耐熱混凝土的質(zhì)量控制

　　耐熱混凝土是指能長時(shí)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(xué)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(jié)構(gòu)整體性好、熱穩(wěn)定性好、投資少等優(yōu)點(diǎn)，常用于工業(yè)窯爐基礎(chǔ)、高爐外殼及煙囪等；隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用范圍越來越廣，同時(shí)對其性能、質(zhì)量要求也越來越高，根據(jù)影響耐熱混凝土因素，對原材料的選擇、配合比的確定、生產(chǎn)施工、養(yǎng)護(hù)等工序進(jìn)行必要的質(zhì)量控制。

　　1  混凝土的受熱機(jī)理

　　1.1 普通混凝土的受熱機(jī)理

　　普通混凝土由水泥石、骨料(石英質(zhì)、碳酸鹽質(zhì))、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(xué)變化、熱膨脹不協(xié)調(diào)、熱梯度的存在等許多因素共同作用的結(jié)果，使混凝土體積變形，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致混凝土開裂，影響整體結(jié)構(gòu)。

　?、潘嗨a(chǎn)物受熱作用機(jī)理

　　當(dāng)溫度在200-300℃時(shí)，水泥水化產(chǎn)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(qiáng)度下降；575℃時(shí)，Ca(OH)₂開始脫水使水泥石組織破壞；當(dāng)溫度在500℃和800℃時(shí)，混凝土強(qiáng)度分別約為原來強(qiáng)度的70%和30%，混凝土開始坍塌；850℃時(shí)混凝土中的水（游離水、結(jié)晶水、化合水）脫水基本結(jié)束，強(qiáng)度幾乎喪失。

　?、扑嗍c骨料受熱作用機(jī)理

　　當(dāng)溫度達(dá)到300℃時(shí)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(shí)進(jìn)行的結(jié)果，使混凝土內(nèi)部的裂紋逐漸增多，導(dǎo)致包裹著骨料的水泥石骨架破裂成塊狀；當(dāng)溫度高于500℃時(shí)，石英質(zhì)骨料發(fā)生晶形轉(zhuǎn)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(kuò)展并連同起來，形成大裂縫，導(dǎo)致混凝土開裂；當(dāng)溫度高于800℃時(shí)，碳酸鹽質(zhì)骨料發(fā)生分解，這些都是直接導(dǎo)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(xué)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(qiáng)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(chǎn)施工時(shí)，其配合比不但應(yīng)滿足混凝土的強(qiáng)度和耐熱性能的要求，同時(shí)還應(yīng)滿足施工所需的和易性要求；材料本身的性質(zhì)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(xué)外加劑、摻合料（礦物外加劑）的選擇及用量、施工養(yǎng)護(hù)、混凝土密實(shí)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(zhì)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(jié)料、骨料、摻合料和混凝土化學(xué)外加劑組成。

　　2.1膠結(jié)料

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

　　常用的膠結(jié)料有硅酸鹽質(zhì)、鋁酸鹽質(zhì)、硫酸鹽質(zhì)、磷酸鹽質(zhì)等。

　?、殴杷猁}膠結(jié)料

　　以硅酸鹽系列水泥作耐熱混凝土膠結(jié)料；根據(jù)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(jié)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(dá)到700-800℃.

　?、其X酸鹽膠結(jié)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(dá)到1200-1600℃.

　　⑶礬土膠結(jié)料

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

　?、攘蛩猁}結(jié)合劑

　　硫酸鹽做為耐火混凝土結(jié)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(jié)硬化，硫酸鋁結(jié)合的耐火混凝土強(qiáng)度在常溫增長很慢，當(dāng)溫度大于700℃時(shí)，氫氧化鋁膠體大量生成并迅速形成致密的結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度隨溫度的提高而提高；其環(huán)境溫度在高于700℃時(shí)，方可使用。

