耐热混凝土结构缺陷研究与工程质量控制

耐热混凝土是由耐火骨料（粗细骨料）与适量的胶结料（有时还有矿物掺合料或有机掺合料）和水按一定比例配制而成。具有能长期承受高温作用（200～900℃），并在高温下保持所需要的物理力学性能（如有较高的耐火度、热稳定性、何重软化点以及高温下较小收缩等）等特性。耐热混凝土大都适用于热工设备衬砌和受高温作用的结构，如炉墙、烟囱内衬、高炉出铁场基础、烟囱基础等热环境混凝土工程。由于耐热混凝土一旦出现裂缝或在高温下强度降低，不仅会影响结构的安全同时也会导致某个车间或厂区的停工，带来相当大的经济损失，因此一定要保证耐热混凝土结构的合理使用年限。
　　我公司承接的某钢铁厂高炉基础、加热炉基础及烧结机基础采用了极限使用温度400℃的C30混凝土（约3000m3）。该工程的技术要求为：极限耐热温度400℃；烧后残余强度等级C30；稠度10-30mm；和易性良好；经400℃煅烧后不产生明显裂纹，体积稳定性好；在保证设计要求的情况下，采用较经济的配合比。为了确保施工质量，在混凝土结构设计、配合比设计、原材料选择、施工工艺控制、养护及烘烤等环节保证耐热混凝土密度高、强度大、裂缝少，减少混凝土的收缩变形，提高混凝土的极限抗拉和抗压能力，控制蜂窝、麻面、漏浆、漏振，以确保混凝土结构无缺陷。
　　1、混凝土受热机理分析
　　普通混凝土受热作用机理包括水泥水化产物受热作用机理和水泥水化物与骨料之间受热相互作用机理。普通混凝土在高温下不能耐热，主要有以下两方面的原因：
　　1.1 经研究试验表明，在火灾中普通混凝土的温度不断升高，当混凝土被加热到100℃时，毛细孔并始失去水分；达到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℃时由于水泥水化产物水化硅酸钙凝体开始脱水而导致组织硬化；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℃时氢氧化钙脱水，使水泥组织破坏，当温度达到500℃和800℃时，混凝土抗压强度分别约为原来强度的70%和30%；混凝土开始坍塌。900℃时混凝土中的碳酸钙分解，这时游离水、结晶水及水化物的脱水基本结束，强度几乎丧失。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，在射水的作用或火灾后吸收空气中的水分，氧化钙再次水化，体积膨胀，水泥层会酥松剥落。同时，高温改变了钙矾石的形成机理，60℃-800℃下钙矾石开始水解，混凝土内部形成粗大的孔结构，这是普通混凝土强度在高温下降低的最主要原因。
　　1.2 在研究中还发现，300℃时，普通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，水泥骨架破裂成块状；温度达到500℃以上后，骨料中的石英晶体发生晶型转变，体积膨胀，初生的不连贯裂缝迅速扩展并连续起来，形成大裂缝，造成混凝土的宏观破坏；水泥石受拉，骨料受压，由此加剧了内裂缝的开展，这也是强度降低的主要原因。因此，水泥用量愈大，水灰比愈大，强度降低愈烈。 　　同时，混凝土表面受火处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。
　　普通混凝土在高温时强度降低规律如下图1所示：
　　
　　在低于300℃时，温度升高对混凝土强度影响较小；强度有时反增高一些。在高于300℃时，混凝土强度损失随温度升高而增加，而且发生颜色变化。在500-600℃时，由于氢氧化钙的脱水及石英岩骨料的膨胀，强度极具下降。在750-900℃时，水化碳酸钙脱水及石灰岩分解成石灰，混凝土强度几乎丧失。
　　混凝土受热时，经受的最高温度及所具有的剩余强度，根据以上规律可近似地从颜色上加以判断和估计，返对评估耐热混凝土的耐热性及使用寿命有重要意义[1]。
　　2、耐热混凝土的结构设计：
　　高温作用下混凝土结构构件设计，不仅要考虑混凝土本身的耐热性能，温度应力也是必须予以充分重视。本公司会同中冶集团马鞍山钢铁设计研究总院，共同召开专题学术讨论会议，对温度问题进行讨论研究。
　　冶金工厂由于生产的特殊性，在生产过程 中多都具有炽热的热源。因此，冶金工厂中的建(构)筑物经常遭受强烈的辐射热烘烤。高温辐射构件内部的温度在开始阶段是不稳定的，即随时间住变化，并按曲线分布。如果辐射热源保持不变，经过一定时间(构件越厚时间越长)后，构件内温度可趋近稳定状态，即随时间的变化不大，但构件内部温度分布仍是不均匀的，只是不再按明显的曲线变化，而是接近按直线变化。混凝土构件不论是住上述稳定状态还是不稳定状态温度作用下，都会在构件内部产生温度应力。即使构件内温度分布是均匀的， 由于构件温度变形受形约束，构件内部仍会产生应力。当温度应力超过混凝土(包括耐热混凝土)强度时，构件就会开裂，甚至破坏。因此在结构设计时充分验算了温度应力对构件的影响[2]。
　　3、耐热混凝土的配合比设计：
　　影响混凝土耐热性的因素主要有骨料、混凝土基本空隙率、各成分耐热性能、胶凝材料等，耐热混凝土的配合比不但应满足耐热性能要求，还必须满足强度和和易性的要求。材料本身的性能是决定耐热混凝土高温性能的主要因素，但水泥用量、水灰比、骨料级配、掺合料用量和外加剂等对改善耐热混凝土的高温性能也有很大作用，故进行配合比设计时必须了解各组分对砼性能的影响。
　　3.1影响耐热混凝土的主要因素
　　3.1.1 水泥：因铝矾土骨料的耐火度比普通硅酸盐水泥耐火度高，随水泥用量增加，耐热混凝土的高温性能降低，因此在满足施工和易性和常温强度的要求下，应尽可能减少水泥用料。 　3.1.2 水灰比：因耐热混凝土经常处于高温环境下，水分易散失，导致混凝土内部孔隙增加，结构疏松而强度降低，因此在施工条件允许的前提下，应尽量减少用水量，降低水灰比（一般应控制在0.5以下）。 其塌落度比普通混凝土小10-20mm。
　5.3.2混凝土的振捣
　　5.3.2.1 为保证结构混凝土浇筑的整体性、连续性，浇筑过程应重视浇筑接头的停歇时间，接头混凝土施工停歇时间不应超过混凝土的初凝时间。
　　5.3.2.2 混凝土宜分层浇筑、分层振捣，每一振捣点的振捣延续时间，应使混凝土不再往上冒气泡，表面呈现浮浆何不在沉落为止。振捣时间宜控制在15s～20s以内，不宜振捣过度，产生离析，造成混凝土在高温下产生裂缝。(责任编辑：论文发表网)转贴于八度论文发表网: http://www.8dulw.com(论文网__代写代发论文_论文发表_毕业论文_免费论文范文网_论文格式_广东论文网_广州论文网)