CN108623215A - 一种高性能耐热混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高性能耐热混凝土，制备其混凝土的原材料包括：树脂组份、固化剂组份、集料组份、抗菌添加剂以及抗裂剂组份，所述树脂组份包括改性环氧树脂和硅烷偶联剂，所述固化剂组份包括固化剂和促进剂，所述集料组份为钢化玻璃颗粒及光催化剂，所述抗裂剂组份包括抗裂纤维、膨胀剂、分散剂、云母粉、水溶性聚合物。所述树脂为经过苯甲胺改性的树脂混合物，本发明将经过苯甲胺改性的树脂混合物作为胶凝材料，以附有光催化剂成分的钢化玻璃作为骨料制备的混凝土，抗菌性能有所提高，含有活泼氢原子的苯甲胺与环氧树脂中的环氧基作用。使环氧基开环生成羟基，生成的羟基再与环氧基起醚化反应，最后生成网状或体型聚合物，使得耐热性有所提高。

Description

一种高性能耐热混凝土

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，尤其涉及一种高性能耐热混凝土。

背景技术

混凝土作为建筑材料有抗压强度高、原料来源广、易成型、价格低廉等许多无可比拟 的优势，所以适用范围十分广泛。

但是随着混凝土组成材料的不断发展，人们对混凝土的性能要求不仅仅局限于抗压强 度，而是在立足抗压强度的基础上，更加注重混凝土的抗变形、耐久性、防渗水、防腐蚀、 韧性、防火抗爆、环保健康、保温等性能与价格的综合平衡和协调。混凝土各项性能指标 更明确、更细化、更具体。所以研制性能更加优异、功能更加强大、更适应新工艺新对象的混凝土就显得尤为重要。

耐热混凝土是一种能长期承受高温作用(200℃以上)，并在高温作用下保持所需的物 理力学性能的特种混凝土，目前耐高温混凝土通常采用水泥或水玻璃作为胶凝材料，采用 碎镁砖、烧结镁砂、耐火碎砖、黏土熟料等为骨料，该种混凝土虽然能耐800的高温，但一般强度较低，通常低于C20；同时耐火碎砖块、碎镁砖等为粗骨料孔隙率大、吸水性强， 如加大用水量，也会降低其强度。另外目前耐热混凝土普遍高温后残余抗折强度都不高， 一般200～500℃范围时大约在设计强度等级的50～70％左右，500～900℃范围时大约在 设计强度等级的35～45％左右，不利于其耐久性能。因此目前耐高温混凝土在使用时还存 在许多问题。

光催化剂能在紫外光的照射下，能够促进化学反应的进行，二氧化钛是氧化物半导体 的一种，是世界上产量非常大的一种基础化工原料，普通的二氧化钛一般称为体相半导体 以与纳米二氧化钛相区分。具有Anatase或者Rutile结构的二氧化钛在具有一定能量的 光子激发下[光子激发原理参考光触媒反应原理]能使分子轨道中的电子离开价带(Valence band)跃迁至导带(conduction band)。从而在材料价带形成光生空穴[Hole+]，在导带形成光生电子[e-],在体相二氧化钛中由于二氧化钛颗粒很大，光生电子在到达导带开始向颗粒表面活动的过程中很容易与光生空穴复合，从而从宏观上我们无法观察到光子激发的效果。但是纳米的二氧化钛颗粒由于尺寸很小，所以电子比较容易扩散到晶体表面，导致原本不带电的晶体表面的2个不同部分出现了极性相反的2个微区-光生电子和 光生空穴。由于光生电子和光生空穴都有很强的能量，远远高出一般有机污染物的分子链 的强度，所以可以轻易将有机污染物分解成最原始的状态。同时光生空穴还能与空气中的 水分子形成反应，产生氢氧自由基亦可分解有机污染物并且杀灭细菌病毒。这种在一个区 域内2个微区截然相反的性质并且共同达到效果的过程是纳米技术典型的应用，一般称之 为二元论。该反应微区称之为二元协同界面。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种高性能耐热混凝土。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高性能耐热混凝土，制备该混凝土 的原料包括树脂组分、固化剂组分、集料组份、抗菌添加剂以及抗裂剂，其中各组份的组成和比例如下：

