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(qiáng)新型建筑材料有限公司，湖北 武漢 430000）

耐熱混凝土長(zhǎng)期在200～1300高溫的物理和機(jī)械性能要求的混凝土。隨著我國(guó)現(xiàn)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(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)混凝土的耐熱性進(jìn)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(yīng)，生成無(wú)水硅酸鹽鈣和無(wú)水鋁酸鈣，具有獨(dú)特的耐熱性，提高了混凝土的耐熱性。

1 試驗(yàn)

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(jí)，98% 的活性指數(shù)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(jí)配5-31.5mm，31.5mm最大粒徑；卵。細(xì)骨料：細(xì)砂，1.4細(xì)度模數(shù)。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(yàn)方法。比例如表1所示，即拆模后24h至鋪設(shè)混凝土立方塊試件60mmx60mmx60mm后的28d養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)齡期到后，混凝土被按表1中指定的系統(tǒng)處理。測(cè)試了樣品的大小、質(zhì)量和強(qiáng)度，樣品的特征分析。混凝土試件在自動(dòng)溫控干燥箱中干燥，室溫控制在（室溫+10） ～300。從1300的智能爐內(nèi)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(jié)果與討論

1）尺寸變化。在熱處理混凝土過(guò)程中，由于混凝土中游離水的蒸發(fā)和水化產(chǎn)物的脫水，導(dǎo)致試件發(fā)生收縮變形。當(dāng)石材溫度在100～110℃之間時(shí)，水泥毛細(xì)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(dá)到280～330s溫度時(shí)，水化鋁鈣和脫水，其值和混凝土外觀均出現(xiàn)變形。當(dāng)達(dá)到400到450溫度氫氧化鈣（分解脫水，混凝土?？梢钥闯?，在本試驗(yàn)中，煅燒溫度（350）會(huì)導(dǎo)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(tǒng)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(shuō)明粉煤灰混凝土的失水量大于相應(yīng)制度和碎石混凝土設(shè)計(jì)，保證了混凝土高溫煅燒窯的干燥與否，說(shuō)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(zhì)量變化。在熱處理過(guò)程中，混凝土內(nèi)部蒸發(fā)是造成混凝土質(zhì)量損失的主要原因。脫水或分解的水分產(chǎn)品，煅燒溫度（350），虧損主要原因是混凝土的質(zhì)量損失。。圖2顯示了高溫?zé)Y(jié)前后混凝土質(zhì)量的變化。從圖2可以看出，兩種煅燒系統(tǒng)在高溫煅燒后試樣的質(zhì)量損失是不同的。在高溫煅燒后，未干粉煤灰混凝土的質(zhì)量損失分別為6.1%、5.3%和5.4%，粉煤灰混凝土的質(zhì)量損失分別為4.9%、4.1%和4.2%。中可以看出，兩個(gè)制度，粉煤灰碎石在混凝土的質(zhì)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(jié)構(gòu)，減緩了蒸發(fā)過(guò)程中自由水的損失。

因此，質(zhì)量損失率也反映了混凝土結(jié)構(gòu)的相對(duì)密度。圖2還顯示，對(duì)于每一種混合物，高溫干法煅燒混凝土的質(zhì)量損失率低于直接煅燒混凝土的質(zhì)量損失率。未經(jīng)處理的試件相比干、質(zhì)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(zhì)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(zhì)量變化

3）強(qiáng)度變化。烘干后，各混合料的混凝土抗壓強(qiáng)度均比對(duì)照樣品有所提高。經(jīng)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(qiáng)度分別為10.3%、7.8%和14.2%，烘干處理達(dá)到110，強(qiáng)度分別為1.2%、6.6%和20.2%。事實(shí)上，在烘干過(guò)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(chǎn)品的水化，并通過(guò)填充孔隙使混凝土結(jié)構(gòu)更加緊湊。煅燒干試件的抗壓強(qiáng)度大于未煅燒試件的抗壓強(qiáng)度。試樣的反差，高溫?zé)股偷V渣、粉煤灰和粉煤灰混凝土的抗壓強(qiáng)度一分別下降了10.5%，15.8%和5.9%干燒爐內(nèi)的抗壓強(qiáng)度、8.7%和4.5%，每年分別增長(zhǎng)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(qiáng)度相對(duì)于混凝土的相應(yīng)干強(qiáng)度不同程度地降低?；炷恋目箟簭?qiáng)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(qiáng)度分別降低了13.4%、15.4%和13.3%。事實(shí)上，在高溫煅燒過(guò)程中，大量的游離水從混凝土內(nèi)部蒸發(fā)到外部，增加了混凝土內(nèi)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(jié)構(gòu)緊湊，沒(méi)有大毛孔針狀結(jié)構(gòu)中，混凝土水化薄片，煅燒后毛孔顯眼，出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象煅燒之前相比數(shù)量大幅減少，水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、密實(shí)度降低全社會(huì)，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(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生重大變化，孔隙度不顯著。該結(jié)構(gòu)由大量的急性水合物和少量的層狀水合物組成。混凝土的整體密實(shí)度良好。與兩種混凝土相比，爐渣混凝土結(jié)構(gòu)的水化產(chǎn)物量明顯大于煅燒前煤灰混凝土的水化產(chǎn)物量，密實(shí)度無(wú)顯著差異；煅燒后，渣混凝土水化產(chǎn)物數(shù)量沒(méi)有明顯減少，灰分結(jié)構(gòu)中幾乎沒(méi)有水化產(chǎn)物，渣混凝土密度明顯高于灰分凝結(jié)。

圖3 粉煤灰混凝土煅燒前后的SEM照片對(duì)比

圖4 礦渣混凝土煅燒前后的SEM照片對(duì)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(qiáng)度、質(zhì)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(duì)碎石燒結(jié)的耐熱性?xún)?yōu)于混凝土對(duì)石灰石燒結(jié)的耐熱性。SEM分析結(jié)果表明，高溫處理后礦渣混凝土結(jié)構(gòu)的水化產(chǎn)物明顯大于灰混凝土結(jié)構(gòu)，水泥結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的密實(shí)性。高性能耐熱混凝土是由礦渣粉、水泥、優(yōu)質(zhì)集料和助劑等組成的，通過(guò)對(duì)混凝土進(jìn)行加熱和養(yǎng)護(hù)，制備出高性能耐熱混凝土。