專利名稱：抗腐蝕纖維增強的混凝土混合物的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包含玻璃纖維以改善混凝土對腐蝕劑的抵抗性能的混 凝土組合物和制造方法。
發(fā)明現(xiàn)有技術
目前，在建筑工業(yè)中使用混凝土和其它塑料及金屬材料來制造輸 送、貯存和配給水和各種其它液體的管道。建筑工業(yè)中用于該目的的 混凝土通常由水泥、水、粗集料(礫石)、細粉料(砂子)和改善其 某些性能例如可加工性、抗性、凝固時間等的某些添加劑構成。
研究材料的腐蝕性能目前是獲得替代品或改進當前在建筑工業(yè)中 缺乏和使用成本高的各種材料所優(yōu)先考慮的。許多飲用水和處理水通 過管道輸送，如果這些管道屬于開放或封閉體系，其獨立地受腐蝕過 程影響。
在開發(fā)混凝土管道和任何其它材料例如鋼或其它金屬材料的管道 時的主要困難之一是它們對沖擊的脆弱性和它們有限的可用壽命周 期，以及對各種物質例如硫酸鹽、酸、烴和通常對于所有石油衍生產 品例如原油的腐蝕和侵蝕的低抵抗力。
考慮到這一點，開發(fā)了制造纖維增強混凝土管的方法，所述混凝 土管具有常規(guī)混凝土的那些改善的機械性能，另外具有較低的容重， 其由玻璃纖維廢物(用作集料)、水泥和水制成，如此配方^f吏其抑制 電化學腐蝕和厭氧菌腐蝕，無論該管是安裝在開放體系中或封閉體系 中。
發(fā)明目的
本發(fā)明的目的是公開制造抗腐蝕纖維增強混凝土的創(chuàng)新方法，在
下面的描述部分中將清楚顯示該方法的特征。 發(fā)明描述
本發(fā)明的材料對象是多相(heterogeneous )人造石質材料，該 材料具有類似于石頭的那些例如壓縮、彎曲、拉伸、扭曲的才幾械特性 和類似于巖石的那些的物理特性。這種材料通過將水泥、水和細及粗 集料以不同比例混合獲得?；谒退嗟幕旌衔镞x擇用來制造這種 混凝土的基體或粘合成分是H型硅酸鹽水泥。這種類型的水泥用于油 井的地基并且具有3.1 kg/dm3的比重。該水泥與水反應形成給予其 所需硬度的稱作基體的抗性硬體。這種基體粘著細集料和粗集料的 顆粒形成整體。待使用的水泥的量將為一旦混合物用水水化必須覆 蓋集料的量。所使用的水按水/水泥比必須為0. 25-0. 55計算，0.45 是最佳比例。用于這種混凝土混合物的集料類型是過篩的"煤屑 (breeze)"型礦物煤，該礦物煤具有10-15%的吸水容量。待使用 的集料的粒度測定在直徑上必須不大于5毫米，并且直徑小于1 mm 的顆粒的比例必須為用于制造這種混凝土的集料總重量的至少35%， 45%被認為是最佳比例，其至少35%必須是通過0.150 ( 100 )篩孔大 小的材料。
該集料必須既具有良好的細顆粒又具有可用于飽和基體并在整個 材料中獲得較好電傳導性的礦物煤粉末分布，以提供抵抗腐蝕的陰極 保護的材料。直徑大于3 mm的集料的所需比例必須為總集料重量的至 少20%且不超過35%。磷酸銀影響混凝土的腐蝕過程，防止腐蝕以及有 助于電傳導性，并且必須與用于使水泥水化的水的一半混合直到獲得 良好的溶液為止。該配方所需磷酸銀的量為待使用水泥總重量的 0. 05%-0. 8°/。， 0. 65%被認為是最佳百分比。磷酸鐵抑制腐蝕并且還對 混凝土可加工合適時間量以允許將其適當放置和壓實所必需的機械阻 力和流動性有影響。這種配方所需磷酸鐵的量為待使用水泥總重量的 1.76%-2. 65%, 2. 45%被認為是最佳百分比，盡管這種鹽在待用于混凝 土的水中的濃度不應超過45500 ppm。
在向混合物中加入水之前必須將磷酸鹽與水泥和礦物煤混合。
