高强度高绝缘性混凝土

高强度高绝缘性混凝土

技术领域

本发明涉及混凝土领域，具体涉及一种高强度高绝缘性混凝土。

背景技术

在一些特殊领域，如高铁工程、地铁工程等，对于混凝土的绝缘性要求较高，但普通混凝土大都具有较高的孔隙率，易吸水，容易产生较多的导电通路，绝缘性较差，而且混凝土大量吸水还会导致强度降低，难以满足使用要求。

因此，为了满足这些领域对于混凝土绝缘性的高要求，需要对混凝土的配方进行优化，设计出一种能够浇筑出具有优异绝缘性和较高抗压强度混凝土构件的混凝土材料。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种高强度高绝缘性混凝土，该混凝土可以浇筑出具有优异绝缘性和较高抗压强度的混凝土构件，且该混凝土构件的抗渗性、抗裂性、耐久性也较为优异。

本发明提供的高强度高绝缘性混凝土，按重量份计，包括如下原料组分：

水泥100～150份、碎石400～500份、石英砂100～150份、微硅粉20～30份、萜烯树脂粉15～20份、芳纶纤维4～6份、三元乙丙橡胶粉5～7份、含油微胶囊4～6份、纳米二氧化钛5～8份、古马隆树脂粉2～5份、异戊烯醇聚氧乙烯醚0.5～1份、甲基硅酸钠1～1.5份、松香酸钠0.5～0.7份、水60～100份。

进一步，按重量份计，包括如下原料组分：

水泥120份、碎石450份、石英砂120份、微硅粉25份、萜烯树脂粉17份、芳纶纤维5份、三元乙丙橡胶粉6份、含油微胶囊5份、纳米二氧化钛7份、古马隆树脂粉3份、异戊烯醇聚氧乙烯醚0.5份、甲基硅酸钠1.4份、松香酸钠0.6份、水90份。

进一步，所述含油微胶囊的壳体为二氧化硅空心微球，囊芯为异丁基三乙氧基硅烷。具体制备方法为：将干燥的二氧化硅空心微球在压力为103Pa的条件下浸泡于异丁基三乙氧基硅烷中进行真空浸渍处理12h，之后进行过滤、洗涤、干燥，即可得到含油微胶囊；其中，二氧化硅空心微球的平均粒径为50μm，二氧化硅空心微球的壳体厚度为1～2μm；在所得的含油微胶囊中，异丁基三乙氧基硅烷的质量分数为30～60％。

进一步，所述碎石的粒径为10～20mm，其中粒径在10～15mm部分不少于30％。

进一步，所述芳纶纤维的长度为10～15mm；所述石英砂的粒径不超过0.5mm。

本发明还提供了所述高强度高绝缘性混凝土的制备方法，包括如下步骤：

(1)对纳米二氧化钛进行改性处理：将纳米二氧化钛、马来酸酐、乙二醇、水置于反应釜中混合，在温度为40℃、搅拌速率为400r/min条件下搅拌4h，然后加入丙烯酸、二异氰酸酯在温度为40℃、搅拌速率为800r/min条件下搅拌8h，过滤，得到改性纳米二氧化钛；其中纳米二氧化钛、马来酸酐、乙二醇、水、丙烯酸、二异氰酸酯的质量比为1:1:2:5:0.5:1；

(2)将水泥、碎石、石英砂、微硅粉、萜烯树脂粉、芳纶纤维、三元乙丙橡胶粉、含油微胶囊、古马隆树脂粉、异戊烯醇聚氧乙烯醚和松香酸钠加入到搅拌容器中混合均匀，然后加入2/3的水进行搅拌，搅拌混合1-1.5min，得到初混料，然后取甲基硅酸钠和剩余1/3的水搅拌混合0.5-1min，得到混合液体，再将所得的混合液体和改性纳米二氧化钛加入到初混料中进行搅拌，搅拌1.5-2min，即可制得待浇筑的终混料。

