耐热混凝土配合比设计及介绍.doc

以下内容均来自于网络，郑广伟整理耐热混凝土是一种能长期承受高温作用（ 200 ℃ 以上），并在高温作用下保持所需的物理力学性能的特种混凝土而代替耐火砖用于工业窑炉内衬的耐热混凝土也称为耐火混凝土    根据所用胶结料的不同，耐热混凝土可分为：硅酸盐耐热混凝土；铝酸盐耐热混凝土；磷酸盐耐热混凝土；硫酸盐耐热混凝土；水玻璃耐热混凝土；镁质水泥耐热混凝土；其他胶结料耐热混凝土    根据硬化条件可分为：水硬性耐热混凝土；气硬性耐热混凝土；热硬性耐热混凝土    耐热混凝土已广泛地用于冶金、化工、石油、轻工和建材等工业的热工设备和长期受高温作用的构筑物，如工业烟囱或烟道的内衬、工业窑炉的耐火内衬、高温锅炉的基础及外壳  耐热混凝土与传统耐火砖相比，具有下列特点： 1 、生产工艺简单，通常仅需搅拌机和振动成型机械即可； 2 、施工简单，并易于机械化； 3 、可以建造任何结构形式的窑炉，采用耐热混凝土可根据生产工艺要求建造复杂的窑炉形式； 4 、耐热混凝土窑衬整体性强，气密性好，使用得当，可提高窑炉的使用寿命； 5 、建造窑炉的造价比耐火砖低； 6 、可充分利用工业废渣、废旧耐火砖以及某些地方材料和天然材料。

  1.硅酸盐耐热混凝土   硅酸盐耐热混凝土所用的材料主要有硅酸盐水泥、耐热骨料、掺合料以及外加剂等 1 、原材料要求 (1) 硅酸盐水泥    可以用矿渣硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥作为其胶结材料一般应优先选用矿渣硅酸盐水泥，并且矿渣掺量不得大于 20 ％如选用普通硅酸盐水泥，水泥中所掺的混合材料不得含有石灰石等易在高温下分解和软化或熔点较低的材料    此外，因为水泥的耐热性远远低于耐热骨料及耐热粉料，在保证耐热混凝土设计强度的情况下，应尽可能减少水泥的用量，为此，要求水泥的强度等级不得低于 42.5MPa    用上述两种水泥配制的耐热混凝土最高使用温度可以达到 700 ～ 800 ℃其耐热机理是：硅酸盐水泥熟料中的 C 3 S 和 C 2 S 的水化产物 Ca(OH) 2 在高温下脱水，生成的 CaO 与矿渣及掺合料中的活性 SiO 2 和 A1 2 O 3 又反应生成具有较强耐热性的无水硅酸钙和无水铝酸钙，使混凝土具有一定的耐热性  (2) 耐热骨料   普通混凝土耐热性不好的主要原因是一些水泥的水化产物为 Ca(OH) 2 ，水化铝酸钙在高温下脱水，使水泥石结构破坏而导致混凝土碎裂；另一个原因是常用的一些骨料，如石灰石、石英砂在高温下发生较大体积变形，还有一些骨料在高温下发生分解，从而导致普通混凝土结构的破坏，强度降低。

因此，骨料是配制耐热混凝土一个很关键的因素 常用的耐热粗骨料有碎黏土砖、黏土熟料、碎高铝耐火砖、矾土熟料等；细骨料有镁砂、碎镁质耐火砖、含 A12O3 较高的粉煤灰等  (3) 掺合料    掺合料的作用主要有两个：一是可增加混凝土的密实性，减少在高温状态下混凝土的变形；二是在用普通硅酸盐水泥时，掺合料中的 A12O3 和 SiO 2 与水泥水化产物 Ca(OH) 2 的脱水产物 CaO 反应形成耐热性好的无水硅酸钙和无水铝酸钙，同时避免了 Ca(OH) 2 脱水引起的体积变化所以，掺合料应选用熔点高、高温下不变形且含有一定数量 三氧化铝的材料  硅酸盐水泥耐热混凝土配制时，可掺加减水剂以降低 W/C ，减少混凝土结构内部的孔隙率减水剂宜采用非引气型  2 、硅酸盐水泥耐热混凝土的配合比    该品种耐火混凝土的配合比设计用计算法比较繁琐，一般常采用经验配合比为初始配合比，再通过试配调整，得到适用的配合比2.铝酸盐水泥耐热混凝土   铝酸盐水泥是一类没有游离 CaO 的中性水泥，具有快硬、高强、热稳定性好、耐火度高等特点在冶金、石油化工、建材、水电和机械工业的一般窑炉上得到广泛的应用，其使用温度可达到 1300 ～ 1600 ℃，有的甚至能达到 1800 ℃ 左右，所以又称为铝酸盐耐火混凝土。

