專利名稱：具有高抗沖擊性的耐火混凝土的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有高抗沖擊性的耐火混凝土，更具體而言，涉及通過向混凝土材料中加入有機纖維而制備的具有高抗沖擊性的耐火混凝土，由此可降低混合混凝土時的不 便、解決成本增加的問題并有效防止其爆裂。
背景技術：
通常，在建筑隧道和地基等中所用的混凝土等水泥材料需要具有高強度和/或韌 性，目前具有高韌性的鋼纖維增強混凝土被用于各種用途中。然而，這種鋼纖維增強混凝土 不能充分抑制細裂紋，而細裂紋是導致混凝土耐久性劣化的重要原因。雖然細裂紋最初不會影響混凝土的結構性能，但是它們會導致滲水性的提高，而 滲水性又會引起鋼纖維的腐蝕，并在經(jīng)歷反復凍融時促進結構劣化。另外，為了顯著降低混凝土的火災損失，需要具有理想耐火性能的混凝土材料。因 此，已試圖進行研究和應用以滿足上述需求。例如，國際未審查專利申請第W0/99/28267號公開了一種含有金屬纖維的超高性 能混凝土。然而，金屬纖維會因其高電導率而對耐火性能產(chǎn)生負面影響，引起火災事件中的 混凝土散裂問題，盡管其對混凝土結構性能的改善具有有利影響。另外，韓國未審查專利申請第2006-0086110號公開了一種包含鋼纖維以及具有 所需長度和直徑的有機纖維的混凝土材料，所述長度和直徑中至少有一種不同于鋼纖維的 長度和直徑，其中所述混凝土材料具有高達IOOMPa的抗壓強度和高達IOMpa的撓曲強度。 然而，這種混凝土材料雖然具有良好的撓曲強度和/或撓曲韌性，但遇到了高成本的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明旨在解決以上問題，并且本發(fā)明的目的是提供具有高抗沖擊性的耐 火混凝土(通常稱作“耐火高性能混凝土” )，所述耐火混凝土能夠防止建筑物在火災事件 中散裂，同時在制造上又經(jīng)濟可行，其中，較低熔點的纖維最先在混凝土中熔化以形成水汽 的排出通道，較高熔點的其它纖維因火災進展過程中溫度的升高而熔化，從而形成殘留水 汽的另外的排出通道，由此即使向混凝土中加入少量纖維時也能表現(xiàn)出優(yōu)異的防散裂效果。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了包含有機纖維和水泥、沙子、礫石、水和混合材的 耐火高性能混凝土，其中，所述有機纖維包含高熔點纖維和低熔點纖維，所述低熔點纖維的 橫截面積和體積分數(shù)分別為所述高熔點纖維的ι 144倍和0. 5 576倍。根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式，低熔點纖維可以是聚丙烯纖維，高熔點纖維可以 是尼龍纖維。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施方式，聚丙烯纖維可具有20 μ m 60 μ m的直徑和 IOmm 20_的長度，尼龍纖維可以具有5 μ m 20 μ m的直徑和5_ 20_的長度。根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實施方式，相對于耐火混凝土的總體積，所用有機纖維的量可以為0. 03體積％ 0. 2體積％。根據(jù)本發(fā)明的再一實施方式，聚丙烯纖維與尼龍纖維的相對體積比可以為 1 9 9 1。如上所述，本發(fā)明的耐火高性能混凝土的特征在于，在火災事件中，較低熔點的纖 維首先在混凝土中熔化以形成水汽的排出通道，然后，較高熔點的纖維在火災進展過程中 在混凝土中熔化，從而形成殘留水汽的另外的排出通道。因此，即使向混凝土中加入少量纖 維時，本發(fā)明的混凝土也能表現(xiàn)出優(yōu)異的防散裂效果，由此獲得材料成本降低的經(jīng)濟優(yōu)勢。 此外，還可以確保最終的混凝土產(chǎn)品的流動性，從而改善其操作性。


通過與附圖一同提供的以下詳細描述，將更明確地理解本發(fā)明的上述及其它目的、特征和其它優(yōu)點，附圖中圖1是說明使用本發(fā)明的耐火高性能混凝土制造的柱體的截面圖；圖2顯示的是根據(jù)KS F 2257-1的標準加熱曲線；圖3顯示的是本發(fā)明的實施例1中制備的耐火高性能混凝土的溫度時間曲線；圖4顯示的是本發(fā)明的實施例2中制備的另一耐火高性能混凝土的溫度時間曲 線.
