CN109231912B - 一种耐热混凝土 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐热混凝土，其技术方案要点包括水泥、碎石、中砂、粉煤灰、矿粉、粘土耐火砖粉、填充剂、改性芳纶纤维、减水剂和水；所述水泥为普通硅酸盐水泥；所述填充剂采用如下方法制备：①将海泡石粉、膨胀蛭石粉以及凹凸棒土分别过筛后，然后其与木质素磺酸钙，搅拌均匀，得到混合物；②将松香树脂溶于乙醇溶液中，加入混合物，研磨后烘干，得到填充剂。本发明中的填充剂高温会膨胀，并且粘结力好，可以填补混凝土因失水产生的裂缝，提高混凝土的致密性，并且填充剂的分散性能好，可以提高混凝土拌合物的和易性；改性芳纶纤维可以提高混凝土的机械强度以及耐热性，并且填充剂可以提高芳纶纤维与混凝土拌合物的粘结力。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土加工技术领域，更具体的说，它涉及一种耐热混凝土。
背景技术
随着工业的发展，混凝土在建筑行业的应用越来越广泛，近年来随着用火、用电的增加，火灾事故也时有发生，普通的混凝土在高温环境中的性能会急剧下降，其主要原因有两点，一是普通混凝土在高温环境中的水分会逐渐蒸发，混凝的内部会形成很多的裂缝，这些裂缝会降低混凝土的致密性，从而降低混凝土的抗压强度等力学性能；二是在高温环境下，骨料、水泥以及钢筋的膨胀不协调，导致混凝土的内部产生热梯度，应变差的增大会加大裂缝的形成，从而使混凝土的结构被破坏，力学性能降低；因此在容易发生火灾或者要长期处于高温的环境中需要使用耐热混凝土，耐热混凝土是指在200-1300℃高温长期作用下，仍能保持其物理、力学性能和良好的耐急冷急热性，且高温下干缩变形小的特种混凝土，目前对耐热混凝土的研究而也比较多。
普通硅酸盐水泥是水泥中的常用品种，其具有早期强度高，抗冻性能能好，干缩性好的优点，但是这种水泥的水化热较高，耐热性以及耐腐蚀性较差，在高温下容易产生裂纹，使其在耐热混凝土的应用上受到限制，因此如何能够提高以普通硅酸盐水泥为胶凝材料的混凝土的耐热性能是一个需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐热混凝土，其通过填充剂在高温可以填补混凝土因失水产生的裂缝，提高混凝土的致密性，并且填充剂的分散性能好，可以提高混凝土拌合物的和易性；改性芳纶纤维可以提高混凝土的机械强度以及耐热性，并且填充剂可以提高芳纶纤维与混凝土拌合物的粘结力。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种耐热混凝土，以重量份数计，包括如下组分：水泥180-200份、碎石1000-1010份、中砂619.5-640.5份、粉煤灰70-90份、矿粉60-80份、粘土耐火砖粉60-80份、填充剂20-30份、改性芳纶纤维4-6份、减水剂3-5份以及水160-180份；
所述水泥为P.O.42.5的普通硅酸盐水泥；
所述填充剂采用如下方法制备：①将海泡石粉、膨胀蛭石粉以及凹凸棒土分别过500-600目筛，筛选出细度小于500目的原料，然后取30-35份海泡石粉、26-30份膨胀蛭石粉、20-22份凹凸棒土以及0.3-0.5份木质素磺酸钙，以600-650r/min的速度搅拌15-25min，得到混合物；②将1-1.2份松香树脂溶于40-50份乙醇溶液中，然后加入混合物，研磨30-40min后，在50-60℃的温度下，加热50-60min，烘干水分，得到填充剂。
通过采用上述技术方案，由于普通硅酸盐水泥的耐热性能不好，其在高温会产生裂缝，因此需要加入粘土耐火砖粉提高混凝土的耐高温性能，粘土耐火砖是指Al2O3含量为30％-40％硅酸铝材料的粘土质制品；粘土砖具有很好的耐热性能，耐急冷急热性能好。
填充剂高温会膨胀，并且粘结力好，可以填补混凝土因失水产生的裂缝，提高混凝土的致密性，并且填充剂的分散性能好，可以提高混凝土拌合物的和易性；芳纶纤维具有很高的机械强度以及很好的耐热性，将其加入到混凝土拌合物中，可以降低裂缝继续开裂的情况，但是由于芳纶纤维的表面光滑，惰性大，反应活性低，与混凝土拌合物的粘结强度低，需要对芳纶纤维进行改性处理，通过提高芳纶纤维表面的粗糙度以增加其与混凝土拌合物的粘结强度；并且由于填充剂具有较高的粘结力，可以进一步提高改性芳纶纤维与混凝土拌合物的粘结力。
