一种耐热耐火混凝土及其制备方法
技术领域
本申请涉及绿色建材的领域，尤其是涉及一种耐热耐火混凝土及其制备方法。
背景技术
普通的传统混凝土是由水泥构成的胶凝材料，砂、石作为骨料，加入掺合料、外加剂等配制而成的人工石材，在环境温度超过300℃后，其强度急剧下降，这是由于水泥石中的水化产物在高温下分解脱水，晶格结构遭到破缘故。当温度达到600～800℃时，含有石英岩与石灰岩的集料会急剧膨胀并产生化学分解，也使混凝土强度显著降低。所以普凝土的正常使用温度不应超过250℃。因此，普通混凝土是不能满足特殊工程使用要求的，而必须采用耐热混凝土。
耐热(火)混凝土是一种能长期在200℃-1200℃状态下使用，且能保持所需要的物理力学性能和体积稳定性的混凝土。耐热混凝土主要用于工业窑炉基础、外壳、烟囱及原子能压力容器等处，长时间承受高温作用外，还会承受加热冷却的反复温度变化。材料本身的性能是决定耐热混凝土强度的主要因素，而且胶凝材料的种类及用量、水灰比、骨料级配、粒径、掺合料用量和外加剂等，对耐热高温性能影响很大，此外还必须考虑施工的难易性，如搅拌运输及泵送难易等。与此同时，经济成本也是需要考虑的关键因素之一。
针对上述中的相关技术，发明人认为目前市面上应用的耐热(火)混凝土普遍存在耐热(火)性能、施工性能和经济适用性难以平衡的问题，因此研制具有良好防火耐热能力和施工性能且经济适用的防火耐热混凝土是非常必要的。
发明内容
为了改善耐热(火)混凝土普遍存在耐热(火)性能、施工性能和经济适用性难以平衡的问题，本申请提供一种耐热耐火混凝土及其制备方法。
本申请提供的一种耐热耐火混凝土采用如下的技术方案：
一种耐热耐火混凝土，按重量份数计，所述耐热耐火混凝土包括以下组分：耐火粗骨料1000-1100份、耐火细骨料600-700份、普通硅酸盐水泥300-400份、矿粉60-120份、高铝粉30-60份、硅微粉7-13份、聚羧酸减水剂8-12份、分散剂1-5份、水150-200份。
通过采用上述技术方案，耐火粗骨料、耐火细骨料可为混凝土提供良好的耐热防火基础，配合高铝粉、硅微粉等耐热防火性优异的粉料，同时辅以聚羧酸减水剂、分散剂等助剂，可使混凝土兼具良好的耐热防火性能、施工性能。而且，本申请中各原材料廉价易得，可有效控制成本，经济实用性强。
优选的，所述耐热耐火混凝土包括以下组分：耐火粗骨料1030-1050份、耐火细骨料630-660份、普通硅酸盐水泥340-360份、矿粉70-90份、高铝粉45-55份、硅微粉9-11份、聚羧酸减水剂9.5-10.5份、分散剂2-4份、水155-175份。
通过采用上述技术方案，由实验数据可知，当混凝土原料采用以上配比时，混凝土的耐热防火性能更好，且施工性能也更加优异。
优选的，所述耐火粗骨料包括花岗岩、辉绿岩、安山岩、玄武岩、正长岩、闪长岩中的至少一种。
通过采用上述技术方案，花岗岩、辉绿岩、安山岩、玄武岩、正长岩、闪长岩均为耐热防火性能优异的火成岩，且来源广泛、廉价易得，既能赋予混凝土良好的耐热防火性能，还可有效控制材料成本，经济适用性更好。
优选的，所述耐火粗骨料为花岗岩粗骨料，花岗岩粗骨料为粒径尺寸在5-25mm的安山岩、玄武岩混合物。
通过采用上述技术方案，粒径尺寸为5-25mm的花岗岩(安山岩、玄武岩)可为混凝土起到良好的骨料支撑作用，由实验数据可知，混凝土选用粒径尺寸5-25mm的花岗岩不仅耐热性优异，且具有更高的抗压强度等物理力学性能。
优选的，所述耐火细骨料为粒径尺寸在0.15-5mm的耐火安山岩、玄武岩混合物。
