CN113121174A - 一种耐高温阻燃防爆高强混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温阻燃防爆高强混凝土及其制备方法，包括：水泥300‑350份、石子500‑580份、粉煤灰100‑150份、砂砾300‑400份、纳米黏土80‑120份、强化纤维50‑80份、改性橡胶25‑35份、阻燃剂10‑15份、减水剂10‑15份、胶粘剂50‑70份、矿物填料80‑100份和水200‑250份，称取重量份数的水泥、石子、粉煤灰、砂砾、纳米黏土、阻燃剂和矿物填料，混合均匀，制得干粉料；然后向干粉料内加入水搅拌混合形成浆料，向浆料内加入强化纤维、改性橡胶、减水剂和胶粘剂，持续搅拌均匀后得到耐高温阻燃防爆高强混凝土。不仅平时具有高强度，在高温过火后，其强度降低小，韧性好，高温受压后裂痕少，具有优良的阻燃、耐高温以及防爆性能，制备简便，具有推广价值。

Description

一种耐高温阻燃防爆高强混凝土及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，具体为一种耐高温阻燃防爆高强混凝土及其制备方法。

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石材，混凝土具有很高的压缩强度，但其拉伸强度却很低，这导致了混凝土脆性大、韧性差、抗变形能力差等缺点，在核工业、化工工业中，建筑常常处于高温环境中，普通混凝土的韧性差，高温下混凝土墙壁易开裂，且核工业、化工工业中存在爆炸等事故危险性，其伴随着高温和强大的冲击波，而现有普通混凝土的耐高温性能低，高温下开裂承受冲击导致建筑墙壁受损，安全性低，为此我们提出一种耐高温阻燃防爆高强混凝土及其制备方法用于解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温阻燃防爆高强混凝土及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种耐高温阻燃防爆高强混凝土，以重量份计，其原料组成包括：水泥300-350份、石子500-580份、粉煤灰100-150份、砂砾300-400份、纳米黏土80-120份、强化纤维50-80份、改性橡胶25-35份、阻燃剂10-15份、减水剂10-15份、胶粘剂50-70份、矿物填料80-100份和水200-250份。

优选的一种实施案例，以重量份计，其原料组成包括：水泥310份、石子520份、粉煤灰110份、砂砾330份、纳米黏土110份、强化纤维70份、改性橡胶28份、阻燃剂12份、减水剂14份、胶粘剂55份、矿物填料85份和水215份。

优选的一种实施案例，以重量份计，其原料组成包括：水泥325份、石子540份、粉煤灰125份、砂砾360份、纳米黏土100份、强化纤维60份、改性橡胶30份、阻燃剂13份、减水剂13份、胶粘剂60份、矿物填料90份和水230份。

优选的一种实施案例，以重量份计，其原料组成包括：水泥340份、石子560份、粉煤灰140份、砂砾380份、纳米黏土90份、强化纤维55份、改性橡胶33份、阻燃剂14份、减水剂11份、胶粘剂65份、矿物填料95份和水240份。

优选的一种实施案例，所述水泥为P.O.42.5级硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥，所述砂砾采用天然中砂或石英砂，所述砂粒的细度模数为2.4-2.8，含泥量不超过0.5％，表观面积不小于2600kg/m3。

优选的一种实施案例，所述强化纤维为改性聚丙烯纤维、玻璃纤维和钢纤维按质量比2-3：1-2:2-3均匀混合形成，且纤维长度为3-25mm。

优选的一种实施案例，所述改性橡胶以重量份计，其原料组成包括：氯丁橡胶35-45份、氢氧化钠10-15份、硅烷偶联剂5-10份、无水乙醇10-20份、炭黑10-20份、防老剂15-25份和促进剂15-20份，其中，所述防老剂为N-苯基-α-苯胺或对苯二胺，所述促进剂为三乙醇胺与间苯二酚按质量比2:1均匀混合。

