混凝土耐热性能试验及应用

混凝土耐热性能试验研究及应用

摘要：对c30混凝土在高温状态下，进行不同粉煤灰掺量、不同粗骨料粒径、不同种类粗骨料、细骨料条件下混凝土的烘干抗压强度、300-700℃条件下的残余强度及耐压强度对比试验。结果表明：减少水泥用量，提高粉煤灰及矿粉用量，降低水胶比，选择高温体积稳定性的玄武岩粗骨料，配制耐热度为500℃的预拌混凝土，并在工程中成功应用是可行的。

关键词：耐热混凝土相对耐压强度玄武岩粗集料粉煤灰掺量最大粒径

由于工业的快速发展，对于普通混凝土的耐热性能提出了一定程度的要求，特别在冶金、化工、建材等行业，但普通混凝土由于所有材料的耐热性能差，在高温作用下会产生质量下降、强度降低、大面积裂缝甚至坍塌现象。

普通混凝土受热易破坏原因：水泥石中的氢氧化钙和石灰岩质的粗骨料在高温下均要产生分解，石英砂在高温下发生晶型转化而体积膨胀及水泥石与骨料的热膨胀系数不同[1]，故在选择集料时应选用在高温作用下不易分解且膨胀系数小的种类。

由于预拌混凝土的大量推广应用，其所具有的大流动性、可泵性要求高，用水量及水泥用量高更降低了普通混凝土的抗热性能。本文通过优化配合比设计，对比各种影响因素，总结出适用于工程实际的配比，并能成功使用。

1. 原材料

1.1胶凝材料

水泥：由于高温下石灰岩质具有体积不稳定，所以应选用混合材料为非石灰岩类水泥，本次试验选用以粉煤灰作混合材的南京海螺p.o42.5水泥。

矿粉：南京海龙矿粉公司生产的s95级，活性、细度均符合要求。

粉煤灰：南京华能电厂i及灰，细度、需水量比等指标均符合要求。

1.2细骨料：高温水淬矿渣，细度模数3.0，河砂，细度模数

2.5。

1.3组骨料：5-20mm、5-25mm、5-31.5mm三种规格的玄武岩、5-25mm白云岩。

2. 配合比设计及技术路线

使用强度较高水泥以降低水泥用量，提高矿粉、粉煤灰掺量，使用高效减水剂降低水胶比，掺加耐热粗骨料，并降低粗骨料粒径。

以42.5普通水泥，15%掺量粉煤灰，30%掺量矿粉，5-25mm玄武岩粗骨料，河砂为基准材料及配比。对比不同掺量粉煤灰、不同粒径石子、不同种类粗骨料、细集料，寻找试验规律，总结最佳可行的配比，设计标号为c30，坍落度要求为180mm。

3. 试验方法与检测项目

3.1试验方法

每组试件成型三块，尺寸为100*100*100mm，成型及试验方法按照gb50080及gb50081进行。

3.2检测项目

28d标养抗压强度。

烘干强度：经标养后的试块，置于电热恒温干燥箱中，保持110±5℃下烘干16小时，冷却至室温，然后试压。

残余强度：经烘干后的试块，置于箱式电炉中加热，按平均2-3℃/min匀速升温至设定温度，恒温3小时后，自然冷却至室温，立即试压。

4. 试验结果与分析

说明：除对原材料特别说明外，配比中其他原材料均为基准配比中材料。

试验结果表明：各种不同配比条件下混凝土的烘干抗压强度均高于标养试块强度，300℃条件下的残余强度也高于烘干抗压强度（相对耐压强度>100%），400℃以后强度开始下降，600-700℃时强度下降明显。

4.1粉煤灰掺量对混凝土耐热性的影响

从试验结果分析：提高粉煤灰5%掺量后，混凝土的绝对强度值出现下降，但提高了相对耐压强度值，故粉煤灰对于混凝土的耐热性能有一定的益处。原因分析：

a、粉煤灰中的活性sio2和活性al2o3在高温下可与游离cao 起固相反应，生产相对稳定的硅酸钙和铝酸钙，提高了混凝土的耐热性，同时活性sio2和活性al2o3与水泥水化产物ca（oh）2发生二次反应，生成水化硅酸钙及水化铝酸钙，降低了ca（oh）2的

含量，提高了混凝土的耐热性。

b、提高掺量粉煤灰降低了水泥用量，减少了水泥水化产物的含量及收缩量。

c、粉煤灰为高温电厂煅烧煤的产物，具有一定的耐热功能。

d、粉煤灰的火山灰效应、微集料效应、填充效应改善了混凝土的界面强度。

4.2粗集料最大粒径对混凝土耐热性的影响

由表2及图2分析：随着粗集料最大粒径的提高，混凝土的相对耐压强度降低。分析原因：高温下集料的膨胀值与粒径大小有关，粒径越大，膨胀值越大，对水泥石与集料粘结面产生的破坏应力也越大，导致混凝土的耐热性下降。

4.3粗集料种类对混凝土耐热性的影响

由表2及图3分析：玄武岩混凝土的相对耐压强度高于白云岩。原因分析：在高温作用下，玄武岩的膨胀性及体积稳定性明显高于白云岩，对混凝土结构的破坏好于白云岩。

4.4细集料种类对混凝土耐热性的影响

从试验结果分析：普通河砂混凝土的相对耐压强度明显低于水渣混凝土。原因分析：水渣为炼铁废渣，经过高温处理，本身具有一定的耐热功能，且水渣在高温作用下不易发生晶型转变及体积变化。

5、工程应用

经过对试验结果的研究分析，确定以基准配比作为生产用配比

在南钢热泼渣池工程中应用，其耐热度为500℃，经过半年左右的结构使用，该混凝土可完全满足设计要求。试验检测数据如表3、表4：

6、结论

1）通过提高矿粉、粉煤灰掺量，使用高性能减水剂以降低水胶比，掺加耐热玄武岩粗骨料，并降低粗骨料粒径，来配制耐热500℃混凝土技术上是可行的，但应使用活性强及需水量低的i级灰。

2）随着温度的升高，混凝土强度在300℃时达到最高值，随后强度开始下降，超过500℃后强度开始大幅度降低。

3）掺水渣混凝土虽相对耐压强度虽较高，但由于泵送施工要求较高，水渣混凝土的和易性较差，明显不适宜泵送，在非泵送混凝土中可优先采用。

4）由于该混凝土矿粉、粉煤灰掺量较大，早期强度偏低，对于早期的保温、保湿养护更应加强，以防止裂缝产生。

参考文献

1.符芳等，建筑材料，南京：.东南大学出版社1995.11：159

2.邓初首等，矿渣集料混凝土耐热性的试验，工业建筑，2008年第38卷第5期，61-63。