耐熱混凝土施工工法

《耐熱混凝土施工工法》是雲南省第二建築工程公司、江西中恆建設集團有限公司完成的建築類施工工法，完成人是甘永輝、洪潔、舒永華、付艷梅、李建平，適用於冶金、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。

《耐熱混凝土施工工法》主要的工法特點是：施工簡單，並易於機械化；整體性強，氣密性好，可提高窯爐的使用壽命。

2011年9月，《耐熱混凝土施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009~2010年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：耐熱混凝土施工工法
• 工法編號： GJEJGF054-2010
• 完成單位：雲南省第二建築工程公司、江西中恆建設集團有限公司
• 主要完成人：甘永輝、洪潔、舒永華、付艷梅、李建平
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）

形成原因

隨著雲南冶金行業經濟的發展，工業廠房新建、改建、擴建工程大幅度增加，各種新型材料不斷湧現，耐熱混凝土的套用也成為必然。耐熱混凝土套用於爐窯基礎、外殼、煙囪等位置替代耐火磚，施工比較方便、增加使用壽命、減少維修時間和費用、提高生產能力等優勢得到廣范套用。耐熱混凝土是指能夠長期承受高溫（250~1300攝氏度）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用。

雲南省文山斗南錳業股份公司技改工程1×2500千伏安電爐廠房項目電爐基礎部分採用耐熱混凝土結構，要求耐熱度為900攝氏度。要保證耐熱混凝土強度、耐熱度、線變數和混凝土構件加熱冷卻反覆作用後的完好性滿足要求是一個技術難題。雲南ニ建通過耐熱混凝土骨料選擇和試配多次進行耐熱混凝土試件試驗，結合雲南省文山斗南錳業股份公司技改工程1×2500千伏安電爐廠房項目電爐基礎施工，總結出《耐熱混凝土施工工法》。

工法特點

《耐熱混凝土施工工法》的工法特點是：

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。

操作原理

適用範圍

《耐熱混凝土施工工法》耐熱混凝土適用於冶金、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。

工藝原理

《耐熱混凝土施工工法》的工藝原理敘述如下：耐熱混凝土是一種能長期承受高溫作用，並在高溫下保持所需的物理力學性能（較高的耐火度、熱穩定性、荷載軟化點以及高溫下較小的收縮等）的混凝土、是由耐火骨料（粗細骨料）與適量的膠結料和水通過計算、試配確定配合比配製而成的特種混凝土。影響混凝土耐熱性的因素主要有骨料、混凝土基體空隙率、各成分耐熱性能、膠凝材料等，材料本身的性能是決定耐熱混凝土高溫性能的主要因素，施工工藝原理和普通混凝土基本相同。

施工工藝

• 工藝流程

《耐熱混凝土施工工法》的施工工藝流程見下圖。

施工工藝流程圖

操作要點

《耐熱混凝土施工工法》的操作要點如下：

1、水泥耐熱混凝土攪拌時，水泥和摻合料必須攪拌均勻，投料順序是先將粗、細骨料、水泥與摻合料攪拌2分鐘再按配合比加入水攪拌2~3分鐘，至顏色均勻為止。

2、耐熱混凝土的用水量在滿足施工要求條件下應儘量少用，坍落度應比普通混凝土相應的減少10~20毫米，如用機械搗固時可減少40毫米左右，用人工搗固時宜減少20毫米左右。

3、澆築應分層進行，每次厚度為250~300毫米。

4、拌好的混凝土應立即進行分層均勻澆築，宜一次連續澆築完成，不留施工縫。

5、由於耐熱混凝土初凝時間較短，拌制完成後40分鐘內用完並澆灌密實。

6、混凝土搗固採用插入棒時，應快插慢拔，移動間距不大于振搗棒作用半徑的1.5倍；用平板式振搗器的移動間距，應保證平板能覆蓋已振實部分的邊緣。

7、混凝土澆築如有間歇，必須留施工縫時，需要下次澆筑前將施工縫表面鑿毛，清理乾淨後，塗一層同類型的水泥粉料配成的膠泥後，再繼續澆築。

8、水泥耐熱混凝土澆築後，宜在15~25攝氏度的潮濕環境中養護，其中普通水泥耐熱混凝土養護不少於7天；礦渣水泥耐熱混凝土不少於14天，礬土水泥耐熱混凝土不少於3天。氣溫低於7攝氏度時，可採用蓄熱、電熱或蒸氣加熱等方法養護，加熱溫度：普通混水泥和礦渣水泥耐熱混凝土不得超過60攝氏度；礬土水泥耐熱混凝土不得超過30攝氏度，並不得摻用化學促凝劑。

