包頭東河區(qū)鋁廠的電解車(chē)間地面的混凝土，由于使用年限較長(zhǎng)，表面很多地方發(fā)生骨料剝離的情況，為了改善混凝土的耐熱性，鋁廠相關(guān)負(fù)責(zé)人決定重新澆筑耐熱混凝土。該車(chē)間地面溫度局部可達(dá)300℃左右,企業(yè)要求混凝土的耐久性能要滿(mǎn)足日常生產(chǎn)的使用，利用耐火磚代替石子的混凝土在耐熱混凝土工程中應(yīng)用不太廣泛，而根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，摻入礦渣粉能提高硬化混凝土的力學(xué)性能和耐久性，但是本工程耐火磚在目前能不能抵抗車(chē)間的耐熱問(wèn)題，成為主要研究?jī)?nèi)容。本次試驗(yàn)就是針對(duì)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的耐火磚和礦渣粉摻入到混凝土中，而進(jìn)行的耐熱混凝土的性能的實(shí)驗(yàn)。

試驗(yàn)用原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料的選擇

耐熱混凝土是一種能長(zhǎng)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(chēng)為耐火混凝土。本試驗(yàn)用水泥采用鋁酸鹽水泥，原因是該水泥的化學(xué)成分中含有較多的Al?O?，在1000℃左右發(fā)生燒結(jié)產(chǎn)生陶瓷結(jié)合后，具有更高的燒結(jié)強(qiáng)度和耐火度。

普通混凝土耐熱性不好的主要原因是一些水泥的水化產(chǎn)物為Ca(OH)?,水化鋁酸鈣在高溫下脫水，使水泥石結(jié)構(gòu)破壞而導(dǎo)致混凝土碎裂;另一個(gè)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(qiáng)度降低。因此,骨料是配制耐熱混凝土一個(gè)很關(guān)鍵的因素，耐熱骨料是配制耐熱混凝土一很關(guān)鍵的因素。

摻合料的作用主要有兩個(gè):一是可增加混凝土的密實(shí)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(shí)，摻合料中的Al?O?和SiO?與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)?的脫水產(chǎn)物CaO反應(yīng)形成耐熱性好的無(wú)水硅酸鈣和無(wú)水鋁酸鈣，同時(shí)避免了Ca(OH)?脫水引起的體積變化。所以，摻合料應(yīng)選用熔點(diǎn)高、高溫下不變形且含有一定數(shù)量Al?O?的材料。

在配制耐熱混凝土?xí)r，可摻加減水劑以降低水灰比，以此減少混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空隙率，減水劑用非引氣性。

1.2試驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)參考YB/T4252—2011《耐熱混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》。

試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 本試驗(yàn)?zāi)蜔峄炷粮艣r

工程中所用的普通混凝土不耐高溫，故不能在高溫環(huán)境中使用。其不耐高溫的原因是:水泥石中的氫氧化鈣及石灰?guī)r質(zhì)的粗骨料在高溫下均要產(chǎn)生分解，石英砂在高溫下要發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變而體積膨脹,加之水泥石與骨料的熱膨脹系數(shù)不同。所有這些,均將導(dǎo)致普通混凝土在高溫下產(chǎn)生裂縫，強(qiáng)度嚴(yán)重下降，甚至破壞。本研究中涉及到的混凝土的耐熱機(jī)理是:水泥熟料中的硅酸三鈣和硅酸二鈣的水化產(chǎn)物在高溫的作用下脫水，生成的氧化鈣與礦渣中的二氧化硅和三氧化二鋁又反應(yīng)生成具有較強(qiáng)耐熱性的無(wú)水硅酸鹽和無(wú)水鋁酸鈣，從而使混凝土具有較好耐熱性。為了更好的提高混凝土的和易性，混凝土中加人礦渣粉。

本次施工的混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30,用量約800m3,施工要求坍落度為170?190mm。工程要求混凝土具有良好的施工工作性能，并且能夠滿(mǎn)足混凝土在高溫烘烤(300℃以上)下有足夠的抗壓強(qiáng)度和耐久性，以及在外荷載作用下不產(chǎn)生有害裂縫的要求。

