包头东河区铝厂的电解车间地面的混凝土，由于使用年限较长，表面很多地方发生骨料剥离的情况，为了改善混凝土的耐热性，铝厂相关负责人决定重新浇筑耐热混凝土。该车间地面温度局部可达300℃左右,企业要求混凝土的耐久性能要满足日常生产的使用，利用耐火砖代替石子的混凝土在耐热混凝土工程中应用不太广泛，而根据以往的经验，掺入矿渣粉能提高硬化混凝土的力学性能和耐久性，但是本工程耐火砖在目前能不能抵抗车间的耐热问题，成为主要研究内容。本次试验就是针对当地生产的耐火砖和矿渣粉掺入到混凝土中，而进行的耐热混凝土的性能的实验。

试验用原材料与试验方法

1.1 原材料的选择

耐热混凝土是一种能长期承受高温作用(200℃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内衬的耐热混凝土也称为耐火混凝土。本试验用水泥采用铝酸盐水泥，原因是该水泥的化学成分中含有较多的Al₂O₃，在1000℃左右发生烧结产生陶瓷结合后，具有更高的烧结强度和耐火度。

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，耐热骨料是配制耐热混凝土一很关键的因素。

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Al₂O₃和SiO₂与水泥水化产物Ca(OH)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Al₂O₃的材料。

在配制耐热混凝土时，可掺加减水剂以降低水灰比，以此减少混凝土结构内部的空隙率，减水剂用非引气性。

1.2试验方法

本实验参考YB/T4252—2011《耐热混凝土应用技术规程》。

试验结果与讨论

2.1 本试验耐热混凝土概况

工程中所用的普通混凝土不耐高温，故不能在高温环境中使用。其不耐高温的原因是:水泥石中的氢氧化钙及石灰岩质的粗骨料在高温下均要产生分解，石英砂在高温下要发生晶型转变而体积膨胀,加之水泥石与骨料的热膨胀系数不同。所有这些,均将导致普通混凝土在高温下产生裂缝，强度严重下降，甚至破坏。本研究中涉及到的混凝土的耐热机理是:水泥熟料中的硅酸三钙和硅酸二钙的水化产物在高温的作用下脱水，生成的氧化钙与矿渣中的二氧化硅和三氧化二铝又反应生成具有较强耐热性的无水硅酸盐和无水铝酸钙，从而使混凝土具有较好耐热性。为了更好的提高混凝土的和易性，混凝土中加人矿渣粉。

本次施工的混凝土设计强度等级为C30,用量约800m3,施工要求坍落度为170〜190mm。工程要求混凝土具有良好的施工工作性能，并且能够满足混凝土在高温烘烤(300℃以上)下有足够的抗压强度和耐久性，以及在外荷载作用下不产生有害裂缝的要求。

（1）混凝土的配合比

本次试验的耐热混凝土的配合比设计采用经验配合比为初始配合比，再通过试配得到可用于工程上的配合比。混凝土配合比的设计强度等级为C30,设计坍落度为170〜190mm，可以先假定混凝土容重1900kg/m³,胶凝材料的总量为:560kg，矿渣粉的掺量为胶凝材料的20%、30%、40%，外加剂的掺量为胶凝材料的1.2%，砂率采用45%。

（2）混凝土的耐热试验及分析结果

本实验采用的方法是每个配合比成型四组试块，标准养护28d，在110℃烘干24h，分别放在高温炉子中，在300℃、500℃、700℃的温度下恒温灼烧3h，然后冷却,测量烧后的抗压强度，并以此作为某个配合比下的某级温度下的烧后强度值。

评价耐火材料的耐火性能的技术指标中最直观的就是耐火之后的抗压强度，检验烧后的抗压强度,可以从宏观上分析出混凝土在高温作用下的组织变化，以及能够承受的压力，由上述试验结果得知:不同掺量的混凝土在300℃的灼烧后抗压强度均大于28d烘干强度，原因是混凝土在300℃时，混凝土内部的游离水大量被烘出，在混凝土内部形成了蒸汽养护条件,水泥水化进一步加快，主要产物C-S-H凝胶也开始脱水,C-S-H凝胶逐渐致密;随着温度的升高C-S-H凝胶开始脱水，强度降低。用耐火砖配置的混凝土中掺入20%的矿渣粉其耐火性能较好,这个混凝土中C-S-H凝胶的生成量相对较多，且比基准配合比的混凝土致密，但是从表中也可得出每种配合比下的混凝土强度在700℃灼烧后降低都比较明显。

本次试验的耐火混凝土可以在700〜900℃的温度下工作并保持其物理力学性能，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，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很多。

结  论

(1)通过用磨细矿渣粉和高效减水剂来降低水胶比，并以耐火砖为骨料配制300〜500℃的耐热混凝土是可行的，但是矿渣粉应该使用活性较好的，降低了水泥的用量节约成本。

(2)随着矿渣粉的掺入混凝土达到了比较好的流动性，流动度在矿渣粉的掺量为30%时较大，而且混凝土中水胶比也随着矿渣粉掺量的增加而减少，与此同时混凝土的28d抗压强度也达到了最大值，但是随着矿渣粉掺入量的增加强度有下降的趋势。

(3)不同掺量的混凝土在300℃的灼烧后抗压强度均大于28d烘干强度，并且随着温度的升高，抗压强度降低。经过高温灼烧的混凝土，从抗压强度的差值可以看出,矿渣粉掺量为30%的混凝土的前后压强差较小,表明耐热性能力较强，而且其和易性与工作性能都好，既方便施工又可以节约成本。

(4)本研究的另外亮点是可以用耐火砖代替碎石用作混凝土粗骨料,这样既保证了混凝土的强度要求，有更好的提高了混凝土中骨料的耐热性能。