耐高温混凝土配合比设计

耐高温混凝土配合比设计

邱志文

天津金隅混凝土有限公司天津300300

摘要：在进行耐高温混凝土的配制时，集料以及水胶比、胶凝材料都对其性能有着较大的影响。当混凝土的服役环境温度达到550℃时，加大胶凝材料当中的矿粉比例，以及利用耐火砂材料，并适当降低水胶比可以制备出烘干强度（110℃×24h）37.7MPa、残余强度（900℃×3h）20.1MPa、残余强度（500℃×3h）39.3MPa、烧后线变化（500℃×3h）-0.05%以及烧后线变化（900℃×3h）-0.12%的耐高温混凝土。本文将结合笔者的实际工作经验，主要针对耐高温混凝土的配合比设计做出详细的分析与说明，希望为耐高温混凝土的生产提供一定的借鉴意义。

关键词：耐高温性能；混凝土；配合比；试验

1、引言

在混凝土的不同种类中，能够长期承受200℃及以上的高温并且能够继续保持所需物理力学性能的一种特殊种类混凝土，称之为耐高温混凝土，该混凝土由于具有较强的耐高温性能，已经被广泛的应用到冶金以及石油、建筑材料等工业热热工设备以及需要长期处于高温环境的构筑物当中，比如说工业窑炉的耐火内衬以及高温锅炉的外壳等等，下文将展开叙述耐高温混凝土配合比设计的相关要点。

2、耐高温混凝土配合比设计的要点

2.1水泥品种的选择

根据混凝土的设计目标，通常耐高温程度达到了500℃及以上，为了使混凝土在实际的使用过程当中安全系数能够得到保障，本次研究过程将其耐高温程度设置为500℃和900℃。在研究过程中，为了有效的保证混凝土配合比的实用性，将水泥品种设置为硅酸盐质水泥，通过相关研究表明，采取硅酸盐质水泥并且搭配科学合理的配制技术，最后配制出的混凝土能够达到耐高温混凝土材料的目标要求。

2.2水泥用量的选择

在配制混凝土时，主要选取的为硅酸盐质水泥，该种水泥的受热变化过程以及机理不可避免，所以，在进行配合比设计时应该在保证混凝土强度的基础之上尽量的减小水泥的用量。

2.3掺合料的选择

在配制耐高温混凝土的过程中，为了有效的避免Ca（OH）2发生分解而出现一定的危害，要尽量降低Ca（OH）2的掺加量，这时可以采取向混凝土中添加大量的混合材的方法。与此同时，混合材会在高温作用之下起到一定的水化作用，进而弥补混凝土后期强度发生下降的缺陷。

2.4骨料的选择

在骨料选取方面可以将水渣作为细骨料、玄武岩以及焦宝石等作为粗骨料，该类型的配合在试验研究之后表明，六合产玄武岩基本上可以满足混凝土的耐高温要求。同江砂相比较而言，水渣不存在形貌效应，因而配制出的混凝土材料性能较为一般，所以，要在骨料选择时严格控制好粗骨料的级配等技术指标。

2.5用水量和外加剂掺量

在配制混凝土时，为了有效的保证混凝土的耐高温性能，所用到的水量较大，若条件允许的话，建议采用一些性能较好的外加剂来减少水的用量，比如说聚羧酸等高性能外加剂等。

3、耐高温混凝土的配合比设计试验研究

3.1试验原料

在该试验过程中，所选水泥为P·O42.5水泥，在二十八天时的强度为46.7MPa；所选矿粉为比表面积为400m2/kg的S95级矿粉；所选粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，蓄水量比为97%，通过45μm筛余18%；选择细度模数为2.7、含泥量在1.5%左右的河砂以及细度模数为2.5的烧结镁砂作为细集料；选择5~25mm连续粒级的南京六合玄武岩作为粗集料；所选外加剂为减水率18%的苏博特JM-10减水剂。

3.2试验方法

在本次混凝土配合比设计初始，选择C25商品混凝土的配合比设计作为参考，并适当调整其耐火砂以及河砂、水胶比、硅酸盐水泥的比例，从而对其耐高温性能进行考察。其中，混凝土初始配合比如表1所示。

表1混凝土的初始配合比

从该表中可以看出，随着S95矿粉用量的增加，P·O42.5水泥用量逐渐下降，所测出的烘干强度并没有发生较大的变化，这说明适量的矿粉代替水泥不会对混凝土强度造成较大的影响，但在矿粉用量超过某一数值时，混凝土强度则开始下降。其次，残余强度1和残余强度2也会随着矿粉用量的增加而明显上升。这是因为水泥熟料中的水化产物Ca（OH）2会在高温下脱水生成CaO，CaO又与矿粉、粉煤灰中的活性SiO2和A12O3发生反应，生成具有较强耐高温性能的无水铝酸钙和无水硅酸钙，减少CaO的含量。另外，水泥水化产物C-S-H凝胶在高温时脱去结合水发生开裂现象，在矿粉替代水泥之后，就会分散C-S-H凝胶体，使凝胶层的包裹层厚度明显降低，从而提高混凝土的耐高温性能。

4、结束语

综上所述，将河砂代替耐火砂之后，不会对残余强度1产生较大影响，但是会明显的提高残余强度2的数值大小，说明在高温下的石英晶型转变对混凝土耐高温性能会产生不利的影响。其次，矿粉替代水泥之后，残余强度1及2会随着矿粉的用量增多而产生明显的变化，因为矿粉吸收了无水铝酸钙以及无水硅酸钙，并且还明显降低了C-S-H凝胶体包裹层的厚度，提升了混凝土的耐高温性能。

参考文献：

[1]时旭东，刘超，等.亚高温持续作用混凝土受压强度试验研究[J].建筑结构，2011，41（8）：106-109.

[2]过镇海，王传志.高温下混凝土性能的试验研究概括[M].北京：清华场大学出版社，1989.

[3]覃丽坤，宋玉普.高温对混凝土力学性能影响的试验研究[J].混凝土，2004（5）：110-113.