使用真實密度為2.7且熔點高于1700X:的覆蓋有聚酯樹脂的玻璃 纖維切屑(trimmings)而不是粗顆粒集料來降低容重和提高才幾械阻力。 在使用它們之前將它們均勻化以確保集料的良好分布。制造過程是利 用得自于槍噴射處理的層積。纖維的平均長度為1.89 cm。纖維的容 重為215 kg/m3。
一些其主要物理和化學特性是高的纖維-基體附著(在該情形中 基體是水泥)；電性能(電絕緣體)；尺寸穩(wěn)定性、不燃性、機械阻 力(對牽引力/密度的比阻力高于鋼)；可接受各種粘合、上油和篩分 處理，防腐爛性，具有弱的熱傳導性和格外的柔韌性。
玻璃纖維由Si02 (65%)、 Al203 (4%)、 B20(5.5%)、 CaO(14%)、 Mg20 (3%) 、 K20 (8%)和Na20 (0. 5%)組成。
4吏用超流化劑(superfluidifying agent)作為添加劑，其作用 是提高材料的可加工性并減少使水泥水化所需水的量。加入的超流化 劑的量必須不低于所用水體積的2%并且不大于10%, 7%被《人為是最佳 百分比。這種超流化劑必須與由用于稀釋磷酸銀的量所剩余的水的一 半混合，以確保水泥和集料均可與這些物質接觸。這些超流化劑的使 用不受支配于任何化學物質或含量，即，可使用市場上的任何這種試 劑，若其滿足該目的或者減少混合物中所需水的量和使混凝土流動性 更大，并且不包含大于5%的以下物質乙烯基甲基醚，因為其會促進 不希望的聚合，和三氟化硼，因為其會發(fā)生放熱反應，從而影響基 體。
用于該配方的水泥是H型硅酸鹽水泥，其對石充酸鹽具有非常大的 抵抗力。其主要由硅酸三4丐(50%)、硅酸二鉤(24%)、鋁酸三4丐(11%) 和鐵鋁酸四鉤(tetracalciuin ferroaluminate ) (8°/。)構成，具有 3. 1的比重。
混合物中的水泥含量是用于結構應用的含量，具有0.25-0.65的 水/水泥比，0.45被認為是為獲得良好可加工性并且不必4吏用任何其 它類型的集料或添加劑的最佳比例。養(yǎng)護在30%相對適度下或在室溫
下花費28天。
用于該混合物的水是常規(guī)水。為確保使用的水具有其能夠滿足的 足夠質量，應注意其不具有任何顏色或氣味。
可將配料計量(dosing)調整到已有方法的任何配料計量，若上 述纖維、磷酸鐵和磷酸銀的比例得以維持。
混合過程需要三個階段。第一階段包括使水泥、玻璃纖維和礦物 煤含量均勻化，然后加入磷酸鐵，加入的方式是將其均勻分布在混合 物的表面上并且設法不讓任何一部分濃度過量。只要集料在基質中適 當分散以及水泥適當水化，可手工或機械完成該過程。
對于小混合器的混合時間必須為在除磷酸鐵外的所有成分于混合 器內之后計數(shù)5分鐘，并然后在所述5分鐘后加入磷酸鐵，設法將其 以少量注入以促進混合過程和它們的合適均勻化。 一旦引入磷酸鐵， 所有成分必須在另外的1.5分鐘期間混合。對于包括混凝土攪拌車的 大混合器，第一混合階段必須持續(xù)至少3.5分鐘并且第二混合階段必 須持續(xù)至少1. 5分鐘。
于該過程的第二階段期間在將磷酸銀稀釋后向混合物中加入水。 水必須在連續(xù)混合過程期間緩慢加入，因此混合物中的所有固體可與 溶液接觸。對于小混合器和大混合器該階段期間的混合時間為開始向 已在混合器內的材料注入磷酸銀溶液后3.5分鐘。經過該時間后檢查 混合物以核實混合時間是否已足夠和是否已將混合物合適均勾化，否 則必須繼續(xù)攪拌混合物直到獲得所需特性為止。水和磷酸4艮必須在連 續(xù)混合過程期間加入，甚至通過攪拌沉淀在混合器底部的材料來設法 使整個溶液將水泥水化。