它属于水硬性耐热混凝土，也属于热硬性耐热混凝土  1 、胶结材    铝酸盐水泥耐热混凝土的胶结材主要有矾土水泥、低钙铝酸盐水泥、纯铝酸盐水泥  (1) 高铝水泥 ( 普通铝酸盐水泥 )    高铝水泥是由石灰和铝矾土按一定比例磨细后，采用烧结法和熔融法制成的一种以铝酸 - 钙 (CA) 为主要成分的水硬性水泥  高铝水泥水化的产物主要有 C 3 AH 6 、 AH 3 、 CAH 10 、 C 2 AH 8 ，而上述产物在高温作用 下会发生脱水，脱水产物之间发生反应如：  300 ～ 500 ℃ C3AH6 → CaO+C12A7 +H2O AH3 → A12O3 +H2O 500 ～ 1200 ℃ A12O3 +CaO → CA A12O3+C12A7 → CA( 或 CA2 ) A12O3 +CA → CA2 ( 在A12O3 较多时 )    由上可知，在 500 ℃ 以前，水泥石由高铝水泥的水化物组成； 500 ～ 900 ℃时由水化产物及由脱水产物之间的二次反应物组成； 1000 ℃ 开始发生固相烧结； 1200 ℃ 以上时变为陶瓷结合的耐火材料2) 纯铝酸盐水泥    纯铝酸盐水泥是用工业氧化铝和高纯石灰石或方解石为原料，按一定比例混合后，采用烧结法或熔融法制成的以 CA2 或 CA 为主要矿物的水硬性水泥。

其中 CA2 和 CA 含量总和在 95 ％以上， CA2 占 60 ％～ 65 ％，另外含有少量 C12A7 和 C2AS     纯铝酸盐水泥的水化硬化及在加热过程中强度的变化与高铝水泥类似由于该水泥的化学组成中含有更多的 A12O3，因此在 1200 ℃ 发生烧结产生陶瓷结合后，具有更高的烧结强度和耐火度，其最高使用温度可达 1600 ℃ 以上  2 、骨料    由于纯铝酸盐水泥可以配制较高温度下工作的耐热混凝土，因此，采用的骨料应为耐火度更高的骨料，如矾土熟料碎高铝砖、碎镁砖和镁砂等如使用温度超过 1500 ℃ ，最好用铬铝渣、电熔刚玉等  3 、掺合料    为提高耐热混凝土的耐高温性能，有时在配制混凝土时掺加一定量的与水泥化学成分相进的粉料，如刚玉粉、高铝矾熟料粉等粉料的细度一般应小于 lμm   3.磷酸或磷酸盐耐热混凝土    该耐热混凝土是以磷酸盐或磷酸作胶结剂和耐热骨料等配制而成的混凝土它是一种热硬性耐热混凝土磷酸盐耐热混凝土使用温度一般为 1500 ～ 1700 ℃ ，最高可达 3000 ℃ 而磷酸盐耐高温混凝土可以经受 -30 ～ 2000 ℃ 的多次冷热循环而不破坏。

  1 、胶结剂  (1) 磷酸盐    主要有铝、钠、钾、镁、铵的磷酸盐或聚磷酸盐，其中用得最多的是铝、镁和钠的磷酸盐    磷酸铝一般是磷酸二氢铝、磷酸氢铝和正磷酸铝三种的混合物，其中磷酸二氢铝的胶结性最强使用磷酸铝时，为加速混凝土在常温下的硬化，可加入适量的电熔或烧结氧化镁、氧化钙、氧化锌和氟化铵等作为促硬剂，也可用含有结合状态的碱性氧化物 ( 如硅酸盐水泥 ) 作促硬剂    磷酸钠盐一般用正磷酸钠 (Na3PO4) 、磷酸二氢钠、聚磷酸钠  (2) 磷酸    磷酸有正磷酸 (H3PO4) 、焦磷酸 (H3P2O7) 及偏磷酸 (HPO3) 等，常用的主要是正磷酸正磷酸本身无胶结性，但与耐热骨料接触后，会与其中的一些氧化物 ( 如氧化镁、氧化铝 ) 反应形成酸式磷酸盐，从而表现出良好的胶凝性  2 、耐火骨料    由于磷酸盐及磷酸耐热混凝土一般用于温度较高的结构物中，因此其所用的耐火骨料也应选用耐火度高的材料，常用的有碎高铝砖、镁砂、刚玉砂等  3 、掺合料    磷酸盐耐热混凝土加热时因水分蒸发会产生较大的收缩，因此在配制时应加入一些微米级耐火材料，如刚玉粉、石英粉等    由于磷酸盐和磷酸对人体具有很强的腐蚀性，因此，在施工时必须注意安全，应穿好防护服、防护鞋，戴好防护手套、防护目镜等。