本发明的有益效果：

本发明的混凝土原料包括特定质量配比的水泥、碎石、石英砂、微硅粉、萜烯树脂粉、芳纶纤维、三元乙丙橡胶粉、含油微胶囊、纳米二氧化钛、古马隆树脂粉、异戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基硅酸钠、松香酸钠和水，通过将这些原料混合后，利用各组分的协同配合，能够浇筑出具有优异绝缘性和较高抗压强度的混凝土构件。

本发明通过采用萜烯树脂粉、芳纶纤维、三元乙丙橡胶粉、纳米二氧化钛、古马隆树脂粉进行协同配合，不仅能够大大提高混凝土的绝缘性，而且还能够提高混凝土的强度；通过对纳米二氧化钛表面改性处理，可以使纳米二氧化钛均匀地分散到混凝土基体中，确保混凝土基体中均匀分散的纳米二氧化钛能够发挥显著抑制空间电荷的累积和电场畸变的作用；异戊烯醇聚氧乙烯醚和松香酸钠也能够与这些组分发挥协同作用，用于提高混凝土的力学性能。同时本发明中采用的萜烯树脂粉、三元乙丙橡胶粉、纳米二氧化钛、古马隆树脂粉还能够与微硅粉共同作用，用于填充混凝土中的孔隙，提高混凝土基体的结构密实度，进而提高混凝土构件的强度。而采用的甲基硅酸钠也能够与含油微胶囊中的异丁基三乙氧基硅烷实现协同配合，大大提高混凝土构件的防水防渗性，减少导电通道形成。此外，三元乙丙橡胶粉还可以吸收混凝土内部的收缩应力，芳纶纤维可以起到连接增韧的作用。

具体实施方式

以下为具体实施例：

实施例一

本实施例提供的高强度高绝缘性混凝土，按重量份计，包括如下原料组分：硅酸盐水泥100份、碎石400份、石英砂100份、微硅粉20份、萜烯树脂粉15份、芳纶纤维4份、三元乙丙橡胶粉5份、含油微胶囊4份、纳米二氧化钛5份、古马隆树脂粉2份、异戊烯醇聚氧乙烯醚1份、甲基硅酸钠1份、松香酸钠0.5份、水60份。

本实施例中，所述含油微胶囊的壳体为二氧化硅空心微球，囊芯为异丁基三乙氧基硅烷。具体制备方法为：将干燥的二氧化硅空心微球在压力为103Pa的条件下浸泡于异丁基三乙氧基硅烷中进行真空浸渍处理12h，之后进行过滤、酒精冲洗、干燥，即可得到含油微胶囊；其中，二氧化硅空心微球的平均粒径为50μm，二氧化硅空心微球的壳体厚度为1～2μm；在所得的含油微胶囊中，异丁基三乙氧基硅烷的质量分数为30～60％。

本实施例中，所述碎石的粒径为10～20mm，其中粒径在10～15mm部分不少于30％。

本实施例中，所述芳纶纤维的长度为10～15mm；所述石英砂的粒径不超过0.5mm。

本实施例还提供了所述高强度高绝缘性混凝土的制备方法，包括如下步骤：

(1)对纳米二氧化钛进行改性处理：将纳米二氧化钛、马来酸酐、乙二醇、水置于反应釜中混合，在温度为40℃、搅拌速率为400r/min条件下搅拌4h，然后加入丙烯酸、二异氰酸酯在温度为40℃、搅拌速率为800r/min条件下搅拌8h，过滤，得到改性纳米二氧化钛；其中纳米二氧化钛、马来酸酐、乙二醇、水、丙烯酸、二异氰酸酯的质量比为1:1:2:5:0.5:1；

(2)将水泥、碎石、石英砂、微硅粉、萜烯树脂粉、芳纶纤维、三元乙丙橡胶粉、含油微胶囊、古马隆树脂粉、异戊烯醇聚氧乙烯醚和松香酸钠加入到搅拌容器中混合均匀，然后加入2/3的水进行搅拌，搅拌混合1min，得到初混料，然后取甲基硅酸钠和剩余1/3的水搅拌混合0.5min，得到混合液体，再将所得的混合液体和改性纳米二氧化钛加入到初混料中进行搅拌，搅拌1.5min，即可制得待浇筑的终混料。