將其中稀釋有超流化劑的水在第三混合階段期間加入，設法在連 續(xù)混合的同時將其緩慢注入以讓該物質均分分散在混合物中并且所有 材料進入與其接觸，同時甚至通過向下達到混合器的底部以充分攪拌 沉淀的材料來確保溶液使水泥水化。該階段的混合時間為開始在混合 器內的材料上注入溶液后計數(shù)5分鐘。在該5分鐘完畢后檢查混合物 以核實所有材料被合適地均勻化，否則必須將其進一步攪拌直到獲得
所需特性為止。對于包括攪拌車的大混合器的混合時間必須為至少3 分鐘。
在混合后不應向混凝土加入水，除了在混凝土攪拌車內預混合的 混凝土若其沒有按預期凝固，然后可等比例地加入水和超流化劑，只 要其不超過混合物中原始使用水量的2%，接著是與初始混合時間相等 的混合時間(或約3. 5分鐘)。
預混合的導電混凝土必須在經過一個半小時混合之前從卡車倒出。
可手工或機械放置混凝土。必須通過搗固或振動或認為對獲得合 適壓實是合適的任何方法將混凝土壓實，只要集料沒有以可導致它們 碎裂或與灰漿混合物分離的方式受到撞擊。
根據(jù)該配方制造的混凝土表現(xiàn)出良好的粘結性能，該性能允許其 表現(xiàn)出塑性而不破碎或者沒有煤顆粒從混合物中分離出，以及由于較 重固體顆粒沉淀而顯示出最小滲出或混凝土表面的水膜外觀。
本發(fā)明的混凝土對象在新制得時，維持集料顆粒被將它們隔開且 給予它們流動性的漿料膜包圍。所述漿料本身由懸浮的水泥顆粒和水 形成并且被細料和磷酸銀所飽和，磷酸銀抑制腐蝕并且賦予其抗微生 物性能，因為其不允許在混凝土的表面或核心形成可促進微生物腐蝕 過程的細菌和微生物，或者通過硫酸鹽或其它物質的還原。這允許基 體的浸透，因此在基體和集料顆粒之間產生結合，其中碳粉末充當允 許導電性的橋(bridge),因此必須使用超流化劑，超流化劑促進集 料細粉在整個基體上和甚至在集料上的分散，從而允許流動或多相混 合，即，集料細粉的顆粒填充集料粗顆粒之間的間隙，填充的方式是 在被壓實時其具有最大可能的密度。因此在制造這種混凝土時使用的 集料細粉的百分比越大，其導電性越低，因為其可顯著地提高混合物 中間隙的百分比，從而除必須通過能量裝置進行壓實外，還需要更多 漿料，集料粗顆粒遷移到底部并且涂有大量漿料的小顆粒積聚在上 部，事實是將減小導電性并且將促進開裂。
通過改變腐蝕電池中電流的方向可獲得陰極保護。例如在鋼和混
凝土之間進行電連接時，可抑制影響鋼的腐蝕，因為鋼將不再充當陽 極并且將表現(xiàn)為陰極(將陽極作用留給更活潑的材料，在該情形中所 述材料可為混凝土)。磷酸鐵既在混凝土的表面又在核心形成薄膜， 因為其與剩余材料完全混合。這保護其不受到隨后的侵蝕并且還使混
凝土與侵蝕環(huán)境隔離，此外提供對鋼筋元件的良好附著性。其還促進 不滲透性并且可使鋼表面和混凝土與侵蝕環(huán)境隔離。得自該處理的另 一個優(yōu)點是其賦予混凝土不光滑的或拋光的表面飾面的可能性，因此 該材料還可用于裝飾目的。
通常在23'C于2或2. 5小時后發(fā)生初始凝固，而最終凝固發(fā)生在 4和5小時后。
該混凝土的養(yǎng)護處理必須在室溫下進行并且取決于氣候的濕度度 數(shù)將持續(xù)3-10天。
該混凝土的可用壽命取決于使用條件和其遭受的化學試劑的侵蝕 為30至70年。
該混凝土中使用的纖維比例從5%到40%, 5%的比例提供280 MPa 的平均抗壓縮力并且與常規(guī)混凝土相比使抗剪承載力增加約64%， 40% 的比例提供466 MPa的平均抗壓縮力并且與常規(guī)混凝土相比使抗剪承 載力增加約92%， 20。/"皮認為是最佳纖維含量，該含量提供353. 71 MPa的平均抗壓縮力并且與常規(guī)混凝土相比使抗剪承載力增加約84%。 水泥/纖維比為12. 94-1. 62， 3. 24為最佳比例。
