耐熱混凝土施工工法

耐熱混凝土施工工法適用范圍

《耐熱混凝土施工工法》耐熱混凝土適用于冶金、化工、石油、輕工和建材等工業(yè)的熱工設備和長期受高溫作用的構筑物，如工業(yè)煙囪或煙道的內襯、工業(yè)窯爐的耐火內襯、高溫鍋爐的基礎及外殼。

耐熱混凝土施工工法工藝原理

《耐熱混凝土施工工法》的工藝原理敘述如下：耐熱混凝土是一種能長期承受高溫作用，并在高溫下保持所需的物理力學性能（較高的耐火度、熱穩(wěn)定性、荷載軟化點以及高溫下較小的收縮等）的混凝土、是由耐火骨料（粗細骨料）與適量的膠結料和水通過計算、試配確定配合比配制而成的特種混凝土。影響混凝土耐熱性的因素主要有骨料、混凝土基體空隙率、各成分耐熱性能、膠凝材料等，材料本身的性能是決定耐熱混凝土高溫性能的主要因素，施工工藝原理和普通混凝土基本相同。

耐熱混凝土施工工法施工工藝

• 工藝流程

《耐熱混凝土施工工法》的施工工藝流程見下圖。

• 操作要點

《耐熱混凝土施工工法》的操作要點如下：

1、水泥耐熱混凝土攪拌時，水泥和摻合料必須攪拌均勻，投料順序是先將粗、細骨料、水泥與摻合料攪拌2分鐘再按配合比加入水攪拌2~3分鐘，至顏色均勻為止。

2、耐熱混凝土的用水量在滿足施工要求條件下應盡量少用，坍落度應比普通混凝土相應的減少10~20毫米，如用機械搗固時可減少40毫米左右，用人工搗固時宜減少20毫米左右。

3、澆筑應分層進行，每次厚度為250~300毫米。

4、拌好的混凝土應立即進行分層均勻澆筑，宜一次連續(xù)澆筑完成，不留施工縫。

5、由于耐熱混凝土初凝時間較短，拌制完成后40分鐘內用完并澆灌密實。

6、混凝土搗固采用插入棒時，應快插慢拔，移動間距不大于振搗棒作用半徑的1.5倍；用平板式振搗器的移動間距，應保證平板能覆蓋已振實部分的邊緣。

7、混凝土澆筑如有間歇，必須留施工縫時，需要下次澆筑前將施工縫表面鑿毛，清理干凈后，涂一層同類型的水泥粉料配成的膠泥后，再繼續(xù)澆筑。

8、水泥耐熱混凝土澆筑后，宜在15~25攝氏度的潮濕環(huán)境中養(yǎng)護，其中普通水泥耐熱混凝土養(yǎng)護不少于7天；礦渣水泥耐熱混凝土不少于14天，礬土水泥耐熱混凝土不少于3天。氣溫低于7攝氏度時，可采用蓄熱、電熱或蒸氣加熱等方法養(yǎng)護，加熱溫度：普通混水泥和礦渣水泥耐熱混凝土不得超過60攝氏度；礬土水泥耐熱混凝土不得超過30攝氏度，并不得摻用化學促凝劑。

9、當用于熱工設備的襯里時，必須在混凝土強度達到70%后進行烘烤。烘烤制度見下表。

10、其他操作要點同普通混凝土。

《耐熱混凝土施工工法》所用的材料及設備明細如下：

一、耐熱混凝土的原材料要求

普通混凝土結構受熱時容易遭受破壞，主要原因包括水泥漿體失水、骨料膨脹以及水泥漿體與骨料、鋼筋的熱膨脹不協(xié)調等，熱梯度的存在導致結構破壞。影響混凝土耐熱性的因素主要有骨料、混凝土基體空隙率、各成分耐熱性能、膠凝材料等，耐熱混凝土的配合比不但應滿足耐熱性能要求還必須滿足強度和和易性的要求。材料本身的性能是決定耐熱混凝土高溫性能的主要因素。

