CN110357539A - 一种高强耐热混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强耐热混凝土及其制备方法。高强耐热混凝土包含以下重量份的组分:340‑360份水泥、140‑160份粉煤灰、750‑800份碎石、730‑753份细砂、110‑120份粗骨料、1‑5份减水剂、170‑180份水、1‑5份聚丙烯纤维、45‑80份矿粉、1‑5份早强剂、20‑30份复合纤维;复合纤维包括5‑10份芳纶纤维、3‑6份玻璃纤维、5‑10份间苯二酚‑甲醛树脂、0.3‑1.4份共聚甲醛。本发明的高强耐热混凝土具有强度高,耐热性好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域,更具体地说,它涉及一种高强度耐热混凝土及其制备方法。
背景技术
目前,冶金行业的高炉、转炉、焦炉的基础部位和发电厂烟囱的内衬部位是由混凝土灌筑而成的,但由于高炉、转炉、焦炉的基础部位和发电厂烟囱的内衬部位通常要承受200-700℃高温下的荷载。普通混凝土受热时容易遭受破坏,主要原因有水泥浆体失水、骨料膨胀以及水泥浆体与骨料、钢筋的热膨胀不协调而产生热梯度,导致了结构的破坏,混凝土产品高温破坏是许多因素共同作用的结果,它们之间存在着非常复杂的关系。普通混凝土随温度变化的一般规律为:100℃下,混凝土内的自由水逐渐蒸发,内部形成毛细裂缝和孔隙;加载后缝隙尖端应力集中,促使裂缝扩展,抗压强度下降。
200-300℃下,混凝土内自由水已全部蒸发,水泥凝胶水中的结合水开始脱出,胶合作用的加强缓和了缝端的应力集中,有利于强度提高;另一方面粗细骨料和水泥浆体的温度膨胀系数不等,应变差的增大使骨料界面形成裂纹,削弱了混凝土强度;这些矛盾的因素同时作用,使这一温度区段的抗压强度变化复杂。
500℃下,骨料和水泥浆体的温度变形差继续加大,界面裂缝不断开展和延伸;而且400℃后水泥水化生成的氢氧化钙等脱水,体积膨胀,促使裂缝扩展,抗压强度显著下降。
600℃下,未水化的水泥颗粒和骨料中的石英成分形成晶体,伴随着巨大的膨胀,一些骨料内部开始形成裂缝,抗压强度急剧下降。
所以,高炉、转炉、焦炉的基础部位和发电厂烟囱的内衬部位不能采用传统的混凝土灌筑,须采用耐高温混凝土灌筑。
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,在炼铁高炉改造大修工程中应用非常广泛。
现有技术可参考授权公告号为CN105272020B的中国专利,其公开了一种耐热度为500℃的C40泵送混凝土,该混凝土中成分单方用量配比(kg/m3)如下:水泥200-220,粉煤灰80-100,矿渣微粉100-120,细度模数为1.8-2.0的天然中砂420-460,安山岩机制砂360-400,安山岩5-20mm连续级配碎石980-1000,外加剂4.00-4.80,拌合水165-170,聚丙烯纤维0.9。
该耐热度为500℃的C40泵送混凝土的强度等级为C40,且耐热温度为500℃,对于一些强度要求更高的建筑物,就需要使用高强混凝土,高强混凝土指的是C60及其以上的混凝土称为高强混凝土,高强混凝土作为一种新的建筑材料,以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性,在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用;高强混凝土最大的特点是抗压强度高,一般为普通强度混凝土的4-6倍,故可减小构件的截面,因此最适宜用于高层建筑;但是目前的耐热混凝土只能达到C30-C40的抗压强度,不能满足高强混凝土的要求,因此如何能够使混凝土在获得耐热性能的同时具备高强性能是一个需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的第一个目的在于提供一种高强耐热混凝土,其具有耐热性好和强度高的优点。
