耐熱（耐火）混凝土在工程中的應(yīng)用

本文主要介紹了耐熱（耐火）混凝土在平爐基礎(chǔ)混凝土中的成功應(yīng)用，采用耐熱（耐火）混凝土有效防止了混凝土在高溫烘烤下裂縫的形成。一

工程概況

新都新力制造有限公司平爐基礎(chǔ)長25m、寬15m、厚度1.4～1.8m，泵送混凝土工程量600m3，強度等級為C30，要求入泵坍落度170～190mm。工程要求混凝土在滿足28d強度的前提下具有良好的工作性能，能夠滿足混凝土在高溫烘烤（300℃以上）下不產(chǎn)生有害裂縫的要求，提高混凝土耐久性。二

技術(shù)特點

耐熱混凝土是一種能長期承受高溫作用（200℃以上），并在高溫作用下保持所需的物理力學(xué)性能的特種混凝土。而代替耐火磚用于工業(yè)窯爐內(nèi)襯的耐熱混凝土也稱耐火混凝土。

耐熱混凝土已廣泛地用于冶金、化工、石油、輕工和建材等工業(yè)的熱工設(shè)備和長期受高溫作用的構(gòu)筑物。耐熱混凝土在原材料的選擇方面比較復(fù)雜，本工程采用硅酸鹽耐熱混凝土，硅酸鹽耐熱混凝土所用的材料主要有硅酸鹽水泥、耐熱骨料、摻合料以及外加劑等。

2.1原材料要求

（1）硅酸鹽水泥

可用礦渣硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥作為膠結(jié)材料。一般應(yīng)優(yōu)先選用礦渣硅酸鹽水泥，并且礦渣摻量不得大于50%。如選用普通硅酸鹽水泥，水泥中所摻的混合材料不得含有石灰石等易在高溫下分解和軟化或熔點較低的材料。

此外，因為水泥的耐熱性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于耐熱骨料及耐熱粉料，在保證耐熱混凝土設(shè)計強度的情況下，應(yīng)盡可能減少水泥用量，為此，要求水泥的強度等級不得低于32.5MPa。

用上述兩種水泥配制的耐熱混凝土最高使用溫度可以達(dá)到700～800℃。其耐熱機理是：硅酸鹽水泥熟料中的C3S和C2S的水化產(chǎn)物Ca(OH)2在高溫下脫水，生成CaO與礦渣及摻合料中的SiO2和Al2O3又反應(yīng)生成具有較強耐熱性的無水硅酸鹽和無水鋁酸鈣，使混凝土具有一定的耐熱性。

（2）耐熱骨料

普通混凝土耐熱性能不好的主要原因是一些水泥的水化產(chǎn)物為Ca(OH)2，水化鋁酸鹽在高溫下脫水，使水泥石結(jié)構(gòu)破壞而導(dǎo)致混凝土碎裂；另一原因是常用的一些骨料，如：石灰石、石英砂在高溫下發(fā)生較大體積變形，還有一些骨料在高溫下發(fā)生分解，從而導(dǎo)致普通混凝土結(jié)構(gòu)的破壞，強度偏低。因此，骨料是配制耐熱混凝土一個很關(guān)鍵的因素。

常用的耐熱粗骨料有碎黏土磚、碎紅磚、碎高溫耐火磚等；細(xì)骨料有碎黏土磚、黏土磚、碎高溫耐火磚、含Al2O3較高的粉煤灰等。

（3）摻合料

摻合料的作用主要有兩個：一是可以增加混凝土的密實性，減少在高溫狀態(tài)下混凝土的變形；二是在用普通硅酸鹽水泥時，摻合料中的SiO2和Al2O3與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2的脫水產(chǎn)物CaO反應(yīng)形成耐熱性好的無水硅酸鹽和無水鋁酸鈣，同時避免了Ca(OH)2脫水引起的體積變化。所以，摻合料應(yīng)選用熔點高、高溫下不變形且含有一定數(shù)量Al2O3的材料。

（4）外加劑

硅酸鹽水泥耐熱混凝土配制時，可摻加減水劑以降低W/C，減少混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔隙率。減水劑宜采用非引氣性。三

混凝土配合比設(shè)計3.1原材料選擇

（1）水泥。選用四川亞東水泥廠生產(chǎn)的洋房牌P·O42.5R等級水泥，技術(shù)指標(biāo)見表1。表1

水泥技術(shù)指標(biāo)細(xì)度（%）初凝時間終凝時間抗折強度（MPa）抗壓強度（MPa）3d28d3d28d1.22h14min4h35min6.18.732.851.3

（2）細(xì)骨料。選用彭州一點砂廠通按要求破碎黏土磚，技術(shù)指標(biāo)見表2。表2

細(xì)骨料技術(shù)指標(biāo)種類細(xì)度模數(shù)顆粒級配表觀密度（kg/m3）泥塊含量（%）含泥量（%）黏土磚2.8Ⅱ區(qū)23800.82.7

（3）粗骨料。選用彭州一點砂廠通按要求破碎黏土磚，技術(shù)指標(biāo)見表3。表3

粗骨料技術(shù)指標(biāo)公稱粒徑（mm）顆粒級配表觀密度（kg/m3）壓碎指標(biāo)（%）針片狀含量（%）含泥量（%）5~25連續(xù)238038.73.21.1

