关于耐高温混凝土配合比设计的研究

关于耐高温混凝土配合比设计的研究

吴秀静

天津金隅混凝土有限公司

摘要：随着我国经济实力的提高，我国的建筑行业得到了快速的发展，对耐高温混凝土的要求也越来越高。但是，目前我国国内对于耐高温混凝土的配合比设计方面的研究较少，本文就主要通过对耐高温混凝土的作用机理以及受热过程的研究，对耐高温混凝土配合比设计的要点进行简要的探讨。本次所进行配合比设计的目标为C35强度等级的混凝土，耐热温度为700摄氏度。

关键词：耐热混凝土；配合比设计；控制

一、引言

在一些工业的窑炉以及热力装置的建造与修理过程当中，通常采用的耐火材料不能够满足其使用要求，这时，就需要采用不需要提前烧成的耐高温混凝土，来代替某些性能较差的耐火材料。

二、耐高温混凝土

由于混凝土长期暴露在恒定的高温或者是暴露在循环变化的高温当中，会形成一种陶瓷类的黏结产物，使得混凝土不会发生破裂，这就是我们通常所讲的耐热混凝土。又因为耐热混凝土和普通混凝土最大的一个区别是所选用的水泥品种不一样，所以，在进行耐高温混凝土配合比设计之前，要进行一系列的研究工作。

三、高温环境对混凝土性能的影响

（一）混凝土施工性能的劣化

在高温环境下，混凝土的性能会发生非常大的变化，塌落度损失明显增大，另外，有效工作时间的减少同样也会造成混凝土施工性能的劣化。

（二）混凝土自身性能的劣化

由于长期处于高温的环境之下，混凝土在初期的水化速度将有非常明显的提高，初凝时间与终凝时间回缩短很多。所以，高温混凝土在早期的强度会有明显的提高，水化产物物相也会发生很大的改变。另外，高温混凝土在后期的强度则会发生明显的降低，并且，混凝土内部的密实性也发生了明显的降低，大大降低了混凝土的耐久性能。

（三）混凝土温度应力发生开裂

在高温混凝土进行施工的过程当中，混凝土的温度应力发生开裂现象表现的非常突出。高温条件下，因为混凝土的施工表面有着非常高的温度，为了使得工人在施工时更加便利，通常需要将施工环境温度降低到二十八度以下，这也就使得混凝土的温度应力极易发生开裂现象。

四、混凝土材料在受热之后的作用机理

通过大量的研究工作表明，混凝土在高温受热的条件下，会发生退化，退化的主要表现为：混凝土的表现密度降低；形成大量的孔和裂缝以及其弹性模量和强度模量都会出现明显的下降。混凝土材料的受热作用主要有以下几个方面：骨料的受热作用机理；水泥水化产物的受热作用机理；水泥石以及骨料界面的受热作用机理。

（一）骨料的受热作用机理

在加热到300摄氏度的时候，在普通混凝土当中的骨料开始发生膨胀，伴随着加热温度的不断升高，水泥的收缩加剧，骨料的膨胀加剧，使得水泥与骨料相结合而被破坏，水泥骨架破裂承块状。

在温度加热到500摄氏度及以上的时候，骨料当中的石英晶体发生晶型转变，使得石英晶体的体积发生膨胀，初生的不连贯裂缝迅速扩展并连续起来，使之形成大裂缝，进而造成混凝土的宏观遭到破坏。所以，水泥用量越大，水灰比越大，强度就会降低的越快。

（二）水泥水化产物的受热作用机理

当混凝土加热到100摄氏度的时候，混凝土中的毛细孔开始失水；100摄氏度至150摄氏度的时候，由于水蒸气的蒸发促进熟料逐步水化使得混凝土的抗压强度增强；在200摄氏度至300摄氏度的时候，水泥水化产物水化硅酸钙凝体发生脱水，进而导致了组织发生硬化；在加热到300摄氏度以上的时候，水泥水化产物硅酸钙凝体脱水加剧，使得混凝土开始收缩，出现裂纹，混凝土的强度开始降低；在加热到575摄氏度的时候，水泥水化产物中的氢氧化钙发生脱水，使得水泥组织遭到破坏。

