[科普中国]-耐火混凝土

简介

由适当的胶凝材料、耐火骨料、掺合料和水按一定比例配制而成的特种混凝土。

能在900℃以上高温长期作用下保持所需要的力学性能。其性质取决于所所有骨料、掺合料和胶凝材料的材质及其配比。其材质、组成与配料与耐火浇注料相似。

耐火骨料可采用重矿渣、碎耐火砖、玄武岩、铝矾土熟料、烧结镁砂等。根据所用胶凝材料，可分为硅酸盐水泥耐火混凝土、铝酸盐水泥耐火混凝土、水玻璃耐火混凝土、磷酸盐耐火混凝土、镁质耐火混凝土等。

耐火混凝土中的粒状料和粉状料分别称为骨料和掺合料。混凝土的混合物可采用浇注、振动或捣打的方法成型，并根据胶凝材料的硬化特性（如气硬性、水硬性、热硬性等），采用相应措施促使其硬化。

主要用于构筑工业窑炉中的整体炉衬和制成预制块。其中用于900℃以下的称为耐热混凝土，用于工业窑炉和热工设备的基础与烟囱等。

定义耐火混凝土是指工作于900~1600摄氏度的温度下并保持其物理力学性能（如有较高的耐火度、热稳定性、荷重软化点以及高温下较小的收缩等）的特种混凝土。

耐火混凝土的组成主要包括耐热骨料、胶凝材料、特殊外加剂以及水。耐热骨料主要是碎黏土砖、黏土熟料、矾土熟料、碎高铝耐火砖等；细骨料有镁砂、含较高的粉煤灰碎高铝砖、碎镁质耐火砖、镁砂、刚玉砂等，起骨架作用。胶凝材料主要有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥高铝水泥、低钙铝酸盐水泥，起凝结作用。特殊的外加剂常用的就是减水剂，可以减少拌合混凝土时的用水量。1

分类由耐火集料、粉料和胶结料加水或其他液体配制不经煅烧而直接使用的不定形耐火材料，也称耐火灌筑材料。它可分为：

①普通耐火混凝土。所用集料有高铝质、粘土质、硅质、碱性材料(镁砂、铬铁矿、白云石等)或特种材料（碳素、碳化硅、锆英石等），也可以采用几种耐火集料组合。

②隔热耐火混凝土。主要用耐火轻集料配制。所用轻集料有膨胀珍珠岩、蛭石、陶粒、多孔粘土熟料、空心氧化铝球等，也可用几种耐火轻集料组合，或与耐火集料共同组合。耐火混凝土所用胶结料有高铝水泥、磷酸盐胶结料、水玻璃胶结料、粘土等。

耐火混凝土为不烧制品，生产工艺简单，节省能源，可按照需要造型,整体性比砖砌炉衬好,适宜于机械化施工，合理利用时往往能延长炉衬寿命。耐火混凝土主要用于冶金、石油、化工、建筑材料、机械等工业窑炉中。一般使用温度为1300～1600°C。使用温度低于900°C的耐火混凝土称为耐热混凝土，主要用于热工设备的基础、烟囱、烟道等构筑物中。

优点1、耐火度与同材质的耐火砖差不多，但由于耐火混凝土（浇注料）未经烧结，初次加热时收缩较大，故荷重软化点比耐火砖略低。尽管如此，从总体上衡量，性能优于耐火砖。

2、耐火混凝土优于低温胶结剂料的作用，常温耐压强度较高。同时因为砌体的整体性好，炉子的气密性好，不易变形，外面的炉壳钢板可以取消，炉子抗机械震动和冲击的性能比砖的砌体好。例如用于均热炉的侧墙上部，该处机械磨损和碰撞都比较厉害，寿命比砖砌的以高了数倍。

3、热稳定性好，骨料大部分或全部是熟料，膨胀与胶结料的收缩相抵消，故砌体的热膨胀相对来说比砖小，温度应力也小，而且结构中有各种网状、针状、链状的结晶相。抗低温度应力能力强。例如用来浇注均热炉炉口及炉盖，寿命延长到一年半。