优选的一种实施案例，所述阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁中的一种，所述减水剂为亚甲基二苯酸钠、聚羧酸系减水剂或HSB脂肪族减水剂中的一种或几种，所述胶粘剂为环氧树脂或改性水玻璃。

优选的一种实施案例，所述矿物填料为硅灰、矿粉和玻化微珠按质量比3-4:3-4:1-2均匀混合，所述硅灰为粉末状，其中二氧化硅含量不少于95％，所述硅灰的比表面积为20m2/g-25m2/g；所述矿粉等级为S105，流动度比不小于105％，28d活性不低于110％，比表面积不小于500m2/kg。

一种耐高温阻燃防爆高强混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S1、纳米黏土的预备

选取纳米球黏土为原料，把水加热到90℃-100℃时加入重量份数的纳米球粘土，加入纳米球粘土的质量为溶液总重的30％-45％，用转速为1100-1250r/min的磁力搅拌棒持续搅拌至产生匀质溶液，自然冷却至室温,制得纳米黏土分散液备用；

S2、强化纤维预备

将聚丙烯切片为主体原料，加入0.1-1％表面活性剂和0.1-6％的无机陶瓷微粉，进行共混，在熔体压力为90-250kg/cm2的条件下通过具有多个C形狭缝的多孔喷丝板挤出细流，制得改性聚丙烯纤维，称取改性聚丙烯纤维、玻璃纤维和钢纤维进行切断粉碎，并均匀混合，制得强化纤维备用；

S3、改性橡胶预备

将氢氧化钠加入到氯丁橡胶颗粒中，以700-900r/min转速搅拌1.5-2.5h，去离子水过滤洗涤，加入无水乙醇继续搅拌1.3-1.8h，65-75℃条件下干燥3-6h，剪切，得到橡胶颗粒；将橡胶颗粒加入硅烷偶联剂、炭黑、防老剂和促进剂设，在78-98℃，于80-100r/min转速条件下，搅拌反应1-2h，搅拌反应完全后，得到改性橡胶液备用；

S4、制备混凝土

称取重量份数的水泥、石子、粉煤灰、砂砾、纳米黏土、阻燃剂和矿物填料，混合均匀，制得干粉料；然后向干粉料内加入水搅拌混合形成浆料，向浆料内加入强化纤维、改性橡胶、减水剂和胶粘剂，持续搅拌均匀后得到耐高温阻燃防爆高强混凝土。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过氢氧化钠去除橡胶中的残留溶剂，通过硅烷偶联剂和助剂进行改性，增加橡胶与混凝土之间的粘合性，机械强度也比较优异，结合纳米黏土和胶粘剂提高混凝土的韧性，提高混凝土的抗冲击性能，提高强度，避免开裂和冲击破坏，且纳米粘土具有优良的热稳定性和阻燃性，当颗粒极细的纳米粘土与阻燃剂等其他材料充分搅拌后，纳米粘土的均匀分布可以结合强化纤维，使混凝土每部分都具备较好的耐热性能和抗冲击性能，大大提高泡沫混凝土的阻燃、耐高温以及防爆性能，且工艺简单，具有良好推广价值。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明提供一种技术方案：一种耐高温阻燃防爆高强混凝土，以重量份计，其原料组成包括：水泥310份、石子520份、粉煤灰110份、砂砾330份、纳米黏土110份、强化纤维70份、改性橡胶28份、阻燃剂12份、减水剂14份、胶粘剂55份、矿物填料85份和水215份。

进一步的，水泥为P.O.42.5级硅酸盐水泥，砂砾采用天然中砂或石英砂，砂粒的细度模数为2.4-2.8，含泥量不超过0.5％，表观面积不小于2600kg/m3。

进一步的，强化纤维为改性聚丙烯纤维、玻璃纤维和钢纤维按质量比3：1:2均匀混合形成，且纤维长度为3-25mm。

进一步的，改性橡胶以重量份计，其原料组成包括：氯丁橡胶38份、氢氧化钠11份、硅烷偶联剂6份、无水乙醇13份、炭黑13份、防老剂16份和促进剂18份，其中，防老剂为N-苯基-α-苯胺，促进剂为三乙醇胺与间苯二酚按质量比2:1均匀混合。

