耐热混凝土施工工法适用范围

《耐热混凝土施工工法》耐热混凝土适用于冶金、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内衬、工业窑炉的耐火内衬、高温锅炉的基础及外壳。

耐热混凝土施工工法工艺原理

《耐热混凝土施工工法》的工艺原理叙述如下：耐热混凝土是一种能长期承受高温作用，并在高温下保持所需的物理力学性能（较高的耐火度、热稳定性、荷载软化点以及高温下较小的收缩等）的混凝土、是由耐火骨料（粗细骨料）与适量的胶结料和水通过计算、试配确定配合比配制而成的特种混凝土。影响混凝土耐热性的因素主要有骨料、混凝土基体空隙率、各成分耐热性能、胶凝材料等，材料本身的性能是决定耐热混凝土高温性能的主要因素，施工工艺原理和普通混凝土基本相同。

耐热混凝土施工工法施工工艺

• 工艺流程

《耐热混凝土施工工法》的施工工艺流程见下图。

• 操作要点

《耐热混凝土施工工法》的操作要点如下：

1、水泥耐热混凝土搅拌时，水泥和掺合料必须搅拌均匀，投料顺序是先将粗、细骨料、水泥与掺合料搅拌2分钟再按配合比加入水搅拌2~3分钟，至颜色均匀为止。

2、耐热混凝土的用水量在满足施工要求条件下应尽量少用，坍落度应比普通混凝土相应的减少10~20毫米，如用机械捣固时可减少40毫米左右，用人工捣固时宜减少20毫米左右。

3、浇筑应分层进行，每次厚度为250~300毫米。

4、拌好的混凝土应立即进行分层均匀浇筑，宜一次连续浇筑完成，不留施工缝。

5、由于耐热混凝土初凝时间较短，拌制完成后40分钟内用完并浇灌密实。

6、混凝土捣固采用插入棒时，应快插慢拔，移动间距不大于振捣棒作用半径的1.5倍；用平板式振捣器的移动间距，应保证平板能覆盖已振实部分的边缘。

7、混凝土浇筑如有间歇，必须留施工缝时，需要下次浇筑前将施工缝表面凿毛，清理干净后，涂一层同类型的水泥粉料配成的胶泥后，再继续浇筑。

8、水泥耐热混凝土浇筑后，宜在15~25摄氏度的潮湿环境中养护，其中普通水泥耐热混凝土养护不少于7天；矿渣水泥耐热混凝土不少于14天，矾土水泥耐热混凝土不少于3天。气温低于7摄氏度时，可采用蓄热、电热或蒸气加热等方法养护，加热温度：普通混水泥和矿渣水泥耐热混凝土不得超过60摄氏度；矾土水泥耐热混凝土不得超过30摄氏度，并不得掺用化学促凝剂。

9、当用于热工设备的衬里时，必须在混凝土强度达到70%后进行烘烤。烘烤制度见下表。

10、其他操作要点同普通混凝土。

《耐热混凝土施工工法》所用的材料及设备明细如下：

一、耐热混凝土的原材料要求

普通混凝土结构受热时容易遭受破坏，主要原因包括水泥浆体失水、骨料膨胀以及水泥浆体与骨料、钢筋的热膨胀不协调等，热梯度的存在导致结构破坏。影响混凝土耐热性的因素主要有骨料、混凝土基体空隙率、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。

在耐热混凝土中，以硅酸盐水泥为胶结材料用的最多。细磨的矿物掺合料和具有必要耐火度的骨料是耐火混凝土所必需的组成材料。

1、胶凝材料：一般情况下，骨料的耐火度都比胶结料高些，胶结料的用量超过一定范围时，随着胶结料用量的增加，混凝土的荷载软化点降低，残余变形增大，耐火性能降低。为了提高耐火混凝土的高温性能，在满足施工和易性和常温强度的要求下，尽可能减少胶结料用量。

2、细磨的矿物掺合料：耐火粉料可以改善混凝土的高温性能，提高施工和易性，同时还可减少水泥用量，而且烧后抗压强度降低少。比较常用的有高铝细粉、耐火黏土、水渣粉、矿粉、粉煤灰、磨细熟料粉等。

