CN116535123A - 一种混凝土导热骨料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土导热骨料及其制备方法和应用，属于建筑材料领域。本发明为粗骨料的表面修饰技术，以粗骨料为载体，将导热材料和胶凝材料包覆在粗骨料表层。这样使导热系数高的导热材料在混凝土中形成导热通道，提高了混凝土的导热性能，从而预防混凝土产生温度裂缝，降低温度应力导致的开裂风险。该改性材料可广泛用于大体积混凝土施工。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种混凝土导热骨料及其制备方法和应用。
背景技术
当今建筑中常涉及到大体积混凝土施工，特别是水工建筑、高层建筑等。其主要的特点就是体积大，同时表面系数比较小，水泥水化热释放比较集中，内部升温比较快。当混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝，影响结构安全和正常使用。
大体积混凝土容易产生温度裂缝的主要原因是混凝土的导热性能差。普通混凝土的导热系数约为1～2W/(m·K)，属于导热性能较差的材料。因大体积混凝土在施工阶段一次性浇筑的体积较大，导致水泥水化产生的热量聚集在结构内部不易散失，热量的累积使结构内外温差增大，导致裂缝。同时，大体积混凝土往往暴露在外，受到多种复杂环境影响(如昼夜温差、四季变换等)，所导致的温度变化会使大体积混凝土结构中产生裂缝。对于大体积混凝土的工程，要防止温度裂缝，就要提高混凝土的导热性能，减缓大体积混凝土内部温度梯度，进而降低温度应力导致的开裂风险。
发明内容
本发明主要解决混凝土水泥水化产生的热量聚集在结构内部不易散失，热量的累积使结构内外温差增大，而混凝土的导热性能差，最终导致混凝土结构产生温度裂缝的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种混凝土导热骨料，以粗骨料为载体，将导热材料由胶凝材料包覆在粗骨料表层；粗骨料占改性后的混凝土导热骨料的质量比范围为81.54～87.50％，导热材料相比改性前骨料的质量比范围为7.5％～9.23％。
所述导热材料选自导热系数在25～6000W/m·K范围内的材料。
所述胶凝材料是硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等水硬性胶凝材料。
所述粗骨料是再生粗骨料或天然碎石。
优选的，所述导热材料是石墨，所述石墨粒径为100～300μm。
优选的，所述导热材料是碳化硅，所述碳化硅粒径为100～300μm。
优选的，所述导热材料是氮化铝，所述氮化铝粒径为100～300μm。
优选的，所述的胶凝材料是水泥，所述水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥。
优选的，所述粗骨料是玄武岩的碎石，级配为5～16mm，压碎指标为9.0～12.0％。
优选的，所述粗骨料是再生粗骨料，级配为5～16mm，压碎指标为9.0～12.0％，吸水率为4.0～6.0％，表观密度为2500～2670kg/m3，堆积密度为1260～1550kg/m3。
优选的，所述粗骨料包覆层厚度为183～387μm。
所述混凝土导热骨料的制备方法，由胶凝材料混合导热材料包覆于粗骨料表面获得；各组分质量份数如下：
所述混凝土导热骨料的制备方法，包括以下步骤：
S1步骤：按质量份数将导热材料、胶凝材料加入第一混料机中混合均匀，得到混合料1；
S2步骤：将混合料1、粗骨料、50％±20％水量的水加入第二混料机中，开机搅拌；
S3步骤：将剩余的水加入第二混料机中，搅拌3～5分钟，使导热材料和胶凝材料的混合物均匀包裹在粗骨料外表层上；得到初生混凝土导热骨料，先养护；再用2.36mm方孔筛筛去未包裹上的粉末，即得所述混凝土导热骨料。
进一步的，所述养护：包覆好的粗骨料在温度20±2℃，相对湿度64±5％的环境下养护7天，得到混凝土导热骨料。
优选的，所述第二混料机为包衣机。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：提供一种制备混凝土导热骨料的方法，生产工艺简单，生产流程易操作，生产成本低。同时可以有效提高混凝土的导热性能，从而预防混凝土产生温度裂缝，降低温度应力导致的开裂风险。
附图说明
图1为本发明制备混凝土导热骨料流程的示意图。
图2为本发明实施例1制备成的导热骨料切面图。
图3为本发明实施例1制备成的导热骨料切面的SEM扫描图。
图4为本发明实施例1制备成的导热骨料切面的面扫元素分布图。
图5为本发明实施例2制备成的导热骨料切面图。
图6为本发明实施例2制备成的导热骨料切面的SEM扫描图。
图7为本发明实施例2制备成的导热骨料切面的面扫元素分布图。
图8为本发明中各实施例的导热系数对比图。
图9为本发明中各实施例的28天抗压强度对比图。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。表1是混凝土导热骨料配方表。
对比样1、对比样2、对比样3，是分别添加石墨、碳化硅、氮化铝的三个对比例(仅把三种物料，作为添加剂，不对粗骨料改性)
表1混凝土导热骨料配方表
续表1
本发明根据配方表1成型的混凝土配方见表2。
表2实施例和对比例的配方表
续表2
本发明所采用的原料规格见表3。
表3原料技术参数
实施例1：
根据上表1提供的配方，进行以下操作。
步骤1：按质量份数将石墨96份，水泥64份加入混料机中混合均匀；
步骤2：将上步制备的混合物、再生粗骨料1040份、水48份加入包衣机中，开机搅拌；
步骤3：按质量份数将水48份加入包衣机中，使步骤1中的混合物均匀的包覆在粗骨料上；
步骤4：将步骤3中包覆好的粗骨料在温度20±2℃，相对湿度64±5％的环境下养护7天；
步骤5：将步骤4中养护好的粗骨料用2.36mm方孔筛筛去未包裹上的粉末，得到混凝土导热骨料；
步骤6：按质量份数称取水泥500份、水300份、细骨料560份、导热骨料1040份；