本发明的第二个目的在于提供一种高强耐热混凝土的制备方法,其具有制备方法简单的优点,能够制备出具有良好的耐热性和较高强度的混凝土。
为实现上述第一个目的,本发明提供了如下技术方案:一种高强耐热混凝土,包含以下重量份的组分:340-360份水泥、140-160份粉煤灰、750-800份碎石、730-753份中砂、110-120份粗骨料、1-5份减水剂、170-180份水、1-5份聚丙烯纤维、45-80份矿粉、1-5份早强剂、20-30份复合纤维;
所述粗骨料由质量比为1:1.2-1.5的空心玻璃微珠和陶粒混合而成;
所述复合纤维包括5-10份芳纶纤维、3-6份玻璃纤维、5-10份间苯二酚-甲醛树脂、0.3-1.4份共聚甲醛。
通过采用上述技术方案,由于采用空心玻璃微珠和陶粒作为粗骨料,其中空心玻璃微珠是一种强度高且坚硬的球形微粒,主要成分为硼硅酸盐,经过700-800℃高温烧制而成,在混凝土中起到轴承的作用,摩擦力小,可以增加混凝土的流动性,且空心玻璃微珠具有质轻、低导热、隔音、高分散和热稳定性好的优点,中空球体结构的空心玻璃微珠可使混凝土具有优异的隔热性能,从而提高混凝土的耐热性能,使混凝土在较高温度下,不出现裂纹,抗压强度损失减少;陶粒的外观特征大部分呈圆形或椭圆形,且陶粒的表面有一层坚硬的外壳,这层外层呈陶质或釉质,具有隔水保气的作用,并且赋予陶粒较高的强度,同时陶粒的表面粗糙,具有一定吸水能力,所以陶粒与水泥之间的粘结力较强,从而使混凝土具有较好的抗渗性能和耐久性,陶粒的密度小,质量轻,热导率低,强度高,从而使混凝土在高温下仍维持较高的强度。
使用芳纶纤维和玻璃纤维作为复合纤维的原料,其中芳纶纤维的延展性好、质量轻、柔软度好、强度高、耐腐蚀效果好,且耐高温性能优异,可提高混凝土的抗压强度,防止混凝土开裂,玻璃纤维具有强度高、模量适中、吸湿性好、耐热性好以及耐化学性优异的性能,可提高混凝土的强度和耐热性;
由于芳纶纤维是“皮-芯”结构,芯部有许多靠氢键联结的棒状分子构成,表层由结晶度更好的刚性分子链沿纤维轴向排列而成,且芳纶纤维分子结构中存在大量芳香族环,使得分子链间氢键很弱,芳纶纤维与玻璃纤维共混使用,可防止芳纶纤维因分子链间氢键很弱,造成芳纶纤维的力学性能下降;
因为芳纶纤维表面缺少化学活性基团,表面浸润性较差,纤维表面光滑,使得复合纤维的粘结力较弱,间苯二酚-甲醛树脂具有很强的粘合性能,与芳纶纤维和玻璃纤维协同使用,可增强玻璃纤维和芳纶纤维的强度,且增加复合纤维的粘结力,使得耐热纤维材料具有较好粘结性能,防止混凝土在高温下出现裂纹,增大芳纶纤维的拔出长度,从而增大耐热纤维材料的抗破坏能力,使混凝土在较高温度下抗压强度依然较高,抗压强度损失降低。
进一步地,所述复合纤维由以下方法制成:(1)将间苯二酚-甲醛树脂在99-109℃下搅拌,融化后,加入芳纶纤维和玻璃纤维,在室温下固化6-8h,粉碎成平均粒径为10-20mm的颗粒;
(2)将共聚甲醛在180-200℃下熔融,将步骤(1)所得物进行超声波处理,超声波频率为23-25kHz,时间为5-10min,加入共聚甲醛中,混合均匀后,在80-90℃下干燥,干燥后粉碎成粒径为1-5mm的粉末。