（4）粉煤灰。選用成都博磊生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰，技術(shù)指標(biāo)見表4。表4

粉煤灰技術(shù)指標(biāo)細(xì)度（%）需水量比（%）燒失量（%）AI2O3（%）SO3（%）10.4962.23851.48

（5）減水劑。選用四川吉龍產(chǎn)FDN-20減水劑。

3.2配合比設(shè)計及試驗

該品種耐熱混凝土的配合比設(shè)計用計算方法比較繁瑣，一般常采用經(jīng)驗配合比為初始配合比，再通過試配調(diào)整，得到適用的配合比。采用質(zhì)量法設(shè)計試驗方案。

配合比的設(shè)計強度等級為C30，設(shè)計坍落度為180～200mm，假定混凝土容重2000kg/m3，膠凝材料的總量為650kg，粉煤灰

的摻量為膠凝材料的30%、35%，外加劑的摻量為膠凝材料的3.5%，水膠比分別為：0.48、0.50、0.52，砂率為46%，進(jìn)行混凝土試配試驗。配合比如表5，試驗結(jié)果如表6。表5

試驗混凝土配合比配合比編號水膠比W/B水(kg/m3)水泥(kg/m3)粉煤灰(kg/m3)粗骨料(kg/m3)粗骨料(kg/m3)減水劑(kg/m3)SYL-09010.4832545519545155122.75SYL-09020.5033245519544854722.75SYL-09030.5233845519544554422.75SYL-09040.4832542322745155122.75SYL-09050.5033242322744854722.75SYL09060.5233842322744554422.75表6

試驗結(jié)果配合比編號坍落度(mm)強度(MPa)28d400℃烘烤10h7d28dSYL-090118527.840.5未變形、未開裂SYL-090220027.441.1未變形、未開裂SYL-090321025.036.3未變形、未開裂SYL-090417024.232.1未變形、未開裂SYL-090517525.035.5未變形、未開裂SYL090618522.731.3未變形、未開裂3.3試驗數(shù)據(jù)分析

上述6組試驗中，2#配合比既能滿足設(shè)計要求的耐熱、強度和坍落度，又相對經(jīng)濟，因此，我們對2#配合比進(jìn)行了進(jìn)一步復(fù)核，詳見表7。表7

配合比復(fù)核情況配合比編號實測容重(kg/m3)坍落度(mm)凝結(jié)時間強度(MPa)28d400℃烘烤10h初凝終凝7d28dSYL-0902198020011h25min19h48min28.542.2未變形、未開裂3.4生產(chǎn)配合比的確定

新都新力制造有限公司改造工程甲方代表、承建方代表對配合比進(jìn)行了復(fù)核試驗和微調(diào)，配合比材料用量及復(fù)核試驗結(jié)果見表8。表8

復(fù)核配合比材料用量及試驗結(jié)果配合比材料用量（kg/m3）試驗結(jié)果水水泥粉煤灰粗骨料粗骨料減水劑坍落度（mm）抗壓強度(MPa)28d400℃10h7d28d33045020344854722.7519528.142.7未變形、未開裂四

實際生產(chǎn)應(yīng)用情況

由于耐熱（耐火）混凝土所用骨料采用黏土磚（黏土磚的吸水率較高），水泥含量相對較多，為保證大體積混凝土質(zhì)量，我們在生產(chǎn)過程中采取了以下技術(shù)措施：4.1過程質(zhì)量控制

（1）混凝土攪拌時的投料采用水泥裹砂、石二次投料法；

（2）攪拌時間延長20～30s，保證攪拌均勻；

（3）試驗室技術(shù)人員對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，確保混凝土和易性和坍落度滿足施工要求。

4.2混凝土養(yǎng)護(hù)

為確保工程質(zhì)量，在混凝土剛澆注完畢后立即采用塑料薄膜覆蓋，待混凝土硬化后采用澆水養(yǎng)護(hù)20d。

通過采用紅磚粉和采取以上質(zhì)量控制措施，保證了新都新力制造有限公司改造工程平爐基礎(chǔ)混凝土的質(zhì)量，依據(jù)GB14902-2003《預(yù)拌混凝土》標(biāo)準(zhǔn)，我們在生產(chǎn)過程中以每100m3作為一個取樣批，共抽檢7組試件檢測混凝土抗壓強度，標(biāo)養(yǎng)28d測得強度最小值為36.1MPa，強度平均值為38.4MPa，混凝土和易性良好，泵送順利。蓄水養(yǎng)護(hù)結(jié)束使用設(shè)備一個月后對該設(shè)備基礎(chǔ)混凝土進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)有害裂縫。五

結(jié)束語

通過采用黏土磚作為骨料配制耐熱（耐火）混凝土，改善了混凝土遇熱開裂的弱點，提高了混凝土質(zhì)量。

（1）由于黏土磚的吸水率比較高（達(dá)到40%左右），用水量較大，水泥含量較高。在進(jìn)行配合比設(shè)計時，可采用一部分粉煤灰來降低水泥用量（粉煤灰的最佳摻量為25%~45%，如耐熱溫度較高，粉煤灰摻量可增