3、耐火骨料：骨料用量约占耐热混凝土混合料总量的80%，是影响耐热性能的关键。只有选用耐热性能良好的骨料才能配制出达到设计要求的混凝土，而改善骨料级配对提高混凝土密实度和高温特性也十分有效。因此，在选择骨料时必须注意骨料的类别和耐火度，使与水泥材料相适应，同时还应选择合适的粒度、颗粒级配及砂率等。若粗骨料粒径过大或用量过多，则会造成混凝土混合料和易性较差而难以成型，密实度降低，高温下易分层脱落等现象。常用的有：耐火砖块、高炉重矿渣、天然火成岩质地的砂石等。

二、常用耐热混凝土配合比

《耐热混凝土施工工法》的常用耐热混凝土配合比见下表1、下表2。

三、主要机具

1、混凝土搅拌机宜优先采用强制式搅拌机，也可采用自落式搅拌机。

2、计量设备有手推车、双轮车、铲车、装载机、砂石（耐火砂、耐火砖块）配料机等及配套设备。

3、插入式振捣器、铁锨、木抹子、水桶、胶皮水管。

4、现场试验器具，如坍落度测试设备试模、钢板尺、干燥箱等。

《耐热混凝土施工工法》的工法特点是：

1、生产工艺简单，通常仅需搅拌机和振动成型机械即可。

2、施工简单，并易于机械化。

3、可以建造任何结构形式的窑炉，采用耐热混凝土可根据生产工艺要求建造复杂的窑炉形式。

4、耐热混凝土窑衬整体性强，气密性好，使用得当，可提高窑炉的使用寿命。

5、建造窑炉的造价比耐火砖低。

6、可充分利用工业废渣、废旧耐火砖以及某些地方材料和天然材料。

随着云南冶金行业经济的发展，工业厂房新建、改建、扩建工程大幅度增加，各种新型材料不断涌现，耐热混凝土的应用也成为必然。耐热混凝土应用于炉窑基础、外壳、烟囱等位置替代耐火砖，施工比较方便、增加使用寿命、减少维修时间和费用、提高生产能力等优势得到广范应用。耐热混凝土是指能够长期承受高温（250~1300摄氏度）作用高温下保持工作所需要的物理力学性能的特种混凝土，耐热混凝土主要用于工业窑炉基础、外壳、烟囱及原子能压力容器等处，长时间承受高温作用外，还会承受加热冷却的反复温度变化作用。

云南省文山斗南锰业股份公司技改工程1×2500千伏安电炉厂房项目电炉基础部分采用耐热混凝土结构，要求耐热度为900摄氏度。要保证耐热混凝土强度、耐热度、线变量和混凝土构件加热冷却反复作用后的完好性满足要求是一个技术难题。云南ニ建通过耐热混凝土骨料选择和试配多次进行耐热混凝土试件试验，结合云南省文山斗南锰业股份公司技改工程1×2500千伏安电炉厂房项目电炉基础施工，总结出《耐热混凝土施工工法》。

《耐热混凝土施工工法》的质量控制要求如下：

工程质量控制标准

1、耐热混凝土施工质量执行《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204-2002。混凝土结构尺寸允许偏差按下表执行。

2、水泥混凝土的耐热力学性能检验项目和技术要按下表执行。

质量保证措施

1、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。

2、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。这是因为通常骨料的耐火程度要高于胶结材料，高温胶结材料先于骨料发生软化、变形。

3、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、黄土、矾土熟料、镁砂、铬铁矿、粉煤灰、高铝砖的磨细粉料。

4、骨料要选择适当的级配使密度达到最大，还要注意与胶结材料的匹配与适应。砂率控制在40%~60%配合比设计一般以经验合比为基础，通过试配调整后确定。耐火混凝土一般不配钢筋，因为钢筋的热膨胀系数与耐火混凝土差别很大，高温下会导致混凝土开裂剥落，钢筋氧化、软化失去增强作用。必须配筋时要采取特殊措施，如钢筋表面渗铝抗氧化、用型钢或埋入冷却水管等。

5、拌制耐热混凝土时，水泥和参合料必须搅拌均匀，应采用机械搅拌。

6、耐热混凝土浇灌时应分层进行，每层厚度控制在250~300毫米。

7、由于耐热混凝土初凝时间较短，拌制完成后40分钟内用完并浇灌密实。

8、耐热混凝土浇筑后，宜在15~25摄氏度的潮湿环境中养护，其中普通水泥耐热混凝土养护不少于7天；矿渣水泥耐热混凝土不少于14天，矾土水泥耐热混凝土不少于3天，气温低于7摄氏度时，可采用蓄热、电热或蒸气加热等方法养护，加热温度普通混水泥和矿渣水泥耐热混凝土不得超过60摄氏度；矾土水泥耐热混凝土不得超过30摄氏度，并不得掺用化学促凝剂。

