【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及混凝土材料的制备，具体涉及一种防火隔热无机填料的制备工艺及其混凝土材料。
技术介绍
1、公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
2、水泥混凝土因其优良的性能和低廉的价格，是世界上用量最大、应用最广的建筑材料。近年来，建筑工程火灾频发，成了目前城市混凝土建筑物面临的主要风险之一。一旦发生火灾，由混凝土构建的建筑物将遭受不可逆的破坏，尤其是随着我国城市化进程的加快，建筑正朝着现代化、高层化、大型化、密集化方向发展。火灾发生时具有蔓延路径多、人员输送困难和灭火难度大的特点，给营救和疏散工作带来极大挑战，严重影响建筑工程的服役寿命及人民群众的生命安全。
3、在火灾情况下，混凝土构件在300℃开始脱水，扑救时加入水会使其体积发生膨胀，导致对钢筋有保护作用的水泥混凝土发生剥落，对钢筋失去保护作用。而钢材的耐火极限（15min）很低，在315℃时强度损失约10%，在高于430℃时会发生显著变形，而一旦当钢筋达到自身的临界温度（540℃）时，强度会下降40%。因此，混凝土在约700℃会发生爆裂剥落现象，其力学性能会大幅度下降。从而导致建筑物整体强度急剧下降，严重时会导致建筑物坍塌。
4、当前建筑物主要的防火措施有：使用耐火的墙壁、地板和门等，以遏制火灾或减缓火焰的传播。研究表明，添加高熔点、低导热系数的无机隔热填料能够提升混凝土材料的防火性能。因此，为减少火灾对城市建筑物的危害，最直接
技术实现思路
1、针对上述的问题，本专利技术提供一种防火隔热混凝土材料，该混凝土材料中添加了本专利技术制备的具有防火功能的无机填料，有效提高混凝土结构的防火隔热能力。具体地，本专利技术公开如下所示的技术方案。
2、一种混凝土材料，以重量份计，该混凝土材料的原料组成包括如下组分：普通硅酸盐水泥14~19份、防火隔热无机填料2~5份、粉煤灰1~3份、粗骨料34~39份、细骨料27~32份、水7~10份、减水剂0.4~0.6份。其中：所述防火隔热无机填料采用如下工艺制备：
3、（1）对铝硅质原料粉末与氢氧化钾粉末形成的混合粉料进行粉磨处理，然后将得到的混合料进行加热活化处理，完成后得到活化原料，备用。
4、（2）将纳米氧化硅、纳米氧化铝分散在水中，然后加入氢氧化钾混匀后得到混合浆体。将所述混合浆体先在搅拌条件下加热反应，完成后将得到的产物进行保温以进行固化反应。然后将得到的固化产物洗涤、干燥，即得水解导向剂。
5、（3）以所述活化原料、水解导向剂与钾水玻璃为反应原料，将该原料先在亚临界状态下进行水热反应，完成后调节至超临界状态下进行水热反应，即得所述防火隔热无机填料。
6、进一步地，步骤（1）中，所述混合粉料中氢氧化钾的质量百分数为3.5~5.5%。
7、进一步地，步骤（1）中，所述铝硅质原料包括：煤矸石、粉煤灰、偏高岭土、矿渣粉等工业废弃物中一种或几种的混合物。
8、进一步地，步骤（1）中，所述铝硅质原料粉末的比表面积为350~600 m2/kg。
9、进一步地，步骤（1）中，将所述混合粉料粉磨处理至比表面积700~800 m2/kg。
10、进一步地，步骤（1）中，所述加热活化处理的方法包括步骤：将所述混合料微波加热至500~600℃，然后在该温度下保温10~30min，完成后冷却至室温，即得所述活化原料。本步骤利用微波加热使原料急速高能态化，从而提升活化效果。
11、进一步地，步骤（1）中，所述活化原料中k2o：al2o3：sio2的物质的量为0.9~1.1：0.95~1.05：1.8~2.2。若不符合上述比例要求，向所述混合料中补加铝源和/或硅源调节至上述比例。可选地，所述铝源包括氧化铝、偏铝酸钾等中的至少一种。所述硅源包括硅溶胶、二氧化硅、硅酸钾等中的至少一种。
12、进一步地，步骤（2）中，所述混合浆体中钾硅比为1~2、铝硅比为1~2。所述混合浆体的水固比为8~15。
13、进一步地，步骤（2）中，所述加热反应的温度为70~95℃，反应时间为120~150min。此过程中各原料反应后形成硅铝酸钾。
14、进一步地，步骤（2）中，所述保温温度为55~85℃，保温时间为1~3天。经过进一步保温后所述硅铝酸钾转凝胶化，形成纳米级别的硅铝酸钾凝胶成分的水解导向剂。
15、进一步地，步骤（3）中，将koh加到k2sio3溶液中完全溶解，将k2sio3溶液的模数调节至1.2~2.2，静置后即得所述钾水玻璃。
16、进一步地，步骤（3）中，所述活化原料与钾水玻璃的水胶比为0.4~0.45；所述水解导向剂为活化原料质量的1~3%。
17、进一步地，步骤（3）中，所述亚临界状态下进行水热反应是指将温度控制在340~374.2℃之间，所述反应时间为10~30min。
18、进一步地，步骤（3）中，所述超临界状态下进行水热反应是指将温度控制在380~400℃之间，所述反应时间为5~15min。
19、相较于现有技术，本专利技术的技术方案至少具有以下方面的有益效果：
20、本专利技术的工艺制备的钾霞石防火隔热无机填料能够有效提高混凝土的防火隔热能力，这是由于钾霞石中具有大量孔径在0.3 nm左右的超微孔道结构，不仅结构稳定，而且熔点高达1750℃，具有高的热膨胀系数，因此，本专利技术制备的所述防火隔热无机填料具有耐高温的特点。然而，由于天然铝硅质原料（如煤矸石）结构稳定，反应活性较低。而粉煤灰、矿渣粉、偏高岭土等这类铝硅质原料由于已经经过高温热处理，其主要矿物相为活性较低的玻璃体结构。本专利技术发现：在制备所述无机填料时存在活性低且水解反应不完全等问题。为此，本专利技术先采用氢氧化钾对所述铝硅质原料在高温状态下进行活化处理，在此过程中所述铝硅质原料在氢氧根离子的作用下形成更多的硅氧四面体、铝氧四面体的单体，这是在后续水热反应过程中形成目标产物的前驱体，从而显著增加了铝硅质原料的反应活性。所述前驱体在亚临界水热过程中发挥晶核诱导作用，且硅氧四面体、铝氧四面体的单体直接参与水化反应，可以有效提升反应效率，克服传统的水热反应普遍耗时长的问题。同时，本专利技术在制备过程中采用了上述步骤（2）的工艺制备的水解导向剂，其能够在亚临界水热过程中优先定向诱导生成钾霞石的中间产物相，避免了水热过程中最终产物中生成其他杂相（如f型沸石、莫来石、斜钙沸石等），显著提高产物纯度。
