CN102060489A - 一种高强耐热混凝土及其使用方法 - Google Patents

一种高强耐热混凝土及其使用方法 Download PDF

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周进
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刘少雨
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Abstract

本发明属于建筑施工技术领域,特别涉及一种高强耐热混凝土及其使用方法。以每立方米混凝土计,其成分的重量配比如下:矿渣硅酸盐水泥405-487Kg;玄武石1041-1430Kg;粒化高炉矿渣810-887Kg;粉煤灰45-65Kg;减水剂7-9Kg;水150-190Kg。本发明通过对混凝土选用材料进行遴选,获得的耐热混凝土达到了耐热温度500℃、强度等级C40耐热混凝的设计要求,使用年限为50年,同时还适用于大体积高强的耐热混凝土的施工。通过本工法的使用,代替了耐火砖等材料用作窑炉的膛壁内衬及主体结构,其寿命较耐火砖等材料可提高1-2倍,同时立足就近选材,节约了资金降低了成本。

Description

一种高强耐热混凝土及其使用方法
技术领域
[0001] 本发明属于建筑施工技术领域,特别涉及一种高强耐热混凝土及其使用方法。
背景技术
[0002] 耐热混凝土是一种能长期承受高温作用(200°C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。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。
[0003] 耐热混凝土的选材是整个耐热混凝土施工的关键环节之一,相对于耐热温度 500°C,强度等级C40来说,耐热混凝土的通常选材在混凝土搅拌、运输中几乎难以实现,混 凝土的施工质量也不容易保证,且不能保证混凝土的强度及耐热温度。因此如何进行合理 选材,实现既能保证施工质量,满足使用要求,又能大幅降低成本,显著提高施工效率,且便 于机械化施工是本领域一直探索研究的方向之一。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种高强耐热混凝土及其使用方法,通过合理选材,实现 既能保证施工质量,满足使用要求,又能大幅降低成本,显著提高施工效率,且便于机械化 施工。
[0005] 本发明采用的技术方案如下:
一种高强耐热混凝土,以每立方米混凝土计,其成分的重量配比如下: 矿渣硅酸盐水泥405-487Kg ;玄武石1041-1430Kg ;粒化高炉矿渣810_887Kg ;粉煤灰 45-65Kg ;减水剂 7-9Kg ;水 150-190 Kg。
[0006] 本发明提供的耐热混凝土选材通过对胶凝材料、粗、细骨料的确定以及含量的控 制,以使混凝土的耐热性能、强度等级满足要求。
[0007] 水泥品种及标号的选用一般根据工程特点,所处环境条件及混凝土的强度要求来 考虑,所采用的水泥标号与混凝土强度相适应,对于耐热温度500°C,强度等级C40的耐热 混凝土,除考虑以上条件外,还应考虑水泥的耐热性能、粗细骨料及外加剂的物理化学性 能,依据设计的耐热温度50(TC,混凝土大体积浇筑量(如600 m3 ),强度等级C40,经遴选水 泥选用矿渣硅酸盐水泥。矿渣水泥早期强度低,后期强度增长较快,水化热较低,耐热性好, 硬化后氢氧化钙含量低,矿渣本身又是水泥的耐火掺料,当受到高温作用时,强度不至有显 著降低。因此矿渣硅酸盐水泥可用于配制耐热混凝土,适用高温车间和有耐热耐火要求的 混凝土结构、大体积混凝土结构、蒸汽养护的构件、有抗硫酸盐侵蚀要求的工程。本发明优 选河南安阳湖波水泥有限公司生产的P. S. A42. 5级矿渣硅酸盐水泥。所采用的矿渣硅酸盐 水泥符合GB175-2007标规定的品质指标要求,具体各项指标检测见下表1 :
表1
Figure CN102060489AD00041
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。
[0008] 耐热混凝土的骨料一般选择在高温下体积变形小,且化学性质比较稳定的且满足 强度要求的物质。
[0009] 普通粗骨料大部分为水成岩,满足不了施工要求,变质岩成品则不易大量组织,经 遴选,属于火成岩的玄武石非常适用于作为高速公路面层浙青混凝土骨料,具有高强、耐 磨、耐高温性能,强度耐热性能都能满足要求,在高温下不会发生较大的体积变形,化学性 质比较稳定,便于大量组织,且成本低廉,其中又以河南渑池生产的玄武石为佳。
[0010] 普通细骨料主要成分为SiA,受热体积变形较大,碎砖粉满足不了强度要求,经实 验选用高炉矿渣粉,强度能达到要求,成本低。出于运输成本考虑,就近取材,特别选用河南 舞钢生产的高炉矿渣粉,在高温下不会发生较大的体积变形,化学性质比较稳定,且最高使 用温度可达1450°C。
[0011] 另外,玄武石、粒化高炉矿渣的耐热性也很好,与矿渣硅酸盐水泥配合可制成耐 较高温度的耐热混凝土。其耐热机理是:矿渣硅酸盐水泥熟料中的C3S和C2S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S^2和AI2O3又反应生成具有 较强耐热性的无水硅酸钙和无水铝酸钙,使混凝土具有较强的耐热性。
[0012] 除此之外,骨料的级配也是需要考虑的问题:使用良好级配的矿渣,不仅所需水泥 浆量较少,经济性能好,而且还可提高混凝土的密实性和强度。矿渣的颗粒级配用级配区表 示,根据JGJ52-79的规定,对细度模数为3. 7〜1. 6的矿渣,按0. 63mm筛孔的累计筛余百 分率分成三个级配区,本发明采用高炉矿渣的颗粒级配区见表2,其曲线图见附图1 ;表3为 技术质量要求。
Figure CN102060489AD00051
[0013] 注:除5mm和0. 63mm筛号外,允许稍有超出分界线,但其总量不应大于5%。
Figure CN102060489AD00052
[0014] 玄武石的级配采用连续级配,详见表4 :
Figure CN102060489AD00061
注:公称粒级的上限为该粒级的最大粒径;单粒级一般用于组合成具有要求级配的连 续粒级。
[0015] 减水剂的具体选择无严格要求,选最常用的SAF高效减水剂即可。
[0016] 本发明选材可以满足耐热温度500°C,强度等级C40,使用年限为50年,且能满足 大体积、高强度耐热砼施工要求。
