耐熱混凝土的定義

1、耐熱混凝土的定義、分類(lèi)和應(yīng)用耐熱混凝土是一種能長(zhǎng)期承受高溫作用(200 r以上)，并在高溫作用下保持所需的物理力學(xué) 性能的特種混凝土。而代替耐火磚用于工業(yè)窯爐襯的耐熱混凝土也稱(chēng)為耐火混凝土。根據(jù)所用膠結(jié)料的不同，耐熱混凝土可分為：硅酸鹽耐熱混凝土；鋁酸鹽耐熱混凝土；磷酸鹽 耐熱混凝土；硫酸鹽耐熱混凝土；水玻璃耐熱混凝土；鎂質(zhì)水泥耐熱混:疑土；其他膠結(jié)料耐熱混凝 土。根據(jù)硬化條件可分為：水硬性耐熱混凝土；氣硬性耐熱混凝土；熱硬性耐熱混凝土。耐熱混凝土已廣泛地用于冶金、化工、石油、輕工和建材等工業(yè)的熱工設(shè)備和長(zhǎng)期受高溫作用 的構(gòu)筑物，如工業(yè)煙囪或煙道的襯、工業(yè)窯爐的耐火襯、高溫鍋爐的基礎(chǔ)及外売。硅

2、酸鹽耐熱混凝土一、硅酸鹽耐熱混凝土所用的材料主要有硅酸鹽水泥、耐熱骨料、摻合料以及外加劑等。1、原材料要求(1) 硅酸鹽水泥可以用礦渣硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥作為其膠結(jié)材料。一般應(yīng)優(yōu)先選用礦渣硅酸鹽水泥， 并且礦渣摻量不得大于50 %。如選用普通硅酸鹽水泥，水泥中所摻的混合材料不得含有石灰石等 易在高溫下分解和軟化或熔點(diǎn)較低的材料。此外，因?yàn)樗嗟哪蜔嵝赃h(yuǎn)遠(yuǎn)低于耐熱骨料及耐熱粉料，在保證耐熱混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的情況下, 應(yīng)盡可能減少水泥的用量，為此，要求水泥的強(qiáng)度等級(jí)不得低于32. 5MPa o用上述兩種水泥配制的耐熱混凝土最高使用溫度可以達(dá)到700800其耐熱機(jī)理是：硅 酸鹽水泥熟料中的C 3

3、 S和C 2 S的水化產(chǎn)物Ca(0H) 2在高溫下脫水，生成的CaO與礦渣及摻 合料中的活性S10 2和A1 2 0 3又反應(yīng)生成具有較強(qiáng)耐熱性的無(wú)水硅酸鈣和無(wú)水鋁酸鈣，使混凝 土具有一定的耐熱性。(2) 耐熱骨料普通混凝土耐熱性不好的主要原因是一些水泥的水化產(chǎn)物為Ca(OH) 2 ,水化鋁酸鈣在高溫下 脫水，使水泥石結(jié)構(gòu)破壞而導(dǎo)致混凝土碎裂；另一個(gè)原因是常用的一些骨料，如石灰石、石英砂在 高溫下發(fā)生較大體積變形，還有一些骨料在高溫下發(fā)生分解，從而導(dǎo)致普通混凝土結(jié)構(gòu)的破壞，強(qiáng) 度降低。因此，骨料是配制耐熱混凝土一個(gè)很關(guān)鍵的因素。常用的耐熱粗骨料有碎黏土磚、黏土熟料、碎高鋁耐火磚、磯土熟料等；細(xì)

