耐熱混凝土是指能長時間承受200-1300℃溫度作用，并能在高溫下保持所需要的物理力學性能的特種混凝土。它與耐火磚相比，工藝簡單、易于成型施工、原材料來源廣泛、結構整體性好、熱穩(wěn)定性好、投資少等優(yōu)點，常用于工業(yè)窯爐基礎、高爐外殼及煙囪等；隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，其應用范圍越來越廣，同時對其性能、質量要求也越來越高，根據影響耐熱混凝土因素，對原材料的選擇、配合比的確定、生產施工、養(yǎng)護等工序進行必要的質量控制。

　　1  混凝土的受熱機理

　　1.1 普通混凝土的受熱機理

　　普通混凝土由水泥石、骨料(石英質、碳酸鹽質)、未水化的水泥顆粒和孔隙組成，在高溫下，由于混凝土各組分的物理化學變化、熱膨脹不協(xié)調、熱梯度的存在等許多因素共同作用的結果，使混凝土體積變形，嚴重時可導致混凝土開裂，影響整體結構。

　?、潘嗨a物受熱作用機理

　　當溫度在200-300℃時，水泥水化產物水化硅酸鈣膠體開始脫水使組織硬化；300℃以上脫水加劇，將使水泥石發(fā)生體積收縮，開始出現(xiàn)裂縫，強度下降；575℃時，Ca(OH)₂開始脫水使水泥石組織破壞；當溫度在500℃和800℃時，混凝土強度分別約為原來強度的70%和30%，混凝土開始坍塌；850℃時混凝土中的水（游離水、結晶水、化合水）脫水基本結束，強度幾乎喪失。

　?、扑嗍c骨料受熱作用機理

　　當溫度達到300℃時混凝土中的骨料發(fā)生體積膨脹，隨著溫度的升高，骨料的膨脹和水泥石的收縮加劇，這兩種相反作用同時進行的結果，使混凝土內部的裂紋逐漸增多，導致包裹著骨料的水泥石骨架破裂成塊狀；當溫度高于500℃時，石英質骨料發(fā)生晶形轉變，體積可膨脹為原來的1.3-1.5倍，加速了水泥石裂縫的擴展并連同起來，形成大裂縫，導致混凝土開裂；當溫度高于800℃時，碳酸鹽質骨料發(fā)生分解，這些都是直接導致混凝土開裂的直接原因。

　　1.2耐熱混凝土的受熱性能

　　耐熱混凝土要求在高溫下既要體積變形小、又不會發(fā)生化學分解，熱穩(wěn)定性好，并且在常溫和高溫下均能保持較穩(wěn)定的強度。

　　影響耐熱混凝土的耐熱性因素主要有骨料、混凝土的孔隙率、膠凝材料、各組分的耐熱性能等。在生產施工時，其配合比不但應滿足混凝土的強度和耐熱性能的要求，同時還應滿足施工所需的和易性要求；材料本身的性質是決定耐熱混凝土高溫性能的主要因素，但水泥用量、水灰比、骨料量及級配、化學外加劑、摻合料（礦物外加劑）的選擇及用量、施工養(yǎng)護、混凝土密實等對改善耐熱混凝土高溫性能也有很大的作用。

　　2 原材料的了解和選擇

　　原材料的性質是決定耐熱混凝土高溫性能的首要因素，耐熱混凝土由膠結料、骨料、摻合料和混凝土化學外加劑組成。

　　2.1膠結料

　　當膠結料用量超過一定范圍時，隨著膠結料的增加，混凝土的荷重軟化溫度降低、高溫強度降低程度大、耐火性能降低、殘余變量增大；當膠結料用量過少時，骨料之間不能很好地結合在一起，致使耐熱混凝土空隙率增大、密實性降低、和易性不好、強度降低；所以為了滿足耐熱混凝土的耐熱性能，在滿足強度和和易性的前提下，盡量減少膠結料用量，同時根據耐熱混凝土使用時可能承受的最高溫度正確選擇膠結料。

　　常用的膠結料有硅酸鹽質、鋁酸鹽質、硫酸鹽質、磷酸鹽質等。

　　⑴硅酸鹽膠結料

　　以硅酸鹽系列水泥作耐熱混凝土膠結料；根據水泥的性能，一般采用礦渣硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或水玻璃作耐熱混凝土的膠結料（不包括用石灰石粉作混合材的水泥），其最高使用環(huán)境溫度可達到700-800℃.

