耐热混凝土的定义

1、耐热混凝土的定义、分类和应用耐热混凝土是一种能长期承受高温作用(200 r以上)，并在高温作用下保持所需的物理力学 性能的特种混凝土。而代替耐火砖用于工业窑炉衬的耐热混凝土也称为耐火混凝土。根据所用胶结料的不同，耐热混凝土可分为：硅酸盐耐热混凝土；铝酸盐耐热混凝土；磷酸盐 耐热混凝土；硫酸盐耐热混凝土；水玻璃耐热混凝土；镁质水泥耐热混:疑土；其他胶结料耐热混凝 土。根据硬化条件可分为：水硬性耐热混凝土；气硬性耐热混凝土；热硬性耐热混凝土。耐热混凝土已广泛地用于冶金、化工、石油、轻工和建材等工业的热工设备和长期受高温作用 的构筑物，如工业烟囱或烟道的衬、工业窑炉的耐火衬、高温锅炉的基础及外売。硅

2、酸盐耐热混凝土一、硅酸盐耐热混凝土所用的材料主要有硅酸盐水泥、耐热骨料、掺合料以及外加剂等。1、原材料要求(1) 硅酸盐水泥可以用矿渣硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥作为其胶结材料。一般应优先选用矿渣硅酸盐水泥， 并且矿渣掺量不得大于50 %。如选用普通硅酸盐水泥，水泥中所掺的混合材料不得含有石灰石等 易在高温下分解和软化或熔点较低的材料。此外，因为水泥的耐热性远远低于耐热骨料及耐热粉料，在保证耐热混凝土设计强度的情况下, 应尽可能减少水泥的用量，为此，要求水泥的强度等级不得低于32. 5MPa o用上述两种水泥配制的耐热混凝土最高使用温度可以达到700800其耐热机理是：硅 酸盐水泥熟料中的C 3

3、 S和C 2 S的水化产物Ca(0H) 2在高温下脱水，生成的CaO与矿渣及掺 合料中的活性S10 2和A1 2 0 3又反应生成具有较强耐热性的无水硅酸钙和无水铝酸钙，使混凝 土具有一定的耐热性。(2) 耐热骨料普通混凝土耐热性不好的主要原因是一些水泥的水化产物为Ca(OH) 2 ,水化铝酸钙在高温下 脱水，使水泥石结构破坏而导致混凝土碎裂；另一个原因是常用的一些骨料，如石灰石、石英砂在 高温下发生较大体积变形，还有一些骨料在高温下发生分解，从而导致普通混凝土结构的破坏，强 度降低。因此，骨料是配制耐热混凝土一个很关键的因素。常用的耐热粗骨料有碎黏土砖、黏土熟料、碎高铝耐火砖、矶土熟料等；细

4、骨料有镁砂、碎樸 质耐火砖、含A1203较高的粉煤灰等。(3) 掺合料掺合料的作用主要有两个：一是可增加混凝土的密实性，减少在高温状态下混凝土的变形；二 是在用普通硅酸盐水泥时，掺合料中的A1203和Si02与水泥水化产物Ca(0H) 2的脱水产物CaO 反应形成耐热性好的无水硅酸钙和无水铝酸钙，同时避免了 Ca(OH) 2脱水引起的体积变化。所以， 掺合料应选用熔点高、高温下不变形且含有一定数量A1203的材料。硅酸盐水泥耐热混凝土配制时，可掺加减水剂以降低W/C，减少混凝土结构部的孔隙率。减水剂 宜采用非引气型。2、硅酸盐水泥耐热混凝土的配合比该品种耐火混凝土的配合比设计用计算法比较繁琐，

5、一般常采用经验配合比为初始配合比，再通过试配调整，得到适用的配合比。二. 铝酸盐水泥耐热混凝土铝酸盐水泥是一类没有游离CaO的中性水泥，具有快硬、高强、热稳定性好、耐火度高等特点。 在冶金、石油化工、建材、水电和机械工业的一般窑炉上得到广泛的应用，其使用温度可达到1300 1600 J有的甚至能达到1800 r左右，所以又称为铝酸盐耐火混凝土。它属于水硬性耐热混凝 土，也属于热硬性耐热混凝土。1、胶结材铝酸盐水泥耐热混凝土的胶结材主要有矶土水泥、低钙铝酸盐水泥、纯铝酸盐水泥。(1) 高铝水泥(普通铝酸盐水泥)高铝水泥是由石灰和铝矶土按一定比例磨细后，采用烧结法和熔融法制成的一种以铝酸-钙 (C

