专利名称：一种抗裂耐酸混凝土槽的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用湿法生产和回收或者精炼金属的设备，具体地说是在用诸如电解法提炼或回收金属工艺中使用的混凝土槽，如电解槽、酸洗槽和贮液槽等。
背景技术：
目前，就电解槽、酸洗槽和贮液槽而言，品种很多，也具有一定的作用，因而得到广泛的应用；然而，现有的各种槽在温度、电流、酸液、盐类及机械碰撞等多种因素和苛刻工作条件的环境下，也各有一定的缺点。就电解槽来说，在钢筋水泥混凝土槽体内衬玻璃钢和塑料，此类槽由结构层和防腐层复合而成，其造价较低，但整体性差，施工周期长，抗冲击性能差，使用寿命短。另外用耐腐蚀树脂混凝土浇注而成的树脂混凝土电解槽，它为单一结构耐腐蚀混凝土电解槽，整体性和抗冲击性好，使用寿命长，但其造价较高。而使用水玻璃耐酸混凝土制作的槽整体性和抗冲击性好，构造单一，造价低，但极易渗漏开裂，使用寿命短，为克服这一缺陷，在水玻璃砼中添加改性剂，以增加其密实性，通过提高其密实性来改善水玻璃砼电解槽的抗渗透性能是人们一直以来提高水玻璃混凝土性能的主要设想。围绕着这一设想，国内外专家们作了大量工作，无论是钠水玻璃或钾水玻璃，水玻璃砼的密实性都得以提高很多。但实践证明，用这种改性水玻璃混凝土制成的槽最长的使用时间也不会超过一年所以影响了水玻璃混凝土槽进一步的推广使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，针对已有技术的不足提供一种结构简单，造价和使用费用低廉、性能良好、使用寿命长的供湿法冶炼工艺中使用的混凝土槽。
本发明解决技术问题的技术方案是一种抗裂耐酸混凝土槽，槽体是按设计要求配筋后浇注水玻璃混凝土而成，其特征在于在所述的槽体中中均匀分布着非连续的非金属纤维，所述的水玻璃混凝土抗压强度≥20Mpa，抗渗强度≥0.4Mpa。
在上述的技术方案中所述的纤维长度L为10≤L≤60毫米、等效直径Φ在0.1≤Φ≤1.5毫米之间，抗拉强度不小于400Mpa，纤维与混凝土的体积比为0.2-3％。优化的方案是纤维长度L为15≤L≤30毫米、等效直径Φ在0.3≤Φ≤1.0毫米之间，纤维与混凝土的体积比为0.4-2％。
除了掺入上述纤维，还可同时掺入直径比其更小的非金属细纤维，非金属细纤维长度L为4≤L≤20毫米、等效直径Φ＜0.1毫米、抗拉强度不小于250Mpa，纤维与混凝土的体积比为0.1-0.4％的细纤维。优化的细纤维掺入方案是细纤维的长度L为5≤L≤10毫米、等效直径Φ＜0.05毫米，该纤维与混凝土的体积比为0.2-0.3％。
人们通常认为“先渗后裂”是造成水玻璃耐酸砼槽破坏的最主要原因，如果混凝土抗渗性差，在与酸液接触时较易为酸液所渗透，渗入混凝土中酸液，在干湿交替的作用下，形成金属盐结晶(尤以硫酸为甚)，产生很大的结晶应力，从而导致体积膨胀开裂，使混凝土遭到破坏；因而研究工作者主要集中在寻找改善混凝土密实性方面的外加剂。但是申请人是基于以下的认识来提出本发明的技术方案的水玻璃混凝土产生裂缝的主要原因不是人们传统认为的“先渗后裂”的结果。申请人认为水玻璃耐酸混凝土是由几种材料组成的人造石材，拉伸强度较低，基本上是一种脆性材料，由于这些组分的物理力学性能各不相同，在水玻璃混凝土的硬化过程中，由于硅酸凝胶的脱水缩聚，使凝胶所包裹的集料越挤越紧，体积减少，产生收缩，收缩越来越大，与此同时也会产生不均匀的凝固内应力。加之各组成材料的应变值差异较大，所以必然导致在混凝土结构内部和表面不可避免地产生一些分布在胶凝物与骨料之间的原生微裂缝。
