徐進(jìn)軍 臧 慶 鄧國(guó)平 劉 兵3

（1.安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)南山礦業(yè)有限公司;2.安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)有限公司）

耐火混凝土是一種能在高溫作用下，保持特殊物理力學(xué)性能的特種混凝土，它通常由耐火骨料、粉料、膠凝材料、摻合材料以及水按一定配比，經(jīng)攪拌、成型和養(yǎng)護(hù)后制成。耐火混凝土最主要的使用特征是能長(zhǎng)期耐受900 ℃以上的高溫，磷酸結(jié)合的耐火混凝土最高耐火溫度可達(dá)1 650 ℃［1-5］。

在耐火混凝土中加入不同配比的不銹鋼纖維，可大大改善耐火混凝土的失重率、收縮率、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度等力學(xué)性能。本文通過(guò)制作含有不同配比的不銹鋼纖維耐火混凝土試塊，比較了主要使用性能的變化趨勢(shì)，并介紹了在馬鋼三鋼廠固定鋼渣線改造中，摻有3%不銹鋼纖維的耐火混凝土在工程改造中的應(yīng)用效果。

1 摻合不銹鋼纖維試驗(yàn)

1.1 試樣及加熱方法

試樣的尺寸為40 mm×40 mm×160 mm，用標(biāo)準(zhǔn)成型方法，24 h后拆模，并加溫煅燒，煅燒溫度和方法見(jiàn)表1。

摻有不銹鋼纖維耐火混凝土的不銹鋼纖維占耐火基材的比率分別為1%，2.5%，5%，8%，對(duì)應(yīng)的耐火基材配比見(jiàn)表2。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

1.2.1 失重率

失重率是影響耐火混凝土性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它關(guān)系到耐火混凝土的使用性能和使用壽命。不同不銹鋼纖維摻合配比下耐火混凝土煅燒前后失重率變化見(jiàn)表3。

注：煅燒溫度為750 ℃，煅燒方法如表1。

由表3可知，摻合不銹鋼纖維對(duì)耐火混凝土的失重率影響不大，當(dāng)不銹鋼摻合率為5%時(shí)，耐火混凝土煅燒后的失重率變化僅為4.1%。

1.2.2 收縮率

收縮率是影響耐火混凝土性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，收縮率的大小關(guān)系到耐火混凝土的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及使用壽命，不同不銹鋼纖維配比下耐火混凝土煅燒前后的收縮率變化見(jiàn)表4。

注：煅燒溫度為750 ℃，煅燒方法如表1。

由表4 可知，在煅燒溫度為750 ℃時(shí)，隨著不銹鋼纖維摻合率的增加，耐火混凝土的收縮率呈下降趨勢(shì)；當(dāng)不銹鋼的摻合率為5%時(shí)，耐火混凝土煅燒后截面收縮率下降34%，說(shuō)明不銹鋼纖維地?fù)饺?，?duì)保持耐火混凝土的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性起到了重要作用，可以預(yù)防耐火混凝土由于截面收縮過(guò)大，產(chǎn)生裂紋等缺陷。

1.2.3 力學(xué)性能

評(píng)價(jià)耐火混凝土力學(xué)性能的指標(biāo)主要是抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。耐火混凝土的強(qiáng)度主要取決于耐火基材的顆粒組成、配比以及燒結(jié)程度。該試驗(yàn)僅考慮不銹鋼纖維不同配比情況下的強(qiáng)度變化，煅燒溫度和煅燒方法見(jiàn)表1。不銹鋼纖維不同配比下耐火混凝土煅燒后的強(qiáng)度變化見(jiàn)表5。

由表5 可知，在煅燒溫度為750 ℃時(shí)，隨著不銹鋼纖維摻合率的增加，耐火混凝土煅燒后的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度呈增大趨勢(shì)；在摻合率為3%時(shí)，抗壓強(qiáng)度為原來(lái)的1.92 倍，抗折強(qiáng)度為原來(lái)的1.58 倍；但隨著不銹鋼纖維摻合率超過(guò)3%后，強(qiáng)度的增大趨勢(shì)明顯減緩。強(qiáng)度變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1。

2 在馬鋼三鋼廠固定渣線改造中的應(yīng)用

2.1 改造方案

馬鋼三鋼廠鋼渣線最早是鋼渣出爐入鍋后經(jīng)鐵路運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，自然傾倒在渣場(chǎng)，形成路基，鋼廠將這種路基稱之為“活動(dòng)渣線”。鋼渣傾倒在渣場(chǎng)后需要不斷撥道，廢工廢時(shí)，安全隱患大且環(huán)境問(wèn)題突出。歷年來(lái)積累的大量廢棄鋼渣占用了大量的土地資源，環(huán)境污染嚴(yán)重。不計(jì)算土地占用費(fèi)，每年的撥道、鐵路維護(hù)保養(yǎng)、處置環(huán)境污染的費(fèi)用約300 萬(wàn)元以上。在此背景下，馬鋼投資3 000 萬(wàn)元新建了1 條廢棄鋼渣利用生產(chǎn)線，將鋼渣破碎后，選出鋼渣中的金屬元素，余渣作為水泥廠的原料。為了配合廢棄鋼渣的綜合利用項(xiàng)目并減少土地占用、保護(hù)環(huán)境，馬鋼三鋼廠決定修建1條固定渣線。