9、當用於熱工設備的襯裡時，必須在混凝土強度達到70%後進行烘烤。烘烤制度見下表。

10、其他操作要點同普通混凝土。

材料設備

《耐熱混凝土施工工法》所用的材料及設備明細如下：

一、耐熱混凝土的原材料要求

普通混凝土結構受熱時容易遭受破壞，主要原因包括水泥漿體失水、骨料膨脹以及水泥漿體與骨料、鋼筋的熱膨脹不協調等，熱梯度的存在導致結構破壞。影響混凝土耐熱性的因素主要有骨料、混凝土基體空隙率、各成分耐熱性能、膠凝材料等，耐熱混凝土的配合比不但應滿足耐熱性能要求還必須滿足強度和和易性的要求。材料本身的性能是決定耐熱混凝土高溫性能的主要因素。

在耐熱混凝土中，以矽酸鹽水泥為膠結材料用的最多。細磨的礦物摻合料和具有必要耐火度的骨料是耐火混凝土所必需的組成材料。

1、膠凝材料：一般情況下，骨料的耐火度都比膠結料高些，膠結料的用量超過一定範圍時，隨著膠結料用量的增加，混凝土的荷載軟化點降低，殘餘變形增大，耐火性能降低。為了提高耐火混凝土的高溫性能，在滿足施工和易性和常溫強度的要求下，儘可能減少膠結料用量。

2、細磨的礦物摻合料：耐火粉料可以改善混凝土的高溫性能，提高施工和易性，同時還可減少水泥用量，而且燒後抗壓強度降低少。比較常用的有高鋁細粉、耐火黏土、水渣粉、礦粉、粉煤灰、磨細熟料粉等。

3、耐火骨料：骨料用量約占耐熱混凝土混合料總量的80%，是影響耐熱性能的關鍵。只有選用耐熱性能良好的骨料才能配製出達到設計要求的混凝土，而改善骨料級配對提高混凝土密實度和高溫特性也十分有效。因此，在選擇骨料時必須注意骨料的類別和耐火度，使與水泥材料相適應，同時還應選擇合適的粒度、顆粒級配及砂率等。若粗骨料粒徑過大或用量過多，則會造成混凝土混合料和易性較差而難以成型，密實度降低，高溫下易分層脫落等現象。常用的有：耐火磚塊、高爐重礦渣、天然火成岩質地的砂石等。

二、常用耐熱混凝土配合比

《耐熱混凝土施工工法》的常用耐熱混凝土配合比見下表1、下表2。

C30耐熱混凝土，耐熱溫度：900攝氏度材料組成

水泥		粗骨料		細骨料		粉料
等級	產地	類別	產地	類別	產地	類別	產地
高鋁水泥CA-50	鄭州鴨牌水泥	高鋁質粗骨料	昆鵬耐火材料廠	高鋁質細骨料	昆鵬耐火材料廠	高鋁質粉骨料	昆鵬耐火材料廠

配合比設計

材料	鋁酸鹽水泥	水	高鋁質粗骨料	高鋁質細骨料	高鋁質粉料
每立方米用是（千克）	450	250	770	630	250
重量比	1	0.55	1.71	1.40	0.55
註：W/C為水與水泥+粉料之和之比。