　?、其X酸鹽膠結料

　　一般采用高鋁水泥和純鋁酸鈣水泥（不包括用石灰石粉作混合材的水泥），其使用環(huán)境溫度可達到1200-1600℃.

　?、堑\土膠結料

　　用礬土膠結料即礬土水泥配制的耐火混凝土，其使用最高耐火度可達1730℃.

　?、攘蛩猁}結合劑

　　硫酸鹽做為耐火混凝土結合劑，首先是硫酸鹽水解成堿式鋁鹽AI(SO₄)₃（OH）₂，然后生成AI（OH）₂，最后逐漸形成氫氧化鋁膠體而凝結硬化，硫酸鋁結合的耐火混凝土強度在常溫增長很慢，當溫度大于700℃時，氫氧化鋁膠體大量生成并迅速形成致密的結構，強度隨溫度的提高而提高；其環(huán)境溫度在高于700℃時，方可使用。

　?、闪姿猁}結合劑

　　磷酸鹽結合劑本身在常溫下不具有膠結性，而是在加熱到一定的溫度時，一些磷酸鹽發(fā)生分解-聚合反應，在聚合反應時，新化合物形成和聚合具有很強粘附作用，將骨料粘結在一起形成“混凝土”而獲得強度。磷酸鹽作為配制耐熱混凝土的結合劑，其最高使用環(huán)境溫度可達到1600-1700℃。[Page]

　　2.2骨料

　　骨料用量約占耐熱混凝土材料總用量的80%左右，是影響耐熱混凝土的關鍵因素，所以只有選擇熱穩(wěn)定性良好的骨料才能配制出達到質量要求的耐熱混凝土，同時改善、優(yōu)化骨料的級配對提高混凝土的和易性、密實度和熱穩(wěn)定性也十分有效；所以在選擇骨料時，必須注意骨料的類別和耐火度，使其與設計要求、膠凝材料相適應，同時還應考慮骨料的用量、粒徑、級配以及細骨料的比例（砂率）等。

　　骨料的用量過少，致使膠結料用量較大，造成混凝土的荷重軟化溫度降低、耐火性能降低、殘余變量增大；骨料的用量過大，膠結料用量相對較少，致使混凝土拌合物和易性變差，難以成型，造成混凝土密實性不能保證、空隙率增大、高溫下易分層脫落。

　　骨料的粒徑過大，混凝土拌合物不易攪拌勻，骨料的表面積減少，致使同等膠凝材料的混凝土和易性變差、密實性降低；骨料的粒徑過小，混凝土拌合物工作性變差，要滿足施工要求，在水灰比不變的前提下，增加膠凝材料的用量，致使耐火混凝土的高溫強度降低程度大、收縮耐火性能降低、殘余變量增大。

　　合理的骨料級配，能使骨料堆積較密實，膠凝材料用量少，最大限度地發(fā)揮骨料的骨架作用，使耐火混凝土的密實性提高、收縮率小、熱穩(wěn)定性好。

　　合適的砂率，能提高混凝土拌合物的保水性、粘聚性、流動性和可塑性，減少混凝土拌合物的離析，膠凝材料用量少，最大限度地發(fā)揮骨料的骨架作用，使耐火混凝土的密實性提高、收縮率小、熱穩(wěn)定性好。

