我公司产品参与钢铁厂高炉基础耐热混凝土试验研究

来源：  发布日期：2023/6/8  点击次数：472

引言
随着工业的发展和技术的进步，越来越多的特殊混凝土应用在实际工程中，如耐热混凝土。耐热混凝土主要运用于冶金工程基础部位和烟囱内衬等建设，是指能长期在200℃～900℃状态下使用且能保持所需的物理力学性能和体积稳定性的混凝土。耐热混凝土凭借着优异的性能和低廉的价格，成为众多耐高温工程的首选材料。漳州某钢铁厂建设高炉项目，其中高炉基础二次浇灌层要求使用耐热度为400℃的混凝土。本课题结合工程施工要求及闽南地区原材料特点，开展高炉基础耐热混凝土试验研究，为耐火耐热建筑材料开发提供参考。1 原材料及实验方法1.1 原材料

水泥：安徽芜湖海螺水泥有限公司生产的P·O42.5普通硅酸盐水泥，28d抗压强度为53.6MPa。郑州市建文特材科技有限公司生产的CA50-II铝酸盐水泥，Al2O3含量为56%,3d抗压强度51.5MPa。

矿渣粉：福建三钢集团矿微粉有限公司生产的S95级矿渣粉，28d活性指数为101%。

粉煤灰：漳州后石电厂生产的F类II级粉煤灰，活性指数为74%。

外加剂：厦门路桥翔通建材科技有限公司生产的LQ-100缓凝型聚羧酸减水剂，减水率为26%，含气量2.1%。

集料：集料的类别和耐火度是影响耐热性能的关键所在，根据地材特点和试验要求选用不同材质粗、细集料，相应性能指标见表1。

表1 集料性能指标

1.2 实验方法

本课题先测试原材料耐热性，方法为将水泥制备净浆养护后烘干，将骨料烘干，按加热流程烘烤各原材料以观察外观。其次参照YB/T4252-2011《耐热混凝土应用技术规程》等标准设计配合比，适当提高胶材用量改善结构致密性，设计耐热400℃的C35等级混凝土和耐热700℃的C20等级混凝土，如表2所示，试验测试骨料、纤维、水泥等对混凝土耐热性的影响。

表2 基准配合比

同一个配合比制备三组100mm×100mm×100mm混凝土试块并标养28d：一组试块测试28d龄期抗压强度；一组试块在110℃下烘干24h后测试烘干抗压强度；一组试块在110℃下烘干24h后，放入箱式电炉中加热，测试残余强度。加热流程为：先按2～3℃/min匀速升温至设定温度，恒温3h后自然冷却。2 实验结果及分析2.1 原材料耐热性能测试试验测试不同集料、水泥净浆按加热流程在400℃、700℃、1000℃下烘烤的外观开裂情况，分析不同材质集料和不同成分水泥的耐热程度，初步分析各种原材料的安全使用温度，试验结果如表3所示。

表3 原材料耐热性能测试

通过耐热性能初步测试，结果表明：不适合400℃环境下使用的原材料有花岗岩碎石、陶粒；不适合700℃环境下使用的原材料有辉绿岩碎石、河砂、海螺水泥；适合700℃以上环境下使用的原材料有玄武岩碎石、高铝碎石、铝酸盐水泥。矿物成分复杂的集料由于各组分热膨胀系数差异大、杂质不耐高温、强度低等原因，易产生裂纹或脆裂，如花岗岩普通碎石、陶粒、河砂。玄武岩碎石、辉绿岩碎石由于矿石成分均一、强度高，在高温下不易产生结构改变。普通硅酸盐水泥水化产物在500℃左右开始脱水变形，强度显著下降。以上原因限制各类原材料的耐高温使用范围。2.2 耐热400℃混凝土研究考虑到原材料耐热性能、混凝土可施工性和成本，试验选用海螺牌普通硅酸盐水泥、河砂配制耐热混凝土，配合比参照表2中C35-400编号配方，测试比较使用花岗岩碎石、陶粒石、玄武岩碎石和辉绿岩碎石对混凝土耐热性能的影响，结果见表4和图1。试验结果表明：除陶粒混凝土工作性稍差外，其它3种石子配制的混凝土都具有良好的施工性能；使用玄武岩碎石和辉绿岩碎石的混凝土外观无裂纹，且400℃烘烤后强度损失较小；使用花岗岩碎石和陶粒石的混凝土外观有裂纹甚至偶有崩裂。4种石子配制的混凝土残余强度都可以达到C35等级设计强度的50%，但1#和2#配合比出现开裂，因此选用集料应与胶凝材料具有接近的热膨胀系数，并应进行耐热性能检测。3#、4#配合比可满足耐热400℃要求。2.3 纤维对耐热性能的影响

