[发明专利]超高温下抗强冲击的金属陶瓷混凝土

说明书

本发明公开了一种超高温下抗强冲击的金属陶瓷混凝土，每立方米金属陶瓷混凝土中包含胶凝材料400‑500kg，金属陶瓷粗骨料950‑1150kg，石英砂或金属陶瓷细骨料660‑715kg，水160‑180kg，聚羧酸高性能减水剂7‑9kg，纳米微粉0.5kg‑2kg，耐高温高强纤维3kg‑10kg。本发明金属陶瓷混凝土以金属陶瓷作为骨料，掺入大量纳米硅粉作为矿物掺和料、聚羧酸高性能减水剂和耐高温高强纤维，成型后材料的内部结构。金属陶瓷混凝土在桥梁结构、高层建筑、军事防护、核电工程及航天工程等领域极具应用前景。

技术领域

本发明属于土木工程混凝土技术领域，具体涉及一种可用于超高温下抗强冲击的金属陶瓷混凝土。

背景技术

混凝土作为一种最常用的土木工程材料，已经被广泛应用于各类建筑工程领域。随着城市建筑密度越来越大，导致城市建筑火灾危险性和扑救难度越来越大，随着火灾事故频发，建筑物因此连续倒塌事故时有发生。同时，一些与化工相关的特种工业由于操作不当等原因引发的事故不仅使建筑结构遭受爆炸和火灾的袭击，也会因此而发生结构的连续倒塌。在一些极端使用条件下，混凝土不仅需要面对超高温的外界条件，同时必须承受部分可能的强冲击荷载，这对混凝土材料性能提出了严峻的考验。

在超高温条件下（大约1300摄氏度左右），传统混凝土性能严重劣化，具体表现为：（1）水泥水化矿物的脱水，体积收缩，分解，强度大幅度下降。（2）混凝土中骨料的受热破坏；拌制混凝土的粗细骨料（一般多为卵石或碎石以及河沙）热稳定性很差，矿物晶体膨胀系数不同，部分骨料在达到一定温度后，其内部晶体会发生晶型转变，引起体积膨胀而导致开裂破坏。（3）水泥石与骨料间界面的破坏；水泥石在加热过程中产生较大的收缩，而被水泥石包裹着的石子却在加热过程中膨胀，且其膨胀值随着温度的升高而增大，这种涨缩差异引起混凝土的破坏。在这种高温情况下，传统混凝土表现出现开裂、掉皮甚至崩裂等现象，此时在强冲击荷载造成的高应变率效应将使混凝土结构遭到极为严重的破坏，造成不可估量的损失。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐超高温下强冲击的金属陶瓷混凝土，在1300℃左右其强度为C30-C80、坍落度为160mm-220mm，克服了传统混凝土抗高温烧蚀性能差以及高温下强度下降严重的缺点，同样可满足泵送要求。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种在超高温下抗强冲击的金属陶瓷混凝土，每立方米金属陶瓷混凝土中包含胶凝材料400-500kg，金属陶瓷粗骨料950-1150kg，石英砂（或金属陶瓷细骨料）660-715kg，水160-180kg，聚羧酸高性能减水剂7-9kg，纳米微粉0.5kg-2kg，耐高温高强纤维3kg-10kg。

所述胶凝材料为氧化铝含量为65%的铝酸钙水泥和铝矾土的混合物，其中铝矾土的用量占胶凝材料重量的15%-25%。

所述铝矾土的铝硅比不低于10，水胶比为0.35-0.42。

所述粗骨料为连续级配，粒径为5-20mm的球状或不规则块状金属陶瓷材料，金属陶瓷粗骨料的级配选用按照国家标准《建筑用卵石和碎石》（GB/T14685-2011）执行。

所述金属陶瓷材料为氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷等。

所述细骨料的细度模数2.26，砂率：0.36-0.40。

所述纳米微粉包括碳纳米管、石墨烯、纳米金属粉体、纳米非金属粉体、 纳米合金粉体或纳米化合物等。

所述耐高温高强纤维包括有机耐高温纤维（PMIA、PPTA等）或者无机耐高温纤维（碳纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、硼纤维等）。

搅拌混凝土时，采用净浆裹石工艺，即首先加入胶凝材料、二分之一的水和二分之一减水剂搅拌60秒，然后加入粗骨料搅拌90秒；最后加入细骨料、剩余的水和减水剂搅拌90秒。