进一步的，阻燃剂为氢氧化铝，减水剂为亚甲基二苯酸钠，胶粘剂为环氧树脂。

进一步的，矿物填料为硅灰、矿粉和玻化微珠按质量比3:4:1均匀混合，硅灰为粉末状，其中二氧化硅含量不少于95％，硅灰的比表面积为20m2/g-25m2/g；矿粉等级为S105，流动度比不小于105％，28d活性不低于110％，比表面积不小于500m2/kg。

一种耐高温阻燃防爆高强混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S1、纳米黏土的预备

选取纳米球黏土为原料，把水加热到90℃-100℃时加入重量份数的纳米球粘土，加入纳米球粘土的质量为溶液总重的30％-45％，用转速为1100-1250r/min的磁力搅拌棒持续搅拌至产生匀质溶液，自然冷却至室温,制得纳米黏土分散液备用；

S2、强化纤维预备

将聚丙烯切片为主体原料，加入0.1-1％表面活性剂和0.1-6％的无机陶瓷微粉，进行共混，在熔体压力为90-250kg/cm2的条件下通过具有多个C形狭缝的多孔喷丝板挤出细流，制得改性聚丙烯纤维，称取改性聚丙烯纤维、玻璃纤维和钢纤维进行切断粉碎，并均匀混合，制得强化纤维备用；

S3、改性橡胶预备

将氢氧化钠加入到氯丁橡胶颗粒中，以700-900r/min转速搅拌1.5-2.5h，去离子水过滤洗涤，加入无水乙醇继续搅拌1.3-1.8h，65-75℃条件下干燥3-6h，剪切，得到橡胶颗粒；将橡胶颗粒加入硅烷偶联剂、炭黑、防老剂和促进剂设，在78-98℃，于80-100r/min转速条件下，搅拌反应1-2h，搅拌反应完全后，得到改性橡胶液备用；

S4、制备混凝土

称取重量份数的水泥、石子、粉煤灰、砂砾、纳米黏土、阻燃剂和矿物填料，混合均匀，制得干粉料；然后向干粉料内加入水搅拌混合形成浆料，向浆料内加入强化纤维、改性橡胶、减水剂和胶粘剂，持续搅拌均匀后得到耐高温阻燃防爆高强混凝土。

实施例2

本发明提供一种技术方案：一种耐高温阻燃防爆高强混凝土，以重量份计，其原料组成包括：水泥325份、石子540份、粉煤灰125份、砂砾360份、纳米黏土100份、强化纤维60份、改性橡胶30份、阻燃剂13份、减水剂13份、胶粘剂60份、矿物填料90份和水230份。

进一步的，水泥为P.O.42.5级硅酸盐水泥，砂砾采用天然中砂或石英砂，砂粒的细度模数为2.4-2.8，含泥量不超过0.5％，表观面积不小于2600kg/m3。

进一步的，强化纤维为改性聚丙烯纤维、玻璃纤维和钢纤维按质量比3：2:2均匀混合形成，且纤维长度为3-25mm。

进一步的，改性橡胶以重量份计，其原料组成包括：氯丁橡胶40份、氢氧化钠13份、硅烷偶联剂7份、无水乙醇12份、炭黑16份、防老剂20份和促进剂17份，其中，防老剂为对苯二胺，促进剂为三乙醇胺与间苯二酚按质量比2:1均匀混合。