海泡石是一种纤维状的含水硅酸镁，具有非金属矿物中最大的比表面积和独特的内容孔道结构，是一种吸附力强的粘土材料，具有很好的耐热性能，在350℃的高温下，结构不发生变化，耐高温性能达1500-1700℃；膨胀蛭石是在高温作用下会膨胀的矿物，具有很好的隔热性以及耐火性；凹凸棒土又称坡缕石或坡缕缟石，是一种具链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物，对水分接收以及排放能力强，粘结性能好，具有很好的耐热性能；木质素磺酸钙是一种多组分高分子聚合物阴离子表面活性剂，具有很强的分散性、粘结性以及螯合性，可以提高填充剂在混凝土拌合物中的分散性能，提高混凝土拌合物的和易性；松香树脂是一种具有高粘性的物质，将其溶于乙醇后与混合物进行研磨混合，可以松香树脂的分散，可以提高填充剂的粘结力。
本发明进一步设置为：所述改性芳纶纤维由下述方法制备：将芳纶纤维置于质量分数为1％的对苯二甲酰氯中浸泡30-35min，然后使其在氩气氛围中、在放电功率为120-130W的条件下用氨气等离子体处理10-12min，得到改性芳纶纤维。
通过采用上述技术方案，经过改性后的芳纶纤维的表面粗糙度增大，可以增加其与混凝土拌合物的接触面积，提高其与混凝土拌合物的结合力，改性后的芳纶纤维可以提高混凝土的抗折强度、韧性以及抗冲击性能，可以降低混凝土开裂的情况，提高混凝土的耐热性能。
本发明进一步设置为：所述碎石为重量比为1:3的花岗岩碎石以及玄武岩碎石。
通过采用上述技术方案，花岗岩属于酸性岩浆岩中的侵入岩，耐热性能好；玄武岩属于基性火山岩，耐久性好，可以提高混凝土的耐热性能以及抗压强度。
本发明进一步设置为：所述花岗岩碎石的粒径为10-25mm，连续级配。
通过采用上述技术方案，花岗岩碎石为10-25mm连续级配，不同粒径的碎石可以堆积形成密实填充的搭接骨架，减少混凝土的孔隙率，提高混凝土的强度，提高混凝土的致密性，从而提高混凝土的耐热性能。
本发明进一步设置为：所述玄武岩碎石的粒径为5-20mm，连续级配。
通过采用上述技术方案，玄武岩碎石与花岗岩碎石的相互的配合，使碎石的粒径分布于5-25mm，可以有效提高混凝土的耐热性能。
本发明进一步设置为：所述中砂为重量比为1:1.1的机制砂和天然河砂。
通过采用上述技术方案，机制砂是指通过制砂机和其他附属设备加工而成的砂子，成品更加规则，机制砂的加入可以降低天然河砂的用量，缓解天然河砂供应不足的问题。
本发明进一步设置为：所述天然河砂为区河砂，表观密度为2680kg/m3，细度模数为2.4，含泥量<1.0％。
通过采用上述技术方案，Ⅱ区河砂的级配较好，颗粒比较圆润、光滑、粒形良好，其与混凝土拌合物的和易性较好，其能填充到水泥与碎石之间的缝隙中，提高混凝土的强度以及耐热性能。
本发明进一步设置为：所述粉煤灰为F类Ⅰ级粉煤灰，粉煤灰的细度(45μm方孔筛筛余)<6％，需水量比<95％，烧失量<3.0％，含水量<0.2％。
通过采用上述技术方案，粉煤灰可以改善混凝土拌合料的流动性、粘聚性和保水性，使混凝土拌合料易于泵送、浇筑成型，并可减少坍落度的经时损失；粉煤灰的加入可减少水泥用量，减少了水化放热量，减少温度裂缝，提高混凝土的力学性能。
本发明进一步设置为：所述矿粉为S95级矿渣粉，密度为2.9g/cm3，比表面积为450m2/kg，流动度比为96％，含水量为0.2％。
通过采用上述技术方案，矿粉有很好的化学活性，掺入矿粉可以减少用水量，减少混凝土的连通孔，增大水泥浆的粘度，进而减少水泥浆体与集料之间的密度差，提高混凝土密实性，提高混凝土的力学性能。
本发明进一步设置为：所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
通过采用上述技术方案，减水剂的主要作用是保持混凝土强度不变的条件下，减少混凝土拌和用水量，从而减少水泥用量，或是不增加用水量的情况下，增强混凝土的和易性，减少混凝土的水分蒸发产生的空隙和裂缝，提高混凝土的致密性，提高混凝土的耐热性能；聚羧酸系减水剂的分散性能好，应用广泛。