通过采用上述技术方案,由于将芳纶纤维和玻璃纤维混合在间苯二酚-甲醛树脂中,可使芳纶纤维和玻璃纤维具有较好的黏合活化效果,将间苯二酚-甲醛树脂经固化后,包裹在玻璃纤维和芳纶纤维的表面,形成一层具有优异拉伸性能的薄膜,再将玻璃纤维和芳纶纤维进行超声波处理,能够提高纤维表面的粗糙度,提高纤维与混凝土黏合的粘结性能,且对纤维的损害小,能够有效地提高芳纶纤维和玻璃纤维的力学性能,树脂和纤维复合后,在超声的作用下,树脂胶液的结构和性能发生变化,有利于提高树脂基体的活性,并且超声处理能够使胶液均匀地浸润纤维,改善复合材料的界面粘结性能,从而提高复合纤维与拌合物之间的粘结力,使混凝土的高温环境下,依然具有良好的强度,且间苯二酚-甲醛树脂中不含有机溶剂,制备方法简单,再将共聚甲醛树脂包裹在混合制成的颗粒表面,共聚甲醛的热稳定性好,不容易分解,在较高温度下,仍具有较好的尺寸稳定性、拉伸强度、完全强度和耐疲劳强度。
进一步地,所述间苯二酚-甲醛树脂由质量比为1:0.6-0.7的间苯二酚和甲醛在100-150℃下反应,冷却制得。
通过采用上述技术方案,将间苯二酚和甲醛在100-150℃下反应,方法简单,且制得的间苯二酚-甲醛树脂具有优良的耐候性、耐热性和耐水性。
进一步地,所述芳纶纤维的长度为1-3mm,玻璃纤维的长度为3-9mm。
通过采用上述技术方案,合理控制芳纶纤维和玻璃纤维的长度,可使玻璃纤维和芳纶纤维在拌合物中分散均匀,防止纤维发生缠绕、结团的现象,均匀分散在混凝土中的芳纶纤维和玻璃纤维能够进一步提高混凝土的抗压强度、抗折强度以及在高温下的力学性能。
进一步地,所述空心玻璃微珠的粒径为10-15mm,陶粒的粒径为5-10mm。
通过采用上述技术方案,空心玻璃微珠很容易在彼此之间滚动,且其是中空球体结构,具有优异的隔热效果,在拌合物中掺和空心玻璃微珠可以提高混凝土的和易性、流动性和耐热性,且陶粒和空心玻璃微珠相互级配,陶粒可填充到空心玻璃微珠的孔隙内,降低混凝土的孔隙率,提高混凝土的密实度,从而提高混凝土在高温下的抗压强度。
进一步地,所述粉煤灰为低钙II级,细度(45μm方孔筛筛余量)为8-12%,需水量比为95-98%,烧失量为2-4.5%。
通过采用上述技术方案,粉煤灰的活性成分为二氧化硅和三氧化二铝,与水泥和水混合后,能够生成较为稳定的胶凝材料,从而使混凝土具有较高的强度,同时粉煤灰中70%以上的颗粒是无定型的球形玻璃体,主要起到滚珠轴承作用,在混凝土拌合物中发挥润滑作用,改善混凝土拌合物的和易性,且粉煤灰与碎石等构成合理级配,使彼此之间互相填充,能有效增加混凝土密实度,进一步提高混凝土的抗压强度。
进一步地,所述减水剂为脂肪族(羟基)磺酸盐高效减水剂、萘系高效减水剂和聚羧酸高效减水剂中的一种。
通过采用上述技术方案,脂肪族(羟基)磺酸盐高效减水剂对水泥的适应性良好,且分散能力强,减水率可达15-30%,并且能够明显提高混凝土的早期强度,有效降低水泥的水化热,防止混凝土产生收缩,防止混凝土因收缩而出现开裂;萘系减水剂能够对水泥粒子产生强烈的分散作用,并且能够防止分散的水泥粒子凝聚,使得水泥浆体的屈服应力和塑性粘度降低,使得混凝土浆体具有一定保持塑性的能力;聚羧酸减水剂与水泥的相容性好,使混凝土的坍落度保持性能好,能够大幅度提高混凝土的早期、后期强度。
进一步地,所述中砂的细度模数为2.3-30,含泥量为2-2.6%,泥块含量为0.45-0.65%。
通过采用上述技术方案,在该细度模数范围内的中砂,有助于增加各骨料之间的填充效果,减少组分之间的孔隙,从而提高组分之间的连接紧密性,防止混凝土离析,增大成型后混凝土的抗压强度。
