耐热耐磨混凝土施工工法(最终修改)

1、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

2、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。 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

3、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

4、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 施工工艺流程混凝土人工铺摊均匀振捣混凝土等待坍落度损失至23cm面层钢纤维二次撒播木砂板压平磨光机收光养护、切割伸缩缝配合比确定混凝土试样性能检测混凝土拌制混凝土运输 混凝土泵送坍落度控制在12±2cm原材料选择配合比选择泵送能力验算分组制作试块 5.2 操作要点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温度为1200以内；高铝水泥耐热混凝土使

5、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

6、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

7、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650kg1500kg。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:骨料的品种和最大粒径，碎石比卵石需要

8、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。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。水灰比较小，水泥浆较稠时，可采用较小砂率。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编号水泥砂石粉煤灰铁屑水外加剂塌落度（cm）备注1380350960170150025013.7517矿渣24

9、00330960170125025014.2518矿渣340028096017095025014.2515矿渣442025096017065025014.7513矿渣540028010306095016510.1219普通642026010306095016510.5618普通表2 钢纤维混凝土设计配合比编号水泥砂石粉煤灰钢纤维水外加剂塌落度（cm）备注738078099010515619510.6721普通84208109159015619511.2219普通942085585510015623013.0017矿渣6）试样检测由于国内外迄今为止没有统一的混凝土耐磨试验方法，考虑到国内的实际情

10、况，本次耐磨试验采用水泥花砖耐磨试验机依据无机地面材料耐磨性能试验方法GB12988-1991中的耐磨试验方法。其基本原理是：试块平置并用夹具固定在试验机承台上，磨具为铁合金滚珠，用滚珠盘扣在试块上，在与滚珠盘相连的活动轴顶部用荷载加压。试验机开动后，电机带动活动轴做圆周运动，同时滚珠盘也产生自转，试块便受到滚珠复杂轨迹运动造成的磨损。铁屑混凝土的抗压强度、耐热性能检测按照国家相关标准、要求进行，试验检测结果见表3。表3 混凝土性能试验检测结果编号28d抗压强度（MPa）耐热600（MPa）磨耗量（g/）备注134.629.82.0矿渣铁屑242.139.32.3矿渣铁屑340.737.22.

11、7矿渣铁屑445.535.45.0矿渣铁屑553.524.71.9普通铁屑657.129.81.6普通铁屑741.24.1普通钢纤维848.63.2普通钢纤维946.845.37.6矿渣钢纤维7）耐热耐磨混凝土配合比的确定试验结果表明：混凝土的耐磨性能与铁屑掺入量成正比，耐热性能与铁屑掺入量成反比。矿渣铁屑混凝土满足耐热600的要求，具备耐热性能，而普通铁屑混凝土在耐热性能方面，由于普通砂、石不能经受较高温度，导致耐热性能不满足要求。从骨料来看，不管是普通骨料还是矿渣，铁屑混凝土的耐磨性能优于钢纤维混凝土，对混凝土的耐磨性能而言，磨耗量与骨料的耐磨性能成反比，这是由于铁屑混凝土中每立方米的金属

12、掺合物含量远高于钢纤维混凝土所导致，为了更进一步了解混凝土内铁屑的分布情况，对抗压检测结束后的铁屑混凝土试块进行了切割处理，铁屑分布情况见下图，可以明显看出高钛重矿渣混凝土与普通卵石混凝土相比，高钛重矿渣混凝土铁屑分布均匀。普通铁屑混凝土剖面 高钛重矿渣铁屑混凝土剖根据各组数据的反复试验和比较确定 ，选用第3组混凝土配合比作为耐热耐磨混凝土施工的最佳配合比，见下表4。表4 铁屑混凝土设计配合比编号水泥砂矿渣石粉煤灰铁屑水外加剂塌落度（cm）340028096017095025014.25155.2.2耐热耐磨混凝土的拌制、运输、及泵送1）耐热耐磨混凝土密度比普通混凝土大，搅拌过程中应考虑搅拌机

13、的运转能力，如搅拌机型号JW9000进料容量为0.9m3，在搅拌耐热耐磨混凝土时进料容量应根据比重调整：0.9m3×2300kg/3200kg=0.65m3。2）混凝土中的铁屑重度最大，混凝土在运输过程中铁屑会慢慢下沉，对铁屑含量均匀度造成了很大影响，为减少铁屑聚集，运输过程中拌筒转速应较普通混凝土适当加快, 国产JC-2型混凝土搅拌输送车，运输普通混凝土拌筒搅动转速为23r/min，考虑铁屑沉淀聚集将转速提升至45r/min，混凝土运输过程中坍落度损失减小按4cm左右考虑。3）耐热耐磨混凝土密度比普通混凝土大，运输过程中应考虑混凝土搅拌输送车的载重能力，如国产JC-2型混凝土搅拌输

