CN112209677B - 一种用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及涂料领域，具体公开了一种用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土及其制备方法。用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土由包含以下重量份的原料制成：40～50份耐热粗骨料、30～40份细骨料、8～10份水泥、6～8份水、4～6份矿粉、2～3份粉煤灰和0.1～0.5份外加剂；所述耐热粗骨料为粒径为8～12mm的多孔玄武岩颗粒；其制备方法为：先取水泥、细骨料和粗骨料搅拌混合，再将矿粉和粉煤灰添加至搅拌机中，继续搅拌混合，最后将水和外加剂添加至搅拌机中，搅拌混合浇筑，干燥并脱模，标准养护，可制备得用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土；本申请的混凝土耐高温性能优异。另外，本申请的制备方法具有简单易操作，有效降低制备成本。

Description

一种用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及混凝土领域，更具体地说，它涉及一种用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土及其制备方法。
背景技术
转炉炼钢的基本任务是铁水预处理和冶炼：铁水是转炉炼钢的基本原料，由炼铁厂供应。炼钢用铁水要求有较高的温度，铁水温度高有利于稳定操作和转炉的自动控制，若温度过低便会影响铁水中各成分元素的氧化过程和熔池的升温速度，不利于成渣和除杂质，从而造成喷溅。
所以正是由于转炉炼钢时需要较高的温度进行冶炼，导致整体转炉炼钢外表面的温度变化较大，整体温度较高，导致用于支撑在炼钢炉体的混凝土材料在实际使用过程中，在早期温度上升时，其内部产生的膨胀变形受到约束而形成压应力。由于此时混凝土的弹性模量小，应力松弛度大,混凝土与基层连接不牢固,压应力较小。但当温度下降时,产生较大的拉应力,当超过混凝土的抗拉强度,混凝土将会出现垂直裂缝，导致整体混凝土材料性能显著下降，所以现有的改进方案常常通过在混凝土的使用一段时间后，进行二次抹压，以使混凝土表面出现的高温膨胀产生的裂隙及时得到愈合,消除混凝土内分层,改善骨料状况,避免裂缝产生。
针对上述中的相关技术，申请人认为现有的炼钢炉体承载混凝土材料存在耐高温性能不佳，其内部易发生膨胀导致产生裂隙，多次修补方案繁琐且修补性能不佳的问题。
发明内容
为了改善承载炼钢炉体的混凝土耐高温性能不佳的问题，第一方面，本申请提供一种用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土，其特征在于，所述用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土由包含以下重量份的原料制成：40～50份耐热粗骨料、30～40份细骨料、8～10份水泥、6～8份水、4～6份矿粉、2～3份粉煤灰和0.1～0.5份外加剂；所述耐热粗骨料为粒径为8～12mm的多孔玄武岩颗粒。
通过采用上述技术方案，由于本申请技术选用了玄武岩为粗骨料为改性材料，玄武岩是一种典型的硅酸盐材料，由于其主要成分是SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3等，与混凝土材料组成相似，所以在混凝土内部具有良好的分散性能，提高了混凝土的和易性，从而能很好提高混凝土的抗拉、抗冲击、抗裂耐磨，起到加固补强、增强增韧的作用；
在此基础上，由于本申请采用的使多孔的玄武岩结构，使混凝土内部出现大量的连通孔隙，高温引起的蒸汽能快速排到混凝土外部，减小了高温对混凝土的内部损伤，因此有效提高了混凝土材料的耐高温性能。
进一步地，所述耐热粗骨料包括相互嵌合的多孔玄武岩颗粒和莫来石纤维混合体。
通过采用上述技术方案，由于本申请采用了莫来石纤维与多孔玄武岩颗粒混合，一方面，莫来石纤维与玄武岩颗粒混合并添加至混凝土内部，由于玄武岩与混凝土具有较好的相容性，将它们掺杂进内部之后与周围混凝土结合，以多孔玄武岩为改性颗粒，锚固进混凝土内部，通过莫来石纤维的拉扯分担高温膨胀应力，以此减弱原有混凝土的受热膨胀产生裂纹的现象；
同时添加的莫来石纤维表面均具有大量羟基，在掺入混凝土后汲取周围的水分形成大量氢键，氢键的存在使得所纤维被混凝土有效结合，从而提高了混凝土材料之间的结合强度，改善了混凝土的耐高温性能。
