包頭東河區(qū)鋁廠的電解車間地面的混凝土，由于使用年限較長，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，鋁廠相關負責人決定重新澆筑耐熱混凝土。該車間地面溫度局部可達300℃左右,企業(yè)要求混凝土的耐久性能要滿足日常生產(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用不太廣泛，而根據(jù)以往的經(jīng)驗，摻入礦渣粉能提高硬化混凝土的力學性能和耐久性，但是本工程耐火磚在目前能不能抵抗車間的耐熱問題，成為主要研究內(nèi)容。本次試驗就是針對當?shù)厣a(chǎn)的耐火磚和礦渣粉摻入到混凝土中，而進行的耐熱混凝土的性能的實驗。

試驗用原材料與試驗方法

1.1 原材料的選擇

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為耐火混凝土。本試驗用水泥采用鋁酸鹽水泥，原因是該水泥的化學成分中含有較多的Al?O?，在1000℃左右發(fā)生燒結產(chǎn)生陶瓷結合后，具有更高的燒結強度和耐火度。

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，使水泥石結構破壞而導致混凝土碎裂;另一個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,從而導致普通混凝土結構的破壞，強度降低。因此,骨料是配制耐熱混凝土一個很關鍵的因素，耐熱骨料是配制耐熱混凝土一很關鍵的因素。

摻合料的作用主要有兩個:一是可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Al?O?和SiO?與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)?的脫水產(chǎn)物CaO反應形成耐熱性好的無水硅酸鈣和無水鋁酸鈣，同時避免了Ca(OH)?脫水引起的體積變化。所以，摻合料應選用熔點高、高溫下不變形且含有一定數(shù)量Al?O?的材料。

在配制耐熱混凝土時，可摻加減水劑以降低水灰比，以此減少混凝土結構內(nèi)部的空隙率，減水劑用非引氣性。

1.2試驗方法

本實驗參考YB/T4252—2011《耐熱混凝土應用技術規(guī)程》。

試驗結果與討論

2.1 本試驗耐熱混凝土概況

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,均將導致普通混凝土在高溫下產(chǎn)生裂縫，強度嚴重下降，甚至破壞。本研究中涉及到的混凝土的耐熱機理是: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生成具有較強耐熱性的無水硅酸鹽和無水鋁酸鈣，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計強度等級為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，并且能夠滿足混凝土在高溫烘烤(300℃以上)下有足夠的抗壓強度和耐久性，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

本次試驗的耐熱混凝土的配合比設計采用經(jīng)驗配合比為初始配合比，再通過試配得到可用于工程上的配合比?；炷僚浜媳鹊脑O計強度等級為C30,設計坍落度為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）混凝土的耐熱試驗及分析結果

本實驗采用的方法是每個配合比成型四組試塊，標準養(yǎng)護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,測量燒后的抗壓強度，并以此作為某個配合比下的某級溫度下的燒后強度值。

評價耐火材料的耐火性能的技術指標中最直觀的就是耐火之后的抗壓強度，檢驗燒后的抗壓強度,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，由上述試驗結果得知:不同摻量的混凝土在300℃的灼燒后抗壓強度均大于28d烘干強度，原因是混凝土在300℃時，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)護條件,水泥水化進一步加快，主要產(chǎn)物C-S-H凝膠也開始脫水,C-S-H凝膠逐漸致密;隨著溫度的升高C-S-H凝膠開始脫水，強度降低。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,這個混凝土中C-S-H凝膠的生成量相對較多，且比基準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度在700℃灼燒后降低都比較明顯。

本次試驗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，且較少反復加熱冷卻情況。耐火混凝土廣泛運用于冶金、石油、化工及核電等工業(yè)窯爐中，它比耐火磚生產(chǎn)工藝簡單，施工效率高，成本低，易于滿足異形部位施工與維修，其壽命較耐火磚可提高很多。

結  論

(1)通過用磨細礦渣粉和高效減水劑來降低水膠比，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到了比較好的流動性，流動度在礦渣粉的摻量為30%時較大，而且混凝土中水膠比也隨著礦渣粉摻量的增加而減少，與此同時混凝土的28d抗壓強度也達到了最大值，但是隨著礦渣粉摻入量的增加強度有下降的趨勢。

(3)不同摻量的混凝土在300℃的灼燒后抗壓強度均大于28d烘干強度，并且隨著溫度的升高，抗壓強度降低。經(jīng)過高溫灼燒的混凝土，從抗壓強度的差值可以看出,礦渣粉摻量為30%的混凝土的前后壓強差較小,表明耐熱性能力較強，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度要求，有更好的提高了混凝土中骨料的耐熱性能。