《耐热混凝土施工工法》的效益分析如下：

使用耐热混凝土比耐火砖寿命提高3倍。耐热混凝土的应用不仅提高了炉的运转率，降低了耐火材料的消耗，节约能源，并为提高窑炉台时产量和组织生产创造了条件。

采用《耐热混凝土施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：

1、混凝土搅拌开始前，应对搅拌机及配套机械进行无负荷试运转，检查运转正常，运输道路畅通，然后可开机工作。

2、搅拌机运转时，严禁将锹、耙等工具伸入罐内，必须进罐把混凝土时，要停机进行。工作完毕，应将拌筒清洗干净。搅拌机应有专用开关箱，并应装有漏电保护器，停机时应拉断电闸，下班时电闸箱应上锁。

3、搅拌机上料斗提升后，斗下禁止人员通行。如必须在斗下清渣时，须将升降料斗用保险链条挂牢或用木杠架住，并停机，以免落下伤人。

4、采用手推车运输混凝土时，不得争先抢道，装车不应过满；卸车时应有挡车措施，不得用力过猛或撒把，以防车把伤人。

5、使用井架提升混凝土时，应设制动安全装置，升降应有明确信号，操作人员未开提升台时，不得发生降信号。提升台内停放手推车要平稳，车把不得伸出台外，车轮前后应挡牢。

6、使用溜槽及串筒下料时，溜槽与串筒下料时，溜槽与串筒必须牢固的固定，人员不得直接站在溜槽帮上操作。

7、混凝土浇筑前，应对振捣器进行试运转，振捣器操作人员应穿胶靴、戴绝缘手套；振捣器不能挂在钢筋上，湿手不能接触电源开关。

《耐热混凝土施工工法》的应用实例如下：

云南省文山斗南锰业股份公司技改工程

1、工程概况

（1）工程名称：1×2500千伏安电炉厂房项目。

（2）建设地点：建设地点为云南省文山州砚山现平远街。

（3）建筑面积：10000平方米；工程造价：4930万元，厂房为5层现浇框架结构，总高36.8米，副跨21米、18米为排架结构。

（4）该工程电炉部分采用耐热混凝土结构，混凝土标号为C30，耐热度为900摄氏度，混凝土量为120立方米。

（5）开工2006年3月16日、竣工时间2007年12月30日。

2、应用情况

该工程采用《耐热混凝土施工工法》施工，确保了工程质量，竣工投产3年多，未发生质量问题。

会理昆鹏铜业公司10万吨/年阳极铜项目一转化工段

1、工程概况

（1）项目名称：会理昆鹏铜业公司10万吨/年极铜项目转化工段转化器基础。

（2）建设地点：四川凉山州会理县黎溪黎州村羊地河。

（3）转化工段转换器基础为圆形基础，半径5.75米。

（4）开工日期：2008年6月，竣工日期：2010年7月。

2、应用情况

该工程采用《耐热混凝土施工工法》施工，确保了工程质量，竣工投产后未发生质量问题。

云南源鑫炭素有限公司600千吨/年炭素项目阳极焙烧车间

1、工程概况

（1）工程名称：云南源鑫炭素有限公司600千吨/年炭素项目阳极焙烧车间。

（2）建设地点：云南省红河州建水县羊街。

（3）建筑面积：17400平方米；工程造价：6000万元厂房为单层36米跨钢筋混凝土排架结构，钢吊车梁、T形钢屋架，墙、屋面为压型铝瓦，总高：25.7米（至通风器支座处）。

（4）该工程焙烧炉部分采用耐热混凝土结构，混凝土强度等级为C35，混凝土量为13500立方米。

（5）开工日期：2009年12月28日，计划竣工日期：2010年12月30日。

2、应用情况

该工程采用《耐热混凝土施工工法》施工，确保了工程质量，竣工投产后未发生质量问题。

《耐热混凝土施工工法》的环保措施如下：

1、成立施工环境卫生管理机构，在施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对工程材料、废水的控制和治理。

2、将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范施工，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工现场整洁。