综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：填充剂高温会膨胀，并且粘结力好，可以填补混凝土因失水产生的裂缝，提高混凝土的致密性，并且填充剂的分散性能好，可以提高混凝土拌合物的和易性；芳纶纤维具有很高的机械强度以及很好的耐热性，将其加入到混凝土拌合物中，可以降低裂缝继续开裂的情况，改性后的芳纶纤维与混凝土拌合物的粘结力强；并且由于填充剂具有的粘结力，可以进一步提高改性芳纶纤维与混凝土拌合物的粘结强度。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
一、填充剂的制备例1-3
制备例1：①将海泡石粉、膨胀蛭石粉以及凹凸棒土分别过500目筛，筛选出细度小于500目的原料，然后取30kg海泡石粉、26kg膨胀蛭石粉、20kg凹凸棒土以及0.3kg木质素磺酸钙，以600r/min的速度搅拌15min，得到混合物；②将1kg松香树脂溶于40kg、体积分数为95％的乙醇溶液中，然后加入混合物，研磨30min后，在50℃的温度下，加热50min，烘干水分，得到填充剂。
制备例2：①将海泡石粉、膨胀蛭石粉以及凹凸棒土分别过550目筛，筛选出细度小于500目的原料，然后取32.5kg海泡石粉、28kg膨胀蛭石粉、21kg凹凸棒土以及0.4kg木质素磺酸钙，以625r/min的速度搅拌20min，得到混合物；②将1.1kg松香树脂溶于45kg、体积分数为95％的乙醇溶液中，然后加入混合物，研磨35min后，在55℃的温度下，加热55min，烘干水分，得到填充剂。
制备例3：①将海泡石粉、膨胀蛭石粉以及凹凸棒土分别过600目筛，筛选出细度小于500目的原料，然后取35kg海泡石粉、30kg膨胀蛭石粉、22kg凹凸棒土以及0.5kg木质素磺酸钙，以650r/min的速度搅拌25min，得到混合物；②将1.2kg松香树脂溶于50kg、体积分数为95％的乙醇溶液中，然后加入混合物，研磨40min后，在60℃的温度下，加热60min，烘干水分，得到填充剂。
二、改性芳纶纤维的制备例4-6
制备例4：将芳纶纤维置于质量分数为1％的对苯二甲酰氯中浸泡30min，然后使其在氩气氛围中、在放电功率为120W的条件下用氨气等离子体处理10min，得到改性芳纶纤维。
制备例5：将芳纶纤维置于质量分数为1％的对苯二甲酰氯中浸泡32.5min，然后使其在氩气氛围中、在放电功率为125W的条件下用氨气等离子体处理11min，得到改性芳纶纤维。
制备例6：将芳纶纤维置于质量分数为1％的对苯二甲酰氯中浸泡35min，然后使其在氩气氛围中、在放电功率为120-130W的条件下用氨气等离子体处理12min，得到改性芳纶纤维。
三、实施例1-6中耐热混凝土的组分示于表1。
表1实施例1-6中耐热混凝土组分表(单位：kg)
其中，水泥为P.O.42.5的普通硅酸盐水泥；花岗岩碎石的粒径为10-25mm，连续级配；玄武岩碎石的粒径为5-20mm，连续级配；天然河砂为Ⅱ区河砂，表观密度为2680kg/m3，细度模数为2.4，含泥量<1.0％；粉煤灰为F类Ⅰ级粉煤灰，粉煤灰的细度(45μm方孔筛筛余)<6％，需水量比<95％，烧失量<3.0％，含水量<0.2％；矿粉为S95级矿渣粉，密度为2.9g/cm3，比表面积为450m2/kg，流动度比为96％，含水量为0.2％；减水剂采用北京产生的AN4000聚羧酸系高性能减水剂，密度为1.049g/cm3，pH值为5.8，减水率为32％，含气量为4.0％，含固量为22.16％，坍塌度1h经时变化10mm。
四、对比例1-6
对比例1：采用申请公布号为CN106554175A的专利申请文件，其公开了一种耐热混凝土，该混凝土采用如下配合比的原料均匀拌合而成；水95-115kg/m3，水泥320-340kg/m3、粉煤灰40-80kg/m3、矿粉120-1040kg/m3、砂739-852kg/m3、细石890-1040kg/m3和外加剂3.8-4.00kg/m3。
对比例2：对比例2与实施例1的不同之处在于原料中未添加填充剂。
对比例3：对比例3与实施例1的不同之处在于填充剂中未添加松香树脂。
对比例4：对比例4与实施例1的不同之处在于原料中未添加改性芳纶纤维。
对比例5：对比例5与实施例1的不同之处在于原料中用普通芳纶纤维代替改性芳纶纤维。
对比例6：对比例6与实施例1的不同之处在于原料中用与粘土耐火砖粉等量的S95矿粉替换粘土耐火砖粉。
五、将实施例1-6以及对比例1-6制备的混凝土的性能采用如下方法进行测试，测试结果示于表2和表3。
