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摘要：对高炉重矿渣的基本性质、耐热稳定性能、力学性能进行了深入分析研究，利用高炉重矿渣做粗细骨料研制全矿渣泵送耐热混凝土的可行性。 通过混凝土试验阐明了高炉重矿渣用作耐热混凝土粗骨料的可行性。
关键词：高炉重矿渣混凝土骨料；耐热度；高温残余强度；高温线收缩
中图分类号： TU528 文献标识码： A 文章编号：
1 概述
耐热混凝土是一种能长期经受小于等于1200℃的高温作用，并保持所需的物理力学性能的新型混凝土。随着工业的飞速发展，其应用范围越来越广，对其性能要求也越来越高。耐热混凝土与耐火砖相比，其优越性是工艺简单、易于造型、原材料来源广泛、结构整体性好、施工方法多样化、热稳定性好。
用水泥、砂子、石子与拌和水等四大基本组分配制的普通混凝土，只能用于200℃以下的温度环境，达到300℃以上时，其强度损失大，砼表面出现裂缝，砼结构性能恶化，并开裂破坏，所以普通混凝土的耐热性很差。
高炉重矿渣是高炉冶炼生铁过程中所产生的固体废渣，在空气中慢慢冷却或淋适量水冷却形成较致密的块状硬矿渣。重矿渣经加工轧制，破碎、筛分成不同粒径，不仅可代替碎石作建筑材料广泛使用，而且高炉重矿渣是炼铁工艺过程中约1300℃熔融矿渣经自然缓慢冷却形成浅灰至灰黑色石状体。因此高炉重矿渣开始形成液相的熔融温度即为1250—1300℃。具有良好的耐热性，用以配制耐热度为700℃以下的耐热混凝土，达到了物尽其用的目的。
2 全矿渣耐热混凝土试验
2.1 材料
高炉重矿渣砂石；P.O42.5水泥；Ⅱ级粉煤灰；泵送剂。
2.1.1重矿渣的化学成分分析
重矿渣的化学成份与国内其他钢厂并无多大差别，化学成份相对比较稳定，尤其是氧化钙含量低于45% ，符合耐热混凝土用矿渣碎石的指标，SO3 含量也未超过混凝土用高炉矿渣碎石的标准。
表1
通过化学成分计算碱性率
CaO+MgO
碱性率M = ， 碱性率在0.93-0.98 之间。当M＜ 1，而且接近1 时，为弱酸性
SiO2+Al2O3
矿渣，这说明高炉重矿渣属于弱酸性偏中性的矿渣。
2.1.2 结构稳定性
重矿渣的结构稳定性是否合格是其能否作混凝土骨料的关键，其衡量指标有： 硅酸盐分解、石灰分解和铁、锰分解高炉重矿渣分解有三种形式：依据标准YB /T4178-2008《混凝土用重矿渣碎石》进行了检验，其结果表明：包钢高炉重矿渣内无石灰等分解现象，对构筑物结构的稳定性并没有影响。
2.1.3包钢高炉重矿渣的力学性能
强度是骨料的重要指标，与混凝土强度有直接关系。重矿渣碎石强度用松散容重和压碎指标表示即可。依据YB /T4178-2008《混凝土用重矿渣碎石》标准检测可知：包钢重矿渣松散容重为1380kg/m3，压碎指标为11.77%，可以当作C45 以下混凝土骨料之用。
2.1.4 坚固性
坚固性是影响混凝土抗疲劳、耐磨、抗冲击性能，也是影响强度的一个重要因素。
包钢高炉重矿渣的坚固性指标为3.70-6.42%，符合YB /T4178-2008《混凝土用重矿渣碎石》标准要求的不大于8%，完全可以用于各种混凝土中。
2.2重矿渣耐热混凝土配合比试验研究
参照C30普通混凝土设计配合比中水泥的掺量和耐火材料要求的混合料的最紧密堆积原理的理论基础 ，初步设计了六组耐热混凝土配合比试验方案，做拌合料的最紧密堆积试验，通过试验选出最大堆积密度为1.68g/cm3的配合比，从而确定了重矿渣耐热混凝土的最佳配合比，通过拌合料现象分析及强度检验，其性能远远高于C30等级要求，在此基础上降低了水泥及掺合料用量，调整了最佳配合比方案，其强度符合C30耐热混凝土的设计强度要求。
2.3结果与讨论
2.4.1砂率对矿渣集料混凝土耐热性的影响
固定水灰比不变，在不同的极限温度下，研究了砂率对矿渣集料混凝土耐热性的影响，试验配比及结果如表4所示。
表4
注：矿渣石级配为5—20mm；括号内数字表示相对耐JK强度，％。
