硅酸鹽耐熱混凝土的制備及其性能研究

謝 頡 李 松 胡新軍

（1.武漢固德商品混凝土有限公司，湖北 武漢 430000；2.武漢華強新型建筑材料有限公司，湖北 武漢 430000）

耐熱混凝土長期在200～1300高溫的物理和機械性能要求的混凝土。隨著我國現代化的發(fā)展，高層和高層建筑不斷發(fā)展，人口密度不斷提高。因此，研究耐熱混凝土材料尤為重要。目前，國內外研究人員對混凝土的耐熱性進行了大量的研究。其原因是活性礦物添加劑中的SiO2和al2o3在高溫下與游離CaO發(fā)生反應，生成無水硅酸鹽鈣和無水鋁酸鈣，具有獨特的耐熱性，提高了混凝土的耐熱性。

1 試驗

1）材料。水泥：42.5R硅酸鹽水泥。粉煤灰：干排粉煤灰和45m篩19.4%，99%需水量，5.4%燒失量，礦渣粉：S95級，98% 的活性指數28d，420m2/kg比表面積，2.95%燒失量。粗骨料：石灰?guī)r礫石，連續(xù)級配5-31.5mm，31.5mm最大粒徑；卵。細骨料：細砂，1.4細度模數。抗裂防水：WGhea抗裂防水，8%推薦劑量。有效減水劑：緩效減水劑SB（1），2.0%用量。

2）試驗方法。比例如表1所示，即拆模后24h至鋪設混凝土立方塊試件60mmx60mmx60mm后的28d養(yǎng)護。養(yǎng)護齡期到后，混凝土被按表1中指定的系統處理。測試了樣品的大小、質量和強度，樣品的特征分析?；炷猎嚰谧詣訙乜馗稍锵渲懈稍铮覝乜刂圃冢ㄊ覝?10） ～300。從1300的智能爐內煅燒混凝土試件。采用掃描電子顯微鏡（SEM）和掃描電子顯微鏡TescanVEGALM U，用分辨率30kv/observer觀察煅燒前后混凝土的形貌。

2 結果與討論

1）尺寸變化。在熱處理混凝土過程中，由于混凝土中游離水的蒸發(fā)和水化產物的脫水，導致試件發(fā)生收縮變形。當石材溫度在100～110℃之間時，水泥毛細孔水的水分蒸發(fā)180u，C-S-H凝膠脫水，混凝土發(fā)生變形。因此，試樣的外觀和收縮變形不能與試樣的熱膨脹相平衡。達到280～330s溫度時，水化鋁鈣和脫水，其值和混凝土外觀均出現變形。當達到400到450溫度氫氧化鈣（分解脫水，混凝土?？梢钥闯?，在本試驗中，煅燒溫度（350）會導致混凝土試件的變形。圖1顯示了煅燒后試樣的尺寸收縮。從圖1可以看出，在兩種煅燒系統中，粉煤灰混凝土的收縮變形值高于粉煤灰混凝土和礫石混凝土的收縮變形值。高溫煅燒后，粉碎混凝土和粉煤灰粉碎混凝土的收縮變形值分別低于粉煤灰粉碎混凝土的收縮變形值10%、9%、13%和9%；烘箱處理后的收縮變形值分別為39.1%和15.2%。這說明粉煤灰混凝土的失水量大于相應制度和碎石混凝土設計，保證了混凝土高溫煅燒窯的干燥與否，說明粉煤灰混凝土在高溫下不易變形。

圖1 高溫煅燒后混凝土試件的尺寸變化

2）質量變化。在熱處理過程中，混凝土內部蒸發(fā)是造成混凝土質量損失的主要原因。脫水或分解的水分產品，煅燒溫度（350），虧損主要原因是混凝土的質量損失。。圖2顯示了高溫燒結前后混凝土質量的變化。從圖2可以看出，兩種煅燒系統在高溫煅燒后試樣的質量損失是不同的。在高溫煅燒后，未干粉煤灰混凝土的質量損失分別為6.1%、5.3%和5.4%，粉煤灰混凝土的質量損失分別為4.9%、4.1%和4.2%。中可以看出，兩個制度，粉煤灰碎石在混凝土的質量損失速率是高于混凝土礦渣碎石和粉煤灰卵石。這可能是由于礦渣微粉在高溫下具有更快的活性、更好的充填性能和更緊湊的混凝土結構，減緩了蒸發(fā)過程中自由水的損失。