进一步地，所述细骨料为按质量比1:10混合的聚丙烯短切纤维和红砂。
通过采用上述技术方案，由于本申请采用了红砂和聚丙烯短切纤维作为细骨料，该细骨料中的红砂能提高混凝土的抗裂隙性能，同时聚丙烯纤维在添加材料内部后，在高温环境下，聚丙烯短切纤维熔化，使混凝土内部出现大量的连通孔隙，从而使内部高温空气排出至混凝土外部，进一步改善了混凝土材料的耐高温性能。
进一步地，所述耐热粗骨料制备步骤为：（1）取多孔玄武岩颗粒并破碎过筛，收集过筛颗粒并改性处理，收集改性颗粒；（2）以硅酸和聚合氯化铝为原料，添加稳定剂并加热制备，得改性凝胶液；（3）将改性凝胶液与改性颗粒搅拌混合并干燥，经低速程序升温后，保温煅烧，即可制备得耐热粗骨料。
通过采用上述技术方案，由于本申请采用了混合凝胶与多孔玄武岩搅拌混合混合后煅烧处理，由于凝胶材料在高温环境下，产生莫来石纤维并缠结在多孔玄武岩表面，提高了其玄武岩颗粒的比表面积和，改善了玄武岩颗粒与混凝土之间的结合强度，从而改善了混凝土的耐高温性能。
进一步地，所述改性处理为通过硅烷偶联剂偶联接枝改性。
通过采用上述技术方案，由于本申请采用了硅烷偶联剂水解形成的硅醇与玄武岩纤维表面主要的化学基团发生反应形成Si-O-Si键或氢键，通过硅烷偶联剂接枝在玄武岩纤维表面，使纤维表面粗糙度增加，既可以改善多孔玄武岩与混凝土之间的结合性能，还可以改善玄武岩与莫来石纤维之间的结合强度。
进一步地，所述稳定剂为0.5mol/L醋酸溶液。
通过采用上述技术方案，由于本申请采用了醋酸溶液，在后续的搅拌混合过程中，使溶胶材料能形成稳定分散的纤维，改善了溶胶材料的稳定性能。
进一步地，所述低速程序升温为按2～3℃/min，升温至800～1000℃。
通过采用上述技术方案，由于本申请采用了低速升温的方案，降低了温度大跨度变化的现象，这样的缓慢升温的方案，能使莫来石纤维有效成型并稳定负载在多孔玄武岩颗粒表面，从而改善了其成型的稳定性能。
进一步地，所述细骨料粒径不大于5mm。
通过采用上述技术方案，由于本申请优化了细骨料的粒径，使制备的耐高温混凝土结构更加致密和稳定，从而在高温环境下的耐高温混凝土不会产生高温膨胀的裂隙，从而改善了耐高温混凝土的稳定性能。
进一步地，所述外加剂为聚羧酸减水剂。
通过采用上述技术方案，由于本申请选用聚羧酸减水剂能防止混凝土坍落度损失，降低混凝土收缩性能。
第二方面，本申请提供一种用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土的制备方法，包括下列制备步骤：S1、将配方中水泥、细骨料和粗骨料置于搅拌机中，搅拌混合；S2、待搅拌完成后，再将矿粉和粉煤灰添加至搅拌机中，继续搅拌混合；S3、最后将水和外加剂添加至搅拌机中，搅拌混合并收集得混合浆液，将混合浆液浇筑至模具中，震动处理后，干燥并脱模，标准养护，即可制备得所述用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土。
通过采用上述技术方案，由于本申请通过分批次添加原料的方案，制备耐高温混凝土材料，能保证承载炼钢炉体的耐高温混凝土结构稳定致密，从而提高耐高温混凝土的耐高温膨胀性能，同时整体混合方案简单易行，有效降低成，提高制备的效率。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
第一、本申请采用莫来石纤维与多孔玄武岩颗粒混合，由于玄武岩与混凝土具有较好的相容性，将它们掺杂进内部之后与周围混凝土结合，减弱原有混凝土的受热膨胀产生裂纹的现象，同时添加的莫来石纤维表面均具有大量羟基，在掺入混凝土后汲取周围的水分形成大量氢键，氢键的存在使得所纤维被混凝土有效结合，从而提高了混凝土的耐高温性能。
第二、本申请采用了红砂和聚丙烯短切纤维为细骨料，红砂能提高混凝土的抗裂隙性能，聚丙烯纤维在高温环境下熔化，使混凝土内部出现大量的连通孔隙，从而使内部高温空气排出至混凝土外部，进一步改善了混凝土材料的耐高温性能。
第三、本申请通过分批次添加原料的方法制备耐高温混凝土材料，改善耐高温混凝土结构稳定致密性，提高耐高温混凝土的抗高温膨胀性能，同时整体混合方案简单易行，有效降低成，提高制备的效率。
附图说明
图1是本申请提供的一种用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土的制备方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例中，所用的仪器设备和原料辅料如下所示，但不以此为限：