三、主要機具

1、混凝土攪拌機宜優先採用強制式攪拌機，也可採用自落式攪拌機。

2、計量設備有手推車、雙輪車、鏟車、裝載機、砂石（耐火砂、耐火磚塊）配料機等及配套設備。

3、插入式振搗器、鐵杴、木抹子、水桶、膠皮水管。

4、現場試驗器具，如坍落度測試設備試模、鋼板尺、乾燥箱等。

質量控制

《耐熱混凝土施工工法》的質量控制要求如下：

工程質量控制標準

1、耐熱混凝土施工質量執行《混凝土結構工程施工質量驗收規範》GB 50204-2002。混凝土結構尺寸允許偏差按下表執行。

耐熱混凝土結構尺寸偏差表

項次	項目		允許偏差（毫米）	檢查方法
1	軸線位置	基礎 牆	15 5	鋼尺檢查
2	垂直度	高5米及5米以下全高	8 30	經緯儀或吊線和鋼尺檢查
3	標高	層高全高	±10±30	水準儀或拉線、鋼尺檢查
4	截面尺寸	/	+8，-5	鋼尺檢查
5	表面平整度	/	8	2米靠尺和塞尺檢查
6	預埋件施中心線位置	預埋件預埋管	105	鋼尺檢查
7	預留洞中心線位置	15	鋼尺檢查	/

2、水泥混凝土的耐熱力學性能檢驗項目和技術要按下表執行。

水泥耐熱混凝土的耐熱力學性能檢驗項目表

極限使用溫度（攝氏度）	檢驗項目	技術要求
<700	混凝土強度等級	≥設計強度
	加熱到極限使用溫度並經冷卻後的強度	≥45%烘乾抗壓強度
900	混凝土強度等級	≥設計強度
	殘餘抗壓強度：（1）水泥膠結料耐熱混凝土 （2）水玻璃耐熱混凝土	≥30%烘乾抗壓強度不得出現裂縫 ≥70%烘乾抗壓強度不得出現裂縫
1200~1300	混凝土強度等級	>設計強度
	殘餘抗壓強度 （1）水泥膠結料耐熱混凝土 （2）水玻璃耐熱混凝土 （3）加熱到極限使用溫度後的線收縮： 甲、極限使用溫度為1200攝氏度時 乙、極限使用溫度為1300攝氏度時 （4）荷重軟化溫度（變形4%）	>30%烘乾抗壓強度不得出現裂縫 ≥50%烘千抗壓強度不得出現裂縫 ≤0.7% ≤0.9% ≥極限使用溫度

質量保證措施

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。這是因為通常骨料的耐火程度要高於膠結材料，高溫膠結材料先於骨料發生軟化、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、骨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，通過試配調整後確定。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。

5、拌制耐熱混凝土時，水泥和參合料必須攪拌均勻，應採用機械攪拌。

6、耐熱混凝土澆灌時應分層進行，每層厚度控制在250~300毫米。

7、由於耐熱混凝土初凝時間較短，拌制完成後40分鐘內用完並澆灌密實。

8、耐熱混凝土澆築後，宜在15~25攝氏度的潮濕環境中養護，其中普通水泥耐熱混凝土養護不少於7天；礦渣水泥耐熱混凝土不少於14天，礬土水泥耐熱混凝土不少於3天，氣溫低於7攝氏度時，可採用蓄熱、電熱或蒸氣加熱等方法養護，加熱溫度普通混水泥和礦渣水泥耐熱混凝土不得超過60攝氏度；礬土水泥耐熱混凝土不得超過30攝氏度，並不得摻用化學促凝劑。

安全措施

採用《耐熱混凝土施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1、混凝土攪拌開始前，應對攪拌機及配套機械進行無負荷試運轉，檢查運轉正常，運輸道路暢通，然後可開機工作。

2、攪拌機運轉時，嚴禁將鍬、耙等工具伸入罐內，必須進罐把混凝土時，要停機進行。工作完畢，應將拌筒清洗乾淨。攪拌機應有專用開關箱，並應裝有漏電保護器，停機時應拉斷電閘，下班時電閘箱應上鎖。