步骤7：将水泥、细骨料、导热骨料加入搅拌机进行搅拌，搅拌均匀后徐徐加入水继续搅拌，直至搅拌结束；
步骤8：浇筑试件(尺寸为100mm×100mm×100mm立方体)，常温养护1天后脱模，脱模后移入标准养护室养护至测试龄期。
步骤5所获得的导热骨料切面图如图2所示，骨料切面的SEM扫描图如图3所示；骨料切面的面扫元素分布图如图4所示，粗骨料包覆层厚度约为183μm，骨料自身的导热系数从2.042W/m·K提高到3.373W/m·K。
导热骨料混凝土的导热系数见图8，在龄期3天、7天、28天分别较空白样1的导热系数提高了53.19％、53.53％、53.79％。
导热骨料混凝土的28天抗压强度见图9，较空白样1降低23.13％，较对比例1提高15.44％。
实施例2：
根据上表1提供的配方，进行以下操作。
步骤1：按质量份数将石墨96份，水泥96份加入混料机中混合均匀；
步骤2：将上步制备的混合物、再生粗骨料1040份、水48份加入包衣机中，开机搅拌；
步骤3：按质量份数将水48份加入包衣机中，使步骤1中的混合物均匀的包覆在粗骨料上；
步骤4：将步骤3中包覆好的粗骨料在温度20±2℃，相对湿度64±5％的环境下养护7天；
步骤5：将步骤4中养护好的粗骨料用2.36mm方孔筛筛去未包裹上的粉末，得到混凝土导热骨料；
步骤6：按质量份数称取水泥500份、水300份、细骨料560份、导热骨料1040份；
步骤7：将水泥、细骨料、导热骨料加入搅拌机进行搅拌，搅拌均匀后徐徐加入水继续搅拌，直至搅拌结束；
步骤8：浇筑试件(尺寸为100mm×100mm×100mm立方体)，常温养护1天后脱模，脱模后移入标准养护室养护至测试龄期。
步骤5所获得的导热骨料切面图如图5所示，骨料切面的SEM扫描图如图6所示；骨料切面的面扫元素分布图如图7所示，粗骨料包覆层厚度约为378μm，骨料自身的导热系数从1.985W/m·K提高到3.691W/m·K。
导热骨料混凝土的导热系数见图8，在龄期3天、7天、28天分别较空白样1的导热系数提高了71.54％、86.54％、90.46％。
导热骨料混凝土的28天抗压强度见图9，较空白样1降低1.64％，较对比例1提高47.72％。
实施例3-实施例11：
根据表1，实施例3到实施例11，是按照实施例1和实施例2中的操作步骤1到步骤5，获取不同导热骨料，再按照上述步骤6到步骤8进行浇筑试件。结果显示，其对于提高混凝土的导热性能，具有基本相当的效果。且28天抗压强度较空白样降低效果不明显，较对比例提高较大，在本处就不再累述。对比例1、对比例2和对比例3是仅将导热材料作为添加剂替换等量等粒径的细骨料加入到混凝土中，不对粗骨料改性。
检测例：
采用DRE-Ⅲ多功能导热系数测定仪(参考标准：ISO 22007-2:2008,GB/T32064-2015)，用瞬态平面热源法，基于TPS瞬态平面热源技术，用Hot Disk探头，直径Φ15mm。测试环境温度为20℃，加热功率为0.5W，测量时间为40s，采样间隔为200ms。
表4原料技术参数
续表4
Claims (10)
1.一种混凝土导热骨料，其特征在于，以粗骨料为载体，将导热材料由胶凝材料包覆在粗骨料表层；粗骨料占改性后的混凝土导热骨料的质量比范围为81.54～87.50％，导热材料相比改性前骨料的质量比范围为7.5％～9.23％。
所述导热材料选自导热系数在25～6000W/m·K范围内的材料。
所述胶凝材料是硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等水硬性胶凝材料。
所述粗骨料是再生粗骨料或天然碎石。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土导热骨料，其特征在于：所述导热材料是石墨、碳化硅和/或氮化铝；所述导热材料为颗粒状，其粒径为100～300μm。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土导热骨料，其特征在于：所述的胶凝材料是水泥，所述水泥为P·O42.5普通硅酸盐水泥。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土导热骨料，其特征在于：所述粗骨料是玄武岩的碎石，级配为5～16mm，压碎指标为9.0～12.0％。
5.根据权利要求1所述的一种混凝土导热骨料，其特征在于：所述粗骨料是再生粗骨料，级配为5～16mm，压碎指标为9.0～12.0％，吸水率为4.0～6.0％，表观密度为2500～2670kg/m3，堆积密度为1260～1550kg/m3。
6.根据权利要求1所述的一种混凝土导热骨料，其特征在于：所述粗骨料包覆层厚度为183～387μm。
7.权利要求1所述的一种混凝土导热骨料的制备方法，其特征在于，由胶凝材料混合导热材料包覆于粗骨料表面获得；各组分质量份数如下：
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1步骤：按质量份数将导热材料、胶凝材料加入第一混料机中混合均匀，得到混合料1；
S2步骤：将混合料1、粗骨料、50％±20％水量的水加入第二混料机中，开机搅拌；
S3步骤：将剩余的水加入第二混料机中，搅拌3～5分钟，使导热材料和胶凝材料的混合物均匀包裹在粗骨料外表层上；得到初生混凝土导热骨料，先养护；再用2.36mm方孔筛筛去未包裹上的粉末，即得所述混凝土导热骨料。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述养护步骤为包覆好的粗骨料在温度20±2℃，相对湿度64±5％的环境下养护7天。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二混料机为包衣机。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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