①抗压强度:按照GB/T50081-2016《普通混凝士力学性能试验方法标准》制作标准试块，并测量标准试块养护7d、28d的抗压强度以及标养28d后高温下的抗压强度，其中高温抗压强度，采用如下方法测定，取每组成型3块试件，标准养护28d后，于110℃烘干24h后，置于高温炉中，分别在200℃、300℃、400℃、500℃以及600℃下恒温灼烧3h，然后将其自然冷却至室温，测烧后抗压。
②抗氯离子渗透性能:按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中快速氯离子迁移系数法测试标准试块的氯离子渗透深度。
③抗水渗透性能:按照GB/T50082-2009《普通混凝士长期性能和耐久性能试验方法标准》中的逐级加压法测试标准试块的渗水深度。
④早期抗裂性能:按照GB/T50081-2016《普通混凝士力学性能试验方法标准》制作标准试块，计算混凝土浇注24h后测量得到单位面积的裂缝数目以及单位面积上的总开裂面积。
表2实施例1-6制备的混凝土的性能测试表
表3对比例1-6制备的混凝土的性能测试表
由以上数据可以看出，实施例1-6制备的混凝土较对比例1-6制备的混凝土具有良好的抗压强度、耐高温性能、抗渗性能以及抗开裂性能；对比例2中的抗渗性能以及高温抗压强度明显低于实施例1，说明填充剂能提高混凝土的高温抗压强度以及抗渗性能；对比例3中的高温抗压强度低于实施例1，说明松香树脂可以提高混凝土的耐热性能；对比例4中的常温抗压强度以及早期抗裂性能明显低于实施例1，说明改性芳纶纤维能提高混凝土的耐热性能以及抗开裂性能；对比例5中的标准抗压强度、高温抗压强度以及抗渗性能高于实施例4，但小于实施例1，说明未改性的芳纶纤维能提高混凝土的力学性能，但是效果低于改性芳纶纤维；对比例6中的高温抗压强度低于实施例1，说明粘土耐火砖粉能提高混凝土耐热性能。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种耐热混凝土，其特征在于：以重量份数计，包括如下组分：
水泥180-200份、碎石1000-1010份、中砂619.5-640.5份、粉煤灰70-90份、矿粉60-80份、粘土耐火砖粉60-80份、填充剂20-30份、改性芳纶纤维4-6份、减水剂3-5份以及水160-180份；
所述水泥为P.O.42.5的普通硅酸盐水泥；
所述填充剂采用如下方法制备：①将海泡石粉、膨胀蛭石粉以及凹凸棒土分别过500-600目筛，筛选出细度小于500目的原料，然后取30-35份海泡石粉、26-30份膨胀蛭石粉、20-22份凹凸棒土以及0.3-0.5份木质素磺酸钙，以600-650r/min的速度搅拌15-25min，得到混合物；②将1-1.2份松香树脂溶于40-50份乙醇溶液中，然后加入混合物，研磨30-40min后，在50-60℃的温度下，加热50-60min，烘干水分，得到填充剂；
所述改性芳纶纤维由下述方法制备：将芳纶纤维置于质量分数为1%的对苯二甲酰氯中浸泡30-35min，然后使其在氩气氛围中、在放电功率为120-130W的条件下用氨气等离子体处理10-12min，得到改性芳纶纤维。
2.根据权利要求1所述的一种耐热混凝土，其特征在于：所述碎石为重量比为1:3的花岗岩碎石以及玄武岩碎石。
3.根据权利要求2所述的一种耐热混凝土，其特征在于：所述花岗岩碎石的粒径为10-25mm，连续级配。
4.根据权利要求2所述的一种耐热混凝土，其特征在于：所述玄武岩碎石的粒径为5-20mm，连续级配。
5.根据权利要求1所述的一种耐热混凝土，其特征在于：所述中砂为重量比为1:1.1的机制砂和天然河砂。
6.根据权利要求5所述的一种耐热混凝土，其特征在于：所述天然河砂为Ⅱ区河砂，表观密度为2680 kg/m3，细度模数为2.4，含泥量<1.0%。
7.根据权利要求1所述的一种耐热混凝土，其特征在于：所述粉煤灰为F类Ⅰ级粉煤灰，粉煤灰的细度经45μm方孔筛筛余<6%，需水量比<95%，烧失量<3.0%，含水量<0.2%。
8.根据权利要求1所述的一种耐热混凝土，其特征在于：所述矿粉为S95级矿渣粉，密度为2.9g/cm3，比表面积为450m2/kg，流动度比为96%，含水量为0.2%。
9.根据权利要求1所述的一种耐热混凝土，其特征在于：所述减水剂为聚羧酸系高效减水剂。
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