因此，質量損失率也反映了混凝土結構的相對密度。圖2還顯示，對于每一種混合物，高溫干法煅燒混凝土的質量損失率低于直接煅燒混凝土的質量損失率。未經處理的試件相比干、質量損失速率分別為1.2%、1.2%和1.2%，高溫煅燒后為礫石混凝土、粉煤灰混凝土碎石渣和砂石至粉煤灰混凝土，這表明樣品干減少水分流失。樣品質量損失所反映的水分損失與樣品大小的變化是一致的。

圖2 高溫煅燒前后混凝土試件的質量變化

3）強度變化。烘干后，各混合料的混凝土抗壓強度均比對照樣品有所提高。經60烘干處理后的混凝土，粉煤灰碎石和粉煤灰混凝土的抗壓強度分別為10.3%、7.8%和14.2%，烘干處理達到110，強度分別為1.2%、6.6%和20.2%。事實上，在烘干過程中，活化溫度并不是水化的，大量的顆粒加速了水泥的水化，這些顆粒有助于水化水泥產品的水化，并通過填充孔隙使混凝土結構更加緊湊。煅燒干試件的抗壓強度大于未煅燒試件的抗壓強度。試樣的反差，高溫燒焦生和礦渣、粉煤灰和粉煤灰混凝土的抗壓強度一分別下降了10.5%，15.8%和5.9%干燒爐內的抗壓強度、8.7%和4.5%，每年分別增長1.0%，干燥處理后，混凝土的抗高溫分別降低了6.3%、7.7%和5.0%。高溫煅燒后，各混合物的混凝土抗壓強度相對于混凝土的相應干強度不同程度地降低。混凝土的抗壓強度分別降低了3.18.8%、21.9%和17.6%，而干試樣和煅燒試樣的抗壓強度分別降低了13.4%、15.4%和13.3%。事實上，在高溫煅燒過程中，大量的游離水從混凝土內部蒸發(fā)到外部，增加了混凝土內部的孔隙度和微裂紋。

4）SEM分析。圖4和圖5比較了粉煤灰混凝土和渣混凝土煅燒（干燥后）前后的SEM照片?；抑坝裳趸}的圖4顯示了混凝土結構緊湊，沒有大毛孔針狀結構中，混凝土水化薄片，煅燒后毛孔顯眼，出現開裂現象煅燒之前相比數量大幅減少，水化產物的結構、密實度降低全社會，而且還確保混凝土的延續(xù)性。從圖5可以看出，爐渣混凝土煅燒前后的結構沒有發(fā)生重大變化，孔隙度不顯著。該結構由大量的急性水合物和少量的層狀水合物組成?；炷恋恼w密實度良好。與兩種混凝土相比，爐渣混凝土結構的水化產物量明顯大于煅燒前煤灰混凝土的水化產物量，密實度無顯著差異；煅燒后，渣混凝土水化產物數量沒有明顯減少，灰分結構中幾乎沒有水化產物，渣混凝土密度明顯高于灰分凝結。

圖3 粉煤灰混凝土煅燒前后的SEM照片對比

圖4 礦渣混凝土煅燒前后的SEM照片對比

烘干處理有助于提高混凝土的耐熱性。爐渣混凝土的高溫變形強度、質量損失率和耐熱性均優(yōu)于混凝土和粉煤灰，后者更適合于熱環(huán)境；混凝土對碎石燒結的耐熱性優(yōu)于混凝土對石灰石燒結的耐熱性。SEM分析結果表明，高溫處理后礦渣混凝土結構的水化產物明顯大于灰混凝土結構，水泥結構具有較強的密實性。高性能耐熱混凝土是由礦渣粉、水泥、優(yōu)質集料和助劑等組成的，通過對混凝土進行加熱和養(yǎng)護，制備出高性能耐熱混凝土。