进一步地,所述矿粉为S95级矿粉,矿粉的比表面积为400-450m2/kg,28天活性指数为100%,流动度比为99%。
通过采用上述技术方案,矿粉矿物掺和料具有“活性效应”、“界面效应”、“微填效应”和“减水效应”等诸多综合效应,矿粉等矿物掺和料不仅可以改善流变性能,降低水化热,降低坍落度损失,减少离析和泌水,还可以改善混凝土结构的孔结构和力学性能,提高后期强度和耐久性。
为实现上述第二个目的,本发明提供了如下技术方案:一种高强耐热混凝土的制备方法,包括以下步骤:
S1、将水泥、粉煤灰、碎石、中砂、矿粉和粗骨料充分混合均匀,制得预混物;
S2、向水中加入减水剂、早强剂、聚丙烯纤维和复合纤维,混合均匀后加入预混物中,充分混合,制得高强耐热混凝土。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
第一、由于本发明采用芳纶纤维和玻璃纤维共混制备复合纤维,玻璃纤维优异的力学性能,可弥补芳纶纤维因分子中含有大量芳香族环,使得分子链间氢键很弱,力学性能下降的问题,使复合纤维具有优异的力学性能,从而使混凝土具有较高的抗压强度和耐热性。
第二、本发明中优选采用间苯二酚-甲醛树脂与芳纶纤维、玻璃纤维制成耐热纤维材料,由于芳纶纤维中缺少化学活性基团,使得芳纶纤维表面的浸润性和粘结性较差,能够提高芳纶纤维的抗拉强度,使复合纤维的粘结力提高,从而防止混凝土在高温下产生裂缝,提高混凝土的耐热性能。
第三、本发明中用微波处理芳纶纤维和玻璃纤维,可提高间苯二酚-甲醛树脂的活性,提高复合纤维中芳纶纤维、玻璃纤维与间苯二酚-甲醛树脂之间的粘结性能,使间苯二酚-甲醛树脂能够充分且均匀的浸润芳纶纤维和玻璃纤维,改善复合纤维的粘结性能。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。
复合纤维的制备例1-3
以下制备例中共聚甲醛选自东莞市山一塑化有限公司出售的牌号为K90的共聚甲醛,芳纶纤维选自江西硕邦新材料科技有限公司出售的货号为004的芳纶纤维,玻璃纤维选自河北京航矿产品有限公司出售的货号为2018的玻璃纤维。
制备例1:(1)按照表1中的原料配比,将5kg间苯二酚-甲醛树脂在99℃下搅拌,融化后,加入5kg芳纶纤维和3kg玻璃纤维,在室温下固化6h,粉碎成平均粒径为10mm的颗粒,其中间苯二酚-甲醛树脂由质量比为1:0.7的间苯二酚和甲醛在100℃下反应后冷却制得,芳纶纤维的长度为1mm,玻璃纤维的长度为3mm;
(2)将0.3kg共聚甲醛在180℃下熔融,将步骤(1)所得物进行超声波处理,超声波频率为23kHz,时间为5min,加入到共聚甲醛中,混合均匀后,在80℃下干燥,干燥后粉碎成粒径为1mm的粉末。
表1 制备例1-3中复合纤维的原料配比
制备例2:(1)按照表1中的原料配比,将8kg间苯二酚-甲醛树脂在104℃下搅拌,混合均匀后,加入8kg芳纶纤维和4kg玻璃纤维,在室温下固化7h,粉碎成平均粒径为15mm的颗粒;其中间苯二酚-甲醛树脂由质量比为1:0.6的间苯二酚和甲醛在130℃下反应后冷却制得,芳纶纤维的长度为2mm,玻璃纤维的长度为6mm;
(2)将0.7kg共聚甲醛在190℃下熔融,将步骤(1)所得物进行超声波处理,超声波频率为24kHz,时间为8min,加入到共聚甲醛中,混合均匀后,在85℃下干燥,干燥后粉碎成粒径为3mm的粉末。
