熟焦寶石在耐熱混凝土配制中的應用

郝朋云

（保定市永泰建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，河北 保定 071000）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，大型鋼鐵廠高爐項目的建設(shè)不斷增多，耐熱混凝土需求量越來越大，耐熱溫度的要求也越來越高。本文借唐山市東海鋼鐵集團有限公司煉鐵產(chǎn)能減量置換項目的契機，以熟焦寶石為粗骨料，熟焦寶石石粉為細骨料進行配合比設(shè)計，配制耐熱混凝土。本工程耐熱混凝土使用的部位為高爐爐底基礎(chǔ)以及出鐵場平臺等，設(shè)計要求的耐熱度為 600℃，強度等級為 C30。

根據(jù)已有研究成果[1]，普通混凝土隨溫度變化的一般規(guī)律為：100℃ 時，混凝土內(nèi)的自由水逐漸蒸發(fā)，內(nèi)部形成毛細裂縫和孔隙，加載后縫隙尖端應力集中，促使裂縫擴展，抗壓強度下降。200～300℃ 時，混凝土內(nèi)自由水已全部蒸發(fā)，水泥膠凝水中的結(jié)合水開始脫出，膠合作用的加強緩和了縫端的應力集中，有利于強度的提高；另一方面粗細骨料和水泥漿體的溫度膨脹系數(shù)不等，應變差的增大使骨料界面形成裂紋，削弱了混凝土強度。這些矛盾的因素同時作用，使這一溫度區(qū)段的抗壓強度變化復雜。400℃ 時，水泥水化生成的氫氧化鈣等脫水，體積膨脹，促使裂縫擴展抗壓強度顯著下降。500℃ 時，骨料和水泥漿體的溫度變形繼續(xù)加大，界面裂縫不斷開展和延伸。600℃ 時，骨料中的石英成分發(fā)生晶體轉(zhuǎn)型，伴隨著巨大的膨脹，一些骨料內(nèi)部開始形成裂縫，抗壓強度急劇下降。

由上可知，骨料的選擇對于耐熱混凝土性能保障至關(guān)重要。本試驗以熟焦寶石為骨料，普通硅酸鹽水泥作為主要膠凝材料，為避免水泥用量過高造成混凝土干縮增大，利用粉煤灰取代部分水泥，配制耐熱混凝土。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

根據(jù)現(xiàn)行的標準規(guī)范對原材料進行逐一檢測，對熟焦寶石化學性能委托第三方檢測。

（1）水泥選用唐山冀東 P·O42.5 水泥，主要性能指標見表 1。

表1 P·O42.5 水泥的主要性能指標

（2）粉煤灰選用大唐電廠Ⅱ級粉煤灰，主要性能指標見表 2。

表2 Ⅱ 級粉煤灰的主要性能指標

（3）細骨料：選用熟焦寶石石粉，主要性能指標見表 3。

表3 熟焦寶石石粉主要性能指標

（4）粗骨料：選用 3～6mm 與 6～15mm 兩種粒級的焦寶石，見圖 1、圖 2，主要性能指標見表 4。

圖1 熟焦寶石

表4 焦寶石主要性能指標

（5）外加劑：選用唐山邁地星聚羧酸減水劑，主要性能指標見表 5。

表5 減水劑主要性能指標

（6）水：飲用水，符合 JGJ 63—2006《混凝土用水標準》。

1.2 試驗依據(jù)標準

JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》，GB/T 1596—2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》，YB/T 4252—2011《耐熱混凝土應用技術(shù)規(guī)程》，GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》，GB/T 50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》

1.3 試驗方案

試驗方案結(jié)合工程使用部位和施工方法，通過耐熱混凝土配合比的優(yōu)化配制，選擇出最佳的施工配合比，并進行工作性能、耐熱性能檢測。

試驗配合比以 3～6mm、6～15mm 粒徑的熟焦寶石為粗骨料，熟焦寶石石粉為細骨料，用 P·O42.5 水泥、粉煤灰為膠凝材料，以總膠材用量 400kg、450kg 為基準，先對細骨料及兩種粒徑的粗骨料按不同比例進行混凝土拌合物工作性能的對比試驗，再分別使用不同摻量的粉煤灰替代水泥進行混凝土工作性能、力學性能及耐熱性能的對比試驗。

2 試驗結(jié)果與分析

混凝土配合比和工作性能試驗結(jié)果數(shù)據(jù)見表 6。

表6 混凝土試驗配合比及工作性能

對成型試件標養(yǎng) 28d 后，分別進行 500℃ 和 600℃烘烤 24h，然后進行抗壓強度檢測，得出相關(guān)數(shù)據(jù)變化情況見表 7。

結(jié)合表 7 和圖3可知：組 6、組 7、組 8、組 11、組 12 和組 13，在經(jīng) 600℃ 烘烤后，殘余強度仍高于65%，強度損失相對較小，滿足工程實際要求。

結(jié)合表 6 和表 7 可知：隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土 28d 強度逐漸降低，但殘余強度比呈先增長后降低趨勢，說明粉煤灰的摻入對混凝土的耐熱性能有改善作用。粉煤灰能結(jié)合游離 CaO，減少水泥收縮，增強水泥與骨料的界面粘結(jié)力，從而增加耐熱效果。隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土耐熱性能逐漸增加，但混凝土強度降低的趨勢明顯。

結(jié)合混凝土拌合物性能、力學性能、耐熱性能及混凝土成本綜合考慮，確定組 7 為最佳配合比方案。即每方混凝土用量為水泥 300kg、粉煤灰 100kg、熟焦寶石石粉 530kg、3～6mm 熟焦寶石 367kg、6～15mm 熟焦寶石 700kg、外加劑 8kg、水 190kg。

表7 混凝土力學性能及耐熱性能試驗結(jié)果

3 結(jié)論

（1）利用熟焦寶石及熟焦寶石石粉配制滿足耐600℃ 高溫的耐熱混凝土是可行的。

圖3 強度損失對比

（2）摻加適量粉煤灰對混凝土耐熱性能有改善作用。