进一步的，阻燃剂为氢氧化铝，减水剂为聚羧酸系减水剂，胶粘剂为环氧树脂。

进一步的，矿物填料为硅灰、矿粉和玻化微珠按质量比3:3:2均匀混合，硅灰为粉末状，其中二氧化硅含量不少于95％，硅灰的比表面积为20m2/g-25m2/g；矿粉等级为S105，流动度比不小于105％，28d活性不低于110％，比表面积不小于500m2/kg。

一种耐高温阻燃防爆高强混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S1、纳米黏土的预备

选取纳米球黏土为原料，把水加热到90℃-100℃时加入重量份数的纳米球粘土，加入纳米球粘土的质量为溶液总重的30％-45％，用转速为1100-1250r/min的磁力搅拌棒持续搅拌至产生匀质溶液，自然冷却至室温,制得纳米黏土分散液备用；

S2、强化纤维预备

将聚丙烯切片为主体原料，加入0.1-1％表面活性剂和0.1-6％的无机陶瓷微粉，进行共混，在熔体压力为90-250kg/cm2的条件下通过具有多个C形狭缝的多孔喷丝板挤出细流，制得改性聚丙烯纤维，称取改性聚丙烯纤维、玻璃纤维和钢纤维进行切断粉碎，并均匀混合，制得强化纤维备用；

S3、改性橡胶预备

将氢氧化钠加入到氯丁橡胶颗粒中，以700-900r/min转速搅拌1.5-2.5h，去离子水过滤洗涤，加入无水乙醇继续搅拌1.3-1.8h，65-75℃条件下干燥3-6h，剪切，得到橡胶颗粒；将橡胶颗粒加入硅烷偶联剂、炭黑、防老剂和促进剂设，在78-98℃，于80-100r/min转速条件下，搅拌反应1-2h，搅拌反应完全后，得到改性橡胶液备用；

S4、制备混凝土

称取重量份数的水泥、石子、粉煤灰、砂砾、纳米黏土、阻燃剂和矿物填料，混合均匀，制得干粉料；然后向干粉料内加入水搅拌混合形成浆料，向浆料内加入强化纤维、改性橡胶、减水剂和胶粘剂，持续搅拌均匀后得到耐高温阻燃防爆高强混凝土

实施例3

本发明提供一种技术方案：一种耐高温阻燃防爆高强混凝土，以重量份计，其原料组成包括：水泥340份、石子560份、粉煤灰140份、砂砾380份、纳米黏土90份、强化纤维55份、改性橡胶33份、阻燃剂14份、减水剂11份、胶粘剂65份、矿物填料95份和水240份。

进一步的，水泥为火山灰质硅酸盐水泥，砂砾采用天然中砂或石英砂，砂粒的细度模数为2.4-2.8，含泥量不超过0.5％，表观面积不小于2600kg/m3。

进一步的，强化纤维为改性聚丙烯纤维、玻璃纤维和钢纤维按质量比2：2:3均匀混合形成，且纤维长度为3-25mm。

进一步的，改性橡胶以重量份计，其原料组成包括：氯丁橡胶43份、氢氧化钠14份、硅烷偶联剂9份、无水乙醇17份、炭黑18份、防老剂23份和促进剂15份，其中，防老剂为对苯二胺，促进剂为三乙醇胺与间苯二酚按质量比2:1均匀混合。

进一步的，阻燃剂为氢氧化镁，减水剂为HSB脂肪族减水剂，胶粘剂为改性水玻璃。

进一步的，矿物填料为硅灰、矿粉和玻化微珠按质量比3-4:3-4:1-2均匀混合，硅灰为粉末状，其中二氧化硅含量不少于95％，硅灰的比表面积为20m2/g-25m2/g；矿粉等级为S105，流动度比不小于105％，28d活性不低于110％，比表面积不小于500m2/kg。

一种耐高温阻燃防爆高强混凝土的制备方法，包括如下步骤：

S1、纳米黏土的预备

选取纳米球黏土为原料，把水加热到90℃-100℃时加入重量份数的纳米球粘土，加入纳米球粘土的质量为溶液总重的30％-45％，用转速为1100-1250r/min的磁力搅拌棒持续搅拌至产生匀质溶液，自然冷却至室温,制得纳米黏土分散液备用；