一入 ，圖5是實施例1中制造的耐火高性能混凝土結構體的前、后、左、右側的照片，所述 照片在耐火實驗之后拍攝；和圖6是實施例2中制造的另一耐火高性能混凝土結構體的前、后、左、右側的照片， 所述照片在耐火實驗之后拍攝。
具體實施例方式
接下來將詳細描述本發(fā)明。當高層建筑物發(fā)生火災時，由于主要用于建筑物的混凝土具有致密的內(nèi)部構造， 因此難以釋放建筑物內(nèi)部產(chǎn)生的水汽。在此情況下，當混凝土內(nèi)部構造中捕集的水汽的壓 力超出恒定的上限時，混凝土將發(fā)生爆炸性破碎和散射。為解決以上問題，存在下述方法，其中，存在于混凝土中的水汽經(jīng)由通過熔化特定 有機纖維形成的較大通道而迅速輸出，并且捕集于混凝土的精細構造中的殘留水汽繼而經(jīng) 由通過熔化另外的特定有機纖維形成的較小通道而完全排出，由此有效地防止了火災事件 中混凝土的散裂。本發(fā)明的耐火高性能混凝土包含有機纖維和水泥、沙子、礫石、水和混合材，其中， 所述有機纖維由較高熔點的纖維和較低熔點的纖維構成，并且所述低熔點纖維的橫截面積 和體積分數(shù)分別為所述高熔點纖維的1 144倍和0. 5 576倍。此處，混合材是指用于建筑高層建筑物的環(huán)境友好材料，其包括例如粉煤灰、高爐 礦渣粉和硅粉等。有機纖維包含較高熔點的纖維和較低熔點的纖維。當建筑物中發(fā)生火災時，建筑 物的混凝土的內(nèi)部溫度升高，首先熔化低熔點纖維并產(chǎn)生空隙，水汽通過所述空隙排放。在火災進展過程中，混凝土的內(nèi)部溫度繼續(xù)升高，繼而熔化高熔點纖維，從而形成通道，混凝土精細構造中所捕集的殘留水汽通過該通道而排出。所述低熔點纖維可以是密度為0. 91g/cm2、熔點為160°C并且拉伸強度為560Mpa 的聚丙烯纖維。同樣，所述高熔點纖維可以是密度為1. 15g/cm2、熔點為220°C并且拉伸強度為 918Mpa的尼龍纖維。 關于這一點，聚丙烯纖維的橫截面積為尼龍纖維的1 144倍，另外，聚丙烯纖維 的體積分數(shù)為尼龍纖維0. 5 576倍。如果所述橫截面積或體積分數(shù)低于下限，則在使用 高性能混凝土建造的高層建筑物發(fā)生火災并且混凝土內(nèi)部溫度升高時，混凝土中所含的低 熔點纖維可能不會熔化，并可能導致難以形成可平穩(wěn)輸送水汽的通道。另一方面，如果所述 橫截面積或體積分數(shù)超出上限，則會遇到諸如流動性降低所造成的品質(zhì)劣化、壓力泵阻塞 所造成的建造延誤等一些問題，盡管一旦發(fā)生火災，混凝土的內(nèi)部溫度升高從而熔化低熔 點纖維時水汽可以成功地通過通道輸送。結果，可能會導致建造高層建筑物方面的困難。聚丙烯纖維可以具有20 μ m 60 μ m的直徑和IOmm 20mm的長度。類似的是， 尼龍纖維可以具有5 μ m 20 μ m的直徑和5mm 20mm的長度。如果聚丙烯纖維和尼龍纖 維的直徑或長度均低于下限，則在使用高性能混凝土建筑的高層建筑物發(fā)生火災并且混凝 土內(nèi)部溫度升高時，混凝土中所含的低熔點纖維可能不會熔化，并可能導致難以形成可平 穩(wěn)輸送水汽的通道。另一方面，如果所述橫截面積或體積分數(shù)超出上限，則會遇到諸如流動 性降低所造成的品質(zhì)劣化、壓力泵阻塞所造成的建造延誤等一些問題，盡管一旦發(fā)生火災， 混凝土的內(nèi)部溫度升高從而熔化低熔點纖維時水汽可以成功地通過通道輸送。結果，可能 會導致建造高層建筑物方面的困難。此外，相對于本發(fā)明的耐火高性能混凝土的總體積，有機纖維的量可以為0. 03體 積％ 0.2體積％。如果有機纖維的量低于0.03體積％，則防散裂效果可能極小。另一方 面，當有機纖維的量超出0. 2體積％時，會導致如上所述的建造方面的困難。另外，混凝土中所使用的聚丙烯纖維與尼龍纖維的相對體積比可以為1 9 9 1。如果相對體積比小于1 9，則原材料成本會增加。另一方面，如果相對體積比大于 9 1，則向混凝土中加入尼龍纖維的效果可能極小，從而需要提高為確保理想的混凝土耐 火性所需的復合纖維的含量。