CN112661469A - 一种新型高延性耐火混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑用混凝土技术领域，一种新型高延性耐火混凝土，该高延性耐火混凝土由A组分和B组分组成，A组分按质量百分比计，由下述各组分组成：特种水泥：5‑10％，硅酸盐水泥：20‑30％，纤维素醚0.1‑0.2％，乳胶粉：0.5‑0.8％，石英砂：25‑40％，金刚砂：25‑30％，膨胀剂：0.02‑0.03％，消泡剂：0.03‑0.04％；且B组分为聚乙烯醇纤维或其衍生物中的至少一种，其量为A组分质量的1‑2％。本发明的高延性耐火混凝土具有良好的耐火性、自愈合能力，并且表现出良好的韧性、等效弯曲强度、抗折强度、抗压强度。

Description

一种新型高延性耐火混凝土

技术领域

本发明涉及建筑用混凝土技术领域，具体涉及一种新型高延性耐火混凝土。

背景技术

混凝土指以水泥为主要胶凝材料，与水、砂、石子，必要时掺入化学外加剂和矿物掺合料，按适当比例配合，经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造材料。混凝土材料是世界上研究最多应用最广、其他材料所不能替代的主要土木工程材料之一。

高延性混凝土是基于微观力学的设计原理，以水泥、石英砂等为基体的纤维增强复合材料，与普通混凝土相比具有高强度、高韧性、高抗裂性能和高耐损伤能力。

例如，西安建筑科技大学土木工程学院教授及其团队配制出了具有高强度、高韧性、高抗裂性能和高耐损伤能力的高延性混凝土。该混凝土可改善传统砌体结构容易开裂、整体性能差的特点，提高砌体结构的抗震性能，并可用于高烈度区砌体结构房屋抗震设计，还可用于既有砌体结构房屋的抗震加固与修复。

中国专利201210554859.8公开了一种高延性水泥基复合材料。该高延性水泥基复合材料可以有效地降低能量消耗、减少环境污染及提高工业废渣的利用率并且同时具有较高的延性和承载力。

由于高强度、高韧性、高抗裂性能和高耐损伤能力，以及其优异的变形能力，高延性混凝土目前已经成为建筑业内的主流混凝土。然而，现有高延性混凝土或水泥基符合材料只注重强度、韧性、抗震性和耐损伤能力，在过火，例如遇到大火焚烧后丧失其物理特性，变得不能承重，从而给建筑物造成安全隐患，危及财产和生命安全。

因此，本领域急需一种新型高延性耐火混凝土。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于，提供一种新型的高性能高延性耐火混凝土，以解决现有高延性混凝土遇或疏松而存在安全隐患的问题。

本发明的另一目的在于，利用上述混凝土加固墙面的方法。

本发明的目的及其技术问题的解决是通过以下技术方案实现的。

在第一方面中，本发明提供了一种新型高性能高延性混凝土，其由A组分和B组分组成，A组分按质量百分比计，由下述各组分组成：特种水泥：5-10％，硅酸盐水泥：20-30％，纤维素醚0.1-0.2％，乳胶粉：0.5-0.8％，石英砂：25-40％，金刚砂：25-30％，膨胀剂：0.02-0.03％，消泡剂：0.03-0.04％；且B组分为聚乙烯醇纤维或其衍生物中的至少一种，其量为A组分质量的1-2％。

在本发明的实施方案中，特种水泥为高铝水泥，其用量按质量百分比计，可以为5-10％，例如可以为5.1％、5.2％、5.3％、5.4％、5.5％、5.6％、5.7％、5.8％、5.9％、6.0％、6.1％、6.2％、6.3％、6.4％、6.5％、6.6％、6.7％、6.8％、6.9％、7.0％、7.5％、8.0％、8.5％、9.0％、9.15％、10％。

在本发明的实施方案中，硅酸盐水泥可以为普通硅酸盐水泥、纯熟料硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥中的一种或多种，其用量为A组分的20-30％，例如可以为20％、20.5％、21％、21.5％、22％、22.5％、23％、23.5％、24％、24.5％、25％、25.5％、26％、26.5％、27％、27.5％、28％、28.5％、29％、29.5％、30％，及其任意上述两个数值中间的数值，例如20.1％、21.2等。

纤维素醚是由纤维素制成的具有醚结构的高分子化合物。在本发明的具体实施方案中，纤维素醚可以选自甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、苄基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、氰乙基纤维素、苄基氰乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素和苯基纤维素中的一种或多种，优选甲基纤维素和乙基纤维素。在本发明的实施方案中，纤维素醚的用量可以为A组分质量的0.1-0.2％，例如0.1％、0.15％、0.18％、0.2％、，及其任意上述两个数值中间的数值，例如0.15％、0.18％、0.2％等。

在本发明的实施方案中，乳胶粉为可再分散乳胶粉，可以选自醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉(Vac/E)、乙烯与氯乙烯及月硅酸乙烯酯三元共聚胶粉(E/Vc/VL)、醋酸乙烯酯与乙烯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉(Vac/E/VeoVa)等，其用量按质量百分比计为A组分的0.5％-0.8％。在本发明的具体实施方案中，乳胶粉的用量为0.5％、0.6％、0.7％、0.8％，以及任意上述两个数值之间的数值，例如0.5％、0.6％、0.8％等。

