張防震
(南京建工集團(tuán),南京市210039)
耐熱混凝土是我公司為滿足上海梅鋼公司熱軋鋼卷材主庫(kù)房的建設(shè)而專門研發(fā)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。設(shè)計(jì)要求混凝土標(biāo)號(hào)C25,耐熱溫度為650℃,檢測(cè)方法依據(jù)中冶集團(tuán)建筑研究總院主編的《耐熱混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》。
普通混凝土在高溫受熱下的退化包括質(zhì)量減少和形成大量的孔和裂縫以及強(qiáng)度和彈性模量的下降,退化的結(jié)果造成混凝土出現(xiàn)大面積裂縫以至坍塌。普通混凝土受熱作用機(jī)理包括水泥水化產(chǎn)物受熱作用機(jī)理和水泥水化產(chǎn)物與骨料之間受熱相互作用機(jī)理。
當(dāng)混凝土被加熱到100℃時(shí),膠凝體毛細(xì)孔開(kāi)始失去水分;達(dá)到200℃ ~300℃時(shí)水泥水化產(chǎn)物水化硅酸鈣凝體開(kāi)始脫水而導(dǎo)致組織硬化:300℃以上由于脫水加劇,混凝土收縮,開(kāi)始出現(xiàn)裂紋,強(qiáng)度開(kāi)始下降,575℃時(shí)氫氧化鈣脫水,使水泥組織破壞,當(dāng)溫度達(dá)到500℃和800℃時(shí),混凝土抗壓強(qiáng)度分別約為原來(lái)強(qiáng)度的70%和30%;混凝土開(kāi)始坍塌。900℃時(shí)混凝土中的碳酸鈣分解,這時(shí)游離水、結(jié)晶水及水化物的脫水基本結(jié)束,強(qiáng)度幾乎喪失。
普通混凝土中的骨料在300℃時(shí)開(kāi)始膨脹,隨著溫度的繼續(xù)升高,水泥收縮和骨料膨脹加劇,內(nèi)裂縫的開(kāi)展,強(qiáng)度迅速降低。
我公司采用硅酸鹽和高比例礦物摻合料作為膠結(jié)材料,耐熱廢鐵礦石作集料配制成耐熱混凝土,其最高使用溫度可達(dá)到700℃,其耐熱的主要機(jī)理是硅酸鹽系列水泥熟料的水化產(chǎn)物氫氧化鈣在高溫下脫水,生成的氧化鈣與礦渣及摻合料中的活性氧化硅和三氧化二鋁反應(yīng)生成具有較強(qiáng)耐熱性的無(wú)水硅酸鈣和無(wú)水鋁酸鈣;廢鐵礦石耐高溫,變形性小;使混凝土具有很好的耐熱性。
(1)粗骨料:選用吉山鐵礦生產(chǎn)的5mm~25mm連續(xù)粒級(jí)的小碎,壓碎值為9.0%,該石子為鐵礦石篩選后的廢料,主要成分為Fe、Ca、Al、Mg等的硅酸鹽化合物,石子經(jīng)在750℃下反復(fù)灼燒,不分解、不變形、不開(kāi)裂,強(qiáng)度基本無(wú)變化。
(2)細(xì)骨料:細(xì)骨料采用高爐水渣,其是經(jīng)1500℃高溫冷卻的顆粒,在900℃內(nèi)體積穩(wěn)定,顆粒范圍在0.16mm ~5.0mm,細(xì)度模數(shù)在 2.8,表觀密度 2345 kg/m3,堆積密度 1380kg/m3。
(3)膠凝材料:水泥采用江蘇盤固水泥廠生產(chǎn)的PII52.5水泥,該水泥石灰石摻量2.5%,對(duì)高溫影響不大;粉煤灰采用南京熱電廠生產(chǎn)的I級(jí)灰;礦渣微粉采用S95級(jí),比表面積大于400m2/kg。
(4)外加劑:外加劑采用江蘇省建科院生產(chǎn)的奈系高效泵送劑JM-8,JM-8減水率高25%,保水性好,高溫不分解。
C25耐熱混凝土配合比見(jiàn)表1。
表1 耐熱混凝土配合比 /kg/m3
混凝土出機(jī)坍落度210mm,1h后坍落度180mm,混凝土和易性好,基本不泌水,入泵混凝土坍落度160mm~180mm,滿足泵送施工要求;混凝土結(jié)構(gòu)成型后外觀平整,光滑。
表2 C25耐熱混凝土檢測(cè)結(jié)果
混凝土檢測(cè)每100m3成型100mm×100mm×100mm試塊4組,標(biāo)養(yǎng)至28d和35d,考慮礦物摻合料偏高,前期水化不充分,適當(dāng)延長(zhǎng)齡期強(qiáng)度會(huì)更好,也更能反映事物情況,因此標(biāo)養(yǎng)至35d做耐熱性檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。
根據(jù)中冶集團(tuán)建筑研究總院主編的《耐熱混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)定標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度大于設(shè)計(jì)強(qiáng)度,650℃燒后強(qiáng)度大于烘干強(qiáng)度的45%,混凝土無(wú)明顯裂紋,即可判定混凝土合格。標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度32.5>設(shè)計(jì)強(qiáng)度25.0 MPa,燒后強(qiáng)度/烘干強(qiáng)度 =30.3/38.9=78% >45.0%,混凝土經(jīng)650℃灼燒后無(wú)明顯裂紋,根據(jù)以上數(shù)據(jù)判定混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
上海梅鋼公司1780mm熱軋鋼卷庫(kù)主廠房工程全部采用C25耐熱650℃混凝土,結(jié)構(gòu)實(shí)體經(jīng)實(shí)際應(yīng)用,反復(fù)的升溫降溫,沒(méi)有出現(xiàn)開(kāi)裂,強(qiáng)度經(jīng)檢測(cè)完全達(dá)到使用要求,取得客戶好評(píng)。