S2、强化纤维预备

将聚丙烯切片为主体原料，加入0.1-1％表面活性剂和0.1-6％的无机陶瓷微粉，进行共混，在熔体压力为90-250kg/cm2的条件下通过具有多个C形狭缝的多孔喷丝板挤出细流，制得改性聚丙烯纤维，称取改性聚丙烯纤维、玻璃纤维和钢纤维进行切断粉碎，并均匀混合，制得强化纤维备用；

S3、改性橡胶预备

将氢氧化钠加入到氯丁橡胶颗粒中，以700-900r/min转速搅拌1.5-2.5h，去离子水过滤洗涤，加入无水乙醇继续搅拌1.3-1.8h，65-75℃条件下干燥3-6h，剪切，得到橡胶颗粒；将橡胶颗粒加入硅烷偶联剂、炭黑、防老剂和促进剂设，在78-98℃，于80-100r/min转速条件下，搅拌反应1-2h，搅拌反应完全后，得到改性橡胶液备用；

S4、制备混凝土

称取重量份数的水泥、石子、粉煤灰、砂砾、纳米黏土、阻燃剂和矿物填料，混合均匀，制得干粉料；然后向干粉料内加入水搅拌混合形成浆料，向浆料内加入强化纤维、改性橡胶、减水剂和胶粘剂，持续搅拌均匀后得到耐高温阻燃防爆高强混凝土。

综上所述，通过氢氧化钠去除橡胶中的残留溶剂，通过硅烷偶联剂和助剂进行改性，增加橡胶与混凝土之间的粘合性，机械强度也比较优异，结合纳米黏土和胶粘剂提高混凝土的韧性，提高混凝土的抗冲击性能，提高强度，避免开裂和冲击破坏，且纳米粘土具有优良的热稳定性和阻燃性，当颗粒极细的纳米粘土与阻燃剂等其他材料充分搅拌后，纳米粘土的均匀分布可以结合强化纤维，使混凝土每部分都具备较好的耐热性能和抗冲击性能，大大提高泡沫混凝土的阻燃、耐高温以及防爆性能。

现对本发明三种实施例制得混凝土块，与普通混凝土试块进行对比，进行普通抗压强度检测，并在600℃的马弗炉中放置1.5h，取出进行过火强度检测以及高温抗压后的裂缝情况，其结果如下表：

由实验结果显示，普通混凝土在高温过火后，其强度明显降低，受压后产生大量裂纹，而本发明制得的混凝土不仅平时具有高强度，在高温过火后，其强度降低小，韧性好，高温受压后裂痕少，具有优良的阻燃、耐高温以及防爆性能。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种耐高温阻燃防爆高强混凝土，以重量份计，其原料组成包括：水泥300-350份、石子500-580份、粉煤灰100-150份、砂砾300-400份、纳米黏土80-120份、强化纤维50-80份、改性橡胶25-35份、阻燃剂10-15份、减水剂10-15份、胶粘剂50-70份、矿物填料80-100份和水200-250份。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温阻燃防爆高强混凝土，以重量份计，其原料组成包括：水泥310份、石子520份、粉煤灰110份、砂砾330份、纳米黏土110份、强化纤维70份、改性橡胶28份、阻燃剂12份、减水剂14份、胶粘剂55份、矿物填料85份和水215份。

3.根据权利要求1所述的一种耐高温阻燃防爆高强混凝土，以重量份计，其原料组成包括：水泥325份、石子540份、粉煤灰125份、砂砾360份、纳米黏土100份、强化纤维60份、改性橡胶30份、阻燃剂13份、减水剂13份、胶粘剂60份、矿物填料90份和水230份。

