用途
特性
早強高強——1d強度可達15MPa；
耐高溫——最高使用溫度可達1200℃。
用法
開包後按比例加水機器或人工攪拌成砂漿即可澆注施工；攪拌好的砂漿應在40min內用完。
貯存
50㎏/袋標準防潮包裝乾燥存放3個月。
技術指標
型號
抗壓強度MPa
最高使用溫度℃
澆注用量㎏/m3
臨界粒度
1d
28d
600℃燒後
M-1
≥15
≥30
≥40
800
2200
5～15㎜
（粒度可調整）
M-2
≥15
30
≥45（1100℃）
1200
2200
耐熱混凝土的定義、分類和套用
耐熱混凝土是一種能長期承受高溫作用（200℃以上），並在高溫作用下保持所需的物理力學性能的特種混凝土。而代替耐火磚用於工業窯爐內襯的耐熱混凝土也稱為耐火混凝土。
根據所用膠結料的不同，耐熱混凝土可分為：矽酸鹽耐熱混凝土；鋁酸鹽耐熱混凝土；磷酸鹽耐熱混凝土；硫酸鹽耐熱混凝土；水玻璃耐熱混凝土；鎂質水泥耐熱混凝土；其他膠結料耐熱混凝土。
根據硬化條件可分為：水硬性耐熱混凝土；氣硬性耐熱混凝土；熱硬性耐熱混凝土。
耐熱混凝土已廣泛地用於冶金、化工、石油、輕工和建材等工業的熱工設備和長期受高溫作用的構築物，如工業煙囪或煙道的內襯、工業窯爐的耐火內襯、高溫鍋爐的基礎及外殼。
耐熱混凝土與傳統耐火磚相比，具有下列特點：
1、生產工藝簡單，通常僅需攪拌機和振動成型機械即可；
2、施工簡單，並易於機械化；
3、可以建造任何結構形式的窯爐，採用耐熱混凝土可根據生產工藝要求建造複雜的窯爐形式；4、耐熱混凝土窯襯整體性強，氣密性好，使用得當，可提高窯爐的使用壽命；
5、建造窯爐的造價比耐火磚低；
6、可充分利用工業廢渣、廢舊耐火磚以及某些地方材料和天然材料。
矽酸鹽耐熱混凝土
矽酸鹽耐熱混凝土所用的材料主要有矽酸鹽水泥、耐熱骨料、摻合料以及外加劑等。
1、原材料要求
(1)矽酸鹽水泥
可以用礦渣矽酸鹽水泥和普通矽酸鹽水泥作為其膠結材料。一般應優先選用礦渣矽酸鹽水泥，並且礦渣摻量不得大於50％。如選用普通矽酸鹽水泥，水泥中所摻的混合材料不得含有石灰石等易在高溫下分解和軟化或熔點較低的材料。
此外，因為水泥的耐熱性遠遠低於耐熱骨料及耐熱粉料，在保證耐熱混凝土設計強度的情況下，應儘可能減少水泥的用量，為此，要求水泥的強度等級不得低於32.5MPa。
用上述兩種水泥配製的耐熱混凝土最高使用溫度可以達到700～800℃。其耐熱機理是：矽酸鹽水泥熟料中的C3S和C2S的水化產物Ca(OH)2在高溫下脫水，生成的CaO與礦渣及摻合料中的活性SiO2和A12O3又反應生成具有較強耐熱性的無水矽酸鈣和無水鋁酸鈣，使混凝土具有一定的耐熱性。
(2)耐熱骨料
普通混凝土耐熱性不好的主要原因是一些水泥的水化產物為Ca(OH)2，水化鋁酸鈣在高溫下脫水，使水泥石結構破壞而導致混凝土碎裂；另一個原因是常用的一些骨料，如石灰石、石英砂在高溫下發生較大體積變形，還有一些骨料在高溫下發生分解，從而導致普通混凝土結構的破壞，強度降低。因此，骨料是配製耐熱混凝土一個很關鍵的因素。
常用的耐熱粗骨料有碎黏土磚、黏土熟料、碎高鋁耐火磚、礬土熟料等；細骨料有鎂砂、碎鎂質耐火磚、含A12O3較高的粉煤灰等。
(3)摻合料