申请人还认为主要通过提高混凝土密实性是不能解决裂缝产生问题的。原因是水玻璃混凝土的硬化化学反应是不能进行到底的。水玻璃的硬化反应率一般在70-80％之间，但并不以上述的70-80％的反应基本结束而停止，因为水玻璃砼的凝固体中还存在着水玻璃和固化剂，所以硬化反应始终存在。在常温状态下，水玻璃砼经过1-7年其抗压强度不仅没有下降甚至还能提高30％，这就说明了水玻璃砼的固化反应一直是存在的，空隙也是一直在产生的，因此通过提高密实性是达不到预期的抗渗效果的。而混凝土体积的收缩和混凝土内的凝固内应力始终在产生，这也必将随之而产生新的微裂缝，如在高温腐蚀和外荷作用下，由于各组分的热变形不一致，会致使原生、新生微裂缝迅速发展、贯通，结果在材料的外部出现裂缝，混凝土的密实性被破坏，并使裂缝加剧，失去承载能力，所以，申请人认为“先裂后渗”是影响这些混凝土构件耐久性的主要原因。
申请人提出的技术方案由于非连续的非金属纤维的加入，纤维在混凝土内乱向分布形成的空间结构起到了承托作用，调整和填充了水玻璃混凝土材料的孔结构，并给混凝土附加密实度等物理因素，使混凝土密实性又有了重大改善和突破。水玻璃耐酸混凝土内的孔隙及原生微裂缝分布是不规则、不贯通的，当混凝土加入纤维后，可以阻止微裂缝继续发展，因而改善了混凝土的耐久性。另外纤维加入到水玻璃混凝土内部可以形成富有弹性的空间立体结构，能有效地降低甚至消灭各组分之间失水收缩率，分散混凝土固化时产生的凝固应力及高温条件下的热胀应力，提高了混凝土的变形能力，抑制了裂缝产生，也可以达到防止水玻璃混凝土内部产生微小裂纹的扩展与贯通的效果。
在本技术方案中，直径大于0.1mm的纤维称为粗纤维，直径小于0.1mm的纤维称为细纤维。粗纤维具有强度高承受力大、分散性能好、体积掺量大的特点。细纤维直径小，长度较短，体积掺量小，纤维数量多的特点。粗纤维对提高硬化混凝土的抗裂能力和阻止裂缝宏观扩展作用显著。细纤维在混凝土中的砂浆层面解决早期裂缝和阻止微裂缝扩展方面效果明显。
本技术方案中所述的各种非金属纤维可以为聚丙烯纤维(PP)、聚酰胺纤维(PA)、聚丙烯腈纤维(PAN)、聚乙烯醇纤维(PVA)、聚酯纤维(PET)、芳纶纤维等合成纤维与玻璃纤维、碳纤维。
所述槽体中宜采用在酸性介质中不易发生化学变化的耐腐蚀材料为配筋材料，如采用玻璃钢筋、芳纶筋等高分子材料或碳纤维筋、不锈钢筋等，以减少混凝土内的配筋受酸液的侵蚀而膨胀的不利影响。配筋的表面呈凹凸形状，如竹节形、螺纹形型或菱形，配筋之间通过塑料扎带绑扎相连。
在本技术方案中，所掺入纤维的截面可以为圆形、椭圆形、正多边形、矩形等各种形状，本专利的等效直径定义是纤维其他不同形状截面面积与圆形截面面积等值时，所对应的圆形截面圆的直径称纤维的等效直径。
与现有技术相比，由于本发明在改性水玻璃混凝土中均匀掺入了非连续的非金属纤维，改善了槽体的韧性、脆性、变形能力等性能，解决了由于酸液渗透，槽体混凝土内的普通钢筋受酸侵蚀而膨胀，致使混凝土沿钢筋产生裂缝的缺陷，克服了槽体易开裂的难题，提高了槽体的承载能力，耐温性能和使用寿命，此外本发明还具有施工简单，成本低廉和易于广泛使用的优点。相对于树脂混凝土槽而言，节约成本达30％，耐酸、耐温性能也优于树脂混凝土槽。由于本发明具有耐久性好的优良性能，所以可以被广泛使用在电解槽、酸洗槽和贮液槽等腐蚀性强的环境下。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明进一步说明以下各实施方式首先按照公知技术设计好抗压强度＝25Mpa，抗渗强度＝0.6Mpa的水玻璃混凝土的配方，拌和后与配筋一起浇注成槽体。槽体的结构参照《钢筋混凝土结构设计规范》来作结构计算，在浇注水玻璃混凝土的同时还掺入不同规格与份量的粗纤维或者同时掺入粗、细纤维。
配筋采用玻璃钢筋。玻璃钢筋为螺纹形，玻璃钢筋来源南京玻璃纤维研究院，配筋之间通过塑料扎带绑扎相连。