表4 耐热400℃混凝土性能指标

图1 耐热400℃混凝土抗压强度

试验选用聚丙烯建筑纤维（PP纤维）、波浪形钢丝纤维（钢纤维），按一定掺量加入混凝土中，研究不同纤维对混凝土耐热性能的影响。试验选用表4中3#配合比，进行400℃耐热试验，试验结果见表5和图2。

表5 纤维对耐热混凝土性能影响

图2 纤维对耐热混凝土抗压强度影响

试验结果表明：掺加PP纤维的混凝土工作性与空白样接近，未出现裂缝，残余强度略有降低；掺加钢纤维的混凝土有出现开裂，残余强度较空白样下降约5MPa。PP纤维在普通混凝土中具有防火灾爆裂作用，但本试验中未能提高耐热混凝土残余强度，且烘烤过程会产生黑烟和刺鼻气味，存在污染及影响使用。钢纤维通常能提高混凝土韧性，减少裂缝产生，但本实验发现钢纤维在烘烤过程会氧化锈蚀，引起膨胀开裂，见图3。因此掺加纤维未能改善混凝土耐热性能，不建议使用。2.4 耐热700℃混凝土研究

图3 钢纤维耐热混凝土试块

在耐热400℃混凝土研究基础上，试验进一步研究耐热700℃混凝土性能。混凝土配合比参照表2中C20-700编号配方，测试比较不同水泥、砂石对混凝土耐热性能的影响，结果见表6和图4。

表6 耐热700℃混凝土性能指标

图4 耐热400℃混凝土抗压强度

试验结果表明：使用铝酸盐水泥、高铝集料配制的混凝土工作性明显变差，拌合物干硬，适合现场自拌和非泵送施工；经700℃烘烤，使用硅酸盐水泥、玄武岩石和河砂配制的混凝土残余强度下降较大，且试块有开裂；4#配合比满足700℃耐热要求。在700℃环境下，普通水泥和集料易因高温膨胀导致开裂，无法满足耐热要求。而铝酸盐水泥水化不生成氢氧化钙，受加热破坏小，其次高铝水泥和高铝骨料在高温下生成大量高熔点矿物，使混凝土内部保持一定的强度。2.5 工程应用本课题开发的耐热400℃混凝土方案运用于漳州某钢铁厂高炉基础工程，采用表2中C35-400编号配合比，使用海螺牌普通硅酸盐水泥、玄武岩碎石、河砂等原材料，经济性好。拌合物现场坍落度为（160±30)mm，工作性良好，可通过泵送施工提升浇筑效率，满足了钢铁厂复杂工况下施工，耐热性能满足要求。耐热混凝土在生产过程中应做好质量控制：做到专仓专线专车生产，防止石灰石等其他材质原材料混入；施工后应及时养护防止开裂，覆盖养护时间不少于7天；混凝土结构使用前应做加热预处理，并保持干燥，提高耐热混凝土使用寿命。3 结论及建议
⑴使用普通硅酸盐水泥、玄武岩碎石、河砂等原材料可配制耐热400℃、强度等级C35的混凝土。⑵掺加PP纤维、钢纤维未能改善混凝土耐热性能，不建议使用。⑶配制耐热700℃混凝土需使用铝酸盐水泥、高铝集料，普通水泥和集料无法满足耐热要求。⑷耐热混凝土在生产过程应做到专仓专线专车生产，浇筑完要做好养护，使用前进行加热预处理。





来源：知网

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