　　在選骨料品種時，要考慮骨料的熱穩(wěn)定性符合設計要求，同時還應考慮骨料的用量、粒徑、級配以及砂率等，目前，常采用碎粘土磚、粘土孰料、碎耐火磚作耐熱混凝土骨料；還有天然輕骨料(沸石、凝灰?guī)r等)、工業(yè)廢渣輕骨料（粉煤灰陶粒、燃燒了煤矸石、爐渣等）、人造輕骨料（頁巖陶粒、粘土陶粒、膨脹珍珠巖等）取代普通骨料制成的混凝土，具有輕質、耐火、保溫、隔熱等特點。

　　2.3混凝土化學外加劑

　　混凝土化學外加劑是在混凝土拌合物攪拌過程中加入的能改變混凝土性能（拌合物、物理力學、耐久性）的物質，一般常用的有高效減水劑、緩凝減水劑、早強減水劑和防凍劑等，根據施工環(huán)境、施工要求選擇相應的外加劑，同時要注意外加劑與水泥的適應性。

　　一般情況下選擇復合型減水劑（具有減水、緩凝、早強、引氣成分，冬季有防凍成分），能改善拌合物的和易性、降低水泥用量、提到混凝土的強度和耐久性。根據施工環(huán)境的不同，緩凝和早強的含量應作適當的調整；根據工程的使用環(huán)境和耐久性的要求，應對外加劑的有害成分加以嚴格的限制。常用的外加劑有萘系、羧酸系和木鈣系。

　　2.4摻合料（礦物外加劑）

　　近代混凝土的發(fā)展標志除了外加劑之外，當屬摻合料的應用，它能替代部分水泥、改善工作性、降低混凝土水化熱、提高混凝土的密實性、強度以及耐久性、大部分是工業(yè)廢渣、節(jié)約能源、保護環(huán)境。常用的有粉煤灰、礦渣超細粉和硅粉。

　　1).粉煤灰

　　粉煤灰是從燃煤的電廠鍋爐煙氣中收集的細粉末，其顆粒多呈球形，表面光滑，對其質量用活性指數、細度、密度、燒失量、流動比以及有害成分的含量來綜合評定，一般選用Ⅰ、Ⅱ級粉煤灰，7d、28d強度低于未取代水泥的混凝土強度，但后期強度繼續(xù)增長，隨著時間的延長，其強度高于未取代水泥的混凝土強度；其摻量通過試驗確定。一般在施工環(huán)境溫度較低的情況下不采用。

　　2). 礦渣超細粉

　　把煉鐵廠的礦渣烘干后，用粉磨設備磨細成超細粉末，顆粒呈多面體型，對其質量用活性指數、比表面積、密度、燒失量、流動比以及有害成分的含量來綜合評定，一般選用比表面積400--750m²/kg，7d強度低于未取代水泥的混凝土強度，28d強度能趕上未取代水泥的混凝土強度；其摻量通過試驗確定。一般在施工環(huán)境溫度較低的情況下，減少其取代量。

　　3).硅粉

　　是冶煉硅鋼和硅金屬或半導體硅時，從煙塵中收集的一種粉末，其顆粒多呈球形，表面光滑。比表面積1500--2500m²/kg；一般在配制特高強混凝土時選用，同時需特高效減水劑的配用。

　　3配合比的確定

　　根據所選的原材料通過計算、試配、調整，確定砼配合比，在確定混凝土配合比時，需遵循以下原則;

　?、?保證工程結構設計所要求的最低抗壓強度；

　?、?為滿足和保證施工質量要求，混凝土應有合適的流動性和良好的工作性；

　?、? 對耐熱混凝土工程，混凝土應具有良好熱穩(wěn)定性和耐久性能；

　?、?在滿足上述質量要求的前提下，所設計的耐熱混凝土配合比應盡可能經濟合理。

　　采用經濟性混凝土配合比的最有效方法：

　?、?在材料一定的條件下，水灰比值的大小與混凝土的強度成反比關系，所以盡量采用低的水灰比；在施工條件允許的情況下，盡量減少單位用水量，降低混凝土內部孔隙率，提高混凝土的密實性，保證混凝土的強度；

