【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于建筑材料，具体为一种用于建造高温炉的低自收缩超高性能混凝土。
技术介绍
1、近年，伴随着我国工业化的迅速发展，高温炉逐渐被应用到工业生产的各个角落，如煅烧水泥的水泥窑、高温炼油的石油炉、金属热加工的高温炉等，同时，高温炉也被应用于医药化学行业如药品的高温检测、化学材料的高温改性等。由此可见，高温炉的应用范围逐渐扩大，对推进现代化工业生产有着重要作用。高温炉的建造一般需要使用到耐火砖，耐火砖凭借其优异的耐火度一直使用至今，但由于其在长期的高温环境下容易产生裂缝，耐久性降低等问题，导致高温炉的寿命降低，且制作工艺复杂，耗能较高，极大的提高了高温炉的建造成本。因此，寻找一种新型材料代替耐火砖，提高高温炉的使用寿命，降低高温炉的生产成本，是建造高温炉的新发展趋势。
2、超高性能混凝土(uhpc)是指具有超高的耐久性和超高的力学性能的混凝土。2021年，uhpc使用量超7万立方米，uhpc在商品混凝土中的占比逐年增大。uhpc凭借其优异的耐高温性、耐久性、耐磨性等性能一般会较多的被使用于沙漠、公路、桥梁、核废料罐等严酷环境下，所以将uhpc用于建造高温炉代替耐火砖在高温环境下工作是具有可行性的。但uhpc也存在着自收缩较大，导致裂缝加快产生的问题，而且由于其水泥用量较大，生产制备uhpc的成本也偏高。因此，考虑如何降低uhpc的自收缩以及在保证其性能不受影响的前提下降低生产成本，是目前uhpc需要解决的主要问题。
3、为充分利用固体废弃物锡箔灰，响应我国“无废城市”建设的号召，探索锡箔灰作为矿物掺合料
4、硅化锆是一种具有高硬度、高熔点、优良的抗热震性能的高温陶瓷材料，主要用作精细陶瓷原料粉，用于生产半导体薄膜生产用坩埚。但当坩埚损坏时，由于其超高的硬度，回收利用较为困难，造成资源的浪费。因此，考虑将硅化锆制备成不同粒径的硅化锆粉、硅化锆微珠掺入到uhpc中，可替代部分水泥、细骨料提高uhpc抗压强度，减小自收缩，有效解决硅化锆资源利用不充分问题。同时使用硅化锆-碳化锆纳米纤维替代钢纤维，能够减少钢纤维的使用，降低施工的难度，提高产品的寿命，减少能源的消耗。且由于硅化锆粉、硅化锆微珠、硅化锆-碳化锆纳米纤维都是以硅化锆为原料制备而成的，所以性能上与硅化锆相似，都具有硬度高、抵抗变形能力强以及都是耐高温材料的特点，因此将硅化锆应用到uhpc中是对硅化锆资源的全面利用，提高了资源利用率。
5、综上所述，将uhpc代替耐火砖用于建造高温炉是可行的，但传统的uhpc具有水泥消耗大、成本高、高自收缩等问题，在遇到高温环境下，这些问题更会被放大。
技术实现思路
1、为了克服已有技术的不足，本专利技术提供了一种用于建造高温炉的低自收缩超高性能混凝土，将锡箔灰、硅化锆粉、硅化锆微珠和硅化锆-碳化锆纳米纤维掺入到uhpc中，得到了一种耐高温低自收缩超高性能混凝土，既改善了uhpc的性能，又能为建造高温炉提供一种新的思路，此外对于固废的合理利用也让本专利技术制备的uhpc具备了生态环保，经济效益高等优点。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种用于建造高温炉的低自收缩超高性能混凝土，按照重量份计，包括以下组分：
4、水泥679-721份，纳米锡箔灰48.5-51.5份，硅灰145.5-154.5份，硅化锆粉97-103份，细骨料为硅化锆微珠和石英砂的混合物，其中硅化锆微珠388-412份，石英砂582-618份，硅化锆-碳化锆纳米纤维126.1-133.9份，水164.8-194份，减水剂15-17.2份。
5、进一步，所述水泥为p·o52.5水泥；硅灰比表面积为≥18.0m2/g，7d活性指数为≥105％；细骨料的细度模数为2.3-3.0，颗粒级配ⅱ区；减水剂为聚羧酸减水剂，减水率≥25％。
6、再进一步，所述硅化锆粉显微硬度≥1000kg/mm2，组分中zrsi2占比＞98％，比表面积≥650m2/kg；所述硅化锆微珠显微硬度≥1000kg/mm2，组分中zrsi2占比＞95％，粒径范围为0.1-3mm，熔点为1620℃；所述硅化锆-碳化锆复合纳米纤维直径为100-400nm，是一种超高温纳米复合纤维，该复合纤维由柱状核心(或称柱状内芯)的单晶硅化锆和包覆其外的管状外壳的多晶碳化锆构成。
7、再进一步，所述纳米锡箔灰原料为锡箔纸燃烧后所产生的废弃物，通过球磨机二次磨细后得到纳米锡箔灰，其比表面积≥180m2/g，主要成分为氧化锡，沸点高达1600℃。
8、优选的，所述纳米锡箔灰磨细工艺总结为“一干一筛二磨”，过程为：(1)将锡箔灰放入水中清洗完去除杂质后再放入烘箱中经过50℃恒温烘干后得到干燥锡箔灰；(2)将干燥后的锡箔灰，通过振筛机筛选出粒径≤0.15mm的颗粒；(3)将锡箔灰放入普通球磨机中进行第一次磨细至粒径≤75μm，取出备用；(4)将锡箔灰放入行星式纳米球磨机中进行第二次磨细至粒径≤100nm，得到纳米锡箔灰，取出备用。