机器：箱式电阻炉、搅拌机。
材料：水泥：P.0425R级普通硅酸盐水泥；粉煤灰：比表面积为0.28m2/g的粉煤灰；矿粉：S100#矿粉；外加剂：JW-16聚羧酸减水剂。
实施例
实施例1
取多孔玄武岩颗粒并破碎研磨过8mm筛网，收集过筛颗粒并用水洗涤后自然晾干，按质量比10:1，将过筛颗粒与硅烷偶联剂搅拌混合并收集混合颗粒，将混合颗粒置于100℃下干燥至恒重后，收集干燥改性颗粒；
按重量份数计，分别称量45份硅酸、10份聚合氯化铝溶液、3份0.5mol/L醋酸置于搅拌釜中，搅拌混合并置于70℃下水浴加热至粘度为25Pa·s后，得改性凝胶液；
按质量比1:20，将改性凝胶液与干燥改性颗粒搅拌混合并置于搅拌釜中，再在100℃下干燥6h，再按2℃/min，升温至800℃，保温煅烧1h，静置冷却至室温，即制备得耐热粗骨料；
再按重量份数计，分别称量40份耐热粗骨料、30份5mm的细骨料、8份水泥、6份水、4份矿粉、2份粉煤灰和0.1份外加剂；
先将配方中水泥、细骨料和粗骨料置于搅拌机中，搅拌混合；待搅拌完成后，再将矿粉和粉煤灰添加至搅拌机中，继续搅拌混合；待搅拌完成后，再将水和外加剂添加至搅拌机中，搅拌混合并收集得混合浆液，将混合浆液浇筑至模具中，震动处理后，干燥并脱模，在25℃下标准养护，即可制备得所述用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土。
实施例2
实施例2中采用多孔玄武岩颗粒代替实施例1中的耐热粗骨料，其余条件和组分比例均与实施例1中相同。
实施例3
实施例3中采用硅烷偶联剂改性的多孔玄武岩颗粒代替实施例1中的耐热粗骨料，其余条件和组分比例均与实施例1中相同。
实施例4,
实施例4采用相互嵌合的未硅烷偶联剂改性的多孔玄武岩颗粒和莫来石纤维混合体代替实施例1中的耐热粗骨料，其余条件和组分比例均与实施例1中相同。
实施例5
实施例5中采用按3℃/min，升温至800～1000℃，制备的耐热粗骨料代替实施例1中的耐热粗骨料，其余条件和组分比例均与实施例1中相同。
实施例6
实施例6中采用2mm的细骨料代替实施例1中的细骨料，其余条件和组分比例均与实施例1中相同。
对比例
对比例1-3
对比例1-3中采用等质量复配的玻璃纤维和莫来石纤维，代替实施例1中的耐热粗骨料，其余条件和组分比例均与实施例1中相同。
对比例4-5
对比例4-5采用等质量的标准砂代替实施例1中采用的细骨料，其余条件和组分比例均与实施例1中相同。
对比例6-8
对比例6～8采用按15℃/min，升温至800～1000℃，制备的耐热粗骨料代替实施例1中的耐热粗骨料，其余条件和组分比例均与实施例1中相同。
对比例9-10
对比例9～10采用7mm的细骨料代替实施例1中的细骨料，其余条件和组分比例均与实施例1中相同。
性能检测试验
分别对实施例1-6和对比例1-10均进行性能测试，具体混凝土耐高温性能。
检测方法/试验方法
由于混凝土试件标准养护28天后取出，此时试件内含有大量的自由水，直接离温加热会在髙温试验过程中发生爆裂，影响试验结果，所从标准养护室取出试件后先放入烘箱，105℃温度下烘干72h，降低试件含水率，保证试验安全，力求试验结果的准确度。
将烘干后的混凝土分别置于600℃、800℃和1000℃下静置12h，静置冷却至室温并分别测试混凝土前后的力学性能。
实施例1-6制备的混凝土的检测结果如下表表1-3所示：
表1 性能检测表
Figure 192776DEST_PATH_IMAGE001
表2 性能检测表
Figure 615974DEST_PATH_IMAGE002
表3 性能检测表
Figure 661290DEST_PATH_IMAGE003
对比例1-10制备的混凝土的检测结果如下表表4-6所示：
表4 性能检测表
Figure 322079DEST_PATH_IMAGE004
表5 性能检测表
Figure 667610DEST_PATH_IMAGE005
表6 性能检测表
Figure DEST_PATH_IMAGE007
先对实施例1-6的耐高温性能进行对比，其中，实施例2中只采用了多孔玄武岩，所以其性能较其他实施例较差，这说明通过莫来石纤维与多孔玄武岩颗粒混合，能有效改善混凝土材料的耐高温性能；其次将实施例1和实施例3和实施例4进行对比，由于实施例3中采用了硅烷偶联剂改性，其耐高温性能较实施例2来说提高了不少，而实施例4较实施例3性能也提高了不少，说明硅烷偶联剂改性的多孔玄武岩，能通过提高与混凝土之间的结合强度，改善混凝土材料的耐高温性能。