4、生产工艺简单，取消了复杂的制砖工序。可以制成各种预制块，并能机械化施工，大大加快了筑炉速度，比砌砖效率提高十多倍。还可以利用废砖等作骨料，变废为利。

配合比设计基本参数耐火混凝土配合比设计的基本参数，与普通混凝土大同小异，主要包括：胶结材料的用量、水灰比（水胶比）、掺和料的用量、骨料级配和砂率。

1、胶结材料的用量

通常条件下，混凝土骨料的耐火度都比胶结材料的高，胶结材料超过特定范围时，随着胶结材料用量的增加，混凝土的荷重软化点降低，残余变形增大。所以，为提高耐火混凝土的高温性能，在满足混凝土施工和易性和常温强度的条件下，尽量减少胶结材料的用量。若水泥耐火混凝土在不同使用条件下，水泥用量可在15%左右。对荷重软化点和耐火度要求较高，常温强度要求不高的水泥耐火混凝土，水泥用量应控制在12%左右。

2、水灰比或水胶比

水泥耐火混凝土的水灰比增减，对其强度和残余变形的影响非常显著。水灰比的增加，混凝土的强度下降，对耐火混凝土更为显著。所以，配制耐火混凝土时，要尽可能减少用水量，降低水灰比。一般混凝土拌和物的坍落度应小于2cm，最好采用干硬性混凝土。胶结材料为水玻璃的耐火混凝土，水玻璃的模数应控制在2.6～2.8范围内，相对密度采用1.36～1.40。促硬剂氟硅酸钠的用量一般为水玻璃用量的10%～12%。用磷酸作胶结材料的耐火混凝土，磷酸的浓度通常为50%。

3、掺和料的用量

在耐火混凝土中掺加适量的掺和料，能够明显改善混凝土的高温性能，提高混凝土拌和物和易性，还能节约水泥。从试验结果可知：对常温要求强度不高的耐火混凝土，掺和料的掺量应多一些，用量通常为水泥用量的30%～100%，最高能达300%。

4、骨料级配和砂率

骨料的用量约占耐火混凝土混合料总量的80%，改善骨料的级配对提高耐火混凝土的密实度和高温特性都有较好效果。在选择骨料时，应注意骨料的类别和耐火度，使骨料与胶结材料相适应，还要选择适宜的粒度。若粒径过大，用量过多，混凝土拌和物的和易性较差，成型困难，使混凝土密实度下降，在高温下易于分层脱落。砂率应控制在45%左右。2

设计步骤耐火混凝土的配合比设计应采用经验配合比作为初始配合比，通过试拌调整，确定适用的配合比。如果用计算法选择混凝土的配合比，整个计算试配到配合比的确定。

1、配合比的确定

耐火混凝土配合比的确定一般有以下两种方式：一是按照设计图纸或设计通知书所给定的原材料要求，经试拌能满足施工和易性的要求，即可按此配合比进行施工；二是设计图纸中只提出耐火混凝土品种及其技术要求，可由施工单位按照国家的有关规程、标准，按以下程序确定施工。其一，由试验部门提出拟用配合比及原材料技术要求，并取样进行试验达到设计要求后，向供应部门提出备料配合比，以便于以此配合比购进各种原材料。二，由材料试验部门制定施工配合比，在施工现场试拌，若能满足施工和易性要求，按此配合比进行施工。

2、耐火混凝土配制的允许误差

为了保证耐火混凝土的各项技术性能满足设计要求，对其所组成的各种材料的称量必须严格控制。耐火混凝土配制的各种材料允许误差，与普通水泥混凝土大致相同，具体要求：一是对水泥和粉料，其误差为±1%；二是对耐火骨料，其误差为±3%；三是对水及各种液体胶结料，其误差为±1%。2