21、另外，本专利技术还采用了亚临界水热法+超临界水热法+特制水解导向剂的协同工艺显著提高了得到的钾霞石防火隔热无机填料的纯度，克服了现有技术制备钾霞石防火隔热无机填料存在的产物纯度不足，造成混凝土与防火隔热无机填料熔点、膨胀系数不一致导致混凝土结构性能快速劣化、剥落、失效的问题。这是由于不同的硅铝本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种防火隔热无机填料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的防火隔热无机填料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述混合粉料中氢氧化钾的质量百分数为3.5~5.5%。
3.根据权利要求1所述的防火隔热无机填料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述铝硅质原料包括：煤矸石、粉煤灰、偏高岭土、矿渣粉中一种或几种的混合物；
4.根据权利要求1所述的防火隔热无机填料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述加热活化处理的方法包括步骤：将所述混合料加热至500~600℃，然后在该温度下保温10~30min，完成后冷却至室温，即得所述活化原料。
5.根据权利要求1所述的防火隔热无机填料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述活化原料中K2O：Al2O3：SiO2的物质的量为0.9~1.1：0.95~1.05：1.8~2.2；若不符合上述比例要求，向所述混合料中补加铝源和/或硅源调节至上述比例；
6.根据权利要求1所述的防火隔热无机填料的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述混合浆体中钾硅比为1~2
7.根据权利要求1所述的防火隔热无机填料的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述加热反应的温度为70~95℃，反应时间为120~150min；
8.根据权利要求1所述的防火隔热无机填料的制备工艺，其特征在于，步骤（3）中，将KOH加到K2SiO3溶液中完全溶解，将K2SiO3溶液的模数调节至1.2~2.2，静置后即得所述钾水玻璃；
9.根据权利要求1-8任一项所述的防火隔热无机填料的制备工艺，其特征在于，步骤（3）中，所述亚临界状态下进行水热反应是指将温度控制在340~374.2℃之间，所述反应时间为10~30min；所述超临界状态下进行水热反应是指将温度控制在380~400℃之间，所述反应时间为5~15min。
10.一种混凝土材料，其特征在于，以重量份计，该混凝土材料的原料组成包括如下组分：普通硅酸盐水泥14~19份、根据权利要求1-9任一项所述的工艺制备得到的防火隔热无机填料2~5份、粉煤灰1~3份、粗骨料34~39份、细骨料27~32份、水7~10份、聚羧酸高效减水剂0.4~0.6份。
...【技术特征摘要】
1.一种防火隔热无机填料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的防火隔热无机填料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述混合粉料中氢氧化钾的质量百分数为3.5~5.5%。
3.根据权利要求1所述的防火隔热无机填料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述铝硅质原料包括：煤矸石、粉煤灰、偏高岭土、矿渣粉中一种或几种的混合物；
4.根据权利要求1所述的防火隔热无机填料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述加热活化处理的方法包括步骤：将所述混合料加热至500~600℃，然后在该温度下保温10~30min，完成后冷却至室温，即得所述活化原料。
5.根据权利要求1所述的防火隔热无机填料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述活化原料中k2o：al2o3：sio2的物质的量为0.9~1.1：0.95~1.05：1.8~2.2；若不符合上述比例要求，向所述混合料中补加铝源和/或硅源调节至上述比例；
6.根据权利要求1所述的防火隔热无机填料的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述混合浆体中钾硅比为1~2、铝硅比...
【专利技术属性】
技术研发人员：王金邦，周宗辉，陈娴琦，杜鹏，张秀芝，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：
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