在本发明的实施方案中，膨胀剂补偿材料硬化过程中的收缩，防止面层开裂，所述膨胀剂为塑性膨胀剂，膨胀剂的用量按质量百分比计可以为A组分的0.02-0.03％，例如膨胀剂的用量可以为0.02％、0.025％、0.028％、0.03％，及其任意上述两个数值中间的数值，例如0.02％、0.028％、0.03％等。

在本发明的实施方案中，所用消泡剂为聚醚类消泡剂。在本发明的实施方案中，消泡剂的量按质量百分比计可以为A组分的0.03％-0.04％，例如0.03％、0.035％、0.038％、0.04％，以及任意上述两个数值之间的数值，例如0.03％、0.035％、0.04％等。

在本发明的具体实施方案中，B组分为聚乙烯醇纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、改性聚乙烯醇纤维例如氯乙烯-聚乙烯醇接枝共聚纤维(维氯纶)中的一种或多种，其用量按质量百分比计可以为A组分的1-2％，例如1.0％、1.05％、1.5％、1.6％、2.0％，以及任意上述两个数值之间的数值，例如1.0％、1.5％、2％等。

传统加固技术施工工艺通常包括，基础开挖→绑扎钢筋网→穿墙打孔→对穿钢筋→支模板→双面浇筑60mm厚混凝土(或压抹35mm以上砂浆)，不仅施工程序复杂，且对原结构造成较大损伤。因此，本发明的另一方面提供了一种无需钢筋即可对墙面进行加固的方法，包括以下步骤：将A组分与B组分充分混合，形成混合物；向所述混合物中加入20-22％(基于混合物的重量)的水，产生水泥砂浆；以及将水泥砂浆涂抹于需要加固的墙面上。

在本发明方法的具体实施方案中，涂层的厚度可以为10-20mm，例如10mm、11mm、12mm、13mm、14mm、15mm、16mm、17mm、18mm、19mm、20mm。

与现有技术相比，本发明具有有益的技术效果。具体而言，聚乙烯醇纤维的主要特点是强度高模量高、伸度低、耐磨、抗酸碱、耐候性好，与水泥、石膏等基材有良好的亲和力和结合性，通过在高延性水泥中添加一定量的聚乙烯醇纤维提高了高延性混凝土的耐火性、自愈合能力，表现出良好的韧性、等效弯曲强度、抗折强度、抗压强度，且本发明的高性能高延性混凝土施工简单，不需要钢筋，仅在墙面上压抹10-20mm厚的高延性混凝土即可抵抗9度以上地震。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用来限制本发明的保护范围。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换，所有这些修改和替换都落入了本发明权利要求书请求保护的范围内。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可通过商业途径获得。

实施例1

本实施例提供了一种高延性耐火混凝土，包括A组分和B组分，其中A组分包括高铝水泥5kg、普通硅酸盐水泥40kg、甲基纤维素0.2kg、醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉(Vac/E)0.5kg、石英砂25kg、金刚砂30kg、HEA膨胀剂0.02kg、消泡剂0.04kg；B组分为聚乙烯醇纤维1.25kg。

在使用时，将上述成分充分混合，添加20.4kg水(高延性耐火混凝土重量的20％)，搅拌为5-8分钟，以保证混合物均匀无结块。施工基层处理时，将原有抹灰层清理干净，对墙砖进行反复浇水湿润，然后即可直接在基层上压抹高延性耐火混凝土。

本实施例的高延性耐火混凝土可应用于民房、学校、医院等加固改造工程。

实施例2

本实施例提供了一种高性能高延性混凝土，包括A组分和B组分，其中A组分包括高铝水泥7.5kg、矿渣硅酸盐水泥20kg、甲基纤维素3kg、乙烯与氯乙烯及月硅酸乙烯酯三元共聚胶粉2kg、石英砂40kg、金刚砂30kg、HEA膨胀剂3kg、高碳醇脂肪酸酯复合物2.5kg；B组分为聚乙烯醇纤维1.5kg。

在使用时，将上述成分充分混合，添加24.1kg水(高延性耐火混凝土重量的22％)，搅拌为5-8分钟，以保证混合物均匀无结块。施工基层处理时，将原有抹灰层清理干净，对墙砖进行反复浇水湿润，然后即可直接在基层上压抹高延性耐火混凝土。

本实施例的高延性耐火混凝土可应用于民房、学校、医院等加固改造工程。

实施例3

本实施例提供了一种高性能高延性混凝土，包括A组分和B组分，其中A组分包括高铝水泥10kg、火山灰质硅酸盐水泥20kg、羧甲基纤维素2.5kg、醋酸乙烯酯与乙烯及高级脂肪酸乙烯酯三元共聚胶粉2kg、石英砂30kg、金刚砂28kg、HEA膨胀剂2.5kg、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚3kg；B组分为聚乙烯醇纤维2kg。