該混凝土的彈性模量在對于5%纖維含量的28200 MPa;對于20% 纖維含量的333000 MPa和一直到對于40%纖維含量的372000 MPa之 間變動。
基于上面提供的信息可宣稱，任何其它混凝土尚未獲得屬于機械 抗壓縮力的這些特性和高至25%或較小的容重。
權利要求
已經充分描述了本發(fā)明，我們認為是新穎的，因此，我們要求下面的權利要求的內容作為我們的獨占所有權1.抗腐蝕纖維增強混凝土混合物，其包含水泥-水基體，其中所用水泥是H型標準硅酸鹽水泥；篩分的煤屑型礦物煤；用作集料的玻璃纖維切屑；磷酸銀和磷酸鐵；并且其中水泥含量為待使用水泥總重量的52％-72％，63％為最佳百分比；水含量為14％-37％，25％是最佳比例；玻璃纖維含量為待使用水泥重量的5％-40％，13％為最佳百分比；磷酸銀含量為待使用水泥重量的0.05％-0.8％，0.65％為最佳百分比；磷酸鐵含量為待使用水泥重量的1.76％-2.65％，2.455％為最佳百分比，設法使該鹽在待用于混凝土混合物的水中的濃度不超過45500ppm。
1. 抗腐蝕纖維增強混凝土混合物，其包含水泥-水基體，其中 所用水泥是H型標準硅酸鹽水泥；篩分的煤屑型礦物煤；用作集料的 玻璃纖維切屑；磷酸銀和磷酸鐵；并且其中水泥含量為待使用水泥總 重量的52%-72%， 63%為最佳百分比；水含量為14%-37%， 25%是最佳 比例；玻璃纖維含量為待使用水泥重量的5%-40%, 13%為最佳百分 比；磷酸銀含量為待使用水泥重量的Q. 05%-0. 8%， 0. 65%為最佳百分 比；磷酸鐵含量為待使用水泥重量的1. 76°/。-2. 65°/。， 2.455%為最佳百 分比，設法使該鹽在待用于混凝土混合物的水中的濃度不超過 45500ppm。
2. 根據(jù)權利要求1的抗腐蝕纖維增強混凝土混合物，其特征在于 初始凝固通常在23匸于2或2. 5小時后發(fā)生，而最終凝固發(fā)生在4和 5小時后。
3. 根據(jù)權利要求1的抗腐蝕纖維增強混凝土混合物，其特征在于 取決于加入的纖維的百分比具有280 MPa至466 MPa平均抗壓縮力。
4. 根據(jù)權利要求1的抗腐蝕纖維增強混凝土混合物，其特征在于 取決于加入的纖維的百分比具有比常規(guī)混凝土大64%-92%的抗剪承載 力。
5. 根據(jù)權利要求1的抗腐蝕纖維增強混凝土混合物，其特征在于 取決于加入的纖維的百分比具有28200 MPa至372000 MPa的彈性模量。
6. 根據(jù)權利要求1的抗腐蝕纖維增強混凝土混合物，其特征在于 取決于加入的纖維的百分比具有100Q kg/m'至1400 kg/n^的容重。
7. 根據(jù)權利要求1的抗腐蝕纖維增強混凝土混合物，其特征在于 因為其對硫酸鹽的化學侵蝕具有抵抗力并且具有耐磨性。
8. 根據(jù)權利要求1的抗腐蝕纖維增強混凝土混合物，其特征在于 其機械性能使其適合用于油井的地基。
9.根據(jù)權利要求1的抗腐蝕纖維增強混凝土混合物，其特征在于 取決于使用條件和其遭受的化學試劑具有35至70年的可用壽命。
全文摘要
本發(fā)明涉及纖維增強混凝土混合物，該混合物具有高抗腐蝕性和低容重，比標準混凝土的那些具有更高的機械強度，并且具有較低的容重。本發(fā)明的混凝土與市場上目前可獲得的那些完全不同，這是由于其配方、混合物和新機械行為。另外，所述混凝土比其它混凝土具有更長的使用壽命，這是由于其對化學侵蝕和腐蝕的抵抗性。
文檔編號C04B28/34GK101341108SQ200680047847
公開日2009年1月7日 申請日期2006年11月10日 優(yōu)先權日2005年11月11日
發(fā)明者J·索薩古鐵雷斯, S·O·加爾瓦卡扎雷斯 申請人:透明混凝土有限責任公司