900摄氏度时，混凝土中的碳酸钙发生分解。这时，普通硅酸盐水泥配制而成的混凝土游离水、水化产物的脱水以及结晶水基本上就已经结束了，混凝土的强度基本上已经处于完全丧失的状态。同时，要格外注意氢氧化钙的脱水，由于碳酸钙的分解，使得混凝土当中生成了氧化钙，由于氧化钙吸收了空气当中的水分，发生再次的水化，进而导致其体积发生膨胀，使得混凝土的表面出现剥落。

（三）水泥石以及骨料界面的受热作用机理

由于骨料的岩石成分不同，使得其受热作用机理也不相同。骨料中若含有的是石英岩，当其在575摄氏度以下的时候，体积会逐渐膨胀，而在575摄氏度时，体积会发生一瞬间的膨胀。当加热到750摄氏度至900摄氏度时，该材料会分解成氧化钙，强度发生明显的降低。因此，含有石灰岩的混凝土不适合在高温的环境下使用。

五、耐高温混凝土配合比设计的要点

根据上文中所讲述到的混凝土材料在受热之后的受热作用机理，我们可以得出以下几个耐高温混凝土配合比设计的要点。

（一）水泥品种的选择

由于本次所要设计的耐高温混凝土为C35、700摄氏度，所以，为了确保所设计出的配合比较为实用，在研究当中主要以硅酸盐质的水泥为主要原料，同时，还进行了铝酸盐水泥以及刘铝酸盐水泥、水玻璃等胶凝材料的试验。试验得出的结果表明，通过合适的配制技术采用硅酸盐水泥能够配制出符合目标要求的耐高温混凝土材料。

（二）水泥用量的选择

因为我们通常制备混凝土时采用的水泥的品种是硅酸盐质水泥，由于其受热变化机理以及受热变化过程是没有办法避免的，所以，在保证混凝土强度的前提条件下，进行配合比设计的时候要尽可能的将水泥用量降到最低。

（三）掺合料的选择

在进行耐高温混凝土配合比设计时，为了尽可能的避免氢氧化钙分解而带来的潜在危害，应该尽可能的将氢氧化钙的用量降到最低，这时，可以在配合比当中加入大量的混合材。加入混合材还可以使其进行进一步的水化作用，进而对混凝土强度的下降做出一定的弥补。

（四）骨料的选择

在进行骨料的选择时，可以采用一些钢铁集团所提供的水渣作为细骨料，其成分可以选用焦宝石的，也可以选用玄武岩的，等等。经过一系列的实验与研究得出，六合产玄武岩能够基本上满足我们所要的混凝土要求。又因为用水渣配制出的混凝土工作性较为一般，所以，在进行耐高温混凝土配合比设计时，要严格的控制粗骨料的泥块含量、泥含量以及级配等一系列的技术指标。

（五）外加剂掺量以及用水量

为了能够满足混凝土的工作性能，在进行700摄氏度、C35强度等级的混凝土配制时，用水量通常较高，那些多余的水一般是以毛细孔水以及自由水的形式存在，虽然这些水的存在不会对混凝土的高温性能产生直接的影响，但是用水量的高低会和混凝土的形貌以及混凝土的孔隙结构有着非常密切的关系。

（六）受热过程膨胀压力释放与抗裂性能的提高

从混凝土材料的受热作用机理以及受热过程的研究与分析可以得知，在高温的情况下，混凝土材料内部的微观裂缝以及水蒸气的膨胀压力在客观情况下是存在的，同时，这两点也是最终导致混凝土材料在受热之后性能发生变化的主要原因之一。另外，在进行耐高温混凝土配合比设计时，在配合比当中加入适当的高温分解材料或者是引入一定的气孔对提高混凝土的耐高温性能很有帮助。

在进行700摄氏度、C35强度等级的混凝土配制时，通过采用掺假引气剂以及添加聚丙烯纤维的方法来释放混凝土在受热过程当中的膨胀压力，并且实验表明，掺假一定量的聚丙烯纤维对提高混凝土材料的耐高温性能有很大的帮助。

六、结束语

在进行700摄氏度、C35强度等级的混凝土配制时，本次所设计的配合比能够满足其基本的要求，但是还存在一定的上升空间。要特别注意的是，在进行耐高温混凝土配合比设计时，要严格控制原材料的性能，尤其是对水泥当中混合材品种以及混合材掺加量的控制。

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