3、攪拌機上料斗提升後，斗下禁止人員通行。如必須在斗下清渣時，須將升降料斗用保險鏈條掛牢或用木槓架住，並停機，以免落下傷人。

4、採用手推車運輸混凝土時，不得爭先搶道，裝車不應過滿；卸車時應有擋車措施，不得用力過猛或撒把，以防車把傷人。

5、使用井架提升混凝土時，應設制動安全裝置，升降應有明確信號，操作人員未開提升台時，不得發生降信號。提升台內停放手推車要平穩，車把不得伸出台外，車輪前後應擋牢。

6、使用溜槽及串筒下料時，溜槽與串筒下料時，溜槽與串筒必須牢固的固定，人員不得直接站在溜槽幫上操作。

7、混凝土澆筑前，應對振搗器進行試運轉，振搗器操作人員應穿膠靴、戴絕緣手套；振搗器不能掛在鋼筋上，濕手不能接觸電源開關。

環保措施

《耐熱混凝土施工工法》的環保措施如下：

1、成立施工環境衛生管理機構，在施工過程中嚴格遵守國家和地方政府下發的有關環境保護的法律、法規和規章，加強對工程材料、廢水的控制和治理。

2、將施工場地和作業限制在工程建設允許的範圍內，合理布置、規範施工，做到標牌清楚、齊全，各種標識醒目，施工現場整潔。

3、工程材料在運輸過程中用帆布遮蓋，以防遺灑污染道路。

4、混凝土攪拌站處設定沉澱池，產生的污水經沉澱後排入排水溝，定期清運沉澱泥砂。

5、優先選用先進的環保機械，以降低施工噪聲到允許值以下，同時儘可能避免夜間施工。

6、對施工現場道路進行硬化，並在晴天經常對施工通道進行灑水，防止塵土飛揚，污染周圍環境。

效益分析

《耐熱混凝土施工工法》的效益分析如下：

使用耐熱混凝土比耐火磚壽命提高3倍。耐熱混凝土的套用不僅提高了爐的運轉率，降低了耐火材料的消耗，節約能源，並為提高窯爐台時產量和組織生產創造了條件。

套用實例

《耐熱混凝土施工工法》的套用實例如下：

雲南省文山斗南錳業股份公司技改工程

1、工程概況

（1）工程名稱：1×2500千伏安電爐廠房項目。

（2）建設地點：建設地點為雲南省文山州硯山現平遠街。

（3）建築面積：10000平方米；工程造價：4930萬元，廠房為5層現澆框架結構，總高36.8米，副跨21米、18米為排架結構。

（4）該工程電爐部分採用耐熱混凝土結構，混凝土標號為C30，耐熱度為900攝氏度，混凝土量為120立方米。

（5）開工2006年3月16日、竣工時間2007年12月30日。

2、套用情況

該工程採用《耐熱混凝土施工工法》施工，確保了工程質量，竣工投產3年多，未發生質量問題。

會理昆鵬銅業公司10萬噸/年陽極銅項目一轉化工段

1、工程概況

（1）項目名稱：會理昆鵬銅業公司10萬噸/年極銅項目轉化工段轉化器基礎。

（2）建設地點：四川涼山州會理縣黎溪黎州村羊地河。

（3）轉化工段轉換器基礎為圓形基礎，半徑5.75米。

（4）開工日期：2008年6月，竣工日期：2010年7月。

2、套用情況

該工程採用《耐熱混凝土施工工法》施工，確保了工程質量，竣工投產後未發生質量問題。

雲南源鑫炭素有限公司600千噸/年炭素項目陽極焙燒車間

1、工程概況

（1）工程名稱：雲南源鑫炭素有限公司600千噸/年炭素項目陽極焙燒車間。

（2）建設地點：雲南省紅河州建水縣羊街。

（3）建築面積：17400平方米；工程造價：6000萬元廠房為單層36米跨鋼筋混凝土排架結構，鋼吊車梁、T形鋼屋架，牆、屋面為壓型鋁瓦，總高：25.7米（至通風器支座處）。

（4）該工程焙燒爐部分採用耐熱混凝土結構，混凝土強度等級為C35，混凝土量為13500立方米。

（5）開工日期：2009年12月28日，計畫竣工日期：2010年12月30日。

2、套用情況

該工程採用《耐熱混凝土施工工法》施工，確保了工程質量，竣工投產後未發生質量問題。

榮譽表彰

2011年9月，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2009-2010年度國家級工法的通知》建質[2011]154號，《耐熱混凝土施工工法》被評定為2009-2010年度國家二級工法。