[0017] 另外从成本上,耐热混凝土原材:矿渣硅酸盐水泥约为430元/吨,玄武石60元/ 吨,高炉矿渣60元/吨,内掺外加剂因用量较少价格忽略不计,经测算,耐热混凝土为800 元/m3。同等级商品耐热混凝土成品料约2300〜观00元/吨,测算后市场价约5000元/
3
m ο
[0018] 本发明还提供了一种较好的所述的高强耐热混凝土的使用方法,但并非仅限于按 照以下方法使用,常规混凝土的使用方法也是适用的;具体方法如下:以每立方米混凝土 计,将405-487Kg矿渣硅酸盐水泥、1041-1430Kg玄武石、810_887Kg粒化高炉矿渣、45_65Kg 粉煤灰、7-9Kg减水剂、150-190 Kg水混合拌制混凝土,运输至施工地后浇筑、养护。
[0019] 所述混凝土的水泥掺量不低于400kg/m3,钢纤维掺入量为M_2^g/m3。
[0020] 所述混凝土的搅拌时间为2. 5-aiiin。施工现场采用集中搅拌,并严格按照确定的 混凝土配合比进行计量搅拌。上料时严禁掺入普通骨料及杂物,且要将料仓清洗干净,搅拌 用水采用饮用水。
[0021] 混凝土的运输采用混凝土搅拌输送车运送。在运输途中,混凝土搅拌筒始终保持 慢速转动,从而使筒内的混凝土拌合物可连续得到搅动,以保证混凝土通过长途运输后仍 不致产生离析现象。
[0022] 混凝土浇筑时间应避开温度过高及阳光暴晒,内外温差严格控制在25°C以内。
[0023] 混凝土振捣在初凝前进行二次振捣。
[0024] 模板必须经过严格设计,以清水混凝土标准施工,上表面一次收成,不做二次装
6饰。
[0025] 所述混凝土于外露环境下使用时,应在温度15°C〜25°C的条件下,保持湿润进行 养护,养护时间不少于14d,柱拆模时间不少于14d。这点比其它混凝土的拆模时间更严,其 它混凝土的拆模时间一般为2〜3天,强度达到2MPa ;而本发明的强度可达到C40。
[0026] 由于选材选用矿渣硅酸盐水泥,前期水化热较低,使用于大体积混凝土施工时,对 一次连续浇筑量大,但体积较小如普通梁,板、柱等,应主要加强混凝土浇筑后前七天养护; 对于单个体积较大的构筑物,应采取必要的降温措施,保证混凝土的内外温差在25°C以内。
[0027] 本发明相对于现有技术,有以下优点:
本发明通过对混凝土选用材料进行遴选,获得的耐热混凝土达到了耐热温度500°C、强 度等级C40耐热混凝的设计要求,使用年限为50年,同时还适用于大体积高强的耐热混凝 土的施工。通过本工法的使用,代替了耐火砖等材料用作窑炉的膛壁内衬及主体结构,其寿 命较耐火砖等材料可提高1-2倍,同时立足就近选材,节约了资金降低了成本。
附图说明
[0028] 图1为本发明采用的高炉矿渣的颗粒级配的曲线图。
[0029] 图2为耐热混凝土的加热温度与强度的关系图。
具体实施方式
[0030] 以下以具体实施例来说明本发明的技术方案,但本发明的保护范围不限于此:
以下实施例中选用安阳湖波矿渣硅酸盐水泥,河南渑池产玄武石,河南舞钢生产的高 炉矿渣粉。
[0031] 实施例1
高强耐热混凝土,以每立方米混凝土计,其原料重量配比如下: 矿渣硅酸盐水泥405Kg ;玄武石1430Kg ;粒化高炉矿渣810Kg ;粉煤灰 45Kg ; SAF高 效减水剂9Kg;水190Kg。
[0032] 施工工艺如下:
将矿渣硅酸盐水泥、玄武石、粒化高炉矿渣、粉煤灰、减水剂混合,拌制:3min得到混凝 土,运输至施工地后浇筑、养护。由于混凝土属于外露使用,最后混凝土在温度30°C下保持 润湿进行养护,养护时间为14d,柱拆模时间为14d。
[0033] 所述混凝土的水泥掺量为420kg/m3,钢纤维掺入量为25kg/m3。
[0034] 施工过程中,浇筑前采用泵送混凝土,对于泵送混凝土的坍落度,根据《混凝土泵 送施工技术规程》中的规定选用,对于不同高度,入泵时的混凝土的坍落度按表5选用,混凝 土入泵时的坍落度允许误差必须符合表6规定,混凝土经时坍落度损失值按表7选用。
Figure CN102060489AD00081
d U. - I +、Ί
[0035] 注:本次浇筑混凝土时当天温度为30°C左右。
[0036] 经时是指混凝土自搅拌成至运至浇筑地点的时间 成本核算:
如果市场购买同材料商品耐热混凝土 600m3费用共计300万元,而采用自制耐热混凝 土,费用仅为48万元,节约成本252万元。
[0037]
Figure CN102060489AD00082
耐热混凝土性能试验 1)耐高温试验
耐高温试验主要是依据结构或构件的使用环境,模拟使用过程中进行加热烘烤,烘烤 过程遵循以下原则(见表8耐热混凝土烘烤原则),加热温度与强度的关系见附图2。
Figure CN102060489AD00091
[0038] 本实施例中耐热混凝土用于主要承重构件,要求混凝土强度等级大于设计强度等 级,加热极限使用温度并经冷却后的强度 > 设计强度,对于非承重构件如内衬等强度>45% 烘干抗压强度,并且表面不允许出现裂纹。耐热混凝土抗压强度检测报告如下:
① 工程部位:5. 45-10m层梁板柱 成型日期:09. 7. 19
委托日期:09. 7. 26 检测依据:GB/T50081-2002 养护条件:标养
龄期:7d ;强度等级:C40 ;试件尺寸(mm) =150X 150X 150 承压面积:22500mm2
破坏载荷:790KN对应单个值为34. 7MPa ;750KN对应单个值为33. 3MPa ;760KN对应单 个值为33. 8MPa ;评定值为33. 9MPa ; 结论:达设计强度等级(%) 85
② 工程部位:5. 45-10m层梁板柱 成型日期:09. 7. 19
委托日期:09. 8. 16 检测依据:GB/T50081-2002 养护条件:同条件观天6001:
龄期:28d ;强度等级:C40 ;试件尺寸(mm) =150X 150X 150 承压面积:22500mm2
破坏载荷:1100KN对应单个值为48. 9MPa ; 1050KN对应单个值为46. 7MPa ; 1070KN对应 单个值为47. 6MPa ;评定值为47. 7MPa ; 结论:达设计强度等级(%) 119。
[0039] 通过上述实验可知,矿渣硅酸盐水泥配制的耐热混凝土最高使用温度可达到 7000C,强度等级C45,满足设计要求的耐500°C高温,强度等级C40。
[0040] 实施例2高强耐热混凝土,强度等级C40,耐热温度500°C以上,其原料重量配比如下:
矿渣硅酸盐水泥435份
玄武石 1213份
粒化高炉矿渣 860份
粉煤灰 55份
减水剂 8. 3份
水187份
施工工艺同实施例1。
[0041] 实施例3
高强耐热混凝土,强度等级C40,耐热温度500°C以上,其原料重量配比如下:
矿渣硅酸盐水泥473份
玄武石1330份
粒化高炉矿渣 865份
粉煤灰 63份
减水剂 7. 5份
水156份。
[0042] 施工工艺同实施例1。