　?、闪姿猁}結(jié)合劑

　　磷酸鹽結(jié)合劑本身在常溫下不具有膠結(jié)性，而是在加熱到一定的溫度時(shí)，一些磷酸鹽發(fā)生分解-聚合反應(yīng)，在聚合反應(yīng)時(shí)，新化合物形成和聚合具有很強(qiáng)粘附作用，將骨料粘結(jié)在一起形成“混凝土”而獲得強(qiáng)度。磷酸鹽作為配制耐熱混凝土的結(jié)合劑，其最高使用環(huán)境溫度可達(dá)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(guān)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(dá)到質(zhì)量要求的耐熱混凝土，同時(shí)改善、優(yōu)化骨料的級配對提高混凝土的和易性、密實(shí)度和熱穩(wěn)定性也十分有效；所以在選擇骨料時(shí)，必須注意骨料的類別和耐火度，使其與設(shè)計(jì)要求、膠凝材料相適應(yīng)，同時(shí)還應(yīng)考慮骨料的用量、粒徑、級配以及細(xì)骨料的比例（砂率）等。

　　骨料的用量過少，致使膠結(jié)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(jié)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(shí)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(shí)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(qiáng)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(shí)，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(shí)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(shí)性提高、收縮率小、熱穩(wěn)定性好。

　　在選骨料品種時(shí)，要考慮骨料的熱穩(wěn)定性符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)還應(yīng)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(zhì)、耐火、保溫、隔熱等特點(diǎn)。

　　2.3混凝土化學(xué)外加劑

　　混凝土化學(xué)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(xué)、耐久性）的物質(zhì)，一般常用的有高效減水劑、緩凝減水劑、早強(qiáng)減水劑和防凍劑等，根據(jù)施工環(huán)境、施工要求選擇相應(yīng)的外加劑，同時(shí)要注意外加劑與水泥的適應(yīng)性。

　　一般情況下選擇復(fù)合型減水劑（具有減水、緩凝、早強(qiáng)、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(qiáng)度和耐久性。根據(jù)施工環(huán)境的不同，緩凝和早強(qiáng)的含量應(yīng)作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整；根據(jù)工程的使用環(huán)境和耐久性的要求，應(yīng)對外加劑的有害成分加以嚴(yán)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(biāo)志除了外加劑之外，當(dāng)屬摻合料的應(yīng)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(shí)性、強(qiáng)度以及耐久性、大部分是工業(yè)廢渣、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境。常用的有粉煤灰、礦渣超細(xì)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(xì)粉末，其顆粒多呈球形，表面光滑，對其質(zhì)量用活性指數(shù)、細(xì)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(qiáng)度低于未取代水泥的混凝土強(qiáng)度，但后期強(qiáng)度繼續(xù)增長，隨著時(shí)間的延長，其強(qiáng)度高于未取代水泥的混凝土強(qiáng)度；其摻量通過試驗(yàn)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(xì)粉

　　把煉鐵廠的礦渣烘干后，用粉磨設(shè)備磨細(xì)成超細(xì)粉末，顆粒呈多面體型，對其質(zhì)量用活性指數(shù)、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(qiáng)度低于未取代水泥的混凝土強(qiáng)度，28d強(qiáng)度能趕上未取代水泥的混凝土強(qiáng)度；其摻量通過試驗(yàn)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(dǎo)體硅時(shí)，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(qiáng)混凝土?xí)r選用，同時(shí)需特高效減水劑的配用。

　　3配合比的確定

　　根據(jù)所選的原材料通過計(jì)算、試配、調(diào)整，確定砼配合比，在確定混凝土配合比時(shí)，需遵循以下原則;

　　⑴.保證工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所要求的最低抗壓強(qiáng)度；

　?、?為滿足和保證施工質(zhì)量要求，混凝土應(yīng)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(yīng)具有良好熱穩(wěn)定性和耐久性能；