下面將參考以下實施例和實驗例對本發(fā)明的建筑功能和優(yōu)點提供詳細描述。實施例1將448kg/m3 水泥、128kg/m3 粉煤灰、64kg/m3 硅粉、128kg/m3 高爐礦渣粉、660kg/m3 沙子和810kg/m3礫石制為混凝土混合物。向上述制備的混凝土混合物中添加作為低熔點 纖維的密度為0. 91g/cm2、熔點為160°C、拉伸強度為560Mpa的聚丙烯纖維和作為高熔點纖 維的密度為1. 15g/cm2、熔點為220°C、拉伸強度為918Mpa的尼龍纖維，其中聚丙烯纖維的 橫截面積和體積分數(shù)分別為尼龍纖維的11倍和21倍，相對于最終產(chǎn)品(即，耐火高性能混 凝土)的總體積，添加量為0.05體積％。結果，獲得了本發(fā)明的耐火高性能混凝土。實施例2以與實施例1中所述的相同程序獲得本發(fā)明的另一耐火高性能混凝土，不同之處 在于，相對于耐火高性能混凝土的總體積，聚丙烯纖維和尼龍纖維的總量為0. 075體積％。實驗例
MLTM(The Ministry of Land, Transport andMaritime Affairs)發(fā)布的“高強度混凝土柱和梁的耐火性管理標準”(Standards for management of fire resistance of high strength concretecolumn and beam),制備如圖 1 所不的 其中具有熱電偶的耐火高性能混凝土結構體。基于根據(jù)KS F 2257-1的標準加熱曲線(參 見圖2)加熱該混凝土結構體。實施例1中制備的耐火高性能混凝土的溫度時間曲線如圖3所示。S卩，圖3說明 了本發(fā)明的耐火高性能混凝土的溫度時間曲線。該曲線繪制在538°C (該溫度為耐火性鑒 定標準的平均溫度)曲線的下方。根據(jù)該結果，可以預料在發(fā)生火災時混凝土的散裂可以 得到有效防止。另外，圖4說明了實施例2中制備的耐火高性能混凝土的另一溫度時間曲線。與 上述實施例1相同，從結果可以看出，使用實施例2中的混凝土可以防止發(fā)生火災時混凝土 的散裂。此外，圖5和6各自分別顯示了實施例1和2中制造的耐火高性能混凝土結構體 的前、后、左和右側的照片，這些照片是在耐火性實驗之后拍攝的。從結果可以看出，這兩個 混凝土結構體均顯示出良好的外觀。因此，很容易預料到，這些混凝土結構體表現(xiàn)出了優(yōu)異 的防散裂效果。下表1是本發(fā)明的實施例1和2中制備的耐火高性能混凝土的測試報告，所述測 試報告由韓國建筑技術研究院(Korea Institute of ConstructionTechnology, KICT)提 供。根據(jù)該測試報告，可以知道本發(fā)明的耐火高性能混凝土具有優(yōu)異的耐熱性。雖然出于說明的目的而公開了本發(fā)明的示例性實施方式，但是本領域技術人員知 道，可以進行各種修改、添加和取代，而不背離所附權利要求中公開的本發(fā)明的范圍和要
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曰°表 1韓國建筑技術研究院 2311 Daehwa-Dong, Ilsan-Gu, Goyang-Si, Gyeonggi-Do 電話031-9100-737 傳真031-9100-729測試報告編號200807169-1-1 頁數(shù)1/總15測試報告
1.請求人
*名稱韓國斗山建設株式會社(DOOSAN Engineering & Construction Co., Ltd.)/REXCON Co., Ltd. *地址首爾特別市江南區(qū)論峴洞 105-7 (DOOSAN Bldg., 105-7 Nonhyun-Dong, Kangnam-Gu, Seoul) 17126 Bangbae-Dong, Kangnam-Gu, Seoul
*請求日期2008年7月22日(接收編號200807169)_