由表1可知：1)300℃时，各级砂率下的烧后耐压强度均大于烘干强度(相对耐压强度>100％)；2)经500、700℃恒温后，混凝土强度均有一定的损失，且在同一极限温度下，随着砂率增大，残余耐压强度有一个最佳砂率下的最大强度值，即烧后强度损失降低，700℃时尤为显著，但700℃的残余耐压强度值仍符合YB/T4252-2011《耐热混凝土应用技术规范》标准中要求的500～900℃（不包括500℃）要求的相对残余耐压强度的35%；3)同一配比下，灼烧温度越高，其烧后耐压强度越低，即强度损失越大。
2.4.2水灰比对矿渣集料混凝土耐热性的影响
选用5～20 mm级配矿渣石，砂率0.40，水泥用量280 kg／m3，研究水灰比（W/C）对矿渣集料混凝土耐热性影响，结果如图2所示。
由图2可知，水灰比较小的混凝土，在各级温度下的烧后耐压强度均高于水灰比较大的混凝土，即随着水灰比的增大，混凝土耐热性下降。分析认为：水泥用量一定时，随着水灰比增大，混凝土强度降低，混凝土耐热性下降。因此，配制耐热混凝土，应严格控制用水量和水灰比。
2.4.3水泥用量对矿渣集料混凝土耐热性的影响
将表4中砂率为0．40的混凝土耐热性试验结果和图2中水灰比为0.50的试验结果整合起来考虑，即可得到粗集料为5～20 mm级配矿渣石，砂率均为0.40，水灰比均为0.50的各混凝土配比中，水泥用量对矿渣集料混凝土耐热性影响的试验结果(如图3所示)。
由图3可知：随着水泥用量的增大，矿渣混凝土烧后相对耐压强度呈降低趋势，混凝土耐熱性下降，且灼烧温度越高，水泥用量对混凝土耐热性的影响也越显著。所以，配制耐热混凝土，在满足设计强度的前提下，应尽量减少水泥用量。
4 结论
1)适当地增大砂率、降低水灰比、减少水泥用量，有利于提高混凝土的耐热性。
2)以重矿渣为粗细集料，普硅水泥为胶结料，用粉煤灰等掺合料替代耐火粉料，完全能配制700℃耐热混凝土。
3)试验为配制低成本矿渣集料耐热混凝土，为综合利用废弃资源，提供了有益参考。
参考文献：
[1]耐热混凝土应用技术规程
[2]韩行禄.不定型耐火材料（第2版）.北京.冶金工业出版社，2003.1
[3]冶金工业部建筑研究院.耐火混凝土．北京：冶金工业出版社，1980：81—84
[4]吴宝琨．建筑材料化学．北京：中国建筑工业出版社，1984：110
关键词：高炉重矿渣混凝土骨料；耐热度；高温残余强度；高温线收缩
中图分类号： TU528 文献标识码： A 文章编号：
1 概述
耐热混凝土是一种能长期经受小于等于1200℃的高温作用，并保持所需的物理力学性能的新型混凝土。随着工业的飞速发展，其应用范围越来越广，对其性能要求也越来越高。耐热混凝土与耐火砖相比，其优越性是工艺简单、易于造型、原材料来源广泛、结构整体性好、施工方法多样化、热稳定性好。
用水泥、砂子、石子与拌和水等四大基本组分配制的普通混凝土，只能用于200℃以下的温度环境，达到300℃以上时，其强度损失大，砼表面出现裂缝，砼结构性能恶化，并开裂破坏，所以普通混凝土的耐热性很差。
高炉重矿渣是高炉冶炼生铁过程中所产生的固体废渣，在空气中慢慢冷却或淋适量水冷却形成较致密的块状硬矿渣。重矿渣经加工轧制，破碎、筛分成不同粒径，不仅可代替碎石作建筑材料广泛使用，而且高炉重矿渣是炼铁工艺过程中约1300℃熔融矿渣经自然缓慢冷却形成浅灰至灰黑色石状体。因此高炉重矿渣开始形成液相的熔融温度即为1250—1300℃。具有良好的耐热性，用以配制耐热度为700℃以下的耐热混凝土，达到了物尽其用的目的。
2 全矿渣耐热混凝土试验
2.1 材料
高炉重矿渣砂石；P.O42.5水泥；Ⅱ级粉煤灰；泵送剂。
2.1.1重矿渣的化学成分分析
重矿渣的化学成份与国内其他钢厂并无多大差别，化学成份相对比较稳定，尤其是氧化钙含量低于45% ，符合耐热混凝土用矿渣碎石的指标，SO3 含量也未超过混凝土用高炉矿渣碎石的标准。
表1
通过化学成分计算碱性率
CaO+MgO
碱性率M = ， 碱性率在0.93-0.98 之间。当M＜ 1，而且接近1 时，为弱酸性
SiO2+Al2O3
矿渣，这说明高炉重矿渣属于弱酸性偏中性的矿渣。
2.1.2 结构稳定性