制备例3:(1)按照表1中的原料配比,将10kg间苯二酚-甲醛树脂在109℃下搅拌,混合均匀后,加入10kg芳纶纤维和6kg玻璃纤维,在室温下固化8h,其中间苯二酚-甲醛树脂由质量比为1:0.6的间苯二酚和甲醛在150℃下反应后冷却制得,芳纶纤维的长度为3mm,玻璃纤维的长度为9mm;
(2)将1.4kg共聚甲醛在200℃下熔融,将步骤(1)所得物进行超声波处理,超声波频率为25kHz,时间为10min,加入到共聚甲醛中,混合均匀后,在90℃下干燥,干燥后粉碎成粒径为5mm的粉末。
实施例
以下实施例中早强剂选自济南运泽化工有限公司出售的货号为001的早强剂,脂肪族(羟基)磺酸盐高效减水剂选自北京双人达建材有限公司出售的RS-3型脂肪族羟基磺酸盐高效减水剂、萘系减水剂选用型号为洛阳彤润信息科技有限公司出售的型号为TRJS-6022的萘系高效减水剂,聚羧酸高效减水剂选自上海昭硕实业有限公司出售的型号为F10的聚羧酸高效减水剂。
实施例1:一种高强耐热混凝土的制备方法,包括以下步骤:
S1、按照表2中的配比,将340kg/m3水泥、140kg/m3粉煤灰、800kg/m3碎石、730kg/m3中砂、80kg/m3矿粉和120kg/m3粗骨料充分混合均匀,制得预混物;
其中水泥为P.O42.5硅酸盐水泥,3d抗压强度28.6MPa,28d抗压强度为48.7MPa,粉煤灰为低钙II级,细度(45μm方孔筛筛余量)为8%,需水量比为95%,烧失量为2%,碎石为5-20mm连续级配碎石,针片状颗粒含量为3%,表观密度为2550kg/m3,堆积密度为1600kg/m3,含泥量为0.2%,中砂的细度模数为2.3,含泥量为2%,泥块含量为0.45%,矿粉为S95级矿粉,矿粉的比表面积为400m2/kg,28天活性指数为95%,流动度比为99%,粗骨料由质量比为1:1.2的空心玻璃微珠和陶粒混合而成,空心玻璃微珠的粒径为10mm,陶粒的粒径为5mm;
S2、向170kg/m3水中加入1kg/m3减水剂、1kg/m3早强剂、1kg/m3聚丙烯纤维和20kg/m3复合纤维,混合均匀后加入预混物中,充分混合,制得高强耐热混凝土;
其中减水剂为脂肪族(羟基)磺酸盐高效减水剂,复合纤维由制备例1制备而成。
表2 实施例1-5和对比例1中高强耐热混凝土的原料配比
实施例2-3:一种高强耐热混凝土的制备方法,与实施例1的区别在于,该高强耐热混凝土的原料配比如表2所示。
实施例4:一种高强耐热混凝土的制备方法,包括以下步骤:
S1、按照表2中的配比,将350kg/m3水泥、150kg/m3粉煤灰、700kg/m3碎石、747kg/m3中砂、62kg/m3矿粉和120kg/m3粗骨料充分混合均匀,制得预混物;
其中水泥为P.O42.5硅酸盐水泥,3d抗压强度28.6MPa,28d抗压强度为48.7MPa,粉煤灰为低钙II级,细度(45μm方孔筛筛余量)为11%,需水量比为97%,烧失量为3%,碎石为5-20mm连续级配碎石,针片状颗粒含量为4%,表观密度为2600kg/m3,堆积密度为1650kg/m3,含泥量为0.3%,中砂的细度模数为2.7,含泥量为2.3%,泥块含量为0.55%,矿粉为S95级矿粉,矿粉的比表面积为430m2/kg,28天活性指数为95%,流动度比为99%,粗骨料由质量比为1:1.4的空心玻璃微珠和陶粒混合而成,空心玻璃微珠的粒径为13mm,陶粒的粒径为8mm;
S2、向175kg/m3水中加入2kg/m3减水剂、3kg/m3早强剂、3kg/m3聚丙烯纤维和20kg/m3复合纤维,混合均匀后加入预混物中,充分混合,制得高强耐热混凝土;