4、骨料有鎂砂、碎樸 質(zhì)耐火磚、含A1203較高的粉煤灰等。(3) 摻合料摻合料的作用主要有兩個(gè)：一是可增加混凝土的密實(shí)性，減少在高溫狀態(tài)下混凝土的變形；二 是在用普通硅酸鹽水泥時(shí)，摻合料中的A1203和Si02與水泥水化產(chǎn)物Ca(0H) 2的脫水產(chǎn)物CaO 反應(yīng)形成耐熱性好的無(wú)水硅酸鈣和無(wú)水鋁酸鈣，同時(shí)避免了 Ca(OH) 2脫水引起的體積變化。所以， 摻合料應(yīng)選用熔點(diǎn)高、高溫下不變形且含有一定數(shù)量A1203的材料。硅酸鹽水泥耐熱混凝土配制時(shí)，可摻加減水劑以降低W/C，減少混凝土結(jié)構(gòu)部的孔隙率。減水劑 宜采用非引氣型。2、硅酸鹽水泥耐熱混凝土的配合比該品種耐火混凝土的配合比設(shè)計(jì)用計(jì)算法比較繁瑣，

5、一般常采用經(jīng)驗(yàn)配合比為初始配合比，再通過(guò)試配調(diào)整，得到適用的配合比。二. 鋁酸鹽水泥耐熱混凝土鋁酸鹽水泥是一類(lèi)沒(méi)有游離CaO的中性水泥，具有快硬、高強(qiáng)、熱穩(wěn)定性好、耐火度高等特點(diǎn)。 在冶金、石油化工、建材、水電和機(jī)械工業(yè)的一般窯爐上得到廣泛的應(yīng)用，其使用溫度可達(dá)到1300 1600 J有的甚至能達(dá)到1800 r左右，所以又稱(chēng)為鋁酸鹽耐火混凝土。它屬于水硬性耐熱混凝 土，也屬于熱硬性耐熱混凝土。1、膠結(jié)材鋁酸鹽水泥耐熱混凝土的膠結(jié)材主要有磯土水泥、低鈣鋁酸鹽水泥、純鋁酸鹽水泥。(1) 高鋁水泥(普通鋁酸鹽水泥)高鋁水泥是由石灰和鋁磯土按一定比例磨細(xì)后，采用燒結(jié)法和熔融法制成的一種以鋁酸-鈣 (C

6、A)為主要成分的水硬性水泥。高鋁水泥水化的產(chǎn)物主要有C 3 AH 6、AH3、CAH 10、C 2 AH 8 ,而上述產(chǎn)物在高溫作用 下 會(huì)發(fā)生脫水，脫水產(chǎn)物之間發(fā)生反應(yīng)。如：300 500 C C3AU6 -* CaO+C12A7 +H20AH3 - A1203 +H20500 1200 C A1203 +CaO - CAA1203+C12A7 -* CA（或 CA2 ）A1203 +CA - CA2 （在 A1203 較多時(shí)）由上可知，在500 X：以前，水泥石由高鋁水泥的水化物組成；500900 C時(shí)由水化產(chǎn)物 及由脫水產(chǎn)物之間的二次反應(yīng)物組成；woo c開(kāi)始發(fā)生固相燒結(jié)；1200 r以

7、上時(shí)變?yōu)榇山Y(jié)合 的耐火材料。其強(qiáng)度的變化如圖6 11所示。(2) 純鋁酸鹽水泥純鋁酸鹽水泥是用工業(yè)氧化鋁和高純石灰石或方解石為原料，按一定比例混合后，采用燒結(jié)法 或熔融法制成的以CA2或CA為主要礦物的水硬性水泥。其中CA2和CA含量總和在95 %以上, CA2占60 %65 %,另外含有少量C12A7和C2AS。純鋁酸鹽水泥的水化硬化及在加熱過(guò)程中強(qiáng)度的變化與高鋁水泥類(lèi)似。由于該水泥的化學(xué)組成 中含有更多的A1203,因此在1200 X：發(fā)生燒結(jié)產(chǎn)生瓷結(jié)合后，具有更高的燒結(jié)強(qiáng)度和耐火度，其 最高使用溫度可達(dá)1600 X：以上。2、骨料由于純鋁酸鹽水泥可以配制較高溫度下工作的耐熱混凝土，因此，

