耐热耐磨混凝土施工工法
攀钢集团工程技术有限公司 周俐 李刚 黄道兵 刘德清 李兵
1、前 言
炼钢生产线炼钢转炉区域的耐热、耐磨混凝土地坪除了长时间受机械擦动磨损作用外，还受炼钢转炉高温影响，设计要求混凝土地坪极限使用温度为600℃，混凝土强度等级C30，混凝土抗磨性能为磨损量不大于5g/㎡，地坪无裂缝，耐磨耗，抗冲击，耐高温。
为了满足其耐热、耐磨性能，通过对攀钢炼钢转炉厂房使用的耐热耐磨材料的耐热性能和耐磨性能进行比较，从质量、安全、环保、经济等方面综合考虑，确定采用高钛重矿渣作为耐热施工材料，选用铁屑和钢纤维作为耐磨材料。但是耐热耐磨混凝土配合比及施工方法在国内无施工规范、标准可供选择，需对其混凝土配合比、施工工艺进行试验、检测，确定最佳配合比及施工方法用于指导施工，由此形成了“耐热耐磨混凝土施工工法”。
该技术成功实施后，通过了中国冶金建设协会2012年度关键技术鉴定，荣获2012年度四川省省级工法，申报了两项国家发明专利，已由国家知识产权局受理，专利名称：一种混凝土组合物和混凝土及其制备方法，专利申请号：201210564191.5；一种增强热环境中混凝土耐磨性的方法，专利申请号：201210586260.2。通过国际国内查新，该技术填补了国际国内耐热耐磨混凝土施工技术的空白，拓展了耐热耐磨混凝土的使用领域，达到国际上先进水平。
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2、工法特点
2.1采用铁屑和高钛重矿渣作为混凝土配制的原材料，使混凝土同时满足耐热、耐磨性能；
2.2通过设计合理配合比、优化施工作业时间和施工工艺，减少混凝土在拌制、运输、浇筑过程中铁屑沉积，使铁屑在混凝土中均匀分布，提高混凝土的耐磨性能；
2.3面层采用“二次撒播钢纤维法”提高面层混凝土表面耐磨和抗裂能力。
2.4本工法利用回收高钛重矿渣配制耐热耐磨混凝土，具有技术易掌握、通用性强等特点，推广前景较好，经济效益及社会效益比较明显。
3、适用范围
该工法适用于受高温环境且长时间受机械磨损区域混凝土的施工。如工业转炉平台、连铸浇钢平台、转炉设备基础、高炉等处，适用范围广泛。
4、工艺原理
根据高钛重矿渣的耐热性能，确定混凝土配合比，使耐热性能达到最佳状态，同时确定铁屑及钢纤维的参量，合理的施工工艺保证其耐磨性能。
5、施工工艺流程及操作要点
5.1 施工工艺流程
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泵送能力验算 5.2 操作要点
原材料选择 配合比选择 分组制作试块 配合比确定 混凝土试样性能检混凝土拌制 混凝土运输 坍落度控制在12±2cm 混凝土泵送 混凝土人工铺摊振捣混凝土 等待坍落度损失至2~3cm 面层钢纤维二次撒播 木砂板压平 磨光机收光 养护、切割伸缩缝 5.2.1耐热耐磨混凝土原材料选择及配合比确定 5.2.1.1原材料选择
在通常情况下，矿渣硅酸盐水泥耐热混凝土使用温度为 900℃以内；硅酸盐水泥耐热混凝土使用温度为1200℃以内；水玻璃耐热混凝土使用
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温度为1200℃以内；高铝水泥耐热混凝土使用温度1400℃以内；镁质耐热混凝土使用温度为1700℃以内。从本次耐热混凝土使用环境温度来看，选择使用温度在1200℃内的硅酸盐水泥耐热混凝土或水玻璃耐热混凝土都比较合适，但因水玻璃耐热混凝土强度等级较低，仅有C10、C15和C20强度等级、不符合使用要求，而硅酸盐水泥耐热混凝土强度等级有C10、C15、C20、C30和C40符合耐热混凝土强度等级要求，因此本次施工选择硅酸盐水泥耐热混凝土。
攀钢在冶炼时由于矿石中钛的含量偏高，导致冶炼温度高于普通矿石，冶炼产生的矿渣因含有22%左右的TiO2，被称为高钛重矿渣。因钛的含量高，使得高钛重矿渣的常温及高温稳定性较普通矿渣好。因此，根据设计要求材料的耐热温度、强度，选用高钛重矿渣作为耐热混凝土的粗细骨料。
5.2.1.2配合比选择
在耐热混凝土中加入铁屑或钢纤维后，由于铁屑导热性强，会影响耐热混凝土的耐热度，确定铁屑及钢纤维的掺量，成为本次试验的重点和难点。其中包括原材料（水泥、集料、金属掺合物、外加剂等）的选择、配合比（水灰比、铁屑掺入量、砂率、用水量和水泥用量）的确定。
由于配制铁屑混凝土的原材料品种、类型的差异和施工条件的不同，在实际工程中，其配合比的设计，一般是在初步计算的基础上，通过试验和结合施工现场的条件调整确定。
1）水灰比的确定
由于钢纤维混凝土的抗压强度，主要取决于水泥石的强度及其与骨料间的粘结力。水泥与骨料间的粘结力又主要取决于水泥强度和水灰比的大小，而铁屑的掺入对抗压强度影响不大。因此，铁屑混凝土的水灰比，可按普通水泥混凝土抗压强度与水泥强度、水灰比的关系式确定。
2）铁屑掺入量的确定
按照试验所用铁屑堆积密度3200kg/m3，每立方米混凝土中掺入铁屑为650kg～1500kg。
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3）混凝土单位体积用水量和水泥用量的确定
在水灰比保持一定的条件下，单位体积用水量和铁屑掺入量是控制拌合料和易性的主要因素，用水量控制在使拌合料达到要求的和易性、便于施工为准。
4）混凝土砂率的确定
由于砂的粒径比石料小，砂率的变化，会使骨料的总表面积有较大的变化，对拌合料的和易性和质量有较大的影响。影响砂率主要因素:①骨料的品种和最大粒径，碎石比卵石需要砂率大些，石料最大粒径小，则全部石料的空隙率就大，砂率需要大。②砂的细度模数较小时，因砂中细颗粒较多，拌合料的粘聚性容易得到保证，故砂率采用较小值。③水灰比较小，水泥浆较稠时，可采用较小砂率。④在拌合料中，若掺入减水剂、加气剂时，可适当减小砂率。由于影响砂率的因素较多，而试验中掺入铁屑又取代了部分的砂，因此砂率只能通过试验根据拌合物的工作性能来确定。
5）配合比试验
本次试验从实际出发，综合考虑各种因素，经过性能分析和反复试配确定以下9组配合比进行试配，见下表1、表2：
表1 铁屑混凝土设计配合比
水粉煤外加塌落度 编号 砂 石 铁屑 水 备注 泥 灰 剂 （cm） 1 380 350 960 170 1500 250 13.75 17 矿渣 2 3 4 5 6 400 330 960 400 280 960 420 250 960 400 280 1030 420 260 1030 170 1250 250 14.25 170 170 60 60 950 250 14.25 650 250 14.75 950 165 10.12 950 165 10.56 18 15 13 19 18 矿渣 矿渣 矿渣 普通 普通 表2 钢纤维混凝土设计配合比
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耐热耐磨混凝土施工工法（最终修改） - 图文