本实施例中的其他原料组分均可通过市场购买获取。

实施例二

本实施例提供的高强度高绝缘性混凝土，按重量份计，包括如下原料组分：硅酸盐水泥120份、碎石450份、石英砂120份、微硅粉25份、萜烯树脂粉17份、芳纶纤维5份、三元乙丙橡胶粉6份、含油微胶囊5份、纳米二氧化钛7份、古马隆树脂粉3份、异戊烯醇聚氧乙烯醚0.5份、甲基硅酸钠1.4份、松香酸钠0.6份、水90份。

本实施例中采用的各组分均同实施例一，仅改变了组分的用量关系。

本实施例还提供了所述高强度高绝缘性混凝土的制备方法，包括如下步骤：

(1)对纳米二氧化钛进行改性处理：将纳米二氧化钛、马来酸酐、乙二醇、水置于反应釜中混合，在温度为40℃、搅拌速率为400r/min条件下搅拌4h，然后加入丙烯酸、二异氰酸酯在温度为40℃、搅拌速率为800r/min条件下搅拌8h，过滤，得到改性纳米二氧化钛；其中纳米二氧化钛、马来酸酐、乙二醇、水、丙烯酸、二异氰酸酯的质量比为1:1:2:5:0.5:1；

(2)将水泥、碎石、石英砂、微硅粉、萜烯树脂粉、芳纶纤维、三元乙丙橡胶粉、含油微胶囊、古马隆树脂粉、异戊烯醇聚氧乙烯醚和松香酸钠加入到搅拌容器中混合均匀，然后加入2/3的水进行搅拌，搅拌混合1.5min，得到初混料，然后取甲基硅酸钠和剩余1/3的水搅拌混合1min，得到混合液体，再将所得的混合液体和改性纳米二氧化钛加入到初混料中进行搅拌，搅拌2min，即可制得待浇筑的终混料。

实施例三

本实施例提供的高强度高绝缘性混凝土，按重量份计，包括如下原料组分：硅酸盐水泥150份、碎石500份、石英砂150份、微硅粉30份、萜烯树脂粉20份、芳纶纤维6份、三元乙丙橡胶粉7份、含油微胶囊6份、纳米二氧化钛8份、古马隆树脂粉5份、异戊烯醇聚氧乙烯醚0.5份、甲基硅酸钠1.5份、松香酸钠0.7份、水100份。

本实施例中采用的各组分均同实施例一，仅改变了组分的用量关系。

本实施例还提供了所述高强度高绝缘性混凝土的制备方法，包括如下步骤：

(1)对纳米二氧化钛进行改性处理：将纳米二氧化钛、马来酸酐、乙二醇、水置于反应釜中混合，在温度为40℃、搅拌速率为400r/min条件下搅拌4h，然后加入丙烯酸、二异氰酸酯在温度为40℃、搅拌速率为800r/min条件下搅拌8h，过滤，得到改性纳米二氧化钛；其中纳米二氧化钛、马来酸酐、乙二醇、水、丙烯酸、二异氰酸酯的质量比为1:1:2:5:0.5:1；

(2)将水泥、碎石、石英砂、微硅粉、萜烯树脂粉、芳纶纤维、三元乙丙橡胶粉、含油微胶囊、古马隆树脂粉、异戊烯醇聚氧乙烯醚和松香酸钠加入到搅拌容器中混合均匀，然后加入2/3的水进行搅拌，搅拌混合1.5min，得到初混料，然后取甲基硅酸钠和剩余1/3的水搅拌混合1min，得到混合液体，再将所得的混合液体和改性纳米二氧化钛加入到初混料中进行搅拌，搅拌2min，即可制得待浇筑的终混料。

采用实施例一～实施例三的混凝土复合材料浇筑出混凝土试件后，按常规养护方式进行养护，之后测试试件的抗压强度和绝缘性，其中参照的标准有GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，结果见下表：

测试项目 实施例一 实施例二 实施例三 28d抗压强度/MPa 72.4 75.2 73.8 电阻率/Ω·cm 2.25×10⁵ 2.84×10⁵ 2.46×10⁵

由上表可知，本发明提供的混凝土可以浇筑出具有较高抗压强度和电阻率的试件。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。