14、送车每次能装普通混凝土11m3，那么耐热耐磨混凝土载重为：11m3×2300kg/3200kg=8m3。4）耐热耐磨混凝土泵送能力确定根据已确定的配合比，经计算拌制的耐热耐磨混凝土容重达到3200kg/m3，属高容重混凝土，重量大于普通混凝土，从而加大了泵送负荷，施工中混凝土泵的输送压力必须大于泵送压力，且应该有较多的储备，以应对泵送施工中随时可能出现的堵管、泵送压力不足等特殊情况，必须对混凝土泵送距离进行计算，并验算泵送能力是否满足要求。以现场实际施工情况为例：采用混凝土输送泵车浇筑，泵送高度为39.75米，根据现场实际情况，采用三一重工SY538THB-58泵车，最大出口泵压Pm

15、ax=11MPa，输送管直径为125mm，配管为斜向45度，分别按水平、垂直配管计算，水平配管长度约40m，垂直高度为39.75m，装有一根软管，两个弯管和二根变径管，计算依据为混凝土泵送施工技术规程。 混凝土泵送时受到的压力P，主要由三部分组成，其中P1是混凝土在泵管内流动受到的沿程压力损失，P2是混凝土配管中设置的弯管、软管、分配阀、及混凝土泵起动内耗产生的压力损失，P3是混凝土垂直泵送时因混凝土重力产生的压力：即P=P1+P2+P3。（1） 泵送能力验算由P=P1+P2+P3，P1=×水平换算长度。根据混凝土泵送施工技术规程表5.12中换算输送管的水平长度，见下表5：表5 混凝

16、土输送管的水平换算长度表序号名称数量/长度(m)换算水平距离(m)1垂直高度39.751592弯管（90°，R=1米）2183软管154水平管3535（0）合计217每m水平管长压力损失（Pa/m）： K1=(3.00-0.01S1)×10²； K2=(4.00-0.01S1)×10²； Lmax -混凝土泵的最大水平运输距离(m)；Pmax -混凝土泵的最大出口压力(Pa)，SY538THB-48泵车，最大出口泵压Pmax=8.0×Pa/m；PH-混凝土在水平输送管内流动每米产生的压力损失Pa/m；r0 -混凝土输送管的半径，取62

17、.5×m；K1-粘着系数(Pa)；K2-速度系数(Pa/m/s)；S1-混凝土塌落度，取120mm；t2/t1-混凝土泵分配阀切换时间与活塞推压混凝土时间之比，取0.3；V2-混凝土拌和物在输送管的平均流速m/s，取0.5 m/s； 2 -径向压力与轴向压力之比 , 取0.9； K1=(3.00-0.01S1)×10²=(3.00-0.01×120)×100=180 K2=(4.00-0.01S1)×10²=(4.00-0.01×120)×100=280PH=2/r0×K1+K2(1+t2/t1

18、)V2×2 =2/62.5×180+280×(1+0.3)×0.5×0.9 =0.0104MpaP1=×水平换算长度=0.0104 MPa×217m=2.527Mpa；又由下表6和表7换算的总压力损失为： 表6 混凝土泵送的换算压力损失管件名称换算量换算压力损失/Mpa水平管每20m0.1垂直管每5m0.145°弯管每只0.0590°弯管每只0.1管路截止阀每个0.8橡胶管每根0.2表7 泵体的换算压力损失部位名称换算量换算压力损失/MpaY型每只0.05分配阀每个0.08混凝土泵起动内耗每台2.80P3

19、=×g×H=3200×9.8×39.5=1.239 MPa； -混凝土密度，取3200kg/m3；g -重力加速度；H -泵送高度；P=P1+P2+P3=2.527+4.9951.239=8.761MPa,小于混凝土泵的最大出口压力11.0Mpa，满足要求。5.2.3耐热耐磨混凝土的浇筑方法由于混凝土中加入了铁屑，铁屑的密度比混凝土的密度大，在混凝土振捣过程中，铁屑沉积量大；根据试验表明：混凝土塌落度大，沉积量大；混凝土振捣时间长，铁屑沉积量大；在施工过程中，由于不能缩短混凝土最小振捣时间，因此减小铁屑沉积量的方法就采用降低混凝土塌落度和二次撒播钢纤维适