6、A)为主要成分的水硬性水泥。高铝水泥水化的产物主要有C 3 AH 6、AH3、CAH 10、C 2 AH 8 ,而上述产物在高温作用 下 会发生脱水，脱水产物之间发生反应。如：300 500 C C3AU6 -* CaO+C12A7 +H20AH3 - A1203 +H20500 1200 C A1203 +CaO - CAA1203+C12A7 -* CA（或 CA2 ）A1203 +CA - CA2 （在 A1203 较多时）由上可知，在500 X：以前，水泥石由高铝水泥的水化物组成；500900 C时由水化产物 及由脱水产物之间的二次反应物组成；woo c开始发生固相烧结；1200 r以

7、上时变为瓷结合 的耐火材料。其强度的变化如图6 11所示。(2) 纯铝酸盐水泥纯铝酸盐水泥是用工业氧化铝和高纯石灰石或方解石为原料，按一定比例混合后，采用烧结法 或熔融法制成的以CA2或CA为主要矿物的水硬性水泥。其中CA2和CA含量总和在95 %以上, CA2占60 %65 %,另外含有少量C12A7和C2AS。纯铝酸盐水泥的水化硬化及在加热过程中强度的变化与高铝水泥类似。由于该水泥的化学组成 中含有更多的A1203,因此在1200 X：发生烧结产生瓷结合后，具有更高的烧结强度和耐火度，其 最高使用温度可达1600 X：以上。2、骨料由于纯铝酸盐水泥可以配制较高温度下工作的耐热混凝土，因此，

8、采用的骨料应为耐火度更高 的骨料，如矶土熟料碎高铝砖、碎镁砖和镁砂等。如使用温度超过1500 P ,最好用辂铝渣、电熔 刚玉等。3、掺合料为提高耐热混凝土的耐高温性能，有时在配制混凝土时掺加一定量的与水泥化学成分相进的粉 料，如刚玉粉、高铝矶熟料粉等。粉料的细度一般应小于lum。三、磷酸或磷酸盐耐热混凝土该耐热混凝土是以磷酸盐或磷酸作胶结剂和耐热骨料等配制而成的混凝土。它是一种热硬性耐 热混凝土。磷酸盐耐热混凝土使用温度一般为15001700 r ,最高可达3000 C。而磷酸盐 耐高温混凝土可以经受-302000 C的多次冷热循环而不破坏。1、胶结剂(1) 磷酸盐主要有铝、钠、钾、镁、鞍的磷

9、酸盐或聚磷酸盐，其中用得最多的是铝、镁和钠的磷酸盐。磷酸铝 一般是磷酸二氢铝、磷酸氢铝和正磷酸铝三种的混合物，其中磷酸二氢铝的胶结性最强。使用磷酸 铝时，为加速混凝土在常温下的硬化，可加入适量的电熔或烧结氧化镁、氧化钙、氧化锌和氟化鞍 等作为促硬剂，也可用含有结合状态的碱性氧化物(如硅酸盐水泥)作促硬剂。磷酸钠盐一般用正磷酸钠(Na3P04)、磷酸二氢钠、聚磷酸钠。(2) 磷酸磷酸有正磷酸(H3P04)、焦磷酸(H3P207)及偏磷酸(HP03)等，常用的主要是正礎酸。正磷 酸本身无胶结性，但与耐热骨料接触后，会与其中的一些氧化物(如氧化镁、負化铝)反应形成 酸式磷酸盐，从而表现出良好的胶凝性

