抗腐蚀纤维增强的混凝土混合物的制作方法

专利名称：抗腐蚀纤维增强的混凝土混合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及包含玻璃纤维以改善混凝土对腐蚀剂的抵抗性能的混 凝土组合物和制造方法。
发明现有技术
目前，在建筑工业中使用混凝土和其它塑料及金属材料来制造输 送、贮存和配给水和各种其它液体的管道。建筑工业中用于该目的的 混凝土通常由水泥、水、粗集料(砾石)、细粉料(砂子)和改善其 某些性能例如可加工性、抗性、凝固时间等的某些添加剂构成。
研究材料的腐蚀性能目前是获得替代品或改进当前在建筑工业中 缺乏和使用成本高的各种材料所优先考虑的。许多饮用水和处理水通 过管道输送，如果这些管道属于开放或封闭体系，其独立地受腐蚀过 程影响。
在开发混凝土管道和任何其它材料例如钢或其它金属材料的管道 时的主要困难之一是它们对冲击的脆弱性和它们有限的可用寿命周 期，以及对各种物质例如硫酸盐、酸、烃和通常对于所有石油衍生产 品例如原油的腐蚀和侵蚀的低抵抗力。
考虑到这一点，开发了制造纤维增强混凝土管的方法，所述混凝 土管具有常规混凝土的那些改善的机械性能，另外具有较低的容重， 其由玻璃纤维废物(用作集料)、水泥和水制成，如此配方^f吏其抑制 电化学腐蚀和厌氧菌腐蚀，无论该管是安装在开放体系中或封闭体系 中。
发明目的
本发明的目的是公开制造抗腐蚀纤维增强混凝土的创新方法，在
下面的描述部分中将清楚显示该方法的特征。 发明描述
本发明的材料对象是多相(heterogeneous )人造石质材料，该 材料具有类似于石头的那些例如压缩、弯曲、拉伸、扭曲的才几械特性 和类似于岩石的那些的物理特性。这种材料通过将水泥、水和细及粗 集料以不同比例混合获得。基于水和水泥的混合物选择用来制造这种 混凝土的基体或粘合成分是H型硅酸盐水泥。这种类型的水泥用于油 井的地基并且具有3.1 kg/dm3的比重。该水泥与水反应形成给予其 所需硬度的称作基体的抗性硬体。这种基体粘着细集料和粗集料的 颗粒形成整体。待使用的水泥的量将为一旦混合物用水水化必须覆 盖集料的量。所使用的水按水/水泥比必须为0. 25-0. 55计算，0.45 是最佳比例。用于这种混凝土混合物的集料类型是过筛的"煤屑 (breeze)"型矿物煤，该矿物煤具有10-15%的吸水容量。待使用 的集料的粒度测定在直径上必须不大于5毫米，并且直径小于1 mm 的颗粒的比例必须为用于制造这种混凝土的集料总重量的至少35%， 45%被认为是最佳比例，其至少35%必须是通过0.150 ( 100 )筛孔大 小的材料。
该集料必须既具有良好的细颗粒又具有可用于饱和基体并在整个 材料中获得较好电传导性的矿物煤粉末分布，以提供抵抗腐蚀的阴极 保护的材料。直径大于3 mm的集料的所需比例必须为总集料重量的至 少20%且不超过35%。磷酸银影响混凝土的腐蚀过程，防止腐蚀以及有 助于电传导性，并且必须与用于使水泥水化的水的一半混合直到获得 良好的溶液为止。该配方所需磷酸银的量为待使用水泥总重量的 0. 05%-0. 8°/。， 0. 65%被认为是最佳百分比。磷酸铁抑制腐蚀并且还对 混凝土可加工合适时间量以允许将其适当放置和压实所必需的机械阻 力和流动性有影响。这种配方所需磷酸铁的量为待使用水泥总重量的 1.76%-2. 65%, 2. 45%被认为是最佳百分比，尽管这种盐在待用于混凝 土的水中的浓度不应超过45500 ppm。
在向混合物中加入水之前必须将磷酸盐与水泥和矿物煤混合。