在耐熱混凝土中，以硅酸鹽水泥為膠結材料用的最多。細磨的礦物摻合料和具有必要耐火度的骨料是耐火混凝土所必需的組成材料。

1、膠凝材料：一般情況下，骨料的耐火度都比膠結料高些，膠結料的用量超過一定范圍時，隨著膠結料用量的增加，混凝土的荷載軟化點降低，殘余變形增大，耐火性能降低。為了提高耐火混凝土的高溫性能，在滿足施工和易性和常溫強度的要求下，盡可能減少膠結料用量。

2、細磨的礦物摻合料：耐火粉料可以改善混凝土的高溫性能，提高施工和易性，同時還可減少水泥用量，而且燒后抗壓強度降低少。比較常用的有高鋁細粉、耐火黏土、水渣粉、礦粉、粉煤灰、磨細熟料粉等。

3、耐火骨料：骨料用量約占耐熱混凝土混合料總量的80%，是影響耐熱性能的關鍵。只有選用耐熱性能良好的骨料才能配制出達到設計要求的混凝土，而改善骨料級配對提高混凝土密實度和高溫特性也十分有效。因此，在選擇骨料時必須注意骨料的類別和耐火度，使與水泥材料相適應，同時還應選擇合適的粒度、顆粒級配及砂率等。若粗骨料粒徑過大或用量過多，則會造成混凝土混合料和易性較差而難以成型，密實度降低，高溫下易分層脫落等現(xiàn)象。常用的有：耐火磚塊、高爐重礦渣、天然火成巖質地的砂石等。

二、常用耐熱混凝土配合比

《耐熱混凝土施工工法》的常用耐熱混凝土配合比見下表1、下表2。

三、主要機具

1、混凝土攪拌機宜優(yōu)先采用強制式攪拌機，也可采用自落式攪拌機。

2、計量設備有手推車、雙輪車、鏟車、裝載機、砂石（耐火砂、耐火磚塊）配料機等及配套設備。

3、插入式振搗器、鐵锨、木抹子、水桶、膠皮水管。

4、現(xiàn)場試驗器具，如坍落度測試設備試模、鋼板尺、干燥箱等。

《耐熱混凝土施工工法》的工法特點是：

1、生產工藝簡單，通常僅需攪拌機和振動成型機械即可。

2、施工簡單，并易于機械化。

3、可以建造任何結構形式的窯爐，采用耐熱混凝土可根據(jù)生產工藝要求建造復雜的窯爐形式。

4、耐熱混凝土窯襯整體性強，氣密性好，使用得當，可提高窯爐的使用壽命。

5、建造窯爐的造價比耐火磚低。

6、可充分利用工業(yè)廢渣、廢舊耐火磚以及某些地方材料和天然材料。

隨著云南冶金行業(yè)經濟的發(fā)展，工業(yè)廠房新建、改建、擴建工程大幅度增加，各種新型材料不斷涌現(xiàn)，耐熱混凝土的應用也成為必然。耐熱混凝土應用于爐窯基礎、外殼、煙囪等位置替代耐火磚，施工比較方便、增加使用壽命、減少維修時間和費用、提高生產能力等優(yōu)勢得到廣范應用。耐熱混凝土是指能夠長期承受高溫（250~1300攝氏度）作用高溫下保持工作所需要的物理力學性能的特種混凝土，耐熱混凝土主要用于工業(yè)窯爐基礎、外殼、煙囪及原子能壓力容器等處，長時間承受高溫作用外，還會承受加熱冷卻的反復溫度變化作用。

云南省文山斗南錳業(yè)股份公司技改工程1×2500千伏安電爐廠房項目電爐基礎部分采用耐熱混凝土結構，要求耐熱度為900攝氏度。要保證耐熱混凝土強度、耐熱度、線變量和混凝土構件加熱冷卻反復作用后的完好性滿足要求是一個技術難題。云南ニ建通過耐熱混凝土骨料選擇和試配多次進行耐熱混凝土試件試驗，結合云南省文山斗南錳業(yè)股份公司技改工程1×2500千伏安電爐廠房項目電爐基礎施工，總結出《耐熱混凝土施工工法》。

《耐熱混凝土施工工法》的質量控制要求如下：

工程質量控制標準

1、耐熱混凝土施工質量執(zhí)行《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》GB 50204-2002。混凝土結構尺寸允許偏差按下表執(zhí)行。