通过采用上述技术方案，耐火细骨料选用粒径尺寸在0.15-5mm的耐火安山岩、玄武岩的混合物，可与粒径尺寸为6-26mm的粗骨料之间形成良好的级配作用，由实验数据可知，既可进一步改善混凝土的耐热防火性能，也能提高混凝土的物理力学性能。
优选的，所述耐火混凝土的原料还包括粉煤灰25-35份、硅灰15-25份。
通过采用上述技术方案，粉煤灰具有多孔、高吸附性的特点，有很强的吸水性，因此可降低混凝土中的自由水量，降低水灰比，进一步提高混凝土耐热防火性能。硅灰是一种活性很高的无定形圆球状颗粒，且表面光滑，除了填充在水泥颗粒间的孔隙中与水化产物形成凝胶体，改善混凝土内部结构并提高密实度进而提高混凝土物理力学性能；还具有良好的润滑作用，改善拌和混凝土的和易性及施工性能。
优选的，所述耐火混凝土的原料还包括耐火泥8-12份、粘土粉6-10份。
通过采用上述技术方案，耐火泥和粘土粉在高温下形成陶瓷结合体而硬化，进而增强混凝土在高温环境中的物理力学强度。
优选的，所述分散剂为三聚磷酸钠和/或六偏磷酸钠。
通过采用上述技术方案，由实验数据可知，三聚磷酸钠和六偏磷酸钠在作为分散剂添加在混凝土中时，混凝土的28天强度和抗渗等级都有所提高。
优选的，所述硅微粉为超细硅微粉。
通过采用上述技术方案，由实验数据可知，采用硅微粉后混凝土的抗压强度、抗渗性、坍落度等性能都有不同程度的改善，混凝土的综合性能更加优异。
本申请提供的一种耐热耐火混凝土的制备方法采用如下的技术方案：
一种耐热耐火混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1.固料干拌：按配比称取各原料，将耐火粗骨料、耐火细骨料、普通硅酸盐水泥、矿粉、高铝粉、硅微粉、分散剂及其他粉料由多到少的顺序进行混合搅拌，搅拌2min至均匀得预拌干料；
S2.拌合水：向S1步骤得到的预拌干料中先后加入聚羧酸减水剂和水，搅拌2min至均匀，得拌和混凝土。
通过采用上述技术方案，混凝土拌料过程中，先将固体料、粉料进行拌和，使粉料均匀分散在固体料中，再加入水、聚羧酸减水剂等液料，可有效减少粉料结团成块现象，提高混凝土各原料的拌和均匀性，改善混凝土内部结构，最终提高混凝土的物理力学性能。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过选用耐火粗骨料、耐火细骨料为混凝土提供良好的耐热防火基础，配合高铝粉、硅微粉等耐热防火性优异的粉料，同时辅以聚羧酸减水剂、分散剂等助剂，可使混凝土兼具良好的耐热防火性能、施工性能；
2.混凝土原料中的粗骨料、细骨料、粉料通过选择合适的粒径尺寸，形成良好的级配，改善混凝土内部结构，提高混凝土的物理力学性能；
3.本申请中各原材料廉价易得，可有效控制成本，经济实用性强。
具体实施方式
实施例1：
一种耐热耐火混凝土，其组分含量如表1所示。
表1实施例1-6组分含量表
其中，耐火粗骨料和耐火细骨料均为辉绿岩，耐火粗骨料的粒径尺寸在20-30mm，细骨料的粒径尺寸在3-8mm。
普通硅酸盐水泥为P·O42.5硅酸盐水泥。
矿粉为S95级矿粉。
高铝粉平均粒径为0.15mm。
聚羧酸减水剂为木质素磺酸钠。
分散剂为石蜡。
该耐热耐火混凝土的制备方法包括以下步骤：
S1.固料干拌：按配比称取各原料，将耐火粗骨料、耐火细骨料、普通硅酸盐水泥、矿粉、高铝粉、硅微粉、分散剂由多到少的顺序进行混合搅拌，搅拌2min至均匀得预拌干料；
