耐热混凝土的研制与应用

张防震

(南京建工集团，南京市210039)

耐热混凝土是我公司为满足上海梅钢公司热轧钢卷材主库房的建设而专门研发设计的产品。设计要求混凝土标号C25，耐热温度为650℃，检测方法依据中冶集团建筑研究总院主编的《耐热混凝土应用技术规程》。

1 耐热机理

普通混凝土在高温受热下的退化包括质量减少和形成大量的孔和裂缝以及强度和弹性模量的下降，退化的结果造成混凝土出现大面积裂缝以至坍塌。普通混凝土受热作用机理包括水泥水化产物受热作用机理和水泥水化产物与骨料之间受热相互作用机理。

当混凝土被加热到100℃时，胶凝体毛细孔开始失去水分;达到200℃ ～300℃时水泥水化产物水化硅酸钙凝体开始脱水而导致组织硬化:300℃以上由于脱水加剧，混凝土收缩，开始出现裂纹，强度开始下降，575℃时氢氧化钙脱水，使水泥组织破坏，当温度达到500℃和800℃时，混凝土抗压强度分别约为原来强度的70%和30%;混凝土开始坍塌。900℃时混凝土中的碳酸钙分解，这时游离水、结晶水及水化物的脱水基本结束，强度几乎丧失。

普通混凝土中的骨料在300℃时开始膨胀，随着温度的继续升高，水泥收缩和骨料膨胀加剧，内裂缝的开展，强度迅速降低。

我公司采用硅酸盐和高比例矿物掺合料作为胶结材料，耐热废铁矿石作集料配制成耐热混凝土，其最高使用温度可达到700℃，其耐热的主要机理是硅酸盐系列水泥熟料的水化产物氢氧化钙在高温下脱水，生成的氧化钙与矿渣及掺合料中的活性氧化硅和三氧化二铝反应生成具有较强耐热性的无水硅酸钙和无水铝酸钙;废铁矿石耐高温，变形性小;使混凝土具有很好的耐热性。

2 试验材料与试验方法

2.1 试验原材料

(1)粗骨料:选用吉山铁矿生产的5mm～25mm连续粒级的小碎，压碎值为9.0%，该石子为铁矿石筛选后的废料，主要成分为Fe、Ca、Al、Mg等的硅酸盐化合物，石子经在750℃下反复灼烧，不分解、不变形、不开裂，强度基本无变化。

(2)细骨料:细骨料采用高炉水渣，其是经1500℃高温冷却的颗粒，在900℃内体积稳定，颗粒范围在0.16mm ～5.0mm，细度模数在 2.8，表观密度 2345 kg/m3，堆积密度 1380kg/m3。

(3)胶凝材料:水泥采用江苏盘固水泥厂生产的PII52.5水泥，该水泥石灰石掺量2.5%，对高温影响不大;粉煤灰采用南京热电厂生产的I级灰;矿渣微粉采用S95级，比表面积大于400m2/kg。

(4)外加剂:外加剂采用江苏省建科院生产的奈系高效泵送剂JM－8，JM－8减水率高25%，保水性好，高温不分解。

2.2 混凝土配合比设计

C25耐热混凝土配合比见表1。

表1 耐热混凝土配合比 /kg/m3

混凝土出机坍落度210mm，1h后坍落度180mm，混凝土和易性好，基本不泌水，入泵混凝土坍落度160mm～180mm，满足泵送施工要求;混凝土结构成型后外观平整，光滑。

2.3 耐热混凝土检测

表2 C25耐热混凝土检测结果

混凝土检测每100m3成型100mm×100mm×100mm试块4组，标养至28d和35d，考虑矿物掺合料偏高，前期水化不充分，适当延长龄期强度会更好，也更能反映事物情况，因此标养至35d做耐热性检测，检测结果见表2。

根据中冶集团建筑研究总院主编的《耐热混凝土应用技术规程》规定标养强度大于设计强度，650℃烧后强度大于烘干强度的45%，混凝土无明显裂纹，即可判定混凝土合格。标养强度32.5＞设计强度25.0 MPa，烧后强度/烘干强度 =30.3/38.9=78% ＞45.0%，混凝土经650℃灼烧后无明显裂纹，根据以上数据判定混凝土达到设计要求。

3 应用情况

上海梅钢公司1780mm热轧钢卷库主厂房工程全部采用C25耐热650℃混凝土，结构实体经实际应用，反复的升温降温，没有出现开裂，强度经检测完全达到使用要求，取得客户好评。