2、水泥混凝土的耐熱力學性能檢驗項目和技術要按下表執(zhí)行。

質量保證措施

1、施工條件允許的前提下，要盡可能降低水灰比，減少用水量。這是因為耐火混凝土在高溫下水分容易散失，致使混凝土孔隙增加、強度降低。

2、在滿足和易性和常溫強度的前提下，要盡可能減少膠結材料和水泥的用量。這是因為通常骨料的耐火程度要高于膠結材料，高溫膠結材料先于骨料發(fā)生軟化、變形。

3、加入適當?shù)膿胶喜牧峡商岣呋炷恋哪突鹦?，同時可改善和易性并減少水泥用量。常用摻合材料有黏土熟料、黏土耐火磚、黃土、礬土熟料、鎂砂、鉻鐵礦、粉煤灰、高鋁磚的磨細粉料。

4、骨料要選擇適當?shù)募壟涫姑芏冗_到最大，還要注意與膠結材料的匹配與適應。砂率控制在40%~60%配合比設計一般以經驗合比為基礎，通過試配調整后確定。耐火混凝土一般不配鋼筋，因為鋼筋的熱膨脹系數(shù)與耐火混凝土差別很大，高溫下會導致混凝土開裂剝落，鋼筋氧化、軟化失去增強作用。必須配筋時要采取特殊措施，如鋼筋表面滲鋁抗氧化、用型鋼或埋入冷卻水管等。

5、拌制耐熱混凝土時，水泥和參合料必須攪拌均勻，應采用機械攪拌。

6、耐熱混凝土澆灌時應分層進行，每層厚度控制在250~300毫米。

7、由于耐熱混凝土初凝時間較短，拌制完成后40分鐘內用完并澆灌密實。

8、耐熱混凝土澆筑后，宜在15~25攝氏度的潮濕環(huán)境中養(yǎng)護，其中普通水泥耐熱混凝土養(yǎng)護不少于7天；礦渣水泥耐熱混凝土不少于14天，礬土水泥耐熱混凝土不少于3天，氣溫低于7攝氏度時，可采用蓄熱、電熱或蒸氣加熱等方法養(yǎng)護，加熱溫度普通混水泥和礦渣水泥耐熱混凝土不得超過60攝氏度；礬土水泥耐熱混凝土不得超過30攝氏度，并不得摻用化學促凝劑。

《耐熱混凝土施工工法》的效益分析如下：

使用耐熱混凝土比耐火磚壽命提高3倍。耐熱混凝土的應用不僅提高了爐的運轉率，降低了耐火材料的消耗，節(jié)約能源，并為提高窯爐臺時產量和組織生產創(chuàng)造了條件。

采用《耐熱混凝土施工工法》施工時，除應執(zhí)行國家、地方的各項安全施工的規(guī)定外，尚應遵守注意下列事項：

1、混凝土攪拌開始前，應對攪拌機及配套機械進行無負荷試運轉，檢查運轉正常，運輸?shù)缆窌惩?，然后可開機工作。

2、攪拌機運轉時，嚴禁將鍬、耙等工具伸入罐內，必須進罐把混凝土時，要停機進行。工作完畢，應將拌筒清洗干凈。攪拌機應有專用開關箱，并應裝有漏電保護器，停機時應拉斷電閘，下班時電閘箱應上鎖。

3、攪拌機上料斗提升后，斗下禁止人員通行。如必須在斗下清渣時，須將升降料斗用保險鏈條掛牢或用木杠架住，并停機，以免落下傷人。

4、采用手推車運輸混凝土時，不得爭先搶道，裝車不應過滿；卸車時應有擋車措施，不得用力過猛或撒把，以防車把傷人。

5、使用井架提升混凝土時，應設制動安全裝置，升降應有明確信號，操作人員未開提升臺時，不得發(fā)生降信號。提升臺內停放手推車要平穩(wěn)，車把不得伸出臺外，車輪前后應擋牢。