  4.水玻璃耐热混凝土    水玻璃耐热混凝土是以水玻璃为胶结料，与各种耐火骨料、粉料等按一定比例配制而成的气硬性耐热混凝土它具有高温下强度损失小、耐磨、耐腐蚀、热震稳定性好等优点适用温度为 800~ 1200 ℃ ，是理想的耐火混凝土品种  5.耐热混凝土的用途、材料组成及设计施工要点  普通混凝土在环境温度超过 300 ℃ 后，其强度急剧下降，这是由于水泥石中的水化产物在高温下分解脱水，晶格结构遭到破缘故当温度达到 600 ～ 900 ℃时，含有石英岩与石灰岩的集料会急剧膨胀并产生化学分解，也使混凝土强度显著降低所以普凝土的正常使用温度不应超过 250 ℃     耐热混凝土是指能够长期承受高温 (250 ～ 1300 ℃ ) 作用高温下保持工作所需要的物理力学性能的特种混凝土，耐热混凝土主要用于工业窑炉基础、外壳、烟囱及原子能压力容器等处，长时间承受高温作用外，还会承受加热冷却的反复温度变化作    耐热混凝土由耐热集料与适量的胶结料 ( 有时还添加矿物料 ) 和水按一定的比例配制而成耐热混凝土按其胶结材料不同为水泥耐热混凝土和水玻璃耐热混凝土其中水泥耐热混凝土又分为普通硅酸盐水泥耐热混凝土 ( 耐热温度 700 ～ 1200 ℃ ) 、矿渣酸盐水泥耐热混凝土 ( 耐热温度 700 ～ 900 ℃ ) 和高铝水泥耐热 ( 耐热温度 1300 ～ 1400 ℃ ) 等几种。

水玻璃耐热混凝土的耐热温度为 600 ～ 1200 ℃ 耐热混凝土的材料选用有如下要点    (1) 水泥 强度等级不得低于 42.5MPa ，水泥中所掺的混合材料不得含有石灰岩类熔点低且在高温下易于分解软化的材料    (2) 掺合材料 当工作温度高于 700 ℃ 时，必须加入掺合材料掺合材料是在拌制耐热混凝土时掺入的具有耐热作用的细粒粉料加入掺合料首先可以增加混凝土的密实性，减少高温变形；其次某些掺合料可以与水泥水化物起化学反应而减轻水泥水化物在高温下的体积变化掺合材料种类有黏土质 ( 黏土熟料、黏土砖、红砖 ) 、高铝质滴铝砖，矾土熟料 ) 、镁质 ( 冶金镁砂、镁砖 ) 、粉煤灰及高炉重矿渣等    (3) 集料 不宜采用石灰岩及石英质集料石灰岩集料易在高温下分解，石英质集料在高温下会发生较大的体积变形 ( 扩大至原体积的 1.3 ～ 1.5 倍 ) ，这些将导致混凝土结构的破坏因此耐热混凝土的集料应选择在高温下体积变形小且化学性质比较稳定的材料可用黏土熟料、铝矾土熟料、耐火砖碎料、红砖碎料、高炉矿渣、碎镁砖、烧结镁砂、铬铁矿、玄武岩及辉绿岩等集料中严禁混有石灰岩等有害杂质  耐热混凝土的配合比设计，应根据混凝土的工作强度、极限工作温度、材料来源及经济因素加以综合考虑，并通过试验确定。

在试验中应注意用水量 ( 或水玻璃用量 ) 在满足和易性要求下应尽量减少，其坍落度应比普通混凝土小 10 ～ 20mm ；宜用机械搅拌，搅拌时间要比普通混凝土延长 1~2 分钟耐热混凝土浇筑后应精心养护，水泥耐热混凝土宜在 15 ～ 25 ℃的潮湿环境中养护，水玻璃耐热混凝土宜在 15 ～ 30 ℃的干燥环境中养护；水泥耐热混凝土在气温低于 + 7 ℃ 、水玻璃耐热混凝土在低于 + 10 ℃ 时施工，即应按照冬期施工规定执行，并不得掺用化学促凝剂   耐火混凝土的用途、材料组成及设计施工要点    耐火混凝土是指工作于 900~ 1600 ℃ 的温度下并保持其物理力学性能的特种混凝土，它与耐热混凝土 有许多共同之处，在一些资料。