树脂组份：改性环氧树脂10-20％、硅烷偶联剂1-5％，

固化剂组份：固化剂1-5％，促进剂1-5％，

集料组份：钢化玻璃颗粒60-80％，光催化剂1-5％，

抗菌添加剂：银系无机抗菌剂1-10％，

抗裂剂组份：抗裂纤维0.1-1％、膨胀剂1-5％、分散剂0.1-1％、云母粉1-5％、水溶性 聚合物1-5％，

其中所述改性环氧树脂为经过苯甲胺改性过的双酚A型128、TDE-85型及E51型的环 氧树脂混合物，其比例为1：3：1-2。

更优选的，树脂组份：改性环氧树脂10％、硅烷偶联剂1％，

固化剂组份：固化剂1％、促进剂1％，

集料组份：钢化玻璃颗粒80％、光催化剂2％，

抗菌添加剂：银系无机抗菌剂1％，

抗裂剂组份：抗裂纤维0.5％、膨胀剂1％、分散剂0.5％、云母粉1％、水溶性聚合物1％。

更优选的，所述双酚A型128、TDE-85型及E51型的环氧树脂混合物按照1：3：1的 比例进行苯甲胺改性。

进一步的，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷，所述固化剂为间苯二胺，所述促 进剂为二甲基苯酚。

进一步的，所述银系无机抗菌剂为载银-磷酸盐无机抗菌剂，银含量为1.3-3.5％。

进一步的，所述抗裂纤维为钢纤维，所述分散剂为钢纤维分散剂，所述光催化剂为二 氧化钛，所述水溶性聚合物为聚丙烯酰胺。

进一步的，所述环氧树脂混合物的制备方法如下：

将双酚A型128、TDE-85型树脂、E51型环氧树脂按一定比例混合，加入与所述环氧树脂混合物等量苯甲胺，搅拌均匀，升温至80-100℃，反应2-5小时，再升温至150-180℃，反应1-3小时得到苯甲胺改性的环氧树脂混合物。

进一步的，还介绍了该种高性能耐热混凝土的制备方法，包括以下步骤：

(1)在改性环氧树脂中加入适量的硅烷偶联剂和促进剂搅拌1-2分钟，待改性环氧树 脂和硅烷偶联剂，促进剂混合均匀，再加入适量的固化剂搅拌1-2分钟充分均匀；

(2)将光催化剂溶于蒸馏水后和钢化玻璃颗粒一起放入真空环境中，加热至350-430℃， 得到镀有光催化剂物质的钢化玻璃颗粒；

(3)将步骤(1)中得到的混合物和步骤(2)中得到的钢化玻璃颗粒加入到混合罐中， 加入银系无机抗菌剂，搅拌均匀；

(4)在上述混合罐中加入抗裂剂各组份，搅拌反应10-15分钟，然后浇筑，振捣，即得。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

将经过苯甲胺改性的环氧树脂混合物作为胶凝材料，以附有光催化剂成分的钢化玻璃 作为骨料制备的混凝土，抗菌性能有所提高，含有活泼氢原子的苯甲胺与环氧树脂中的环 氧基作用。使环氧基开环生成羟基，生成的羟基再与环氧基起醚化反应，最后生成网状或 体型聚合物，使得耐热性有所提高。

具体实施方式

下面将结合本发明中的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施 例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于 本发明保护的范围。

实施例1：高性能耐热混凝土的制备

按下列各表中各物质成分质量份来制备高性能耐热混凝土：

表一

表二

组份	质量份数	组份	质量分数
				改性环氧树脂Ⅰ	10	膨胀剂	3
硅烷偶联剂	3	分散剂	1
				固化剂	3	光催化剂	5
促进剂	3	云母粉	3
				钢化玻璃颗粒	60	水溶性聚合物	3
银系无机抗菌剂	5	抗裂纤维	1

表三

组份	质量份数	组份	质量分数
				改性环氧树脂Ⅰ	15	膨胀剂	5
硅烷偶联剂	2	分散剂	0.1
				固化剂	2	光催化剂	2
促进剂	2	云母粉	1
				钢化玻璃颗粒	67.8	水溶性聚合物	1
银系无机抗菌剂	2	抗裂纤维	0.1

