耐高温混凝土配合比设计
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中图分类号：TU37 文献标识码： A 本次配合比设计目标混凝土强度等级为C35，耐热温度为700℃，工作性满足要求，经济合理。为保证所设计的配合比具有较强的实用性，尽可能的不改变南京福彪预拌混凝土有限公司目前使用的原材料品种。
一、混凝土材料受热后作用机理
大量研究表明混凝土在高温受热下的退化主要表现在：混凝土表观密度降低；形成大量的孔和和裂缝以及强度和弹性模量的下降。受热作用主要分为两个方面：1、水泥水化产物受热作用机理；2、骨料受热作用机理；3、水泥石和骨料界面受热作用机理。
水泥水化产物受热作用具体过程如下：100℃时毛细孔开始失水；100-150℃时由于水蒸气蒸发促进熟料逐步水化使混凝土抗压强度增加；200-300℃水泥水化产物水化硅酸钙凝体脱水导致组织硬化；300℃以上由于脱水加剧混凝土收缩开始出现裂纹，强度开始下降；575℃氢氧化钙脱水使水泥组织破坏，900℃混凝土中的碳酸钙分解。普通硅酸盐水泥配制的混凝土在900℃时游离水、结晶水及水化物的脱水基本结束，混凝土强度几乎丧失。同时必须注意由于氢氧化钙的脱水，碳酸钙的分解，混凝土中生成了氧化钙，氧化钙会吸收空气中的水分，再次水化导致体积膨胀产生混凝土表面酥松剥落现象，此外高温改变了钙矾石的形成机理，使混凝土内部形成粗大的孔结构。
各种岩石成分的骨料，受热变形也不相同。含有石英岩的骨料（如石英砂、砂岩等石英质骨料），在575℃以下，体积逐渐膨胀，而在575℃时，突然膨胀；含有石灰岩的材料，在750─900℃条件下分解成氧化钙，强度显著降低故普通混凝土不宜在高温环境下使用，其使用温度一般也不超过250℃。
300℃时混凝土中的骨料开始膨胀，随着温度的继续升高，水泥收缩和骨料膨胀加剧，两者结合被破坏产生界面破坏，伴随着水泥水化产物的受热破坏以及骨料的晶型转换，界面破坏加剧。同时由于混凝土表面温度升高比内部快得多以及骨料和水泥石之间的热不相容造成的内外温差和应力差也会引起混凝土开裂和强度下降。
二、耐热混凝土配合比设计要点
依据上述混凝土材料受热后作用机理可以得出配合比设计要点：
1、水泥品种的选择
按照设计目标，本次混凝土耐热度在700℃，为确保安全实际研究过程中提高至750℃，基本已经达到了硅酸盐水泥耐热混凝土温度上限。为确保所设计配合比的实用性，研究中依然以硅酸盐质水泥为主，也进行了硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥以及水玻璃等胶凝材料的试验。研究结果表明通过合适的配制技术采用硅酸盐质水泥能够配制出符合目标要求的耐高温混凝土材料。
2、水泥用量的选择
由于所用的水泥品种主要为硅酸盐质水泥，其受热变化过程和机理不可避免，因而在配合比设计时在保证强度的前提下应尽量减小水泥用量。由于本公司胶凝混合材质量一般，28天、35天龄期混凝土强度未见明显增长，因而将水泥用量定在270kg左右，但是从混凝土耐高温角度而言，该水泥用量有进一步下降的空间。建议：可以适当提高混合材质量等级或者以较长龄期（比如56天）作为评价混凝土材料强度标准，从而降低水泥用量。
3、掺合料的选择
为避免Ca(OH)2的分解而产生的潜在危害，应尽可能的减少Ca(OH)2数量，在配合比中添加大量混合材是一个比较合适的方法。同时在高温作用下，混合材可以起到进一步水化作用从而弥补混凝土强度的下降。本次设计时采用粉煤灰和矿粉双掺技术。在试验基础上选择了较为合适的掺量及比例。需要指出的是由于本次混合材中粉煤灰质量等级一般，因而采用了较高的矿粉用量，这可能对混凝土的工作性产生不利的影响。
4、骨料的选择
细骨料采用南京钢铁集团提供的水渣，粗骨料分别选用了不同产地的玄武岩、焦宝石等。试验研究结果表明：六合产玄武岩基本能够满足要求。与江砂相比，由于水渣不存在形貌效应，其配制的混凝土材料工作性一般。必须严格控制粗骨料的级配、泥含量、泥块含量等技术指标。
5、用水量和外加剂掺量
为满足混凝土的工作性，本次配合比中用水量较高，多余的水通常以自由水或者毛细孔水存在，虽然不直接对混凝土高温性能产生影响，但是用水量的高低与混凝土孔结构及形貌密切相关，在有条件的情况下，建议采用较好的性能的外加剂从而减少水和水泥用量。本次所用外加剂减水效果一般且泌水率等指标也一般。有条件的情况下建议采用聚羧酸等高性能外加剂。
6、受热过程膨胀压力释放和抗裂性能提高
从混凝土材料受热作用机理和过程分析可知，高温作用下，水蒸汽的膨胀压力和混凝土材料内部微观裂缝客观存在，同时也是导致混凝土材料受热作用后性能劣化的主要原因之一。在配合比中适当的引入气孔或者高温分解材料有助于提高混凝土耐高温性能。本次研究中采用添加聚丙烯纤维、掺加引气剂的方法来释放受热过程中的膨胀压力。研究结果表明:掺加适量的聚丙烯纤维有助于提高混凝土材料的耐高温性能。
三、结论
1、本次所设计的配合比基本能够满足要求，存在一定的提高空间。
2、需要对原材料性能进行严格控制，特别是水泥中混合材掺量和品种的控制，避免水泥中出现较多石灰质混合材等问题。
四、配合比验证
样品名称 C35 700℃耐高温混凝土设计 报告编号 A04359001200
工程名称 南钢5#高炉基础 委托单号 D201200110
委托单位 南京福彪混凝土有限公司 任务单号 590012-00045
强度等级 C35 委托日期 2012-06-06
检测类别 委托 制作日期 2012-06-10
检测地点 东南大学材料试验室 检测日期 2012-07-09
主要检测设备 电子天平，压力试验机等 检测环境 20℃
检 测 数 据
设计要求: C35 700℃耐高温混凝土设计。
材料性能：
（1）水泥：P·O42.5；
（2）砂：水渣；
（3）石子：江苏茅迪集团有限公司，5～20mm（玄武岩）；
（4）外加剂：1、Bc-7，2、AC-A1；
（5）水：自来水；
（6）聚丙烯纤维：4～6mm。
混凝土配合比(kg/m3)
水 水泥 粉煤灰 矿粉 砂 石 纤维 外加剂1 外加剂2 实测坍落度
（mm） 抗压强度
（MPa） 700℃残余强度
(MPa)
7d 28d
175 270 90 115 741 1024 1.5 5.7 5.7 180 30.4 42.6 21.8
备注 残余强度为原强度51.2%。
签 发： 审 核：试 验：
002300022300210
说
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