摻合料的作用主要有兩個：一是可增加混凝土的密實性，減少在高溫狀態下混凝土的變形；二是在用普通矽酸鹽水泥時，摻合料中的A12O3和SiO2與水泥水化產物Ca(OH)2的脫水產物CaO反應形成耐熱性好的無水矽酸鈣和無水鋁酸鈣，同時避免了Ca(OH)2脫水引起的體積變化。所以，摻合料應選用熔點高、高溫下不變形且含有一定數量A12O3的材料。
目前耐熱混凝土中常用的摻合料及其技術質量要求如表1所示。
表1矽酸鹽耐熱混凝土常用摻合料及其技術質量要求
摻合料名稱
摻合料細度
（0.08mm方孔篩篩余）
摻合料化學成分／％
最高使用溫度／℃
水泥耐熱混凝土
A12O3
SiO2
MgO
CaO
Fe2O3
SO3
燒失量
黏土磚粉
黏土熟料粉
高鋁磚粉
礬土熟料粉
鎂砂粉
煤磚粉
粉煤灰
礦渣粉
<70％
<70％
<70％
<70％
----
----
<8.5％
<8.5％
≥30
≥30
≥65
≥48
≥70
≥20
≤4
≥87
≥87
≤5
≤5
0
≤5.5
≤0.3
≤4
≤0.5
≤8
≤5
≤900
≤900
1300
1300
1450
1450
1250
1250
矽酸鹽水泥耐熱混凝土配製時，可摻加減水劑以降低W/C，減少混凝土結構內部的孔隙率。減水劑宜採用非引氣型。
2、矽酸鹽水泥耐熱混凝土的配合比
該品種耐火混凝土的配合比設計用計算法比較繁瑣，一般常採用經驗配合比為初始配合比，再通過試配調整，得到適用的配合比。表2為矽酸鹽水泥耐火混凝土的常用配合比，可供實際施工參考。
表2矽酸鹽水泥系列耐熱混凝土常用配合比/（kg/m3）
水泥
摻合料
粗骨料
細骨料
水
強度等級
最高工作度/℃
品種
用量
品種
用量
品種
用量
品種
用量
矽酸鹽水泥
矽酸鹽水泥
矽酸鹽水泥
礦渣水泥
普通矽酸鹽水泥
340
320
350
480
360
黏土熟料粉
紅磚
礦渣粉
粉煤灰
粉煤灰
300
320
300
120
200
碎黏土熟料
碎紅磚
碎黏土熟料
碎紅磚
碎紅磚
700
650
680
720
700
黏土熟料砂
紅磚砂
黏土熟料砂
紅磚砂
紅磚砂
550
580
550
600
600
280
270
285
285
270
C20
C20
C20
C20
C15
1100
900
1000
900
1000
鋁酸鹽水泥耐熱混凝土
鋁酸鹽水泥是一類沒有游離CaO的中性水泥，具有快硬、高強、熱穩定性好、耐火度高等特點。在冶金、石油化工、建材、水電和機械工業的一般窯爐上得到廣泛的套用，其使用溫度可達到1300～1600℃，有的甚至能達到1800℃左右，所以又稱為鋁酸鹽耐火混凝土。它屬於水硬性耐熱混凝土，也屬於熱硬性耐熱混凝土。
1、膠結材
鋁酸鹽水泥耐熱混凝土的膠結材主要有礬土水泥、低鈣鋁酸鹽水泥、純鋁酸鹽水泥。
(1)高鋁水泥(普通鋁酸鹽水泥)
高鋁水泥是由石灰和鋁礬土按一定比例磨細後，採用燒結法和熔融法製成的一種以鋁酸-鈣(CA)為主要成分的水硬性水泥。其化學成分及礦物組成如表3所示。
表3高鋁水泥化學成分及礦物組成
類型
化學成分／％
礦物組成
SiO2
A12O3
CaO
Fe2O3
低鐵型A
B
5~7
4~5
53~55
59~61
33~35
27~31
<2.0
<2.0
CA、C2AS
CA2、CA、C2AS
高鐵型A
B
4~5
3~4
48~49
40~42