将实施例5和实施例1进行性能对比，由于实施例5技术方案对比实施例1，其升温速率略微升高，导致整体结构性能较实施例1有所下降，这就说明低速升温的方案，降低了温度大跨度变化的现象，能使莫来石纤维有效成型并稳定负载在多孔玄武岩颗粒表面，从而改善了其成型的稳定性能。
再将实施例6和本申请实施例1进行对比，由于其采用的骨料尺寸变小，导致整体混凝土孔隙率降低，所以其耐高温性能有所降低，所以筛选合适的细骨料尺寸，能改善混凝土材料的耐高温性能。
将对比例1-3和实施例1进行对比，虽然对比例1-3采用了缠结的纤维结构，但是玻璃纤维不能替代本申请中玄武岩的作用，导致其力学性能有所下降，这也进一步说明了玄武岩颗粒能提高混凝土的力学强度和耐高温性能。
将对比例4-5和实施例1进行杜比，由于对比例4～5中的细骨料未添加聚丙烯纤维，导致混凝土耐高温性能较差，这也说明了聚丙烯短切纤维能有效改善混凝土材料的耐高温性能。
将实施例1和对比例6-8进行性能对比，由于对比例6～8中采用高升温速率，导致了材料耐高温性大幅降低，主要由于高温环境会使莫来石纤维变形断裂，降低材料耐高温性能。
将实施例1和对比例9-10进行性能对比，由于对比例9-10中采用的是较大的细骨料尺寸，导致整体混凝土孔隙率降低，说明较为致密的混凝土结构，能改善混凝土材料的耐高温性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，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，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土，其特征在于，所述用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土由包含以下重量份的原料制成：
耐热粗骨料40～50份；
细骨料30～40份；
水泥8～10份；
水6～8份；
矿粉4～6份；
粉煤灰2～3份；
外加剂0.1～0.5份；所述耐热粗骨料包括相互嵌合的多孔玄武岩颗粒和莫来石纤维混合体；所述多孔玄武岩颗粒的粒径为8～12mm；所述耐热粗骨料制备步骤为：
（1）取多孔玄武岩颗粒并破碎过筛，收集过筛颗粒并改性处理，收集改性颗粒；
（2）以硅酸和聚合氯化铝为原料，添加稳定剂并加热制备，得改性凝胶液；
（3）将改性凝胶液与改性颗粒搅拌混合并干燥，经低速程序升温后，保温煅烧，即可制备得耐热粗骨料。
2.根据权利要求1所述的一种用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土，其特征在于，所述细骨料为按质量比1:10混合的聚丙烯短切纤维和红砂。
3.根据权利要求1所述的一种用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土，其特征在于，所述改性处理为通过硅烷偶联剂偶联接枝改性。
4.根据权利要求1所述的一种用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土，其特征在于，所述稳定剂为0.5mol/L醋酸溶液。
5.根据权利要求1所述的一种用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土，其特征在于，所述低速程序升温为按2～3℃/min，升温至800～1000℃。
6.根据权利要求2所述的一种用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土，其特征在于，所述细骨料粒径不大于5mm。
7.根据权利要求2所述的一种用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土，其特征在于，所述外加剂为聚羧酸减水剂。
8.根据权利要求1～7任一项所述的一种用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土的制备方法，其特征在于，包括下列制备步骤：
S1、将配方中水泥、细骨料和粗骨料置于搅拌机中，搅拌混合；
S2、待搅拌完成后，再将矿粉和粉煤灰添加至搅拌机中，继续搅拌混合；
S3、最后将水和外加剂添加至搅拌机中，搅拌混合并收集得混合浆液，将混合浆液浇筑至模具中，震动处理后，干燥并脱模，标准养护，即可制备得所述用于承载炼钢炉体的耐高温混凝土。
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