S2.拌合水：向S1步骤得到的预拌干料中先后加入聚羧酸减水剂和水，搅拌2min至均匀，得拌和混凝土。
实施例2：
一种耐热耐火混凝土，其组分含量如表1所示。
其中，耐火粗骨料为安山岩、正长岩质量比为1:1的混合物，粒径尺寸为10-20mm。
细骨料为辉绿岩和闪长岩质量比为1:1的混合物，粒径尺寸在0.5-3mm。
普通硅酸盐水泥为P·O42.5硅酸盐水泥。
矿粉为S95级矿粉。
高铝粉平均粒径为0.15mm。
聚羧酸减水剂为木质素磺酸钠。
分散剂为石蜡。
该耐热耐火混凝土的制备方法包括以下步骤：
S1.固料干拌：按配比称取各原料，将耐火粗骨料、耐火细骨料、普通硅酸盐水泥、矿粉、高铝粉、硅微粉、分散剂由多到少的顺序进行混合搅拌，搅拌2min至均匀得预拌干料；
S2.拌合水：向S1步骤得到的预拌干料中先后加入聚羧酸减水剂和水，搅拌2min至均匀，得拌和混凝土。
实施例3：
一种耐热耐火混凝土，其组分含量如表1所示。
其中，耐火粗骨料花岗岩骨料，花岗岩粗骨料为粒径尺寸在5-25mm的安山岩、玄武岩质量比为1:1的混合物。
细骨料为辉绿岩和闪长岩质量比为1:1的混合物，粒径尺寸在0.5-3mm。
普通硅酸盐水泥为P·O42.5硅酸盐水泥。
矿粉为S95级矿粉。
高铝粉平均粒径为0.15mm。
分散剂为石蜡。
该耐热耐火混凝土的制备方法包括以下步骤：
S1.固料干拌：按配比称取各原料，将耐火粗骨料、耐火细骨料、普通硅酸盐水泥、矿粉、高铝粉、硅微粉、分散剂由多到少的顺序进行混合搅拌，搅拌2min至均匀得预拌干料；
S2.拌合水：向S1步骤得到的预拌干料中先后加入聚羧酸减水剂和水，搅拌2min至均匀，得拌和混凝土。
实施例4：
一种耐热耐火混凝土，其组分含量如表1所示。
其中，耐火粗骨料花岗岩骨料，花岗岩粗骨料为粒径尺寸在5-25mm的安山岩、玄武岩质量比为1:1的混合物。
细骨料为粒径尺寸为0.15-5mm的耐火安山岩、玄武岩混合物。
普通硅酸盐水泥为P·O42.5硅酸盐水泥。
矿粉为S95级矿粉。
高铝粉平均粒径为0.15mm。
分散剂为三聚磷酸钠。
该耐热耐火混凝土的制备方法包括以下步骤：
S1.固料干拌：按配比称取各原料，将耐火粗骨料、耐火细骨料、普通硅酸盐水泥、矿粉、高铝粉、硅微粉、分散剂由多到少的顺序进行混合搅拌，搅拌2min至均匀得预拌干料；
S2.拌合水：向S1步骤得到的预拌干料中先后加入聚羧酸减水剂和水，搅拌2min至均匀，得拌和混凝土。
实施例5：
一种耐热耐火混凝土，其组分含量如表1所示。
其中，耐火粗骨料花岗岩骨料，花岗岩粗骨料为粒径尺寸在5-25mm的安山岩、玄武岩质量比为1:1的混合物。
细骨料为粒径尺寸为0.15-5mm的耐火安山岩、玄武岩混合物。
普通硅酸盐水泥为P·O42.5硅酸盐水泥。
矿粉为S95级矿粉。
高铝粉平均粒径为0.15mm。
分散剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠质量比为1:1的混合物。
该耐热耐火混凝土的制备方法包括以下步骤：
S1.固料干拌：按配比称取各原料，将耐火粗骨料、耐火细骨料、普通硅酸盐水泥、矿粉、高铝粉、硅微粉、分散剂由多到少的顺序进行混合搅拌，搅拌2min至均匀得预拌干料；
S2.拌合水：向S1步骤得到的预拌干料中先后加入聚羧酸减水剂和水，搅拌2min至均匀，得拌和混凝土。
实施例6：
一种耐热耐火混凝土，其组分含量如表1所示。
其中，耐火粗骨料花岗岩骨料，花岗岩粗骨料为粒径尺寸在5-25mm的安山岩、玄武岩质量比为1:1的混合物。