4.根据权利要求1所述的一种耐高温阻燃防爆高强混凝土，以重量份计，其原料组成包括：水泥340份、石子560份、粉煤灰140份、砂砾380份、纳米黏土90份、强化纤维55份、改性橡胶33份、阻燃剂14份、减水剂11份、胶粘剂65份、矿物填料95份和水240份。

5.根据权利要求1所述的一种耐高温阻燃防爆高强混凝土，其特征在于：所述水泥为P.O.42.5级硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥，所述砂砾采用天然中砂或石英砂，所述砂砾的细度模数为2.4-2.8，含泥量不超过0.5％，表观面积不小于2600kg/m3。

6.根据权利要求1所述的一种耐高温阻燃防爆高强混凝土，其特征在于：所述强化纤维为改性聚丙烯纤维、玻璃纤维和钢纤维按质量比2-3：1-2:2-3均匀混合形成，且纤维长度为3-25mm。

7.根据权利要求1所述的一种耐高温阻燃防爆高强混凝土，其特征在于：所述改性橡胶以重量份计，其原料组成包括：氯丁橡胶35-45份、氢氧化钠10-15份、硅烷偶联剂5-10份、无水乙醇10-20份、炭黑10-20份、防老剂15-25份和促进剂15-20份，其中，所述防老剂为N-苯基-α-苯胺或对苯二胺，所述促进剂为三乙醇胺与间苯二酚按质量比2:1均匀混合。

8.根据权利要求1所述的一种耐高温阻燃防爆高强混凝土，其特征在于：所述阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁中的一种，所述减水剂为亚甲基二苯酸钠、聚羧酸系减水剂或HSB脂肪族减水剂中的一种或几种，所述胶粘剂为环氧树脂或改性水玻璃。

9.根据权利要求1所述的一种耐高温阻燃防爆高强混凝土，其特征在于：所述矿物填料为硅灰、矿粉和玻化微珠按质量比3-4:3-4:1-2均匀混合，所述硅灰为粉末状，其中二氧化硅含量不少于95％，所述硅灰的比表面积为20m2/g-25m2/g；所述矿粉等级为S105，流动度比不小于105％，28d活性不低于110％，比表面积不小于500m2/kg。

10.一种耐高温阻燃防爆高强混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、纳米黏土的预备

选取纳米球黏土为原料，把水加热到90℃-100℃时加入重量份数的纳米球粘土，加入纳米球粘土的质量为溶液总重的30％-45％，用转速为1100-1250r/min的磁力搅拌棒持续搅拌至产生匀质溶液，自然冷却至室温,制得纳米黏土分散液备用；

S2、强化纤维预备

将聚丙烯切片为主体原料，加入0.1-1％表面活性剂和0.1-6％的无机陶瓷微粉，进行共混，在熔体压力为90-250kg/cm2的条件下通过具有多个C形狭缝的多孔喷丝板挤出细流，制得改性聚丙烯纤维，称取改性聚丙烯纤维、玻璃纤维和钢纤维进行切断粉碎，并均匀混合，制得强化纤维备用；

S3、改性橡胶预备

将氢氧化钠加入到氯丁橡胶颗粒中，以700-900r/min转速搅拌1.5-2.5h，去离子水过滤洗涤，加入无水乙醇继续搅拌1.3-1.8h，65-75℃条件下干燥3-6h，剪切，得到橡胶颗粒；将橡胶颗粒加入硅烷偶联剂、炭黑、防老剂和促进剂设，在78-98℃，于80-100r/min转速条件下，搅拌反应1-2h，搅拌反应完全后，得到改性橡胶液备用；

S4、制备混凝土

称取重量份数的水泥、石子、粉煤灰、砂砾、纳米黏土、阻燃剂和矿物填料，混合均匀，制得干粉料；然后向干粉料内加入水搅拌混合形成浆料，向浆料内加入强化纤维、改性橡胶、减水剂和胶粘剂，持续搅拌均匀后得到耐高温阻燃防爆高强混凝土。