　?、?盡量減少水泥用量，有利于降低混凝土的水化熱或減少因水泥漿體收縮引起裂縫的危險性，同時隨著水泥用量的增大，混凝土的荷重軟化點降低和耐火性能降低；

　　⑶.根據耐熱混凝土的使用溫度、施工環(huán)境，合理選擇水泥的品種、強度等級；

　?、?根據耐熱混凝土的使用溫度、攪拌機械、施工機械和施工部位，合理確定骨料的質量、品種、粒徑和細骨料的比例等；

　　⑸.盡量選用與膠結料適應性好的混凝土化學外加劑，能降低用水量，節(jié)約水泥和化學外加劑的用量；

　?、?確定本配合比中化學外加劑的最佳摻量，降低用水量，節(jié)約水泥，同時還能提高混凝土的密實性和強度，減少干縮裂縫的產生。

　　4生產施工、養(yǎng)護

　　混凝土的生產、施工和養(yǎng)護等工序也影響砼的最終質量，所以每個環(huán)節(jié)都要嚴格按照混凝土結構施工規(guī)范進行。[Page]

　　4.1砼的生產

　?、牛淞弦獪蚀_，使各種材料的計量要控制在允許誤差的范圍內；粗、細骨料±2%，膠結料±1%，外加劑（水劑）±1%；

　?、疲當嚢枰鶆?，保證混凝土質量的穩(wěn)定；在攪拌時要有足夠的攪拌時間，根據攪拌機的類型、環(huán)境溫度、混凝土的強度和坍落度確定攪拌時間；

　?、牵紤]在澆筑前的延時坍落度損失，確定混凝土拌合物的初始坍落度，滿足施工機械和施工部位的要求，同時要使混凝土拌合物具有很好的和易性，保證混凝土的施工質量；

　?、龋\輸過程中盡量保證混凝土拌合物的和易性，使?jié)仓幕炷敛划a生離析現(xiàn)象，保證混凝土的施工質量。商品混凝土和預拌混凝土采用帶有自轉的混凝土運輸車，同時在卸料前需要快轉；斗式混凝土運輸車在運距較長的情況下，澆筑前需人工拌制均勻；

　　4.2混凝土的施工

　?、牛O置輸送緩沖帶，盡量降低因施工澆筑落差帶來的混凝土拌合物離析，保證混凝土拌合物的和易性；

　　⑵．振搗要到位，保證混凝土的密實性，同時也不能過振，避免混凝土拌合物泌水，保證混凝土質量的均勻性和表面裂縫的產生；

　?、牵捎媚灸０鍟r，考慮到它的吸水性，要采取相應的措施；如澆水、刷油等；

　?、龋疂仓甑幕炷猎诔跄?，盡量在表面采用二次振搗或抹面，減少混凝土的早期收縮裂縫的產生；

　?、桑臼┕r，需清理鋼筋上和模板內的積冰。

　　4.3混凝土的養(yǎng)護

　?、牛┕ね戤叺幕炷烈皶r覆蓋，避免混凝土表面水分過早的蒸發(fā)使干縮裂縫的產生；

　?、疲龊没炷琉B(yǎng)護工作，提供足夠的濕度和適宜的溫度，保證混凝土強度的正常發(fā)展；一般在早期每天數次澆水，同時在氣溫低的情況下適當延長養(yǎng)護時間；

　?、牵⒁饽０宀鹦兜南群箜樞?，避免混凝土應力裂縫的產生；一般只起固定成型作用的模板在混凝土終凝后就可以拆掉，既起固定成型作用又起支撐混凝土荷載作用的模板需等混凝土強度超過承受荷載的臨界強度時方可拆掉；

　?、龋┕r不要過早在混凝土上面加載，預制構件不宜過早起吊，防止應力裂縫的產生。

　　5結論

　　耐熱混凝土生產、施工任意一個環(huán)節(jié)控制不當，都會給耐熱混凝土造成質量影響，質量控制要從原材料的選擇、配合比的確定、生產施工、養(yǎng)護等環(huán)節(jié)正確控制，只要措施得當，質量可以完全保證。

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