使用真实密度为2.7且熔点高于1700X:的覆盖有聚酯树脂的玻璃 纤维切屑(trimmings)而不是粗颗粒集料来降低容重和提高才几械阻力。 在使用它们之前将它们均匀化以确保集料的良好分布。制造过程是利 用得自于枪喷射处理的层积。纤维的平均长度为1.89 cm。纤维的容 重为215 kg/m3。
一些其主要物理和化学特性是高的纤维-基体附着(在该情形中 基体是水泥)；电性能(电绝缘体)；尺寸稳定性、不燃性、机械阻 力(对牵引力/密度的比阻力高于钢)；可接受各种粘合、上油和筛分 处理，防腐烂性，具有弱的热传导性和格外的柔韧性。
玻璃纤维由Si02 (65%)、 Al203 (4%)、 B20(5.5%)、 CaO(14%)、 Mg20 (3%) 、 K20 (8%)和Na20 (0. 5%)组成。
4吏用超流化剂(superfluidifying agent)作为添加剂，其作用 是提高材料的可加工性并减少使水泥水化所需水的量。加入的超流化 剂的量必须不低于所用水体积的2%并且不大于10%, 7%被《人为是最佳 百分比。这种超流化剂必须与由用于稀释磷酸银的量所剩余的水的一 半混合，以确保水泥和集料均可与这些物质接触。这些超流化剂的使 用不受支配于任何化学物质或含量，即，可使用市场上的任何这种试 剂，若其满足该目的或者减少混合物中所需水的量和使混凝土流动性 更大，并且不包含大于5%的以下物质乙烯基甲基醚，因为其会促进 不希望的聚合，和三氟化硼，因为其会发生放热反应，从而影响基 体。
用于该配方的水泥是H型硅酸盐水泥，其对石充酸盐具有非常大的 抵抗力。其主要由硅酸三4丐(50%)、硅酸二钩(24%)、铝酸三4丐(11%) 和铁铝酸四钩(tetracalciuin ferroaluminate ) (8°/。)构成，具有 3. 1的比重。
混合物中的水泥含量是用于结构应用的含量，具有0.25-0.65的 水/水泥比，0.45被认为是为获得良好可加工性并且不必4吏用任何其 它类型的集料或添加剂的最佳比例。养护在30%相对适度下或在室温
下花费28天。
用于该混合物的水是常规水。为确保使用的水具有其能够满足的 足够质量，应注意其不具有任何颜色或气味。
可将配料计量(dosing)调整到已有方法的任何配料计量，若上 述纤维、磷酸铁和磷酸银的比例得以维持。
混合过程需要三个阶段。第一阶段包括使水泥、玻璃纤维和矿物 煤含量均匀化，然后加入磷酸铁，加入的方式是将其均匀分布在混合 物的表面上并且设法不让任何一部分浓度过量。只要集料在基质中适 当分散以及水泥适当水化，可手工或机械完成该过程。
对于小混合器的混合时间必须为在除磷酸铁外的所有成分于混合 器内之后计数5分钟，并然后在所述5分钟后加入磷酸铁，设法将其 以少量注入以促进混合过程和它们的合适均匀化。 一旦引入磷酸铁， 所有成分必须在另外的1.5分钟期间混合。对于包括混凝土搅拌车的 大混合器，第一混合阶段必须持续至少3.5分钟并且第二混合阶段必 须持续至少1. 5分钟。
于该过程的第二阶段期间在将磷酸银稀释后向混合物中加入水。 水必须在连续混合过程期间緩慢加入，因此混合物中的所有固体可与 溶液接触。对于小混合器和大混合器该阶段期间的混合时间为开始向 已在混合器内的材料注入磷酸银溶液后3.5分钟。经过该时间后检查 混合物以核实混合时间是否已足够和是否已将混合物合适均勾化，否 则必须继续搅拌混合物直到获得所需特性为止。水和磷酸4艮必须在连 续混合过程期间加入，甚至通过搅拌沉淀在混合器底部的材料来设法 使整个溶液将水泥水化。