　?、?在滿足上述質(zhì)量要求的前提下，所設(shè)計(jì)的耐熱混凝土配合比應(yīng)盡可能經(jīng)濟(jì)合理。

　　采用經(jīng)濟(jì)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(qiáng)度成反比關(guān)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(nèi)部孔隙率，提高混凝土的密實(shí)性，保證混凝土的強(qiáng)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(xiǎn)性，同時(shí)隨著水泥用量的增大，混凝土的荷重軟化點(diǎn)降低和耐火性能降低；

　?、?根據(jù)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(qiáng)度等級；

　?、?根據(jù)耐熱混凝土的使用溫度、攪拌機(jī)械、施工機(jī)械和施工部位，合理確定骨料的質(zhì)量、品種、粒徑和細(xì)骨料的比例等；

　?、?盡量選用與膠結(jié)料適應(yīng)性好的混凝土化學(xué)外加劑，能降低用水量，節(jié)約水泥和化學(xué)外加劑的用量；

　　⑹.確定本配合比中化學(xué)外加劑的最佳摻量，降低用水量，節(jié)約水泥，同時(shí)還能提高混凝土的密實(shí)性和強(qiáng)度，減少干縮裂縫的產(chǎn)生。

　　4生產(chǎn)施工、養(yǎng)護(hù)

　　混凝土的生產(chǎn)、施工和養(yǎng)護(hù)等工序也影響砼的最終質(zhì)量，所以每個環(huán)節(jié)都要嚴(yán)格按照混凝土結(jié)構(gòu)施工規(guī)范進(jìn)行。[Page]

　　4.1砼的生產(chǎn)

　?、牛淞弦獪?zhǔn)確，使各種材料的計(jì)量要控制在允許誤差的范圍內(nèi)；粗、細(xì)骨料±2%，膠結(jié)料±1%，外加劑（水劑）±1%；

　?、疲?dāng)嚢枰鶆颍ＷC混凝土質(zhì)量的穩(wěn)定；在攪拌時(shí)要有足夠的攪拌時(shí)間，根據(jù)攪拌機(jī)的類型、環(huán)境溫度、混凝土的強(qiáng)度和坍落度確定攪拌時(shí)間；

　?、牵紤]在澆筑前的延時(shí)坍落度損失，確定混凝土拌合物的初始坍落度，滿足施工機(jī)械和施工部位的要求，同時(shí)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(zhì)量；

　?、龋\(yùn)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(chǎn)生離析現(xiàn)象，保證混凝土的施工質(zhì)量。商品混凝土和預(yù)拌混凝土采用帶有自轉(zhuǎn)的混凝土運(yùn)輸車，同時(shí)在卸料前需要快轉(zhuǎn)；斗式混凝土運(yùn)輸車在運(yùn)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(shè)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；

　?、疲駬v要到位，保證混凝土的密實(shí)性，同時(shí)也不能過振，避免混凝土拌合物泌水，保證混凝土質(zhì)量的均勻性和表面裂縫的產(chǎn)生；

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

　　⑷．澆筑完的混凝土在初凝前，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(chǎn)生；

　?、桑臼┕r(shí)，需清理鋼筋上和模板內(nèi)的積冰。

　　4.3混凝土的養(yǎng)護(hù)

　　⑴．施工完畢的混凝土要及時(shí)覆蓋，避免混凝土表面水分過早的蒸發(fā)使干縮裂縫的產(chǎn)生；

　?、疲龊没炷琉B(yǎng)護(hù)工作，提供足夠的濕度和適宜的溫度，保證混凝土強(qiáng)度的正常發(fā)展；一般在早期每天數(shù)次澆水，同時(shí)在氣溫低的情況下適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間；

　?、牵⒁饽０宀鹦兜南群箜樞?，避免混凝土應(yīng)力裂縫的產(chǎn)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(qiáng)度超過承受荷載的臨界強(qiáng)度時(shí)方可拆掉；

　　⑷．施工時(shí)不要過早在混凝土上面加載，預(yù)制構(gòu)件不宜過早起吊，防止應(yīng)力裂縫的產(chǎn)生。

　　5結(jié)論

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

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