36~37
38~39
7~8
14~16
CA、C2AS、C4F
CA、C4AF、C2AS
高鋁水泥水化的產物主要有C3AH6、AH3、CAH10、C2AH8，而上述產物在高溫作用下會發生脫水，脫水產物之間發生反應。如：
300～500℃C3AH6→CaO+C12A7+H2O
AH3→A12O3+H2O
500～1200℃A12O3+CaO→CA
A12O3+C12A7→CA(或CA2)
A12O3+CA→CA2(在A12O3較多時)
由上可知，在500℃以前，水泥石由高鋁水泥的水化物組成；500～900℃時由水化產物及由脫水產物之間的二次反應物組成；1000℃開始發生固相燒結；1200℃以上時變為陶瓷結合的耐火材料。其強度的變化如圖6—11所示。
(2)純鋁酸鹽水泥
純鋁酸鹽水泥是用工業氧化鋁和高純石灰石或方解石為原料，按一定比例混合後，採用燒結法或熔融法製成的以CA2或CA為主要礦物的水硬性水泥。其中CA2和CA含量總和在95％以上，CA2占60％～65％，另外含有少量C12A7和C2AS。
純鋁酸鹽水泥的水化硬化及在加熱過程中強度的變化與高鋁水泥類似。由於該水泥的化學組成中含有更多的A12O3，因此在1200℃發生燒結產生陶瓷結合後，具有更高的燒結強度和耐火度，其最高使用溫度可達1600℃以上。
2、骨料
由於純鋁酸鹽水泥可以配製較高溫度下工作的耐熱混凝土，因此，採用的骨料應為耐火度更高的骨料，如礬土熟料碎高鋁磚、碎鎂磚和鎂砂等。如使用溫度超過1500℃，最好用鉻鋁渣、電熔剛玉等。
3、摻合料
為提高耐熱混凝土的耐高溫性能，有時在配製混凝土時摻加一定量的與水泥化學成分相進的粉料，如剛玉粉、高鋁礬熟料粉等。粉料的細度一般應小於lμm。
磷酸或磷酸鹽耐熱混凝土
該耐熱混凝土是以磷酸鹽或磷酸作膠結劑和耐熱骨料等配製而成的混凝土。它是一種熱硬性耐熱混凝土。磷酸鹽耐熱混凝土使用溫度一般為1500～1700℃，最高可達3000℃。而磷酸鹽耐高溫混凝土可以經受-30～2000℃的多次冷熱循環而不破壞。
1、膠結劑
(1)磷酸鹽
主要有鋁、鈉、鉀、鎂、銨的磷酸鹽或聚磷酸鹽，其中用得最多的是鋁、鎂和鈉的磷酸鹽。
磷酸鋁一般是磷酸二氫鋁、磷酸氫鋁和正磷酸鋁三種的混合物，其中磷酸二氫鋁的膠結性最強。使用磷酸鋁時，為加速混凝土在常溫下的硬化，可加入適量的電熔或燒結氧化鎂、氧化鈣、氧化鋅和氟化銨等作為促硬劑，也可用含有結合狀態的鹼性氧化物(如矽酸鹽水泥)作促硬劑。
磷酸鈉鹽一般用正磷酸鈉(Na3PO4)、磷酸二氫鈉、聚磷酸鈉。
(2)磷酸
磷酸有正磷酸(H3PO4)、焦磷酸(H3P2O7)及偏磷酸(HPO3)等，常用的主要是正磷酸。正磷酸本身無膠結性，但與耐熱骨料接觸後，會與其中的一些氧化物(如氧化鎂、氧化鋁)反應形成酸式磷酸鹽，從而表現出良好的膠凝性。
2、耐火骨料
由於磷酸鹽及磷酸耐熱混凝土一般用於溫度較高的結構物中，因此其所用的耐火骨料也應選用耐火度高的材料，常用的有碎高鋁磚、鎂砂、剛玉砂等。
3、摻合料
磷酸鹽耐熱混凝土加熱時因水分蒸發會產生較大的收縮，因此在配製時應加入一些微米級耐火材料，如剛玉粉、石英粉等。
4、磷酸鹽耐熱混凝土的配合比
磷酸鹽耐熱混凝土的參考配合比如表4所示。
表4磷酸鹽耐熱混凝土配合比
膠結劑／％