其中减水剂为萘系减水剂,复合纤维由制备例2制备而成。
实施例5:一种高强耐热混凝土的制备方法,包括以下步骤:
S1、按照表2中的配比,将360kg/m3水泥、160kg/m3粉煤灰、750kg/m3碎石、753kg/m3中砂、44kg/m3矿粉和120kg/m3粗骨料充分混合均匀,制得预混物;
其中水泥为P.O42.5硅酸盐水泥,3d抗压强度28.6MPa,28d抗压强度为48.7MPa,粉煤灰为低钙II级,细度(45μm方孔筛筛余量)为13%,需水量比为98%,烧失量为4.5%,碎石为5-20mm连续级配碎石,针片状颗粒含量为6%,表观密度为2650kg/m3,堆积密度为1700kg/m3,含泥量为0.4%,中砂的细度模数为3.0,含泥量为2.3%,泥块含量为0.55%,矿粉为S95级矿粉,矿粉的比表面积为450m2/kg,28天活性指数为95%,流动度比为99%,粗骨料由质量比为1:1.5的空心玻璃微珠和陶粒混合而成,空心玻璃微珠的粒径为15mm,陶粒的粒径为10mm;
S2、向180kg/m3水中加入5kg/m3减水剂、5kg/m3早强剂、5kg/m3聚丙烯纤维和20kg/m3复合纤维,混合均匀后加入预混物中,充分混合,制得高强耐热混凝土;
其中减水剂为聚羧酸高效减水剂,复合纤维由制备例3制备而成。
对比例
对比例1-3:一种高强耐热混凝土的制备方法,与实施例1的区别在于,高强耐热混凝土的原料配比如表2所示,细砂的粒径为0.5mm。
对比例4:一种高强耐热混凝土的制备方法,与实施例1的区别在于,复合纤维的制备方法中未进行超声波处理。
对比例5:采用申请号为CN201510805432.4的中国专利文件中作为对照,一种耐热度为500℃的C40泵送混凝土,其组成成分及单方用量配比(kg/m3)如下:水泥200,粉煤灰80,矿渣微粉100,细度模数为1.8~2.0的天然中砂420,安山岩机制砂360,安山岩5-20mm连续级配碎石980,外加剂4.00,拌合水165,聚丙烯纤维0.9。
应用例
将粗骨料和复合纤维应用在不同强度等级的混凝土中,检测粗骨料和复合纤维对不同强度等级混凝土的普适性,按照实施例1中方法制备混凝土,不同强度等级的混凝土的原料配比如表3所示,其中水泥为P.O42.5硅酸盐水泥,3d抗压强度28.6MPa,28d抗压强度为48.7MPa,粉煤灰为低钙II级,细度为8%,需水量比为95%,烧失量为2%,碎石为5-20mm连续级配碎石,针片状颗粒含量为3%,表观密度为2550kg/m3,堆积密度为1600kg/m3,含泥量为0.2%,中砂的细度模数为2.3,含泥量为2%,泥块含量为0.45%,矿粉为S95级矿粉,矿粉的比表面积为400m2/kg,28天活性指数为95%,流动度比为99%,粗骨料由质量比为1:1.2的空心玻璃微珠和陶粒混合而成,空心玻璃微珠的粒径为15mm,陶粒的粒径为10mm;其中减水剂为脂肪族(羟基)磺酸盐高效减水剂,复合纤维由制备例1制备而成。
表3 应用例1-9中混凝土的原料配比
性能检测试验
按照实施例1-5、对比例1-5和应用例1-3中的方法制备高强耐热混凝土,并按照以下方法检测制得的高强耐热混凝土的性能,实施例1-5制得的混凝土的检测结果如表4所示,对比例1-5制得的混凝土的检测结果如表5所示,应用例1-9制得的混凝土的检测结果如表6所示:
1、抗压强度:按照GB/T50081-2016《普通混凝土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1天、7天和28天的抗压强度,以及在标养28天后高温下的抗压强度,其中标养28天高温下抗压强度的测试方法如下:每组取3块标准试块,标准养护28天后,于110℃下烘干24h,置于高温炉中,分别在200℃、300℃、400℃、500℃、600℃和700℃下恒温灼烧3h,然后将其自然冷却至室温,测量灼烧后的抗压强度;
2、坍落度和密度:将混凝土在相同条件下氧化成型,并按照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测试。
表4 实施例1-5制得的混凝土的性能检测结果
由表4中数据可以看出,按照实施例1-5中方法制得的混凝土硬化后密度较大,均在2408kg/m3以上,混凝土出厂的初始坍落度在220mm以内,2h后坍落度损失至190mm以上,坍落度损失较少,抗压强度在28天时为75.7MPa以上,抗压强度高,在经过高温700℃的灼烧后,28天抗压强度仍达到51.9MPa以上,强度损失在20.3至26.9MPa之间,强度损失较小,耐热性能强;且对比实施例1-3中数据可知,改变粗骨料和复合纤维的含量,混凝土的硬化后密度、抗压强度和耐热性能逐渐增强,对比实施例1、实施例4和实施例5中的数据可以看出降低粉煤灰和碎石的含量,增加其余原料的含量,可增大混凝土的密度和强度,提高混凝土的耐热性能,由此使用粗骨料和复合纤维可提高混凝土的强度和耐高温性能。
表5 对比例1-5制得的混凝土的性能测试结果
由表5中数据可以看出,对比例1使用中砂代替粗骨料,混凝土硬化后密度较小,且坍落度损失比实施例1大,28天抗压强度仅为62.1MPa,与实施例1相差较大,且对比例1制得的混凝土在经过700℃的灼烧后,强度仅为35.7MPa,强度损失了26.4MPa,强度损失与实施例1相比,增大了3.7MPa,说明添加粗骨料能够提高混凝土的抗压强度,且增加混凝土的耐热性能,降低强度损失。
对比例2因使用中砂替代复合纤维,混凝土硬化后的密度、坍落度以及坍落度损失均与实施例1相差不大,但是对比例1制得的混凝土的28天抗压强度仅为63.2MPa,经过700℃的灼烧后,强度降低至354.8MPa,强度损失了27.4MPa,强度损失较大,说明芳纶纤维能够使混凝土具有较高的抗压强度,且提高混凝土的耐热性能,使混凝土在具有较高强度的同时,具有良好的耐热性。
对比例3因同时未添加粗骨料和复合纤维,由对比例3制得的混凝土的28天抗压强度与实施例1相差较大,且经过700℃的灼烧后,混凝土的28天抗压强度仅为31.2MPa,耐热性能较差,抗压强度下降较快,且对比例3中混凝土的28天抗压强度小于对比例1和对比例2中混凝土的28天抗压强度,说明粗骨料和复合纤维具有良好的复配效果,二者复配使用,可较好的提高混凝土的耐热性能和强度。
对比例4因未对芳纶纤维和玻璃纤维进行微波处理,芳纶纤维和玻璃纤维与拌合物的粘结性较差,导致混凝土的出厂坍落度较小,坍落度损失较大,混凝土的28天抗压强度降低,且经过高温灼烧后,抗压强度损失较大,说明对玻璃纤维和芳纶纤维进行微波处理,能够增加芳纶纤维和玻璃纤维与拌合物之间的粘结力,从而提高混凝土的抗压强度和耐热性。
对比例5为现有技术制备的混凝土,该混凝土在200-500℃的温度下灼烧时,强度损失较小,但温度为600℃和700℃时,强度损失较快,在700℃灼烧后,强度仅为32.6MPa,强度损失为28.6MPa,与实施例1-5制得的混凝土相比,强度损失大,耐热性较差。
表6 应用例1-9制备的高强耐热混凝土的性能测试结果