在使用时，将上述成分充分混合，添加20kg水(高延性耐火混凝土重量的20％)，搅拌为5-8分钟，以保证混合物均匀无结块。施工基层处理时，将原有抹灰层清理干净，对墙砖进行反复浇水湿润，然后即可直接在基层上压抹高延性耐火混凝土。

本实施例的高延性耐火混凝土可应用于民房、学校、医院等加固改造工程。

实施例4

本实施例提供了一种高性能高延性混凝土，包括A组分和B组分，其中A组分包括高铝水泥10kg、粉煤灰硅酸盐水泥28kg、羧甲基羟乙基纤维素2.5kg、醋酸乙烯酯与乙烯共聚胶粉2kg、石英砂：40kg、金刚砂28kg、UEA膨胀剂3kg、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚2.5kg；B组分为聚乙烯醇缩甲醛纤维1.2kg。

在使用时，将上述成分充分混合，添加28.1kg水(高延性耐火混凝土重量的21％)，搅拌为5-8分钟，以保证混合物均匀无结块。施工基层处理时，将原有抹灰层清理干净，对墙砖进行反复浇水湿润，然后即可直接在基层上压抹高延性耐火混凝土。

本实施例的高延性耐火混凝土可应用于民房、学校、医院等加固改造工程。

实施例5

本实施例提供了一种高性能高延性混凝土，包括A组分和B组分，其中A组分包括高铝水泥8kg、复合硅酸盐水泥30kg、乙基纤维素3kg、乙烯与氯乙烯及月硅酸乙烯酯三元共聚胶粉2kg、石英砂：30kg、金刚砂30kg、HEA膨胀剂3kg、聚醚改性有机硅3kg；B组分为乙烯-聚乙烯醇接枝共聚纤维2kg。

在使用时，将上述成分充分混合，添加22.2kg水(高延性耐火混凝土重量的20％)，搅拌为5-8分钟，以保证混合物均匀无结块。施工基层处理时，将原有抹灰层清理干净，对墙砖进行反复浇水湿润，然后即可直接在基层上压抹高延性耐火混凝土。

本实施例的高延性耐火混凝土可应用于民房、学校、医院等加固改造工程。

比较例1

本比较例1与实施例1的不同之处在于，不包括B组分，即不包括聚乙烯醇纤维，其他相同。

比较例2

本比较例1与实施例1的不同之处在于B组分的量，为0.5kg，其他相同。

实验例1高延性测试

根据GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法ISO法》、DBJ61T112-2016《高延性混凝土应用技术规程》以及DB62/T3159-2019《高延性混凝土应用技术规程》分别测试用实施例1、比较例1-2混凝土制备的涂层的各项性能指标，结果如下表1所示：

表1.高延性测试结果

由上述表1所示的数据可知，通过加入适量聚乙烯醇纤维，本发明实施例1的混凝土相比对比例1和2，表现出优异的等效弯曲韧性、等效弯曲韧性、抗折强度、抗压强度，以及优异的与基材粘结强。用实施例2-5与对比例1和2进行试验，也表现出类似的效果。

实验例2.耐火性测试

本实验例的目的是，测试用实施例1、比较例1-2混凝土制备的涂层的耐火性指标。

按实施例1、比较例1-2配方分别制成混凝土，一式三份，然后倒入标准试模(40mm*40mm*160mm)中，放入恒温箱养护。分别在第3天、28天、60天将养护好的混凝土块放入烤箱中在1000℃下烧5～6分钟，测试混凝土的耐火性。测试结果如下表2所示。

表2.耐火性测试结果

由上述表2高温下的抗压、抗折技术指标可知，通过加入适量聚乙醇纤维，能有效改善高延性混凝土耐火性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种新型高延性耐火混凝土，其特征在于，由A组分和B组分组成，

A组分按质量百分比计，由下述各组分组成：特种水泥：5-10％，硅酸盐水泥：20-30％，纤维素醚0.1-0.2％，乳胶粉：0.5-0.8％，石英砂：25-40％，金刚砂：25-30％，膨胀剂：0.02-0.03％，消泡剂：0.03-0.04％；

且B组分为聚乙烯醇纤维或其衍生物中的至少一种，其量为A组分质量的1-2％。

2.根据权利要求1所述的高延性耐火混凝土，其特征在于，所述特种水泥为高铝水泥。

3.根据权利要求1所述的高延性耐火混凝土，其特征在于，所述膨胀剂为塑性膨胀剂。

4.根据权利要求1所述的高延性耐火混凝土，其特征在于，所述衍生物为聚乙烯醇缩甲醛纤维、氯乙烯-聚乙烯醇接枝共聚纤维。

5.加固墙面的方法，包括以下步骤：

将权利要求1-4所述A组分与B组分均匀混合，形成混合物；

以所述混合物的质量计，向所述混合物中加入20-22％的水，并混合均匀，形成水泥砂浆，将所述水泥涂覆于需要加固的墙面上。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，涂层的厚度为10-20mm。