新建固定渣線長(zhǎng)約200 m、高約9 m、頂部寬約4.5 m，鋼渣至現(xiàn)場(chǎng)的溫度為800～1 000 ℃。因此，渣線路基的耐高溫、耐沖擊是工程設(shè)計(jì)與工程施工中首要解決的問(wèn)題。

摻有不銹鋼纖維的耐火混凝土是解決上述問(wèn)題的良好材料。耐火混凝土配料采用磷酸+高鋁，摻合材料為一、二級(jí)礬土粉及蘇州泥；細(xì)骨料為一級(jí)礬土砂+硅石，并按5%的比例摻入耐熱不銹鋼纖維。按此配方制出的耐火混凝土耐火溫度在1 300 ℃以上，最高耐火溫度可達(dá)1 600 ℃，有效解決了渣線路基的耐高溫問(wèn)題；此外，按此配方制作的耐火混凝土的抗折強(qiáng)度和抗熱震穩(wěn)定性均能滿足現(xiàn)場(chǎng)的使用要求。

在耐火混凝土中配置鋼筋，由于鋼筋的水硬性膠結(jié)，可使耐火混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)一步增加；但耐火混凝土一般情況下不適宜配筋，這主要是因?yàn)殇摻钤诟邷刈饔孟乱桩a(chǎn)生彈性變形以及帶來(lái)腐蝕等問(wèn)題。受熱環(huán)境下，在1 000～1 200 ℃鋼筋的粘結(jié)力降低，抗壓強(qiáng)度相較原始強(qiáng)度可能下降20%。耐火混凝土一般不適宜配置鋼筋的另一個(gè)原因是0～300 ℃時(shí)，鋼筋的膨脹系數(shù)為40×10-6℃，而鋁酸鹽高鋁質(zhì)耐火混凝土的膨脹系數(shù)為（6.2～7.0）×10-6℃，兩者相差5～7 倍，鋼筋膨脹，導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂或剝落，暴露出來(lái)的鋼筋會(huì)因氧化或軟化而失去增強(qiáng)作用。

雖然耐火混凝土不適宜配筋，但采取特殊的施工工藝或材料可有效避免配筋的弊端。馬鋼三鋼廠鋼渣線改造工程中采用了鋼筋混凝土，這主要是因?yàn)殍F路路基堆體高，渣線路基側(cè)坡陡，路基要有充分的強(qiáng)度來(lái)保證列車的行車安全。在工程實(shí)際施工過(guò)程中，充分利用耐火混凝土表面溫度深入其0～300 mm后迅速衰減的特點(diǎn)，在距耐火混凝土表面200 mm處配置計(jì)算鋼筋，而耐火混凝土豎墻的受力鋼筋距其表面≥800 mm。鋼筋可選用熱軋鋼筋，或在鋼筋表面“滲鋁”，以提高其抗氧化能力，這樣使用溫度可提高至800 ℃左右，實(shí)踐證明效果良好。

2.2 改造效果

摻合不銹鋼纖維的耐火混凝土在馬鋼三鋼廠鋼渣線改造中的成功運(yùn)用，大大減少了鋼渣傾倒占用的土地面積，并使以往占用的土地得以解禁；此外，還杜絕了鋼渣堆場(chǎng)對(duì)周邊造成的環(huán)境問(wèn)題，每年鋼渣地回收利用以及節(jié)約的鋼渣堆場(chǎng)維護(hù)費(fèi)用1 000萬(wàn)元以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3 結(jié)語(yǔ)

在普通耐火混凝土中摻合不銹鋼纖維，對(duì)耐火混凝土的使用性能改善明顯，尤其是其力學(xué)性能，但隨著不銹鋼纖維配比的不斷增加，力學(xué)性能的增加趨勢(shì)減緩。通過(guò)將摻合5%不銹鋼纖維的耐火混凝土使用到馬鋼三鋼廠固定渣線改造工程中，帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益。在工程中選用摻合不銹鋼纖維的耐火混凝土?xí)r，在使用性能滿足的前提下，考慮到不銹鋼纖維價(jià)格昂貴，應(yīng)控制不銹鋼纖維的配比，以控制其制造成本。