6、使用溜槽及串筒下料時，溜槽與串筒下料時，溜槽與串筒必須牢固的固定，人員不得直接站在溜槽幫上操作。

7、混凝土澆筑前，應對振搗器進行試運轉，振搗器操作人員應穿膠靴、戴絕緣手套；振搗器不能掛在鋼筋上，濕手不能接觸電源開關。

《耐熱混凝土施工工法》的應用實例如下：

云南省文山斗南錳業(yè)股份公司技改工程

1、工程概況

（1）工程名稱：1×2500千伏安電爐廠房項目。

（2）建設地點：建設地點為云南省文山州硯山現(xiàn)平遠街。

（3）建筑面積：10000平方米；工程造價：4930萬元，廠房為5層現(xiàn)澆框架結構，總高36.8米，副跨21米、18米為排架結構。

（4）該工程電爐部分采用耐熱混凝土結構，混凝土標號為C30，耐熱度為900攝氏度，混凝土量為120立方米。

（5）開工2006年3月16日、竣工時間2007年12月30日。

2、應用情況

該工程采用《耐熱混凝土施工工法》施工，確保了工程質量，竣工投產3年多，未發(fā)生質量問題。

會理昆鵬銅業(yè)公司10萬噸/年陽極銅項目一轉化工段

1、工程概況

（1）項目名稱：會理昆鵬銅業(yè)公司10萬噸/年極銅項目轉化工段轉化器基礎。

（2）建設地點：四川涼山州會理縣黎溪黎州村羊地河。

（3）轉化工段轉換器基礎為圓形基礎，半徑5.75米。

（4）開工日期：2008年6月，竣工日期：2010年7月。

2、應用情況

該工程采用《耐熱混凝土施工工法》施工，確保了工程質量，竣工投產后未發(fā)生質量問題。

云南源鑫炭素有限公司600千噸/年炭素項目陽極焙燒車間

1、工程概況

（1）工程名稱：云南源鑫炭素有限公司600千噸/年炭素項目陽極焙燒車間。

（2）建設地點：云南省紅河州建水縣羊街。

（3）建筑面積：17400平方米；工程造價：6000萬元廠房為單層36米跨鋼筋混凝土排架結構，鋼吊車梁、T形鋼屋架，墻、屋面為壓型鋁瓦，總高：25.7米（至通風器支座處）。

（4）該工程焙燒爐部分采用耐熱混凝土結構，混凝土強度等級為C35，混凝土量為13500立方米。

（5）開工日期：2009年12月28日，計劃竣工日期：2010年12月30日。

2、應用情況

該工程采用《耐熱混凝土施工工法》施工，確保了工程質量，竣工投產后未發(fā)生質量問題。

《耐熱混凝土施工工法》的環(huán)保措施如下：

1、成立施工環(huán)境衛(wèi)生管理機構，在施工過程中嚴格遵守國家和地方政府下發(fā)的有關環(huán)境保護的法律、法規(guī)和規(guī)章，加強對工程材料、廢水的控制和治理。

2、將施工場地和作業(yè)限制在工程建設允許的范圍內，合理布置、規(guī)范施工，做到標牌清楚、齊全，各種標識醒目，施工現(xiàn)場整潔。

3、工程材料在運輸過程中用帆布遮蓋，以防遺灑污染道路。

4、混凝土攪拌站處設置沉淀池，產生的污水經沉淀后排入排水溝，定期清運沉淀泥砂。

5、優(yōu)先選用先進的環(huán)保機械，以降低施工噪聲到允許值以下，同時盡可能避免夜間施工。

6、對施工現(xiàn)場道路進行硬化，并在晴天經常對施工通道進行灑水，防止塵土飛揚，污染周圍環(huán)境。

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布《關于公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質[2011]154號，《耐熱混凝土施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。 2100433B

根據(jù)防火耐熱混凝土膠結料的不同,可分為硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽、氯化物、溶膠類及有機物結合防火耐熱混凝土等。下面主要介紹常用的硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽防火耐熱混凝土。

硅酸鹽防火耐熱混凝土

以硅酸鹽系列水泥作膠結材料,耐熱材料作集料配制成的具有防火耐熱性質的混凝土稱為硅酸鹽防火耐熱混凝土。硅酸鹽防火耐熱混凝土一般采用礦渣硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或水玻璃作為膠結材料,碎黏土磚、黏土、熟料、碎高鋁磚作集料。