8、采用的骨料應(yīng)為耐火度更高 的骨料，如磯土熟料碎高鋁磚、碎鎂磚和鎂砂等。如使用溫度超過(guò)1500 P ,最好用輅鋁渣、電熔 剛玉等。3、摻合料為提高耐熱混凝土的耐高溫性能，有時(shí)在配制混凝土?xí)r摻加一定量的與水泥化學(xué)成分相進(jìn)的粉 料，如剛玉粉、高鋁磯熟料粉等。粉料的細(xì)度一般應(yīng)小于lum。三、磷酸或磷酸鹽耐熱混凝土該耐熱混凝土是以磷酸鹽或磷酸作膠結(jié)劑和耐熱骨料等配制而成的混凝土。它是一種熱硬性耐 熱混凝土。磷酸鹽耐熱混凝土使用溫度一般為15001700 r ,最高可達(dá)3000 C。而磷酸鹽 耐高溫混凝土可以經(jīng)受-302000 C的多次冷熱循環(huán)而不破壞。1、膠結(jié)劑(1) 磷酸鹽主要有鋁、鈉、鉀、鎂、鞍的磷

9、酸鹽或聚磷酸鹽，其中用得最多的是鋁、鎂和鈉的磷酸鹽。磷酸鋁 一般是磷酸二氫鋁、磷酸氫鋁和正磷酸鋁三種的混合物，其中磷酸二氫鋁的膠結(jié)性最強(qiáng)。使用磷酸 鋁時(shí)，為加速混凝土在常溫下的硬化，可加入適量的電熔或燒結(jié)氧化鎂、氧化鈣、氧化鋅和氟化鞍 等作為促硬劑，也可用含有結(jié)合狀態(tài)的堿性氧化物(如硅酸鹽水泥)作促硬劑。磷酸鈉鹽一般用正磷酸鈉(Na3P04)、磷酸二氫鈉、聚磷酸鈉。(2) 磷酸磷酸有正磷酸(H3P04)、焦磷酸(H3P207)及偏磷酸(HP03)等，常用的主要是正礎(chǔ)酸。正磷 酸本身無(wú)膠結(jié)性，但與耐熱骨料接觸后，會(huì)與其中的一些氧化物(如氧化鎂、負(fù)化鋁)反應(yīng)形成 酸式磷酸鹽，從而表現(xiàn)出良好的膠凝性

10、。2、耐火骨料由于磷酸鹽及磷酸耐熱混凝土一般用于溫度較高的結(jié)構(gòu)物中，因此其所用的耐火骨料也應(yīng)選用 耐火度高的材料，常用的有碎高鋁磚、鎂砂、剛玉砂等。3、摻合料磷酸鹽耐熱混凝土加熱時(shí)因水分蒸發(fā)會(huì)產(chǎn)生較大的收縮，因此在配制時(shí)應(yīng)加入一些微米級(jí)耐火 材料，如剛玉粉、石英粉等。四、水玻璃耐熱混凝土水玻璃耐熱混凝土是以水玻璃為膠結(jié)料，與各種耐火骨料、粉料等按一定比例配制而成的氣硬性耐 熱混凝土。它具有高溫下強(qiáng)度損失小、耐磨、耐腐蝕、熱震穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。適用溫度為800 1200笙，是理想的耐火混凝土品種。耐熱混凝土的用途、材料組成及設(shè)計(jì)施工要點(diǎn)普通混凝土在環(huán)境溫度超過(guò)300 C后，其強(qiáng)度急劇下降，這是由于

11、水泥石中的水化產(chǎn)物在高25 X：的潮濕環(huán)境中養(yǎng)護(hù)，水玻璃耐熱混凝土宜在1530乜的干燥環(huán)境中養(yǎng)護(hù)；水泥耐熱混凝土 在氣溫低于+7、水玻璃耐熱混凝土在低于+10 r時(shí)施工，即應(yīng)按照冬期施工規(guī)定執(zhí)行，并 不得摻用化學(xué)促凝劑。耐火混凝土的用途、材料組成及設(shè)計(jì)施工要點(diǎn)耐火混凝土是指工作于900 1600 r的溫度下并保持其物理力學(xué)性能的特種混凝土，它與耐 熱混凝土有許多共同之處，在一些資料中甚至不將二者加以區(qū)分。它與耐熱混凝土的區(qū)別主要在于 它往往直接暴露于高溫火焰中，工作溫度亦更高，且較少反復(fù)加熱冷卻情況。耐火混凝土廣泛運(yùn)用 于冶金、石油、化工及核電等工業(yè)窯爐中，主要代替耐火磚用作窯爐的膛壁襯或主體