将其中稀释有超流化剂的水在第三混合阶段期间加入，设法在连 续混合的同时将其緩慢注入以让该物质均分分散在混合物中并且所有 材料进入与其接触，同时甚至通过向下达到混合器的底部以充分搅拌 沉淀的材料来确保溶液使水泥水化。该阶段的混合时间为开始在混合 器内的材料上注入溶液后计数5分钟。在该5分钟完毕后检查混合物 以核实所有材料被合适地均匀化，否则必须将其进一步搅拌直到获得
所需特性为止。对于包括搅拌车的大混合器的混合时间必须为至少3 分钟。
在混合后不应向混凝土加入水，除了在混凝土搅拌车内预混合的 混凝土若其没有按预期凝固，然后可等比例地加入水和超流化剂，只 要其不超过混合物中原始使用水量的2%，接着是与初始混合时间相等 的混合时间(或约3. 5分钟)。
预混合的导电混凝土必须在经过一个半小时混合之前从卡车倒出。
可手工或机械放置混凝土。必须通过捣固或振动或认为对获得合 适压实是合适的任何方法将混凝土压实，只要集料没有以可导致它们 碎裂或与灰浆混合物分离的方式受到撞击。
根据该配方制造的混凝土表现出良好的粘结性能，该性能允许其 表现出塑性而不破碎或者没有煤颗粒从混合物中分离出，以及由于较 重固体颗粒沉淀而显示出最小渗出或混凝土表面的水膜外观。
本发明的混凝土对象在新制得时，维持集料颗粒被将它们隔开且 给予它们流动性的浆料膜包围。所述浆料本身由悬浮的水泥颗粒和水 形成并且被细料和磷酸银所饱和，磷酸银抑制腐蚀并且赋予其抗微生 物性能，因为其不允许在混凝土的表面或核心形成可促进微生物腐蚀 过程的细菌和微生物，或者通过硫酸盐或其它物质的还原。这允许基 体的浸透，因此在基体和集料颗粒之间产生结合，其中碳粉末充当允 许导电性的桥(bridge),因此必须使用超流化剂，超流化剂促进集 料细粉在整个基体上和甚至在集料上的分散，从而允许流动或多相混 合，即，集料细粉的颗粒填充集料粗颗粒之间的间隙，填充的方式是 在被压实时其具有最大可能的密度。因此在制造这种混凝土时使用的 集料细粉的百分比越大，其导电性越低，因为其可显著地提高混合物 中间隙的百分比，从而除必须通过能量装置进行压实外，还需要更多 浆料，集料粗颗粒迁移到底部并且涂有大量浆料的小颗粒积聚在上 部，事实是将减小导电性并且将促进开裂。
通过改变腐蚀电池中电流的方向可获得阴极保护。例如在钢和混
凝土之间进行电连接时，可抑制影响钢的腐蚀，因为钢将不再充当阳 极并且将表现为阴极(将阳极作用留给更活泼的材料，在该情形中所 述材料可为混凝土)。磷酸铁既在混凝土的表面又在核心形成薄膜， 因为其与剩余材料完全混合。这保护其不受到随后的侵蚀并且还使混
凝土与侵蚀环境隔离，此外提供对钢筋元件的良好附着性。其还促进 不渗透性并且可使钢表面和混凝土与侵蚀环境隔离。得自该处理的另 一个优点是其赋予混凝土不光滑的或抛光的表面饰面的可能性，因此 该材料还可用于装饰目的。
通常在23'C于2或2. 5小时后发生初始凝固，而最终凝固发生在 4和5小时后。
该混凝土的养护处理必须在室温下进行并且取决于气候的湿度度 数将持续3-10天。
该混凝土的可用寿命取决于使用条件和其遭受的化学试剂的侵蚀 为30至70年。
该混凝土中使用的纤维比例从5%到40%, 5%的比例提供280 MPa 的平均抗压缩力并且与常规混凝土相比使抗剪承载力增加约64%， 40% 的比例提供466 MPa的平均抗压缩力并且与常规混凝土相比使抗剪承 载力增加约92%， 20。/"皮认为是最佳纤维含量，该含量提供353. 71 MPa的平均抗压缩力并且与常规混凝土相比使抗剪承载力增加约84%。 水泥/纤维比为12. 94-1. 62， 3. 24为最佳比例。
