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    550℃ 耐高溫混凝土的制備研究

    2015-12-20 11:13:04管衛(wèi)東劉晟唐慧
    商品混凝土 2015年4期
    關(guān)鍵詞:河砂耐高溫礦粉

    管衛(wèi)東,劉晟,唐慧

    (金壇市鼎金混凝土有限公司,江蘇 金壇 212028)

    550℃ 耐高溫混凝土的制備研究

    管衛(wèi)東,劉晟,唐慧

    (金壇市鼎金混凝土有限公司,江蘇金壇212028)

    集料、膠凝材料、水膠比都對混凝土的耐高溫性能有較大的影響。當(dāng)混凝土的服役環(huán)境溫度提升到 550℃ 時(shí),采用耐火砂并加大膠凝材料中礦粉的比例,適當(dāng)降低水膠比,可制備出烘干強(qiáng)度(110℃×24h)37.7MPa、殘余強(qiáng)度(500℃×3h)39.3MPa、殘余強(qiáng)度(900℃×3h)20.1MPa,燒后線變化(500℃×3h)-0.05%,燒后線變化(900℃×3h)-0.12%的耐高溫混凝土。

    混凝土;耐高溫;配合比

    0 前言

    耐高溫混凝土是一種能長期承受高溫作用( 200 ℃ 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,被廣泛地應(yīng)用于冶金、化工、石油、輕工和建材等工業(yè)的熱工設(shè)備和長期受高溫作用的構(gòu)筑物,如工業(yè)煙囪或煙道的內(nèi)襯、工業(yè)窯爐的耐火內(nèi)襯、高溫鍋爐的基礎(chǔ)及外殼等[1-3]。

    與傳統(tǒng)耐火磚相比,耐高溫混凝土具有生產(chǎn)工藝簡單、整體性強(qiáng)、氣密性好、壽命周期長等優(yōu)點(diǎn)。我公司受某煤焦化企業(yè)工程項(xiàng)目部委托,提供 C25、550℃ 的耐高溫混凝土用于焦?fàn)t的煙道工程。

    1 試驗(yàn)

    1.1試驗(yàn)原料

    (1)水泥: P·O42.5 水泥,28d 強(qiáng)度 46.7MPa。

    (2)礦粉: S95 級礦粉,比表面積 400m2/kg。

    (3)粉煤灰:Ⅱ 級,45μm 篩余 18%,需水量比 97%。

    (4)細(xì)集料 1:河砂,細(xì)度模數(shù) 2.7,含泥量 1.5%。

    (5)細(xì)集料 2:燒結(jié)鎂砂,細(xì)度模數(shù) 2.5。

    (6)粗集料:南京六合玄武巖,5~25mm 連續(xù)粒級。

    (7)外加劑:蘇博特 JM-10 減水劑,減水率 18%。

    1.2試驗(yàn)方法

    以 C25 商品混凝土配合比作為初始配合比,分別調(diào)整混凝土的水膠比、河砂與耐火砂的比例,以及普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥的比例,考察混凝土的耐高溫性能?;炷恋某跏寂浜媳热绫?1 所示。

    表1 C25商品混凝土配合比  kg/m3

    混凝土拌合物性能按 GB/T 50080-2002 《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試,混凝土力學(xué)性能按GB/T 50081-2002 《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試,混凝土的燒后線變化按 GB/T 5988-2007《耐火材料加熱永久線變化試驗(yàn)方法》 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

    2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

    2.1耐火砂取代河砂的比例對混凝土耐高溫性能的影響

    確定其他材料比例不變的前提下,調(diào)整混凝土中河砂和耐火砂的比例,控制混凝土的坍落度在 140~160mm,分別測試其在 500℃ 和 900℃ 下的耐高溫性能。主要測試項(xiàng)目:烘干強(qiáng)度(110℃×24h)、殘余強(qiáng)度 1(500℃×3h)、殘余強(qiáng)度 2(900℃×3h)。測試見過見表 2。

    表2 耐火砂取代河砂的用量對混凝土耐高溫性能的影響

    由表 2 結(jié)果可知,耐火砂取代河砂的比例對烘干強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度 1 影響不大,對殘余強(qiáng)度 2 有著較大的影響。隨著耐火砂的用量逐漸增加,殘余強(qiáng)度 2 隨之顯著提高。這是由于河砂為石英質(zhì)砂,石英在 573℃ 會(huì)發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變,體積膨脹 1.3~1.5 倍,因此在 500℃ 時(shí),殘余強(qiáng)度變化不大,但在溫度高于石英晶型轉(zhuǎn)變溫度時(shí),耐火砂的大比例取代可以明顯提高混凝土的殘余強(qiáng)度。此外,殘余強(qiáng)度 1 的值與烘干強(qiáng)度相比也有較大幅度地降低,這是由于水泥石中的水化產(chǎn)物在高溫下分解脫水,晶格結(jié)構(gòu)遭到破壞的緣故。

    2.2礦粉取代水泥的比例對混凝土耐高溫性能的影響

    由于此次設(shè)計(jì)的混凝土的工作環(huán)境為 550℃,雖然略低于石英的晶型轉(zhuǎn)變溫度,但工業(yè)環(huán)境中的溫度波動(dòng)較大,為確?;炷恋姆蹓勖炷林械暮由叭坑赡突鹕叭〈?。隨后調(diào)整混凝土中普通硅酸鹽水泥和礦粉的比例,控制混凝土的坍落度在 140~160mm,分別測試其在 500℃ 和900℃ 下的耐高溫性能。主要測試項(xiàng)目:烘干強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度1、殘余強(qiáng)度 2。