实施例一取长度10-15mm之间，等效直径0.1-0.2mm，抗拉强度＝450Mpa，纤维体积掺量0.2％的聚丙烯粗纤维与水玻璃混凝土倒入搅拌机内搅拌1分钟，湿拌3分钟出料，注入模板内与设计的配筋一起浇注成槽体，水玻璃混凝土应用机械振动捣实。在20℃条件下养护72小时拆模，拆模后水玻璃混凝土槽体在环境不低于15℃条件下养护14昼夜以上，养护期间严禁与水或水蒸汽接触。(以下各实施例相同)
粗聚丙烯纤维宁波大成新材料股份有限公司提供(以下各实施例相同)实施例一的对照样除不加纤维之外，其余与上段相同。
实施例二取长度35-40mm之间，等效直径1.2-1.3，抗拉强度＝450Mpa，纤维体积掺量2.5％的聚丙烯腈粗纤维与水玻璃混凝土倒入搅拌机内搅拌。
粗聚丙烯腈纤维型号深圳海川工程科技有限公司。
实施例二的对照样除不加纤维之外，其余与上段相同。
实施例三取长度10-15mm之间，等效直径0.2-0.3mm，抗拉强度＝450Mpa，纤维体积掺量0.3％的涂覆玻璃纤维和长度为10-15mm之间，等效直径0.08-0.09mm，抗拉强度＝300Mpa，纤维体积掺量0.4％的聚丙烯细纤维与水玻璃混凝土倒入搅拌机内搅拌。
粗涂覆玻璃纤维型宁波山泉玻纤有限公司。
聚丙烯细纤维型宁波大成新材料股份有限公司提供实施例三的对照样除不加纤维之外，其余与上段相同。
实施例四取长度15-20mm之间，等效直径0.4-0.5mm，抗拉强度＝450Mpa，纤维体积掺量1％的聚丙烯腈粗纤维和长度为5-10mm之间，等效直径0.02-0.03mm，抗拉强度＝300Mpa，纤维体积掺量0.3％的聚酰胺细纤维与水玻璃混凝土倒入搅拌机内搅拌。
细聚酰胺纤维美国杜邦公司实施例四的对照样除不加纤维之外，其余与上段相同。
实施例五取长度25-30mm之间，等效直径0.8-0.9mm，抗拉强度＝450Mpa，纤维体积掺量1.5％的聚丙稀纤维粗纤维和长度为10-12mm之间，等效直径0.03-0.04mm，抗拉强度＝300Mpa，纤维体积掺量0.2％的细聚乙烯醇纤维与水玻璃混凝土倒入搅拌机内搅拌。
聚乙烯醇细纤维四川维尼龙厂提供。
实施例五的对照样除不加纤维之外，其余与上段相同。
实施例六取长度55-60mm之间，等效直径1.4-1.5mm，抗拉强度＝500Mpa，纤维体积掺量3％的粗聚酯纤维和长度为15-20mm之间，等效直径0.08-0.09mm，抗拉强度＝1800Mpa，纤维体积掺量0.4％的细芳纶纤维与水玻璃混凝土倒入搅拌机内搅拌。
聚酯粗纤维盐城市创成科技有限公司细芳纶纤维常州高远化工有限公司提供。
实施例六的对照样除不加纤维之外，其余与上段相同。
实施例七取长度35-40mm之间，等效直径1.2-1.3mm，抗拉强度＝450Mpa，纤维体积掺量2％的粗聚乙烯醇纤维和长度为4-6mm，等效直径0.03-0.04mm，纤维体积掺量0.1％的细碳纤维与水玻璃混凝土倒入搅拌机内搅拌。
聚乙烯醇粗纤维四川维尼龙厂提供。细碳纤维海宁市飞杰纺织有限公司。
实施例七的对照样除不加纤维之外，其余与上段相同。
槽体中的配筋既可以全部也可以部分采用不同材质的玻璃钢筋、芳纶纤维筋以及碳纤维筋、不锈钢筋等耐腐蚀的结构增强筋。
将上述各个实施例同时在一个H2SO4180-250g/l；Cu+45-55g/l；介质温度为55-65℃的实际电解铜精炼工艺中作电解槽使用，28天后观察槽体表面明显出现裂纹的情况
明显出现裂纹是指肉眼可观察到的裂纹。裂纹的数量是大量＞较多＞稍少＞少。
继续使用各槽体，观察槽体的破坏时间。没有出现破坏的情况是指连续观察整两年时的情况。
槽体破坏的标准是槽体上出现贯通裂纹，槽内液体开始外渗。