表四

组份	质量份数	组份	质量分数
				改性环氧树脂Ⅱ	10	膨胀剂	1
硅烷偶联剂	1	分散剂	0.5
				固化剂	1	光催化剂	2
促进剂	1	云母粉	1
				钢化玻璃颗粒	80	水溶性聚合物	1
银系无机抗菌剂	1	抗裂纤维	0.5

表五

组份	质量份数	组份	质量分数
				改性环氧树脂Ⅱ	10	膨胀剂	3
硅烷偶联剂	3	分散剂	1
				固化剂	3	光催化剂	5
促进剂	3	云母粉	3
				钢化玻璃颗粒	60	水溶性聚合物	3
银系无机抗菌剂	5	抗裂纤维	1

表六

组份	质量份数	组份	质量分数
				改性环氧树脂Ⅱ	15	膨胀剂	5
硅烷偶联剂	2	分散剂	0.1
				固化剂	2	光催化剂	2
促进剂	2	云母粉	1
				钢化玻璃颗粒	67.8	水溶性聚合物	1
银系无机抗菌剂	2	抗裂纤维	0.1

上述各表格中：所述改性环氧树脂Ⅰ为经过苯甲胺改性过的双酚A型128、TDE-85型及E51型的环氧树脂混合物，其比例为1：3：1；

所述改性环氧树脂Ⅱ为经过苯甲胺改性过的双酚A型128、TDE-85型及E51型的环氧 树脂混合物，其比例为1：3：2；

所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷，密度0.903g/ml at25℃，折射率n20/D1.398；

所述固化剂为间苯二胺，无色针状晶体，溶于水、乙醚和乙醇；

所述的促进剂为二甲基苯酚，无色固体，有刺激气味，微溶于水；

所述银系无机抗菌剂为载银-磷酸盐无机抗菌剂，银含量为3％；

所述的抗裂纤维为钢纤维，抗拉强度为300-1000MPa；

所述分散剂为钢纤维分散剂，耐酸，耐碱，具有良好的分散性能；

所述光催化剂为二氧化钛，白色粉末状，无嗅无味，具有高稳定性，高透明性，高活性和高分散性；

所述水溶性聚合物为聚丙烯酰胺；

所述改性环氧树脂Ⅰ和改性环氧树脂Ⅱ的改性过程：将双酚A型128、TDE-85型环氧树脂、E51型环氧树脂按相对应的比例混合，加入与所述环氧树脂等量苯甲胺，搅拌均匀，升温至85℃，反应3小时，再升温至155℃，反应2小时得到苯甲胺改性的环氧树脂混合 物；

各表格中高性能耐热混凝土的制备过程为：

(1)在改性环氧树脂中加入硅烷偶联剂和促进剂搅拌2分钟，待改性环氧树脂和硅烷 偶联剂，促进剂混合均匀，再加入固化剂搅拌2分钟充分均匀；

(2)将光催化剂溶于蒸馏水后和钢化玻璃颗粒一起放入真空环境中，加热至400℃，得 到镀有光催化剂物质的钢化玻璃颗粒；

(3)将步骤(1)中得到的混合物和步骤(2)中得到的钢化玻璃颗粒加入到混合罐中， 加入银系无机抗菌剂，搅拌均匀；

(4)在上述混合罐中加入抗裂剂各组份，搅拌反应10-15分钟，然后浇筑，振捣，即得。

实施例2：抗菌试验

1、配制培养液:培养液含蛋白胨(10g/L)、酵母膏(5g/L)和氯化钠(10g/L)；调 节pH值为7.0-7.2,1×10⁵Pa灭菌30min。

2、取7个培养基，将大肠杆菌接种到100ML培养基中，使细菌终浓度为8×10⁸cfu/mL；

3、设置三组对照组，对照组一：与改性环氧树脂Ⅰ的区别在于环氧树脂没有经过苯甲胺改性，对照组二：与改性环氧树脂Ⅱ的区别在于环氧树脂没有经过苯甲胺改性，对照组三：与改性环氧树脂Ⅰ的区别在于三种环氧树脂的比例为1：3：3，将三组对照组与上 述各表中获得混凝土试样同样条件加入到培养基中；