10、。2、耐火骨料由于磷酸盐及磷酸耐热混凝土一般用于温度较高的结构物中，因此其所用的耐火骨料也应选用 耐火度高的材料，常用的有碎高铝砖、镁砂、刚玉砂等。3、掺合料磷酸盐耐热混凝土加热时因水分蒸发会产生较大的收缩，因此在配制时应加入一些微米级耐火 材料，如刚玉粉、石英粉等。四、水玻璃耐热混凝土水玻璃耐热混凝土是以水玻璃为胶结料，与各种耐火骨料、粉料等按一定比例配制而成的气硬性耐 热混凝土。它具有高温下强度损失小、耐磨、耐腐蚀、热震稳定性好等优点。适用温度为800 1200笙，是理想的耐火混凝土品种。耐热混凝土的用途、材料组成及设计施工要点普通混凝土在环境温度超过300 C后，其强度急剧下降，这是由于

11、水泥石中的水化产物在高25 X：的潮湿环境中养护，水玻璃耐热混凝土宜在1530乜的干燥环境中养护；水泥耐热混凝土 在气温低于+7、水玻璃耐热混凝土在低于+10 r时施工，即应按照冬期施工规定执行，并 不得掺用化学促凝剂。耐火混凝土的用途、材料组成及设计施工要点耐火混凝土是指工作于900 1600 r的温度下并保持其物理力学性能的特种混凝土，它与耐 热混凝土有许多共同之处，在一些资料中甚至不将二者加以区分。它与耐热混凝土的区别主要在于 它往往直接暴露于高温火焰中，工作温度亦更高，且较少反复加热冷却情况。耐火混凝土广泛运用 于冶金、石油、化工及核电等工业窑炉中，主要代替耐火砖用作窑炉的膛壁衬或主体

12、结构，它比 耐火砖生产工艺简单，施工效率高，成本低，易于满足异形部位施工与维修，其寿命较耐火砖可提 高12倍。耐火混凝土品种繁多，其材料组成也因具体工作要求不同而多种多样，可大致作如下分类。(1) 按胶结材料分类 水硬性耐火混凝土胶结材料为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、高铝水泥等。 它的强度形成与普通混凝土相同，都是由于水泥水化反应生成胶凝物质与集料界面紧密结合，形成 具有设计强度的整体。 火硬性耐火混凝土胶结材料为高铝水泥、低钙铝酸盐水泥等。火硬性耐火混凝土的胶结材料 仅在混凝土浇筑成型后的一段时间由水泥水化产物产生胶凝作用，形成混凝土的初期强度，对结构 本身起支持作用。当温度

13、升高时，在温度3001200 -C阶段，混凝土部产生一系列化学反应，水 泥石由低密度水化产物转成高密度非水化产物(焙烧产物)，固相体积缩小，而固体间空隙増大, 混凝土强度反而降低。当继续升温，温度超过1200乜后，固相材料经烧结作用产生瓷结构，强度 显著提高，成为工作所需要的耐火混凝土。 气硬性耐火混凝土胶结材料为水玻璃并用氟硅酸钠作固化剂(参见耐酸戚混凝土)。水玻 璃耐热混凝土粗集料常用镁砖碎块或黏土熟料块，细集料常用镁砂或黏土熟料砂，掺合料常用镁砖 粉或黏土熟料粉。(2) 按集料成分分类按集料成分，耐火混凝土可分为铝质耐火混凝土主要成分为氧化铝(A1 2 0 3 ),耐火温度 1800 r

14、、硅质耐火混凝土主要成分为二筑化硅（SiO2）,耐火温度1200 7与镁质耐火混凝土 主要成分为氧化镁（盹0）,耐火温度800 9。（3）按堆密度分类按堆密度，耐火混凝土可分为普通耐火混凝土（所用集料为天然石材）与轻质耐火混凝土 （所用集料为天然轻集料、人造轻集料及工业废渣轻集料）。耐火混凝土的配比设计有如下要点。 施工条件允许的前提下，要尽可能降低水灰比，减少用水量。这是因为耐火混凝土在高温下 水分容易散失，致使混凝土孔隙增加、强度降低。 在满足和易性和常温强度的前提下，要尽可能减少胶结材料和水泥的用量。这是因为通常集 料的耐火程度要高于胶结材料，高温胶结材料先于集料发生软化、变形。 加入适当的掺合材料可提高混凝土的耐火性，同时可改善和易性并减少水泥用量。常用掺合 材料有黏土熟料、黏土耐火砖、