粗纤维的加入量在一定范围内加入量越大混凝土的韧性越好，分散性却逐渐变差，坍落度也表现出减少的趋势，槽体模板拆除后混凝土的表面仍然存在一些细小微裂纹，但槽体在负荷和外部温度变化时，槽体混凝土表面的细小裂纹明显没有增加和扩张，混凝土的阻裂、抗裂性能明显改善，水玻璃混凝土槽体开裂的缺陷得到有效抑制，在槽体中掺入直径大于0.1mm的粗纤维是不可缺少的，是使槽体阻裂的重要手段。采用粗细混杂纤维添加的方式，槽体拆模后表面无微裂纹，槽体性能明显优于添加单一粗纤维的水玻璃砼槽体。由以上试验结果可以验证基于水玻璃砼槽体的开裂原因是由于槽体混凝土硬化过程中的收缩和外部温度变化及本身的脆性和混凝土内的配筋受酸液的侵蚀而膨胀所致，鉴于纤维具有降低混凝土内应力，提高抗裂性能，改善混凝土脆性的多重功效，采用在改性水玻璃混凝土中加入非连续的非金属纤维同时配置耐化学腐蚀结构筋的技术方案，利用纤维在混凝土内乱向分布形成的空间立体结构起到了承托作用，降低了混凝土表面的析水与集料的离析，使混凝土中的骨料分布更均匀，孔隙含量大大降低，充分发挥了纤维的“桥联”作用，增大了混凝土中各组分的凝聚力，分散并减少了混凝土固化时所产生的凝固应力及温度条件下的热胀应力，提高了混凝土的变形能力，突显了纤维在混凝土中的阻裂效应，改善了混凝土的脆性，达到了减少和控制混凝土裂缝的产生与扩张的效果。此外，在使用时还发现，本技术方案提供的混凝土槽即使因外力撞击而有部分槽体裂开也不会直接剥落掉入槽中，；这一点相比树脂槽，克服了树脂槽容易因外力撞击材料易剥落掉入槽中影响产品品质的缺点。
权利要求
1.一种抗裂耐酸混凝土槽，槽体是按设计要求配筋后浇注水玻璃混凝土而成，其特征在于在所述的槽体中中均匀分布着非连续的非金属纤维，所述的水玻璃混凝土抗压强度≥20Mpa，抗渗强度≥0.4Mpa。
2.根据权利要求1所述的一种抗裂耐酸混凝土槽，其特征在于所述的纤维长度L为10≤L≤60毫米、等效直径Φ在0.1≤Φ≤1.5毫米之间，抗拉强度不小于400Mpa，纤维与混凝土的体积比为0.2-3％。
3.根据权利要求2所述的一种抗裂耐酸混凝土槽，其特征在于所述的纤维长度L为15≤L≤30毫米、等效直径Φ在0.3≤Φ≤1.0毫米之间，抗拉强度不小于400Mpa，纤维与混凝土的体积比为0.4-2％。
4.根据权利要求2或3所述的一种抗裂耐酸混凝土槽，其特征在于槽体中另外还可均匀分布着长度L为4≤L≤20毫米、等效直径Φ≤0.1毫米、抗拉强度不小于250Mpa，纤维与混凝土的体积比为0.1-0.4％的非金属细纤维。
5.根据权利要求4所述的一种抗裂耐酸混凝土槽，其特征在于所述的细纤维的长度L为5≤L≤10毫米、等效直径Φ≤0.05毫米，该纤维与混凝土的体积比为0.2-0.3％。
6.根据权利要求1所述的一种抗裂耐酸混凝土槽，其特征在于所述的非金属纤维为合成纤维、玻璃纤维、碳纤维。
7.根据权利要求1所述的一种抗裂耐酸混凝土槽，其特征在于所述的配筋材料采用玻璃钢筋、碳纤维筋、芳伦纤维筋、不锈钢筋材料。
全文摘要
本发明公开了一种抗裂耐酸混凝土槽，该槽体是按设计要求配筋后浇注水玻璃混凝土而成，其特征在于在所述的槽体中中均匀分布着非连续的非金属纤维，所述的水玻璃混凝土抗压强度≥20Mpa，抗渗强度≥0.4Mpa。本发明极大地改善了槽体的韧性和脆性，通过提高槽体的变形能力来克服了现有的水玻璃混凝土槽使用寿命短的难题，使槽体具有结构稳定，耐温、耐久性能高、施工简单、成本低、使用周期长等优异性能，相对于树脂混凝土槽而言，节约成本达30％，耐酸、耐温性能也优于树脂混凝土槽。
文档编号C04B22/00GK1958149SQ20061008592
公开日2007年5月9日 申请日期2006年6月6日 优先权日2006年6月6日
发明者温毫明 申请人:温毫明