硅酸鹽防火耐熱混凝土最高使用溫度可達到700℃~800℃,其耐熱的主要機理是硅酸鹽系列水泥熟料的水化產物氫氧化鈣在高溫下脫水,生成的氧化鈣與礦渣及摻合料中的活性氧化硅和三氧化二鋁又反應生成具有較強耐熱性的無水硅酸鈣和無水鋁酸鈣,使混凝土確有一定的防火耐熱性。如使用高鋁磚、礬土熟料和碎鎂磚及鎂砂作集料配制的防火耐熱混凝土,最高使用溫度可達1100℃。

鋁酸鹽防火耐熱混凝土

以鋁酸鹽系列水泥作膠結材料,耐熱材料作集料配制成的具有防火耐熱性質的混凝土稱為鋁酸鹽防火耐熱混凝土。鋁酸鹽防火耐熱混凝土一般采用高鋁水泥和純鋁酸鈣水泥作為膠結材料。高鋁水泥是由石灰和鋁礬土按一定比例磨細后,采用燒結法和熔融法制成的一種以鋁酸一鈣(CA)為主要成分的水硬性膠凝材料。純鋁酸鈣水泥是以工業(yè)氧化鋁和高純石灰石或方解石為原料,按一定比例混合后,采用燒結法或熔融法制成的以二鋁酸一鈣(CA2)或鋁酸一鈣(CA)為主要成分的水硬性膠凝材料。

高鋁水泥發(fā)生一系列水化反應使低密度水化產物轉變成高密度非水化產物,固相摩爾體積縮小,體系結構間隙增大。因此,當混凝土溫度低于1200℃,水化產物強度隨溫度的升高而明顯降低,當溫度高于1200℃,水化產物開始發(fā)生燒結并產生陶瓷粘結,強度提高。純鋁酸鈣水泥的水化反應及在加熱過程中強度的變化與高鋁水泥類似。由于該水泥的化學組成中含有更多的AI2O3,因此當溫度高于1200℃,水泥水化產物發(fā)生燒結產生陶瓷粘結后,混凝土具有更高的強度和耐火度,其最高使用溫度可達1600℃以上。

磷酸鹽防火耐熱混凝土

以磷酸鹽作結合劑,耐熱材料作集料配制成的具有防火耐熱性質的混凝土成為磷酸鹽防火耐熱混凝土。磷酸鹽防火耐熱混凝土的凝結硬化與一般的水泥型防火耐熱混凝土不同,磷酸鹽是作為結合劑而不是膠結材料,因為磷酸鹽在常溫下本身并不具有較凝性,而是在加熱到一定溫度時,一些磷酸鹽發(fā)生分解~聚合反應,在聚合反應時,新化合物的形成和聚合具有很強的粘附作用,將集料粘結在一起成為“混凝土”而獲得強度。常用的磷酸鋁耐熱混凝土的高溫動作極限可達到1600℃-1700℃。

硫酸鹽防火耐熱混凝土

以硫酸鹽作結合劑,耐熱材料作集料配制成的具有防火耐熱性質的混凝土成為硫酸鹽防火耐熱混凝土。硫酸鹽首先水解成堿式鋁鹽AL(SO4)3(OH)2,然后生成AL(OH)3,最后逐漸形成氫氧化鋁膠體而凝結硬化。硫酸鋁結合的防火耐熱混凝土強度在高溫下增長較慢。溫度升至近700℃時,強度隨溫度的提高而有提高。此時,氫氧化鋁膠體大量生成并迅速形成致密的結構。硫酸鋁的化學結合水逐步脫水,由于脫水速度緩慢,對結構影響較小。

綜上所述,硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽和硫酸鹽等防火耐熱混凝土以其良好的放熱耐火性能得到廣泛的應用。隨著人類社會的發(fā)展,現(xiàn)有資源越來越少,對合理利用資源,降低單位產品能耗及保護環(huán)境的要求也將愈來愈高,所以無水泥防火耐熱混凝土或者超低水泥防火耐熱混凝土將今后耐火混凝土的生產中占據(jù)重要的位置,新的結合劑也將更多地應用于防火耐熱混凝土中。