4、将放有试样的培养基置于摇床中培养，培养温度为37℃，120r/min振荡培养；

5、使用酶联仪对样品进行检测，选用波长为630nm的滤光片，每隔2h测量一次，培养8h后,分别在24h和48h取样测量浊度，采用的抗菌性评价方法为0.5麦氏比浊法。测 量结果如下：

不同时间各组的OD值抗菌试验结果

由上表可以得出以下结论：

1、波长在630nm处的吸光度(OD值)越大表明细菌浓度越低，即细菌的含量少，经过48h培养，通过比较改性树脂和无改性树脂在波长630nm处的吸光度(OD值)，推断它 们对应的细菌浓度分别由高到低。

2、改性树脂组的OD值明显高于无改性树脂组，说明改性树脂组的细菌含量少，表明 改性树脂可以促进杀菌作用，减少细菌的滋生。

3、三种树脂按照1：3：1的比例改性得到的树脂混合物制备的混凝土抗菌效果要优于按照1：3：2和1：3：3的比例改性制备的混凝土。

实施例3：耐热试验

取实施例1中六组混凝土试样、将一组树脂没有经过改性的混凝土试样作为对照组， 都进行如下操作：常温养护7T,于100℃烘干测量耐压强度，在800℃和700℃条件下保温 5小时，测量耐压强度，结果如下：

由表可知，按表一数据制备得来的混凝土耐热性能最好，经过苯甲胺改性的树脂制备 的混凝土耐热性能比没有经过改性的树脂制备的混凝土要好很多，且三种树脂按照1：3： 1的比例改性得到的树脂混合物制备的混凝土抗压效果效果要优于按照1：3：2和1：3：3的比例改性制备的混凝土。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解 在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变 型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种高性能耐热混凝土，其特征在于，制备该混凝土的原料包括树脂组分、固化剂组分、集料组份、抗菌添加剂以及抗裂剂，其中各组份的组成和比例如下：

树脂组份：改性环氧树脂10-20％、硅烷偶联剂1-5％，

固化剂组份：固化剂1-5％，促进剂1-5％，

集料组份：钢化玻璃颗粒60-80％，光催化剂1-5％，

抗菌添加剂：银系无机抗菌剂1-10％，

抗裂剂组份：抗裂纤维0.1-1％、膨胀剂1-5％、分散剂0.1-1％、云母粉1-5％、水溶性聚合物1-5％，

其中所述改性环氧树脂为经过苯甲胺改性过的双酚A型128、TDE-85型及E51型的环氧树脂混合物，其比例为1：3：1-2。

2.根据权利要求1所述的一种高性能耐热混凝土，其特征在于，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷，所述固化剂为间苯二胺，所述促进剂为二甲基苯酚。

3.根据权利要求1所述的一种高性能耐热混凝土，其特征在于，所述银系无机抗菌剂为载银-磷酸盐无机抗菌剂，银含量为1.3-3.5％。

4.根据权利要求1所述的一种高性能耐热混凝土，其特征在于，所述抗裂纤维为钢纤维，所述分散剂为钢纤维分散剂，所述光催化剂为二氧化钛，所述水溶性聚合物为聚丙烯酰胺。

5.根据权利要求1所述的一种高性能耐热混凝土，其特征在于，所述环氧树脂混合物的制备方法如下：

将双酚A型128、TDE-85型树脂、E51型环氧树脂按一定比例混合，加入与所述环氧树脂混合物等量苯甲胺，搅拌均匀，升温至80-100℃，反应2-5小时，再升温至150-180℃，反应1-3小时得到苯甲胺改性的环氧树脂混合物。

6.权利要求1-5任一项所述的一种高性能耐热混凝土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在改性环氧树脂中加入适量的硅烷偶联剂和促进剂搅拌1-2分钟，待改性环氧树脂和硅烷偶联剂，促进剂混合均匀，再加入适量的固化剂搅拌1-2分钟充分均匀；

(2)将光催化剂溶于蒸馏水后和钢化玻璃颗粒一起放入真空环境中，加热至350-430℃，得到镀有光催化剂物质的钢化玻璃颗粒；

(3)将步骤(1)中得到的混合物和步骤(2)中得到的钢化玻璃颗粒加入到混合罐中，加入银系无机抗菌剂，搅拌均匀；

(4)在上述混合罐中加入抗裂剂各组份，搅拌反应10-15分钟，然后浇筑，振捣，即得。