9、本专利技术的有益效果主要表现在：
10、1.从胶凝材料的角度，本专利技术使用了纳米锡箔灰、硅化锆粉、硅灰和水泥四种胶凝材料，充分利用了纳米锡箔灰和硅化锆粉的特性。本专利技术将纳米锡箔灰、硅化锆粉和硅灰分别取代水泥，三者的比表面积均大于水泥，可有效填充uhpc基体孔隙。此外，采用“一干一筛二磨”的磨细工艺将锡箔灰磨细至纳米颗粒，纳米锡箔灰的主要成分为sno2纳米颗粒，可以在uhpc中充分发挥纳米颗粒的晶核作用和填充效应，给水化c-s-h凝胶晶核提供了成核位点，成核位点的增多促进了水化，生成钙矾石(aft)和单硫型水化硫铝酸钙(afm)，填补孔隙，降低了毛细渗透率，改善了孔隙结构，从而可以减小uhpc的自收缩；同时填充于uhpc的内部孔隙中，提高了基体的致密性。还有效解决了锡箔灰的随意堆放问题，提高了资源利用率，保护生态环境。硅化锆粉则主要发挥填充效应，得益于其比表面积小且硬度极高的特点，填充于uhpc基体的各个空隙，符合最紧密堆积理论，改善了uhpc基体的密实度，降低了孔隙率，减少了自收缩，提高了uhpc在高温环境下的力学性能和防爆裂能力。
11、2.从细骨料的角度，本专利技术采用硅化锆微珠与石英砂的混合物作为uhpc的细骨料。本专利技术将硅化锆制成不同粒径大小分别取代水泥和细骨料，改善颗粒级配，提高了uhpc的密实度，减小了自收缩。还利用了其硬度大、熔点较高的特点，使uhpc在高温下的性能仍能保持稳定，提高了uhpc的稳定性。
12、3.从纤维的角度，本专利技术采用硅化锆-碳化锆纳米纤维全部替代钢纤维掺入到uhpc中。硅化锆-碳化锆纳米纤维是基于硅化锆所制备的纳米纤维，具有高硬度、高弹性模量、熔点高等特点。硅化锆-碳化锆作为纳米纤维，首先其尺寸较小，在uhpc基体内部能起到非常好的“填充效应”，增加基体的密实度；其次本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于建造高温炉的低自收缩超高性能混凝土，其特征在于，按照重量份计，包括以下组分：
2.如权利要求1所述的一种用于建造高温炉的低自收缩超高性能混凝土，其特征在于，所述水泥为P·O52.5水泥；硅灰比表面积为≥18.0m2/g，7d活性指数为≥105％；细骨料的细度模数为2.3-3.0，颗粒级配Ⅱ区；减水剂为聚羧酸减水剂，减水率≥25％。
3.如权利要求1或2所述的一种用于建造高温炉的低自收缩超高性能混凝土，其特征在于，所述硅化锆粉显微硬度≥1000kg/mm2，组分中ZrSi2占比＞98％，比表面积≥650m2/kg；所述硅化锆微珠显微硬度≥1000kg/mm2，组分中ZrSi2占比＞95％，粒径范围为0.1-3mm，熔点为1620℃；所述硅化锆-碳化锆复合纳米纤维直径为100-400nm，是一种超高温纳米复合纤维，该复合纤维由柱状核心的单晶硅化锆和包覆其外的管状外壳的多晶碳化锆构成。
4.如权利要求1或2所述的一种用于建造高温炉的低自收缩超高性能混凝土，其特征在于，所述纳米锡箔灰原料为锡箔纸燃烧后所产生的废弃物，通过球磨机二次磨细后得到
5.如权利要求4所述的一种用于建造高温炉的低自收缩超高性能混凝土，其特征在于，所述纳米锡箔灰磨细工艺过程为：(1)将锡箔灰放入水中清洗完去除杂质后再放入烘箱中经过50℃恒温烘干后得到干燥锡箔灰；(2)将干燥后的锡箔灰，通过振筛机筛选出粒径≤0.15mm的颗粒；(3)将锡箔灰放入普通球磨机中进行第一次磨细至粒径≤75μm，取出备用；(4)将锡箔灰放入行星式纳米球磨机中进行第二次磨细至粒径≤100nm，得到纳米锡箔灰，取出备用。
...【技术特征摘要】
1.一种用于建造高温炉的低自收缩超高性能混凝土，其特征在于，按照重量份计，包括以下组分：
2.如权利要求1所述的一种用于建造高温炉的低自收缩超高性能混凝土，其特征在于，所述水泥为p·o52.5水泥；硅灰比表面积为≥18.0m2/g，7d活性指数为≥105％；细骨料的细度模数为2.3-3.0，颗粒级配ⅱ区；减水剂为聚羧酸减水剂，减水率≥25％。
3.如权利要求1或2所述的一种用于建造高温炉的低自收缩超高性能混凝土，其特征在于，所述硅化锆粉显微硬度≥1000kg/mm2，组分中zrsi2占比＞98％，比表面积≥650m2/kg；所述硅化锆微珠显微硬度≥1000kg/mm2，组分中zrsi2占比＞95％，粒径范围为0.1-3mm，熔点为1620℃；所述硅化锆-碳化锆复合纳米纤维直径为100-400nm，是一种超高温纳米复合纤维，该...
【专利技术属性】
技术研发人员：何智海，徐浩，陈飞进，卢超先，傳宏鑫，翟文强，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：
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