2.測試報告的用途根據(jù)國土海洋部(MLMT)的公告鑒定耐火性能
3.測試項目(或樣品名稱)用于測試耐火性能的60Mpa柱試樣(PP纖維+NY纖維含量(0.05 體積％))__
4.測試日期2008年8月21日
5.測試程序MLTM公告第 2008-334 號 “Standards for management of fire-resistance of high strength concrete"(高強度混凝土的耐火性管理標準)(2008年7月21日)，KS F 2257-1:2005 "Fire-resistance test procedures of building construction elements 一 General requirements"(建筑物建
造成分的耐火性測試程序——通用要求)_
6.測試環(huán)境
*溫度:(31 33)°C *相對濕度(34 32)%RH
M立置當?shù)啬突鹦詫嶒炇襙
7.測試結果‘
項目性能標準測試結果耐火性溫度時間 (分鐘)試樣③絕熱鋼筋的平均溫度，538°C以下399 °C1803小時鋼筋的平均溫度，649°C以卜489 "C180試樣 絕熱鋼筋的平均溫度，538°C以下412°C1803小時鋼筋的平均溫度，649°C以下531°C180
8.測試結果總結
本測試報告支持測試項目滿足根據(jù)MLTM第2008-334號公告(2008年7月21日)第4款的3小 時的耐火持續(xù)時間。_
9.測試報告有效期自測試報告發(fā)布日起3年內(nèi)一 鑒定者Ki-soo, CHUN 技術主任In-hwan,YEO
2009年9月18日 韓國建筑技術研究院 院長，章
*除以上第2條所述的用途之外，本測試報告禁止用于其它用途。 *上述測試結果獲自請求人所提交的樣品，這些樣品不應是所有產(chǎn)品的質(zhì)量保證。 <F-QP-05-ll-l/2> 200807169 KICT
權利要求
一種具有高抗沖擊性的耐火混凝土，所述混凝土包含有機纖維和水泥、沙子、礫石、水和混合材，其中，所述有機纖維包含高熔點纖維和低熔點纖維，并且所述低熔點纖維的橫截面積和體積分數(shù)分別為所述高熔點纖維的1～144倍和0.5～576倍，并且其中，所述低熔點纖維是聚丙烯纖維，而所述高熔點纖維是尼龍纖維，并且所述聚丙烯纖維與所述尼龍纖維的相對體積比為1∶9～9∶1。
2.如權利要求1所述的混凝土，其中，所述聚丙烯纖維具有20μ m 60 μ m的直徑和 IOmm 20mm的長度，而所述尼龍纖維具有5 μ m 20 μ m的直徑和5mm 20mm的長度。
3.如權利要求1所述的混凝土，其中，相對于所述混凝土的總體積，所述有機纖維的量 為0. 03體積％ 0. 2體積%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有高抗沖擊性的耐火混凝土。該混凝土是一種耐火高性能混凝土，并包含有機纖維和水泥、沙子、礫石、水和混合材，其中，所述有機纖維由較高熔點的纖維和較低熔點的纖維構成，并且所述低熔點纖維的橫截面積和體積分數(shù)分別為所述高熔點纖維的1～440倍和0.5～576倍。因此，當爆發(fā)火災時，低熔點纖維首先在混凝土中熔化以形成水汽的排出通道，高熔點纖維稍后因火災進展過程中溫度的升高而熔化，從而形成殘留水汽的另外的排出通道，由此即使在向混凝土中加入少量纖維的情況下，該混凝土也能表現(xiàn)出優(yōu)異的防散裂效果。
文檔編號C04B28/00GK101817661SQ20091026598
公開日2010年9月1日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權日2009年2月27日
發(fā)明者宋庸源, 李成淵, 李普珩, 梁成煥, 池碩洹, 裵長春, 許榮善, 金性云, 金正吉, 金虎林, 韓千求, 韓敏喆, 韓昌平 申請人:(株)大宇建設;清州大學校產(chǎn)學協(xié)力團;斗山建設株式會社;株式會社好大林建筑士事務所