熟焦宝石在耐热混凝土配制中的应用

2020-12-01郝朋云

商品混凝土 2020年11期

郝朋云

（保定市永泰建设工程质量检测有限公司，河北保定 071000）

0 引言

随着我国经济的快速发展，大型钢铁厂高炉项目的建设不断增多，耐热混凝土需求量越来越大，耐热温度的要求也越来越高。本文借唐山市东海钢铁集团有限公司炼铁产能减量置换项目的契机，以熟焦宝石为粗骨料，熟焦宝石石粉为细骨料进行配合比设计，配制耐热混凝土。本工程耐热混凝土使用的部位为高炉炉底基础以及出铁场平台等，设计要求的耐热度为 600℃，强度等级为 C30。

根据已有研究成果[1]，普通混凝土随温度变化的一般规律为：100℃ 时，混凝土内的自由水逐渐蒸发，内部形成毛细裂缝和孔隙，加载后缝隙尖端应力集中，促使裂缝扩展，抗压强度下降。200～300℃ 时，混凝土内自由水已全部蒸发，水泥胶凝水中的结合水开始脱出，胶合作用的加强缓和了缝端的应力集中，有利于强度的提高；另一方面粗细骨料和水泥浆体的温度膨胀系数不等，应变差的增大使骨料界面形成裂纹，削弱了混凝土强度。这些矛盾的因素同时作用，使这一温度区段的抗压强度变化复杂。400℃ 时，水泥水化生成的氢氧化钙等脱水，体积膨胀，促使裂缝扩展抗压强度显著下降。500℃ 时，骨料和水泥浆体的温度变形继续加大，界面裂缝不断开展和延伸。600℃ 时，骨料中的石英成分发生晶体转型，伴随着巨大的膨胀，一些骨料内部开始形成裂缝，抗压强度急剧下降。

由上可知，骨料的选择对于耐热混凝土性能保障至关重要。本试验以熟焦宝石为骨料，普通硅酸盐水泥作为主要胶凝材料，为避免水泥用量过高造成混凝土干缩增大，利用粉煤灰取代部分水泥，配制耐热混凝土。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

根据现行的标准规范对原材料进行逐一检测，对熟焦宝石化学性能委托第三方检测。

（1）水泥选用唐山冀东 P·O42.5 水泥，主要性能指标见表 1。

表1 P·O42.5 水泥的主要性能指标

（2）粉煤灰选用大唐电厂Ⅱ级粉煤灰，主要性能指标见表 2。

表2 Ⅱ 级粉煤灰的主要性能指标

（3）细骨料：选用熟焦宝石石粉，主要性能指标见表 3。

表3 熟焦宝石石粉主要性能指标

（4）粗骨料：选用 3～6mm 与 6～15mm 两种粒级的焦宝石，见图 1、图 2，主要性能指标见表 4。

图1 熟焦宝石

表4 焦宝石主要性能指标

（5）外加剂：选用唐山迈地星聚羧酸减水剂，主要性能指标见表 5。

表5 减水剂主要性能指标

（6）水：饮用水，符合 JGJ 63—2006《混凝土用水标准》。

1.2 试验依据标准

JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》，GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》，YB/T 4252—2011《耐热混凝土应用技术规程》，GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，GB/T 50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》

1.3 试验方案

试验方案结合工程使用部位和施工方法，通过耐热混凝土配合比的优化配制，选择出最佳的施工配合比，并进行工作性能、耐热性能检测。

试验配合比以 3～6mm、6～15mm 粒径的熟焦宝石为粗骨料，熟焦宝石石粉为细骨料，用 P·O42.5 水泥、粉煤灰为胶凝材料，以总胶材用量 400kg、450kg 为基准，先对细骨料及两种粒径的粗骨料按不同比例进行混凝土拌合物工作性能的对比试验，再分别使用不同掺量的粉煤灰替代水泥进行混凝土工作性能、力学性能及耐热性能的对比试验。

2 试验结果与分析

混凝土配合比和工作性能试验结果数据见表 6。

表6 混凝土试验配合比及工作性能

对成型试件标养 28d 后，分别进行 500℃ 和 600℃烘烤 24h，然后进行抗压强度检测，得出相关数据变化情况见表 7。

结合表 7 和图3可知：组 6、组 7、组 8、组 11、组 12 和组 13，在经 600℃ 烘烤后，残余强度仍高于65%，强度损失相对较小，满足工程实际要求。

结合表 6 和表 7 可知：随着粉煤灰掺量的增加，混凝土 28d 强度逐渐降低，但残余强度比呈先增长后降低趋势，说明粉煤灰的掺入对混凝土的耐热性能有改善作用。粉煤灰能结合游离 CaO，减少水泥收缩，增强水泥与骨料的界面粘结力，从而增加耐热效果。随着粉煤灰掺量的增加，混凝土耐热性能逐渐增加，但混凝土强度降低的趋势明显。

结合混凝土拌合物性能、力学性能、耐热性能及混凝土成本综合考虑，确定组 7 为最佳配合比方案。即每方混凝土用量为水泥 300kg、粉煤灰 100kg、熟焦宝石石粉 530kg、3～6mm 熟焦宝石 367kg、6～15mm 熟焦宝石 700kg、外加剂 8kg、水 190kg。