细骨料为粒径尺寸为0.15-5mm的耐火安山岩、玄武岩混合物。
普通硅酸盐水泥为P·O42.5硅酸盐水泥。
矿粉为S95级矿粉。
高铝粉平均粒径为0.15mm。
分散剂为六偏磷酸钠。
该耐热耐火混凝土的制备方法包括以下步骤：
S1.固料干拌：按配比称取各原料，将耐火粗骨料、耐火细骨料、普通硅酸盐水泥、矿粉、高铝粉、硅微粉、分散剂由多到少的顺序进行混合搅拌，搅拌2min至均匀得预拌干料；
S2.拌合水：向S1步骤得到的预拌干料中先后加入聚羧酸减水剂和水，搅拌2min至均匀，得拌和混凝土。
实施例7：
一种耐热耐火混凝土，本实施例与实施例4的区别在于，混凝土的原料中还包括粉煤灰25kg、硅灰15kg，且在该耐热耐火混凝土的制备方法中，粉煤灰和硅灰在S1步骤加入。
实施例8：
一种耐热耐火混凝土，本实施例与实施例4的区别在于，混凝土的原料中还包括耐火泥8kg、粘土粉6kg，且在该耐热耐火混凝土的制备方法中，耐火泥和粘土粉在S1步骤加入。
实施例9：
一种耐热耐火混凝土，本实施例与实施例4的区别在于，混凝土的原料中还包括粉煤灰30kg、硅灰20kg、耐火泥10kg、粘土粉8kg，且在该耐热耐火混凝土的制备方法中，粉煤灰、硅灰、耐火泥和粘土粉在S1步骤加入。
实施例10：
一种耐热耐火混凝土，本实施例与实施例9的区别在于，混凝土中的粉煤灰、硅灰、耐火泥和粘土粉的用量分别为粉煤灰35kg、硅灰25kg、耐火泥12kg、粘土粉10kg。
对比例1：
本对比例与实施例1的区别在于，将耐火粗骨料和耐火细骨料分别等质量替换成粒径尺寸在20-30mm、3-8mm的大理岩。
对比例2：
本对比例与实施例1的区别在于，将高铝粉、硅微粉等质量替换成矿粉。
性能检测：
一、初始抗压强度、烧后残余抗压强度测试
1.试验设备：
(1)TYE-2000B压力试验机；
(2)SRJX-8-13箱式电阻炉；
2.试样制备
取实施例1-10和对比例1-2中的拌和混凝土，通过试模分别制作3个尺寸为100×100×100mm的立方体样块。
将各立方体样块标准养护28d，先测定28d标准抗压强度，并取每组立方体样块的平均值作为每组最后的28d标准抗压强度，再将各立方体样块在110℃条件下烘干24h。
然后将各立方体样块置于SRJX-8-13箱式电阻炉中以140℃/h的升温速度，升温至700℃，再恒温3h，然后停止加热使立方体样块随电阻炉冷却至室温。
从SRJX-8-13箱式电阻炉中取出冷却后的各立方体样块，通过TYE-2000B压力试验机测定烧后的残余抗压强度，取每组立方体样块的平均值作为每组最终的烧后残余抗压强度，测定结果如表2所示。
二、坍落度测试
测定实施例1-10和对比例1-2中拌和混凝土的坍落度，测定结果如表2所示。
三、抗渗性能测试
按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T 50082—2009对实施例1-10和对比例1-2所制得的混凝土试件进行抗水渗透试验，试验结果如表2所示。
表2实施例1-10、对比例1-2性能测试表
本申请实施例的实施原理为：通过选用耐火粗骨料、耐火细骨料为混凝土提供良好的耐热防火基础，配合高铝粉、硅微粉等耐热防火性优异的粉料，同时辅以聚羧酸减水剂、分散剂等助剂，可使混凝土兼具良好的耐热防火性能、施工性能。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