耐火骨料／％
摻合料／％
磷酸鹽溶液
磷酸溶液
耐火粉
碳酸鈣粉
18~22
----
----
15~20
70~75
73~77
5~7
5~7
2~3
2~3
由於磷酸鹽和磷酸對人體具有很強的腐蝕性，因此，在施工時必須注意安全，應穿好防護服、防護鞋，戴好防護手套、防護目鏡等。
水玻璃耐熱混凝土
水玻璃耐熱混凝土是以水玻璃為膠結料，與各種耐火骨料、粉料等按一定比例配製而成的氣硬性耐熱混凝土。它具有高溫下強度損失小、耐磨、耐腐蝕、熱震穩定性好等優點。適用溫度為800~1200℃，是理想的耐火混凝土品種。
耐熱混凝土的用途、材料組成及設計施工要點
普通混凝土在環境溫度超過300℃後，其強度急劇下降，這是由於水泥石中的水化產物在高溫下分解脫水，晶格結構遭到破緣故。當溫度達到600～900℃時，含有石英岩與石灰岩的集料會急劇膨脹並產生化學分解，也使混凝土強度顯著降低。所以普凝土的正常使用溫度不應超過250℃。
耐熱混凝土是指能夠長期承受高溫(250～1300℃)作用高溫下保持工作所需要的物理力學性能的特種混凝土，耐熱混凝土主要用於工業窯爐基礎、外殼、煙囪及原子能壓力容器等處，長時間承受高溫作用外，還會承受加熱冷卻的反覆溫度變化作。
耐熱混凝土由耐熱集料與適量的膠結料(有時還添加礦物料)和水按一定的比例配製而成。耐熱混凝土按其膠結材料不同為水泥耐熱混凝土和水玻璃耐熱混凝土。其中水泥耐熱混凝土又分為普通矽酸鹽水泥耐熱混凝土(耐熱溫度700～1200℃)、礦渣酸鹽水泥耐熱混凝土(耐熱溫度700～900℃)和高鋁水泥耐熱(耐熱溫度1300～1400℃)等幾種。水玻璃耐熱混凝土的耐熱溫度為600～1200℃。
耐熱混凝土的材料選用有如下要點。
(1)水泥強度等級不得低於32.5MPa，水泥中所摻的混合材料不得含有石灰岩類熔點低且在高溫下易於分解軟化的材料。
(2)摻合材料當工作溫度高於700℃時，必須加入摻合材料。摻合材料是在拌制耐熱混凝土時摻入的具有耐熱作用的細粒粉料。加入摻合料首先可以增加混凝土的密實性，減少高溫變形；其次某些摻合料可以與水泥水化物起化學反應而減輕水泥水化物在高溫下的體積變化。摻合材料種類有黏土質(黏土熟料、黏土磚、紅磚)、高鋁質滴鋁磚，礬土熟料)、鎂質(冶金鎂砂、鎂磚)、粉煤灰及高爐重礦渣等。
(3)集料不宜採用石灰岩及石英質集料。石灰岩集料易在高溫下分解，石英質集料在高溫下會發生較大的體積變形(擴大至原體積的1.3～1.5倍)，這些將導致混凝土結構的破壞。因此耐熱混凝土的集料應選擇在高溫下體積變形小且化學性質比較穩定的材料。可用黏土熟料、鋁礬土熟料、耐火磚碎料、紅磚碎料、高爐礦渣、碎鎂磚、燒結鎂砂、鉻鐵礦、玄武岩及輝綠岩等。集料中嚴禁混有石灰岩等有害雜質。耐熱混凝土的配合比設計，應根據混凝土的工作強度、極限工作溫度、材料來源及經濟因素加以綜合考慮，並通過試驗確定。在試驗中應注意用水量(或水玻璃用量)在滿足和易性要求下應儘量減少，其坍落度應比普通混凝土小10～20mm；宜用機械攪拌，攪拌時間要比普通混凝土延長1~2分鐘。耐熱混凝土澆築後應精心養護，水泥耐熱混凝土宜在15～25℃的潮濕環境中養護，水玻璃耐熱混凝土宜在15～30℃的乾燥環境中養護；水泥耐熱混凝土在氣溫低於+7℃、水玻璃耐熱混凝土在低於+10℃時施工，即應按照冬期施工規定執行，並不得摻用化學促凝劑。