    表3 礦粉取代水泥的用量對混凝土耐高溫性能的影響

    由表 3 試驗(yàn)結(jié)果可知,隨著礦粉的用量逐漸增加,硅酸鹽水泥的用量逐漸減少,烘干強(qiáng)度變化不大,這說明適量礦粉取代水泥對普通混凝土的強(qiáng)度影響不大,當(dāng)?shù)V粉用量超過一定數(shù)值時(shí),混凝土強(qiáng)度有所下降。殘余強(qiáng)度 1 和殘余強(qiáng)度 2 隨著礦粉用量的增加都明顯提升。這是由于硅酸鹽水泥熟料中的 C3S 和 C2S 的水化產(chǎn)物 Ca(OH)2在高溫下脫水,生成的 CaO 與礦粉及粉煤灰中的活性 SiO2和 A12O3又反應(yīng)生成具有較強(qiáng)耐高溫性的無水硅酸鈣和無水鋁酸鈣,同時(shí)減少了 Ca(OH)2在高溫下脫水生成游離 CaO 的含量(游離 CaO的存在導(dǎo)致混凝土的體積穩(wěn)定性降低)。此外,水泥水化產(chǎn)物 C-S-H 凝膠在高溫時(shí)脫去結(jié)合水而開裂,凝膠層越厚,開裂程度越大,礦粉取代水泥后,減少了水泥用量,分散了C-S-H 凝膠體,大大減少了凝膠層的包裹層厚度,進(jìn)而降低了水泥石的開裂程度,混凝土的耐高溫性能大大提升。

    2.3水膠比對混凝土耐高溫性能的影響

    在確定骨料種類(全部為耐火砂)和礦粉的用量為120 kg 后,調(diào)整外加劑的用量,在保證坍落度在 140~160mm的前提下,調(diào)整混凝土的用水量(即調(diào)整混凝土的水膠比),分別測試其在 500℃ 和 900℃ 下的耐高溫性能。主要測試項(xiàng)目:烘干強(qiáng)度、殘余強(qiáng)度 1、殘余強(qiáng)度 2,水膠比對混凝土耐高溫性能的影響見表 4。

    表4 水膠比對混凝土耐高溫性能的影響

    由表 4 試驗(yàn)結(jié)果可知,隨著水膠比的降低,烘干強(qiáng)度(110℃×24h)、殘余強(qiáng)度 1(500℃×3h)、殘余強(qiáng)度 2(900℃×3h)都有所提高,當(dāng)水膠比低于 0.49 時(shí),殘余強(qiáng)度1(500℃×3h)的值超過了烘干強(qiáng)度。同時(shí)可知,隨著水膠比的降低,強(qiáng)度損失率 1、強(qiáng)度損失率 2 都明顯降低。結(jié)合混凝土的配合比成本和性能各方面因素,設(shè)定此次 550℃ 耐高溫混凝土(強(qiáng)度等級為 C25)的配合比如表 6 所示。

    表6 C25 耐高溫(550℃)混凝土配合比kg/m3

    該配比下配制的混凝土各項(xiàng)性能指標(biāo)如下:烘干強(qiáng)度(110℃×24h)37.7MPa、殘余強(qiáng)度 1(500℃×3h)39.3 MPa、殘余強(qiáng)度 2(900℃×3h)20.1MPa,燒后線變化 1(500℃×3h)-0.05%,燒后線變化 2(900℃×3h)-0.12%??蓾M足設(shè)計(jì)要求。

    3 結(jié)論

    (1)耐火砂取代河砂對殘余強(qiáng)度 1(500℃×3h)影響不大,但可達(dá)到提高殘余強(qiáng)度 2(900℃×3h)的數(shù)值。原因是石英的晶型轉(zhuǎn)變溫度為 573℃,在此溫度下,石英的體積變形較大,對混凝土性能產(chǎn)生不利影響。

    (2)礦粉取代硅酸鹽水泥后,殘余強(qiáng)度 1(500℃×3h)和殘余強(qiáng)度 2(900℃×3h)都隨著礦粉的用量提高而提高,原因在于礦粉吸收了 Ca(OH)2生成具有較強(qiáng)耐高溫性的無水硅酸鈣和無水鋁酸鈣,且降低了 C-S-H 凝膠體包裹層的厚度,提升了混凝土的耐高溫性能。

    (3)水膠比對混凝土耐高溫性能影響較大,隨著水膠比的降低,混凝土的耐高溫性能明顯改善。

    [1] 時(shí)旭東,劉超,等.亞高溫持續(xù)作用混凝土受壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu),2011,41(8):106-109.

    [2] 過鎮(zhèn)海,王傳志.高溫下混凝土性能的試驗(yàn)研究概括[M].北京:清華場大學(xué)出版社,1989.

    [3] 覃麗坤,宋玉普.高溫對混凝土力學(xué)性能影響的試驗(yàn)研究[J]. 混凝土,2004(5):8-10.

    [通訊地址]江蘇省金壇市桃西工業(yè)園中路 1 號(213233)

    管衛(wèi)東(1979-)男,助理工程師,從事水泥基建筑材料的生產(chǎn)與研究。

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