钢纤维耐热混凝土SFHRC在鞍钢新1号高炉热风炉上的应用.doc

44钢纤维耐热混凝土 （SFHRC）在鞍钢新1号高炉热风炉上的应用张春艳 凌奇许宝刚周云麟（鞍钢集团职工大学）（鞍钢集团技术改造部）摘要针对粘土质耐火砖在烟囱、烟道上应用存在糕体性、抗展性欠佳，拱顶掉砖等诸多 弊堆，鞍钢新1号高炉（3200n?）热风炉烟道及部分烟囱内衬改用了钢纤维耐热混凝土.概述了 其增强、抗裂原理，配制工艺、施工要点及性能待点，并作岀技术经济效果评述.关纏词 钢纤维耐热混凝土 增强 抗裂 •， Mi |丨匕Application of Steel Fiber and Heat-resistantConcrete（SFHRC） on Hot Blast Stove in Angang's New No. 1 BFZhang Chunyan Ung Qi Xu Baogang Zhou Yunlin(Angang Staff and Members College) (Angang Technical Reformation Department)Abstract Steel fiber beat-resistant concrete(SFHRC) has been used on the hot blast stove flue gas duct and the partial chimney's lining in Angang new No. 1 BF for the drawbacks as integral proprty of clay refractory bricks and vibration resistance being not good enough and bricks falling from dome ♦ etc. The principle of strengthening and cracking resistance♦ propertioning technology, constniction gist and properties are reviewedtand the effect of technology and economy are overviewed in the paper.Key Words steel fiber l)eat-resistant concrete strengthening cracking resistance1工程概况鞍钢新1号高炉（容积3200m3）是鞍钢“十 五”期间的一项重大技术改造工程，采用了改进串 耀式偏心卸料无料钟炉顶、内燃式热风炉等用新 引进技术，达到了国际同类高炉设备技术装备的 先进水平。

按原设计,80m髙的热风炉烟囱及烟囱人口 烟道内衬采用粘土耐火砖或粘土质耐火组合砖砌 筑但考虑到迄今为止，耐火砖砌筑的烟逍内衬仍 存在考整体性、抗簾性欠佳，拱顶掉砖，砖缝结合 薄弱等诸多弊端因而，烟逍入口和烟囱内衬改用 了 SFHRC800C耐热混凝土，其内衬厚度分别为 250mm和350mm另外，髙炉风口平台及出铁场 平台亦采用了 1200*0耐热度的粘土（硅酸铝）质 耐热混凝土，其厚度为150mm2钢纤维增强抗裂原理英国Swamy .Mangat和美国Naaman等人在 研究复合体强度时，假设了基体（混凝土）与钢纤 维弹性变形相同,SFHRC复合体受到沿纤维方向 的拉应力，则复合体强度计算公式为： 心=矶（1+力）+砍Xl/d 式中：&——复合体拉伸应力»MPa；—基体（混凝土）拉伸应力，MPa；R—钢纤维拉伸应力,MPa；H——钢纤维在复合体中体积比，％（本试验为1.0%）,A——理论最大值为1的常数；张春艳，讲师，1988年毕业于泯汉大学工业ijwnHt筑专业•现于较钢集团职工犬学从爭工业与民用建筑专业的教学与科研工作（110002）・B—取决于水泥与纤维粘结强度和有效纤维比率的常数值，通席取0・5;d—钢纤维直径，mm（本试验为O・45mm）。

由于复合体强度中增加了 &%，且钢纤维拉 伸应力数十倍于混凝土拉伸应力因而,SFHRC 抗拉强度得以显着提商文献1从纤维间距理论、 断裂力学理论、复合材料理论箒方面，评价、论述 了钢纤维的增强抗裂机理非连续纤维在混凝土中主要起阻裂作用，其 阻裂效应在很大程度上取决于纤维平均间距（S 值）与单位体积混凝土中纤维的根数（N值）即：S=12・ 5〃J^=12・ 5式中：S——纤维平均间距（纤维中心间距平均d—值），mm； 纤维直径,mm；V-一纤维体积掺量，％；7—纤维密度,g/mm3；W-—单方纤维混凝土中纤维重量,g/N-mm31 •一单方纤维混凝土中纤维根数，根/Z—-每根纤维的长度,mm随着纤维平均间距和纤维根数的增加，可以 大幅度提高钢纤维增强耐热混凝土的阻裂作用3硅酸铝质钢纤维增强耐热混凝土的配 制及性质、特点根据工程便用部位及80（TC、1200・C耐热度 的耍求，选用硅酸铝质粘土废砖块、砂作为粗细集 料，粘土质掺和细粉,硅酸盐水泥结合配制莫来石 基质耐热混凝土偏光下奠来石晶体形貌如图1 所示3.1工艺原理粘土（硅酸铝）质耐火砖主要矿物是莫来石 （3A1A・2SiQ）,其形貌为柱状和正方形、菱形断 面斜方晶系。