该混凝土的弹性模量在对于5%纤维含量的28200 MPa;对于20% 纤维含量的333000 MPa和一直到对于40%纤维含量的372000 MPa之 间变动。
基于上面提供的信息可宣称，任何其它混凝土尚未获得属于机械 抗压缩力的这些特性和高至25%或较小的容重。
权利要求
已经充分描述了本发明，我们认为是新颖的，因此，我们要求下面的权利要求的内容作为我们的独占所有权1.抗腐蚀纤维增强混凝土混合物，其包含水泥-水基体，其中所用水泥是H型标准硅酸盐水泥；筛分的煤屑型矿物煤；用作集料的玻璃纤维切屑；磷酸银和磷酸铁；并且其中水泥含量为待使用水泥总重量的52％-72％，63％为最佳百分比；水含量为14％-37％，25％是最佳比例；玻璃纤维含量为待使用水泥重量的5％-40％，13％为最佳百分比；磷酸银含量为待使用水泥重量的0.05％-0.8％，0.65％为最佳百分比；磷酸铁含量为待使用水泥重量的1.76％-2.65％，2.455％为最佳百分比，设法使该盐在待用于混凝土混合物的水中的浓度不超过45500ppm。
1. 抗腐蚀纤维增强混凝土混合物，其包含水泥-水基体，其中 所用水泥是H型标准硅酸盐水泥；筛分的煤屑型矿物煤；用作集料的 玻璃纤维切屑；磷酸银和磷酸铁；并且其中水泥含量为待使用水泥总 重量的52%-72%， 63%为最佳百分比；水含量为14%-37%， 25%是最佳 比例；玻璃纤维含量为待使用水泥重量的5%-40%, 13%为最佳百分 比；磷酸银含量为待使用水泥重量的Q. 05%-0. 8%， 0. 65%为最佳百分 比；磷酸铁含量为待使用水泥重量的1. 76°/。-2. 65°/。， 2.455%为最佳百 分比，设法使该盐在待用于混凝土混合物的水中的浓度不超过 45500ppm。
2. 根据权利要求1的抗腐蚀纤维增强混凝土混合物，其特征在于 初始凝固通常在23匸于2或2. 5小时后发生，而最终凝固发生在4和 5小时后。
3. 根据权利要求1的抗腐蚀纤维增强混凝土混合物，其特征在于 取决于加入的纤维的百分比具有280 MPa至466 MPa平均抗压缩力。
4. 根据权利要求1的抗腐蚀纤维增强混凝土混合物，其特征在于 取决于加入的纤维的百分比具有比常规混凝土大64%-92%的抗剪承载 力。
5. 根据权利要求1的抗腐蚀纤维增强混凝土混合物，其特征在于 取决于加入的纤维的百分比具有28200 MPa至372000 MPa的弹性模量。
6. 根据权利要求1的抗腐蚀纤维增强混凝土混合物，其特征在于 取决于加入的纤维的百分比具有100Q kg/m'至1400 kg/n^的容重。
7. 根据权利要求1的抗腐蚀纤维增强混凝土混合物，其特征在于 因为其对硫酸盐的化学侵蚀具有抵抗力并且具有耐磨性。
8. 根据权利要求1的抗腐蚀纤维增强混凝土混合物，其特征在于 其机械性能使其适合用于油井的地基。
9.根据权利要求1的抗腐蚀纤维增强混凝土混合物，其特征在于 取决于使用条件和其遭受的化学试剂具有35至70年的可用寿命。
全文摘要
本发明涉及纤维增强混凝土混合物，该混合物具有高抗腐蚀性和低容重，比标准混凝土的那些具有更高的机械强度，并且具有较低的容重。本发明的混凝土与市场上目前可获得的那些完全不同，这是由于其配方、混合物和新机械行为。另外，所述混凝土比其它混凝土具有更长的使用寿命，这是由于其对化学侵蚀和腐蚀的抵抗性。
文档编号C04B28/34GK101341108SQ200680047847
公开日2009年1月7日 申请日期2006年11月10日 优先权日2005年11月11日
发明者J·索萨古铁雷斯, S·O·加尔瓦卡扎雷斯 申请人:透明混凝土有限责任公司