十二、耐火混凝土的用途、材料組成及設計施工要點
耐火混凝土是指工作於900~1600℃的溫度下並保持其物理力學性能的特種混凝土，它與耐熱混凝土有許多共同之處，在一些資料中甚至不將二者加以區分。它與耐熱混凝土的區別主要在於它往往直接暴露於高溫火焰中，工作溫度亦更高，且較少反覆加熱冷卻情況。耐火混凝土廣泛運用於冶金、石油、化工及核電等工業窯爐中，主要代替耐火磚用作窯爐的膛壁內襯或主體結構，它比耐火磚生產工藝簡單，施工效率高，成本低，易於滿足異形部位施工與維修，其壽命較耐火磚可提高1～2倍。
耐火混凝土品種繁多，其材料組成也因具體工作要求不同而多種多樣，可大致作如下分類。
(1)按膠結材料分類
①水硬性耐火混凝土膠結材料為矽酸鹽水泥、普通矽酸鹽水泥、礦渣矽酸鹽水泥、高鋁水泥等。它的強度形成與普通混凝土相同，都是由於水泥水化反應生成膠凝物質與集料界面緊密結合，形成具有設計強度的整體。
②火硬性耐火混凝土膠結材料為高鋁水泥、低鈣鋁酸鹽水泥等。火硬性耐火混凝土的膠結材料僅在混凝土澆築成型後的一段時間由水泥水化產物產生膠凝作用，形成混凝土的初期強度，對結構本身起支持作用。當溫度升高時，在溫度300～1200℃階段，混凝土內部產生一系列化學反應，水泥石由低密度水化產物轉成高密度非水化產物(焙燒產物)，固相體積縮小，而固體間空隙增大，混凝土強度反而降低。當繼續升溫，溫度超過1200℃後，固相材料經燒結作用產生陶瓷結構，強度顯著提高，成為工作所需要的耐火混凝土。
③氣硬性耐火混凝土膠結材料為水玻璃並用氟矽酸鈉作固化劑(參見耐酸鹼混凝土)。水玻璃耐熱混凝土粗集料常用鎂磚碎塊或黏土熟料塊，細集料常用鎂砂或黏土熟料砂，摻合料常用鎂磚粉或黏土熟料粉。
(2)按集料成分分類
按集料成分，耐火混凝土可分為鋁質耐火混凝土主要成分為氧化鋁(Al2O3)，耐火溫度1800℃、矽質耐火混凝土主要成分為二氧化矽(SiO2)，耐火溫度1200℃與鎂質耐火混凝土主要成分為氧化鎂(MgO)，耐火溫度800℃。
(3)按堆密度分類
按堆密度，耐火混凝土可分為普通耐火混凝土(所用集料為天然石材)與輕質耐火混凝土(所用集料為天然輕集料、人造輕集料及工業廢渣輕集料)。
耐火混凝土的配比設計有如下要點。
①施工條件允許的前提下，要儘可能降低水灰比，減少用水量。這是因為耐火混凝土在高溫下水分容易散失，致使混凝土孔隙增加、強度降低。
②在滿足和易性和常溫強度的前提下，要儘可能減少膠結材料和水泥的用量。這是因為通常集料的耐火程度要高於膠結材料，高溫膠結材料先於集料發生軟化、變形。
③加入適當的摻合材料可提高混凝土的耐火性，同時可改善和易性並減少水泥用量。常用摻合材料有黏土熟料、黏土耐火磚、黃土、礬土熟料、鎂砂、鉻鐵礦、粉煤灰、高鋁磚的磨細粉料。
④集料要選擇適當的級配使密度達到最大，還要注意與膠結材料的匹配與適應。砂率控制在40％～60％。配合比設計一般以經驗合比為基礎，通過試拌調整後確定。耐火混凝土一般不配鋼筋，因為鋼筋的熱膨脹係數與耐火混凝土差別很大，高溫下會導致混凝土開裂剝落，鋼筋氧化、軟化失去增強作用。必須配筋時要採取特殊措施，如鋼筋表面滲鋁抗氧化、用型鋼或埋入冷卻水管等。
耐火混凝土的施工與養護基本同耐熱混凝土。
