内部产生分层的现象，降低了混凝土内部的粘结力，由此可知云母的加入量为14g时最佳。
4、粉煤灰、矿粉添加量及添加剂种类的确定
在试样18中添加粉煤灰、矿粉和添加剂，改变粉煤灰和矿粉的添加量及添加剂的种类制得试样，根据测量试样的抗渗压力和抗渗等级，观察渗水情况来确定其最佳添加量。抗渗等级根据《混凝土质量控制标准》（GB50164-2011）确定。
表9 混凝土抗渗性能与粉煤灰和矿粉添加量及添加剂种类的关系
试样25 试样26 试样27 试样28 试样29 试样30
硅酸盐水泥（g） 280 280 280 280 280 280
纯丙乳液（g） 100 100 100 100 100 100
硅灰石/（g） 35 35 35 35 35 35
云母/（g） 14 14 14 14 14 14
粉煤灰（g） 120 80 40 0 80 80
矿粉（g） 0 40 80 120 40 40
添加剂（g） DHZ-I混凝土复合液3.5 DHZ-I混凝土复合液3.5 DHZ-I混凝土复合液3.5 DHZ-I混凝土复合液3.5 萘系减水剂4 聚羧酸系减水剂4
水（g） 200 200 200 200 200 200
抗渗压力（MPa） 3.0 3.0 3.0 3.0 1.6 1.8
渗水情况 未渗水 未渗水 未渗水 未渗水 渗水 渗水
抗渗等级 ＞P30 ＞P30 ＞P30 ＞P30 P15 P17
耐压强度（MPa） 49.1 52.2 52.1 51.3 48.7 50.3
根据表9中的数据能看出，添加剂采用DHZ-I混凝土复合液的试样比采用萘系减水剂或聚羧酸系减水剂的抗渗压力及抗渗等级明显高，说明在相同原材料和配合比的情况下，通过DHZ-I的掺入可以制备出抗水渗透性能更为优异的防水混凝土。根据耐压强度判断，粉煤灰与矿粉的最佳添加量是80g和40g。

Claims (6)

1.一种能防水的绝缘混凝土，其特征在于：它是由以下重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥260-300份、纯丙乳液90-110份、硅灰石30-40份、云母12-16份、粉煤灰70-90份、矿粉35-45份、DHZ-I混凝土复合液3-4份，水180-220份。
2.根据权利要求1所述的一种能防水的绝缘混凝土，其特征在于：它是由以下重量份的原料制备而成：硅酸盐水泥280份、纯丙乳液100份、硅灰石35份、云母14份、粉煤灰80份、矿粉40份、混凝土复合液3.5份，水200份。
3.如权利要求1或2所述的能防水的绝缘混凝土，其特征在于：所述硅灰石过200目筛。
4.如权利要求1或2所述的能防水的绝缘混凝土，其特征在于：所述云母过250目筛。
5.如权利要求1或2所述的能防水的绝缘混凝土，其特征在于：所述粉煤灰过200目筛。
6.一种如权利要求1所述的能防水的绝缘混凝土的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）称量：按上述重量比称取各原料，备用；
（2）一次混合：硅灰石、云母、粉煤灰、矿粉和水投入混合机中进行一次混合，混合机的转速为200～300转/分钟，混合时间为4～8分钟，即为混合母料；
（3）二次混合：将硅酸盐水泥、纯丙乳液和DHZ-I混凝土复合液加入到步骤（2）所得的混合母料中，250～300转/分钟转速下混合搅拌4～6分钟，得能防水的绝缘混凝土。
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