[发明专利]一种高温抗爆常温抗裂矿物掺合料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高温抗爆常温抗裂矿物掺合料及其制备方法。

背景技术

在最近100多年的历史中，混凝土作为主要的建筑结构材料广泛地应用于建筑工程领域。虽然混凝土本身具有不燃烧与导热系数低的特点，但随着受火温度的增加，混凝土自身将发生物理与化学的变化，最终导致其原有性能的劣化，从而影响到钢筋混凝土结构的稳定性与耐久性。例如，英法海底隧道发生的火灾造成隧道内表面高强混凝土爆裂，造成了隧道大面积的受损区域。

HSC/HPC组成结构和物理化学性质的特点决定了其自身在高温作用下的劣化表现形式，这些劣化主要包括爆裂、承受载荷能力下降等。

爆裂是指混凝土在高温(火灾)作用下，达到一定温度时，在没有任何预兆的情况下混凝土表面突然发生崩裂的现象，一般发生于300℃-500℃，但也有相关文献表明，爆裂温度在100℃-250℃。混凝土的高温爆裂对混凝土结构的破坏性较强，这种破坏将使钢筋表面的混凝土保护层剥落，钢筋则直接暴露于高温环境中发生破坏，最终导致混凝土结构完整性的丧失。混凝土爆裂的特征表现为无预兆，突然发生；爆裂深度深浅不一；同一组试件并不是所有的试件都爆裂，具有一定的随机性。

迄今混凝土高温爆裂的机理存在各种观点，其中有两种观点令人瞩目，即蒸汽压机理(the vapor pressure build-up mechanism)与热应力机理(the thermal stress mechanism)。蒸汽压机理指致密的硬化水泥浆在高温下阻止水蒸气的逸出，从而产生了内部蒸汽压，当蒸汽压达到一定数值时，即引发高温爆裂。热应力机理指高温环境在混凝土结构内外产生了温度梯度，伴随温度梯度而产生的热应力最终引发了爆裂。此外，爆裂亦有可能是这两种机理同时发生作用。

混凝土在高温作用后承载能力的劣化主要是混凝土自身物理化学性质经受高温作用而发生的负面变化。混凝土升温到100℃左右时，水泥砂浆和骨料中的自由水分逐步蒸发排出；在300℃左右时，混凝土中结晶水开始散失，水化物开始分解；当温度达到500℃之后时，结晶水几乎全部丧失，水泥水化物分解殆尽，骨料亦开始脱水，混凝土表面出现明显裂纹，水泥石已不存在连续的或大块的水化产物凝胶体，代之是尺寸更小的分散相颗粒，骨料表面亦出现大量互相贯通的微裂纹，混凝土整体结构已变酥，骨料与水泥石之间出现较大的贯通裂缝，破坏时主要是沿界面和水泥石破坏]此外，硅质骨料在573℃时，α型SiO₂转变为β型体积膨胀0.82％；经历700℃的受火温度之后，结晶水完全丧失，水泥水化物已不存在，混凝土表面裂纹明显而且相互连通；在温度达到800℃左右时，混凝土中钙质骨料开始出现碳酸盐的分解。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温抗爆常温抗裂矿物掺合料及其制备方法，该矿物掺合料在常温具有较好体积稳定性、耐久性，高温时具有抗爆裂能力。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种高温抗爆常温抗裂矿物掺合料，其特征是它由体积稳定组分、抗爆增韧组分和高温成孔矿物外加剂混合而成，各组分所占质量份数为：高温成孔矿物外加剂∶体积稳定组分为1∶0.001～0.01，高温成孔矿物外加剂∶抗爆增韧组分为1∶0.5～1.5；

所述的体积稳定组分由长度为3～8mm的有机纤维和长度为10～19mm的有机纤维组成，有机纤维直径为15～30μm，长度为3～8mm的有机纤维占体积稳定组分体积的30～70％；

所述的抗爆增韧组分为金属纤维，金属纤维长度为15～30mm，长径比为15～50；

所述的高温成孔矿物外加剂为具有达到1200℃以上的热历史、玻璃体含量达到50％以上、比表面积达到4000～4500cm²/g、性能应符合GB/T 18736-2002标准规定的物质。

所述的有机纤维熔点为150～190℃，燃点为500～600℃。

所述的有机纤维为聚丙烯(PP)纤维、聚酰胺(PA)纤维、聚乙烯醇缩甲醛(PVA)纤维、高强高模量聚乙烯(PE)纤维中的任意一种或任意二种以上的混合，任意二种以上混合时为任意配比。

所述的高温成孔矿物外加剂为炉渣、钢渣、矿粉、粉煤灰中的任意一种或任意二种以上的混合，任意二种以上混合时为任意配比。

上述一种高温抗爆常温抗裂矿物掺合料的制备方法，其特征是它包括如下步骤：