由应用例1-3制备的C45级混凝土在28天强度可达48.1-49.5MPa,经700℃灼烧后,强度为27.6-28.43MPa,强度损失为19.1-21MPa,强度损失小于对比例1制得的混凝土;应用例4-6制备的C55级混凝土经过700℃的灼烧后,强度损失为21.6-22.9MPa,强度损失较小;应用例7-9制备的C60级混凝土经过灼烧后,强度损失为23.3-23.9MPa,强度损失小,使用粗骨料和复合纤维制得的不同强度等级的混凝土经过700℃的灼烧后,强度损失小,说明粗骨料和复合纤维对不同强度等级的混凝土均具有提高耐热性和强度的普适性。
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 (10)
1.一种高强耐热混凝土,其特征在于,包含以下重量份的组分:340-360份水泥、140-160份粉煤灰、750-800份碎石、730-753份中砂、110-120份粗骨料、1-5份减水剂、170-180份水、1-5份聚丙烯纤维、45-80份矿粉、1-5份早强剂、20-30份复合纤维;
所述粗骨料由质量比为1:1.2-1.5的空心玻璃微珠和陶粒混合而成;
所述复合纤维包括5-10份芳纶纤维、3-6份玻璃纤维、5-10份间苯二酚-甲醛树脂和0.3-1.4份共聚甲醛。
2.根据权利要求1所述的高强耐热混凝土,其特征在于,所述复合纤维由以下方法制成:(1)将间苯二酚-甲醛树脂在99-109℃下搅拌,融化后,加入芳纶纤维和玻璃纤维,在室温下固化6-8h,粉碎成平均粒径为10-20mm的颗粒;
(2)将共聚甲醛在180-200℃下熔融,将步骤(1)所得物进行超声波处理,超声波频率为23-25kHz,时间为5-10min,加入共聚甲醛中,混合均匀后,在80-90℃下干燥,干燥后粉碎成粒径为1-5mm的粉末。
3.根据权利要求1所述的高强耐热混凝土,其特征在于,所述间苯二酚-甲醛树脂由质量比为1:0.6-0.7的间苯二酚和甲醛在100-150℃下反应,冷却制得。
4.根据权利要求1所述的高强耐热混凝土,其特征在于,所述芳纶纤维的长度为1-3mm,玻璃纤维的长度为3-9mm。
5.根据权利要求1所述的高强耐热混凝土,其特征在于,所述空心玻璃微珠的粒径为10-15mm,陶粒的粒径为5-10mm。
6.根据权利要求1所述的高强耐热混凝土,其特征在于,所述粉煤灰为F类Ⅱ级粉煤灰,所述粉煤灰为低钙II级,细度(45μm方孔筛筛余量)为8-12%,需水量比为95-98%,烧失量为2-4.5%。
7.根据权利要求1所述的高强耐热混凝土,其特征在于,所述减水剂为脂肪族(羟基)磺酸盐高效减水剂、萘系高效减水剂和聚羧酸高效减水剂中的一种。
8.根据权利要求1所述的高强耐热混凝土,其特征在于,所述中砂的细度模数为2.3-3.0,含泥量为2-2.6%,泥块含量为0.45-0.65%。
9.根据权利要求1所述的高强耐热混凝土,其特征在于,所述矿粉为S95级矿粉,矿粉的比表面积为400-450m2/kg,28天活性指数为95%,流动度比为99%。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的高强耐热混凝土的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、将水泥、粉煤灰、碎石、中砂、矿粉和粗骨料充分混合均匀,制得预混物;
S2、向水中加入减水剂、早强剂、聚丙烯纤维和复合纤维,混合均匀后加入预混物中,充分混合,制得高强耐热混凝土。
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