（1）混凝土的配合比

本次試驗(yàn)的耐熱混凝土的配合比設(shè)計(jì)采用經(jīng)驗(yàn)配合比為初始配合比，再通過(guò)試配得到可用于工程上的配合比?；炷僚浜媳鹊脑O(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30,設(shè)計(jì)坍落度為170?190mm，可以先假定混凝土容重1900kg/m³,膠凝材料的總量為:560kg，礦渣粉的摻量為膠凝材料的20%、30%、40%，外加劑的摻量為膠凝材料的1.2%，砂率采用45%。

（2）混凝土的耐熱試驗(yàn)及分析結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)采用的方法是每個(gè)配合比成型四組試塊，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d，在110℃烘干24h，分別放在高溫爐子中，在300℃、500℃、700℃的溫度下恒溫灼燒3h，然后冷卻,測(cè)量燒后的抗壓強(qiáng)度，并以此作為某個(gè)配合比下的某級(jí)溫度下的燒后強(qiáng)度值。

評(píng)價(jià)耐火材料的耐火性能的技術(shù)指標(biāo)中最直觀的就是耐火之后的抗壓強(qiáng)度，檢驗(yàn)燒后的抗壓強(qiáng)度,可以從宏觀上分析出混凝土在高溫作用下的組織變化，以及能夠承受的壓力，由上述試驗(yàn)結(jié)果得知:不同摻量的混凝土在300℃的灼燒后抗壓強(qiáng)度均大于28d烘干強(qiáng)度，原因是混凝土在300℃時(shí)，混凝土內(nèi)部的游離水大量被烘出，在混凝土內(nèi)部形成了蒸汽養(yǎng)護(hù)條件,水泥水化進(jìn)一步加快，主要產(chǎn)物C-S-H凝膠也開(kāi)始脫水,C-S-H凝膠逐漸致密;隨著溫度的升高C-S-H凝膠開(kāi)始脫水，強(qiáng)度降低。用耐火磚配置的混凝土中摻入20%的礦渣粉其耐火性能較好,這個(gè)混凝土中C-S-H凝膠的生成量相對(duì)較多，且比基準(zhǔn)配合比的混凝土致密，但是從表中也可得出每種配合比下的混凝土強(qiáng)度在700℃灼燒后降低都比較明顯。

本次試驗(yàn)的耐火混凝土可以在700?900℃的溫度下工作并保持其物理力學(xué)性能，它與耐熱混凝土有許多共同之處，在一些資料中甚至不將二者加以區(qū)分。它與耐熱混凝土的區(qū)別主要在于它往往直接暴露于高溫火焰中，工作溫度亦更高，且較少反復(fù)加熱冷卻情況。耐火混凝土廣泛運(yùn)用于冶金、石油、化工及核電等工業(yè)窯爐中，它比耐火磚生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，施工效率高，成本低，易于滿(mǎn)足異形部位施工與維修，其壽命較耐火磚可提高很多。

結(jié)  論

(1)通過(guò)用磨細(xì)礦渣粉和高效減水劑來(lái)降低水膠比，并以耐火磚為骨料配制300?500℃的耐熱混凝土是可行的，但是礦渣粉應(yīng)該使用活性較好的，降低了水泥的用量節(jié)約成本。

(2)隨著礦渣粉的摻入混凝土達(dá)到了比較好的流動(dòng)性，流動(dòng)度在礦渣粉的摻量為30%時(shí)較大，而且混凝土中水膠比也隨著礦渣粉摻量的增加而減少，與此同時(shí)混凝土的28d抗壓強(qiáng)度也達(dá)到了最大值，但是隨著礦渣粉摻入量的增加強(qiáng)度有下降的趨勢(shì)。

(3)不同摻量的混凝土在300℃的灼燒后抗壓強(qiáng)度均大于28d烘干強(qiáng)度，并且隨著溫度的升高，抗壓強(qiáng)度降低。經(jīng)過(guò)高溫灼燒的混凝土，從抗壓強(qiáng)度的差值可以看出,礦渣粉摻量為30%的混凝土的前后壓強(qiáng)差較小,表明耐熱性能力較強(qiáng)，而且其和易性與工作性能都好，既方便施工又可以節(jié)約成本。

(4)本研究的另外亮點(diǎn)是可以用耐火磚代替碎石用作混凝土粗骨料,這樣既保證了混凝土的強(qiáng)度要求，有更好的提高了混凝土中骨料的耐熱性能。