Claims (5)

1. 一种高强耐热混凝土,其特征在于,以每立方米混凝土计,其成分的重量配比如下: 矿渣硅酸盐水泥405-487Kg ;玄武石1041-1430Kg ;粒化高炉矿渣810_887Kg ;粉煤灰45-65Kg ;减水剂 7-9Kg ;水 150-190 Kg。
2.权利要求1所述的高强耐热混凝土的使用方法,其特征在于,以每立方米混凝土计, 将405-487Kg矿渣硅酸盐水泥、1041-1430Kg玄武石、810_887Kg粒化高炉矿渣、45_65Kg粉 煤灰、7-9Kg减水剂、150-190 Kg水混合拌制混凝土,运输至施工地后浇筑、养护。
3.如权利要求2所述的高强耐热混凝土的使用方法,其特征在于,所述混凝土的水泥 掺量不低于400kg/m3,钢纤维掺入量为M-26kg/m3。
4.如权利要求2所述的高强耐热混凝土的使用方法,其特征在于,所述混凝土的搅拌 时间为2. 5-3min。
5.如权利要求2所述的高强耐热混凝土的使用方法,其特征在于,所述混凝土于外露 环境下使用时,应在温度15°C〜25°C的条件下,保持湿润进行养护,养护时间不少于14d, 柱拆模时间不少于14d。
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