通常在1350〜1380*0下形成，具有 较高的耐火度、耐热度和强度，可满足使用要求根据耐热混凝土破坏的三种模式（集料破坏、 水泥石破坏或水泥石与粗集料粘结面破坏），库图1偏光下莫来石晶体形貌纳德森公式揭示了大幅度提高混凝土强度的关 键，即降低孔隙率（心=&R为绝热状态 下的混凝土强度，P为混凝土孔隙率）通过确定 集料最佳级配和掺入适量超细微粉（S比= 8000〜 10000cm2/g），以填充孔径 >300入（入=10-,0m）的 有害孔选用42. 5级硅酸盐水泥，加强集料水泥 石的粘结，以提高耐热混凝土强度3.2耐热粗、细集料掺和粉的最佳级配根据耐热粗、细集料最紧密堆积原理，即达到 最小空隙率、最小比表面积、最大堆积密度要求, 在砂率一堆积密度曲线中确定最佳砂率区试验表明，最佳砂率区为39%〜41%同时， 需有粗、细集料掺和细粉总量8%的VO. 16mm的 细粉，其中约有1.5%〜2・5%S比达8000cn?/g左 右的超细粉由此可见，掺和细粉的作用一是改善 拌合料的和易性；二是填充耐热混凝土中>300入 的有害孔，提髙混凝土强度，三是在岛温下与水泥 水化产生的Ca（OH）：所分解的Ca（）形成〔CaQ （Al2Q）yD和〔CaCUSiCUJ铝酸盐、硅酸盐，以提fli 800'C烧后及1200*C烧后残余强度。

3.3耐热混凝土的配合比及性能SFHRC及1200C耐热混凝土配合比及性能 如表1所示由表1可看出：（1）按原设计，无论是热风炉烟道、烟囱内衬 还是岀铁场风口平台，其耐热混凝土强度等级均 为C25,实际均达到30. 7与50. 0,分别为设计等 级的1・54与2・0倍待别是SFHRC钢纤维增强 800C耐热混凝土，其强度高于粘土质耐火砖，通混叙土种类12・5级酉通水況肢钠水粘土质 耐火砂 0.16~5mm仙土质 时火块5 〜25mn粘土质的火 席和细粉 0〜0・ 080mn跋水刑1105 T强度 MPa800t 烧后强度MPa800 Vtt 余整度MPn拉强度MPa耐火度r耐急冷次化 温度（4%〉 €SFHRC1200C 耐热33033013.51901805425809888701901802. 645026.616.64.914801480252412801280衷1 SFIIRC和1200C耐热混凝土的配合比、性能皿位材料用就.kg/M 性能折标滋•约为3. 5MPa,是其1・43倍2）按GBJ10-65《混凝土结构施工及验收 规范》,SFHRC烧后强度及烧后残余强度分别达 到设计强度等级的50%及30%,均能满足要求。

实际这两种耐热混凝土的烧后强度和烧后残余强 度均分别达到要求值的1・46倍、2. 04倍及2. 25 倍.2.15倍，因而具有良好的耐久性3〉钢纤维增强混凝土具有相当高的初裂抗 拉强度，其高强、抗裂、抗震、抗冲击、耐磨等特性, 决定了其在烟囱、烟道、高炉炉底、加热炉内衬等 热工设备或附属设施中的应用有着广阔前景4）两种耐热混凝土均有较离的荷重软化温 度（1180〜1280-C）和耐火度 01460*0,尤其是 具有良好的热稳定性（远远优于粘土质耐火砖）， 因而是应用在热工设备中的一种新型耐火材料4施工技术要点（1） 耐热混凝土粗、细集料中，不得混人可分 解的石灰石、白云石、铝石等杂质同理，水泥中不 得掺入可分解岩石作为混合材2） 耐热混凝土搅拌前，务需将搅拌机内彻 底消净，不得含有酸性残昭物、异种水泥和异种耐 火浇注料等残谢物髙纯度、髙密度足配制耐热混 凝土的基本原则否则，组分庞杂，共熔点降低，影 响其高温性能3） 钢纤维应缓慢、均匀地边搅拌边加入，且 搅拌机转速不宜超过22r/min,以防止钢纤维积 聚、打团，保证其均匀分布，确保其性能耐热混凝 土搅拌时间应不少于150s4） 浇筑过程中耐热混凝土自高处倾落的自 由髙度不得超过2m。

采用振动棒振实，待表面返 浆、气体充分排除后•停止振动只能在异种耐火 浇注料凝结硬化后，方可浇筑与其相接的耐热混 凝土5） 耐热混凝土浇筑完毕，及时进行覆盖，防 止日光暴晒或受冻常温下应连续浇水养护7天， 2天后允许拆模低温条件下，3〜5天拆模6）由于耐热混凝土中物理水、硅酸盐水化 物、铝酸盐水化物和氢氧化钙结晶水的排脱温度 分别为 150 C、27（rC、390”C、590"C,所以 SFHRC 的烘烤温度可定为600 C,注意缓慢升温，防止产 生裂缝5技术经济效果统计资料与多年实践证明，在可能和适用范 围内，将热工设备及附属设施中的粘土质耐火砖 改为硅酸铝质钢纤维耐热混凝土，具有如下优点：（1） 整体性好，无砖缝、拱顶掉砖、砖缝错台 等后顾之忧,使烟囱、烟道内壁光滑,抽力大，有利 于排烟2） 在复杂异形结构中砌筑耐火砖非常困 难，而通过支模，可浇筑任意形状的SFHRC耐热 混凝土，具有优良的力学及高温性能，因而具有良 好的耐久性，有利于提高其使用寿命3） SFHRC耐热混凝土具有良好的施工性 能，整体浇筑可比单块砌筑耐火砖提高工效1.5 倍以上4） 耐火砖是应用开采资源经锻烧而成的原 料，再经破碎混合成型，烧成耐火制品，而SFHRC 则可利用废粘土耐火砖块作集料，无需烧成而制 作成热工设备内衬，节约能源，有利环保，具有良 好社会效益的同时,并可降低工程造价。

与砌筑粘土质耐火硅砖相比，材料单价、施工 费用显著降低烟道、烟囱内村及出铁场风口平台 共使用耐热混凝土 1400m\节约资金近24万元参考文献1王成启等•混杂纤堆水泥基夏合材料及其应力.工业建筑， 2002I7（编辐孙永方）收稿日期：2002-10-14。