12、結(jié)構(gòu)，它比 耐火磚生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，施工效率高，成本低，易于滿(mǎn)足異形部位施工與維修，其壽命較耐火磚可提 高12倍。耐火混凝土品種繁多，其材料組成也因具體工作要求不同而多種多樣，可大致作如下分類(lèi)。(1) 按膠結(jié)材料分類(lèi) 水硬性耐火混凝土膠結(jié)材料為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、高鋁水泥等。 它的強(qiáng)度形成與普通混凝土相同，都是由于水泥水化反應(yīng)生成膠凝物質(zhì)與集料界面緊密結(jié)合，形成 具有設(shè)計(jì)強(qiáng)度的整體。 火硬性耐火混凝土膠結(jié)材料為高鋁水泥、低鈣鋁酸鹽水泥等?；鹩残阅突鸹炷恋哪z結(jié)材料 僅在混凝土澆筑成型后的一段時(shí)間由水泥水化產(chǎn)物產(chǎn)生膠凝作用，形成混凝土的初期強(qiáng)度，對(duì)結(jié)構(gòu) 本身起支持作用。當(dāng)溫度

13、升高時(shí)，在溫度3001200 -C階段，混凝土部產(chǎn)生一系列化學(xué)反應(yīng)，水 泥石由低密度水化產(chǎn)物轉(zhuǎn)成高密度非水化產(chǎn)物(焙燒產(chǎn)物)，固相體積縮小，而固體間空隙増大, 混凝土強(qiáng)度反而降低。當(dāng)繼續(xù)升溫，溫度超過(guò)1200乜后，固相材料經(jīng)燒結(jié)作用產(chǎn)生瓷結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度 顯著提高，成為工作所需要的耐火混凝土。 氣硬性耐火混凝土膠結(jié)材料為水玻璃并用氟硅酸鈉作固化劑(參見(jiàn)耐酸戚混凝土)。水玻 璃耐熱混凝土粗集料常用鎂磚碎塊或黏土熟料塊，細(xì)集料常用鎂砂或黏土熟料砂，摻合料常用鎂磚 粉或黏土熟料粉。(2) 按集料成分分類(lèi)按集料成分，耐火混凝土可分為鋁質(zhì)耐火混凝土主要成分為氧化鋁(A1 2 0 3 ),耐火溫度 1800 r

14、、硅質(zhì)耐火混凝土主要成分為二筑化硅（SiO2）,耐火溫度1200 7與鎂質(zhì)耐火混凝土 主要成分為氧化鎂（盹0）,耐火溫度800 9。（3）按堆密度分類(lèi)按堆密度，耐火混凝土可分為普通耐火混凝土（所用集料為天然石材）與輕質(zhì)耐火混凝土 （所用集料為天然輕集料、人造輕集料及工業(yè)廢渣輕集料）。耐火混凝土的配比設(shè)計(jì)有如下要點(diǎn)。 施工條件允許的前提下，要盡可能降低水灰比，減少用水量。這是因?yàn)槟突鸹炷猎诟邷叵?水分容易散失，致使混凝土孔隙增加、強(qiáng)度降低。 在滿(mǎn)足和易性和常溫強(qiáng)度的前提下，要盡可能減少膠結(jié)材料和水泥的用量。這是因?yàn)橥ǔ＜?料的耐火程度要高于膠結(jié)材料，高溫膠結(jié)材料先于集料發(fā)生軟化、變形。 加入適當(dāng)?shù)膿胶喜牧峡商岣呋炷恋哪突鹦?，同時(shí)可改善和易性并減少水泥用量。常用摻合 材料有黏土熟料、黏土耐火磚、