重矿渣的结构稳定性是否合格是其能否作混凝土骨料的关键，其衡量指标有： 硅酸盐分解、石灰分解和铁、锰分解高炉重矿渣分解有三种形式：依据标准YB /T4178-2008《混凝土用重矿渣碎石》进行了检验，其结果表明：包钢高炉重矿渣内无石灰等分解现象，对构筑物结构的稳定性并没有影响。
2.1.3包钢高炉重矿渣的力学性能
强度是骨料的重要指标，与混凝土强度有直接关系。重矿渣碎石强度用松散容重和压碎指标表示即可。依据YB /T4178-2008《混凝土用重矿渣碎石》标准检测可知：包钢重矿渣松散容重为1380kg/m3，压碎指标为11.77%，可以当作C45 以下混凝土骨料之用。
2.1.4 坚固性
坚固性是影响混凝土抗疲劳、耐磨、抗冲击性能，也是影响强度的一个重要因素。
包钢高炉重矿渣的坚固性指标为3.70-6.42%，符合YB /T4178-2008《混凝土用重矿渣碎石》标准要求的不大于8%，完全可以用于各种混凝土中。
2.2重矿渣耐热混凝土配合比试验研究
参照C30普通混凝土设计配合比中水泥的掺量和耐火材料要求的混合料的最紧密堆积原理的理论基础 ，初步设计了六组耐热混凝土配合比试验方案，做拌合料的最紧密堆积试验，通过试验选出最大堆积密度为1.68g/cm3的配合比，从而确定了重矿渣耐热混凝土的最佳配合比，通过拌合料现象分析及强度检验，其性能远远高于C30等级要求，在此基础上降低了水泥及掺合料用量，调整了最佳配合比方案，其强度符合C30耐热混凝土的设计强度要求。
2.3结果与讨论
2.4.1砂率对矿渣集料混凝土耐热性的影响
固定水灰比不变，在不同的极限温度下，研究了砂率对矿渣集料混凝土耐热性的影响，试验配比及结果如表4所示。
表4
注：矿渣石级配为5—20mm；括号内数字表示相对耐JK强度，％。
由表1可知：1)300℃时，各级砂率下的烧后耐压强度均大于烘干强度(相对耐压强度>100％)；2)经500、700℃恒温后，混凝土强度均有一定的损失，且在同一极限温度下，随着砂率增大，残余耐压强度有一个最佳砂率下的最大强度值，即烧后强度损失降低，700℃时尤为显著，但700℃的残余耐压强度值仍符合YB/T4252-2011《耐热混凝土应用技术规范》标准中要求的500～900℃（不包括500℃）要求的相对残余耐压强度的35%；3)同一配比下，灼烧温度越高，其烧后耐压强度越低，即强度损失越大。
2.4.2水灰比对矿渣集料混凝土耐热性的影响
选用5～20 mm级配矿渣石，砂率0.40，水泥用量280 kg／m3，研究水灰比（W/C）对矿渣集料混凝土耐热性影响，结果如图2所示。
由图2可知，水灰比较小的混凝土，在各级温度下的烧后耐压强度均高于水灰比较大的混凝土，即随着水灰比的增大，混凝土耐热性下降。分析认为：水泥用量一定时，随着水灰比增大，混凝土强度降低，混凝土耐热性下降。因此，配制耐热混凝土，应严格控制用水量和水灰比。
2.4.3水泥用量对矿渣集料混凝土耐热性的影响
将表4中砂率为0．40的混凝土耐热性试验结果和图2中水灰比为0.50的试验结果整合起来考虑，即可得到粗集料为5～20 mm级配矿渣石，砂率均为0.40，水灰比均为0.50的各混凝土配比中，水泥用量对矿渣集料混凝土耐热性影响的试验结果(如图3所示)。
由图3可知：随着水泥用量的增大，矿渣混凝土烧后相对耐压强度呈降低趋势，混凝土耐熱性下降，且灼烧温度越高，水泥用量对混凝土耐热性的影响也越显著。所以，配制耐热混凝土，在满足设计强度的前提下，应尽量减少水泥用量。
4 结论
1)适当地增大砂率、降低水灰比、减少水泥用量，有利于提高混凝土的耐热性。
2)以重矿渣为粗细集料，普硅水泥为胶结料，用粉煤灰等掺合料替代耐火粉料，完全能配制700℃耐热混凝土。
3)试验为配制低成本矿渣集料耐热混凝土，为综合利用废弃资源，提供了有益参考。
参考文献：
[1]耐热混凝土应用技术规程
[2]韩行禄.不定型耐火材料（第2版）.北京.冶金工业出版社，2003.1
[3]冶金工业部建筑研究院.耐火混凝土．北京：冶金工业出版社，1980：81—84
[4]吴宝琨．建筑材料化学．北京：中国建筑工业出版社，1984：110