3、工程材料在运输过程中用帆布遮盖，以防遗洒污染道路。

4、混凝土搅拌站处设置沉淀池，产生的污水经沉淀后排入排水沟，定期清运沉淀泥砂。

5、优先选用先进的环保机械，以降低施工噪声到允许值以下，同时尽可能避免夜间施工。

6、对施工现场道路进行硬化，并在晴天经常对施工通道进行洒水，防止尘土飞扬，污染周围环境。

2011年9月，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2009-2010年度国家级工法的通知》建质[2011]154号，《耐热混凝土施工工法》被评定为2009-2010年度国家二级工法。 2100433B

根据防火耐热混凝土胶结料的不同,可分为硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硫酸盐、氯化物、溶胶类及有机物结合防火耐热混凝土等。下面主要介绍常用的硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硫酸盐防火耐热混凝土。

硅酸盐防火耐热混凝土

以硅酸盐系列水泥作胶结材料,耐热材料作集料配制成的具有防火耐热性质的混凝土称为硅酸盐防火耐热混凝土。硅酸盐防火耐热混凝土一般采用矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或水玻璃作为胶结材料,碎黏土砖、黏土、熟料、碎高铝砖作集料。

硅酸盐防火耐热混凝土最高使用温度可达到700℃~800℃,其耐热的主要机理是硅酸盐系列水泥熟料的水化产物氢氧化钙在高温下脱水,生成的氧化钙与矿渣及掺合料中的活性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钙和无水铝酸钙,使混凝土确有一定的防火耐热性。如使用高铝砖、矾土熟料和碎镁砖及镁砂作集料配制的防火耐热混凝土,最高使用温度可达1100℃。

铝酸盐防火耐热混凝土

以铝酸盐系列水泥作胶结材料,耐热材料作集料配制成的具有防火耐热性质的混凝土称为铝酸盐防火耐热混凝土。铝酸盐防火耐热混凝土一般采用高铝水泥和纯铝酸钙水泥作为胶结材料。高铝水泥是由石灰和铝矾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一钙(CA)为主要成分的水硬性胶凝材料。纯铝酸钙水泥是以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二铝酸一钙(CA2)或铝酸一钙(CA)为主要成分的水硬性胶凝材料。

高铝水泥发生一系列水化反应使低密度水化产物转变成高密度非水化产物,固相摩尔体积缩小,体系结构间隙增大。因此,当混凝土温度低于1200℃,水化产物强度随温度的升高而明显降低,当温度高于1200℃,水化产物开始发生烧结并产生陶瓷粘结,强度提高。纯铝酸钙水泥的水化反应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AI2O3,因此当温度高于1200℃,水泥水化产物发生烧结产生陶瓷粘结后,混凝土具有更高的强度和耐火度,其最高使用温度可达1600℃以上。

磷酸盐防火耐热混凝土

以磷酸盐作结合剂,耐热材料作集料配制成的具有防火耐热性质的混凝土成为磷酸盐防火耐热混凝土。磷酸盐防火耐热混凝土的凝结硬化与一般的水泥型防火耐热混凝土不同,磷酸盐是作为结合剂而不是胶结材料,因为磷酸盐在常温下本身并不具有较凝性,而是在加热到一定温度时,一些磷酸盐发生分解~聚合反应,在聚合反应时,新化合物的形成和聚合具有很强的粘附作用,将集料粘结在一起成为“混凝土”而获得强度。常用的磷酸铝耐热混凝土的高温动作极限可达到1600℃-1700℃。

硫酸盐防火耐热混凝土

以硫酸盐作结合剂,耐热材料作集料配制成的具有防火耐热性质的混凝土成为硫酸盐防火耐热混凝土。硫酸盐首先水解成碱式铝盐AL(SO4)3(OH)2,然后生成AL(OH)3,最后逐渐形成氢氧化铝胶体而凝结硬化。硫酸铝结合的防火耐热混凝土强度在高温下增长较慢。温度升至近700℃时,强度随温度的提高而有提高。此时,氢氧化铝胶体大量生成并迅速形成致密的结构。硫酸铝的化学结合水逐步脱水,由于脱水速度缓慢,对结构影响较小。

综上所述,硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐和硫酸盐等防火耐热混凝土以其良好的放热耐火性能得到广泛的应用。随着人类社会的发展,现有资源越来越少,对合理利用资源,降低单位产品能耗及保护环境的要求也将愈来愈高,所以无水泥防火耐热混凝土或者超低水泥防火耐热混凝土将今后耐火混凝土的生产中占据重要的位置,新的结合剂也将更多地应用于防火耐热混凝土中。