20、量补充铁屑沉积的方法进行，混凝土浇筑工艺为：混凝土泵送至作业面混凝土人工铺摊（比设计标高高2cm）长刮尺将混凝土刮平等待混凝土塌落度损失至23cm（利于混凝土振捣减小面层铁屑沉积振捣混凝土钢纤维二次撒播（补充沉积铁屑同时增强混凝土表面抗裂）木砂板搓压（赶平混凝土、混合表面浮浆、均匀钢纤维、混凝土表面压实）混凝土磨光机抹平、抹光养护、切割收缩缝。5.2.3.1 运至施工现场泵送的混凝土坍落度应控制在12±2cm左右，有利于混凝土泵送，混凝土泵送至作业面后，进行人工均匀铺摊，根据设计标高用木杠刮平，使其混凝土表面平整并检查混凝土平整度。5.2.3.2人工均匀铺摊后，混凝土塌落度值还较大，

21、为减少混凝土在振捣过程中铁屑沉积，应等待混凝土塌落度损失至23cm后开始振捣，由于塌落度的减小，铁屑沉积缓慢，最大限度的减少了铁屑沉积。5.2.3.3采取等待混凝土塌落度损失的办法虽然减少了铁屑沉积，但部分铁屑任已下沉，降低了混凝土表面耐磨度。施工采取在混凝土振捣后进行钢纤维二次撒播，补充表面沉积的铁屑并提高混凝土表面的耐磨性能和表面抗裂。 5.2.3.4第一次撒播钢纤维材料及抹平：第一次撒播量是全部用量的2/3，钢纤维撒播过早会沉入混凝土中而失去效果，撒播太晚混凝土已凝固，会失去粘结力，判别撒播时间的方法是：用“指压测试法”留下35mm印记时，即可开始撒播施工。撒播后用木抹子抹平，碾磨分散钢

22、纤维并与基层混凝土浆结合在一起。 5.2.3.5 第二次撒播耐磨材料及抹平：约 1小时后，开始第二次撒播，第二次撒播方向应与第一次垂直。撒播后立即抹平，重复磨光机作业至少两次，磨光机作业时应纵横向交错进行。 5.2.3.6磨光机作业后面层仍存在抹纹较凌乱，为消除抹纹，最后采用薄钢抹子对面层进行有序、同向的人工压光，完成修饰工序。 5.2.3.7混凝土终凝后开始养护，当混凝土面层抗压强度达到5MPa时，弹线并用混凝土切割机切割纵横收缩缝，收缩缝每56m左右设置一道，收缩缝深度为30mm。6、材料与设备6.1 材料此工法中使用的材料主要为拌制耐热耐磨混凝土所需的水泥、集料、金属掺合物（钢纤维、铁屑

23、）、掺合料、外加剂等。6.2 机具设备磨光机、混凝土切割机、手推车及常规机具。6.3 劳动组织 表8 劳动力计划量一览表 编号工种名称人 数进场时间1混凝土试验、检验员3按施工进度进场2混凝土工15按施工进度进场3磨光机操作人员4按施工进度进场4普 工10按施工进度进场合计32 注：可根据现场实际情况做调整7、质量控制7.1 本工法质量控制内容所依据的规范及标准：无机地面材料耐磨性能试验方法 GB12988-1991耐热混凝土应用技术规程 YB/T 4252-2011混凝土强度检验评定标准 GB_T 50107-2010混凝土泵送施工技术规程 JGJ/T 10-2011混凝土结构工程施工质量验

24、收规范 GB50204-20027.2 控制施工过程中的耐热耐磨混凝土配合比实施。7.3 耐热耐磨混凝土拌制、运输、浇筑至作业面时的坍落度值控制。7.4 浇筑过程中钢钎维的撒播时间及方法的控制。7.5 混凝土表面收光的处理及养护。8、安全措施8.1 严格执行建筑施工安全检查标准JGJ59-2011。8.2 加强安全教育，使操作人员牢固树立“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，认识到安全生产、文明施工的重要性。8.3 进入现场必须戴安全帽，穿戴好劳动防护用品，防止化学物品对人体的伤害。8.4 严格按国家安全标准及规范进行施工。开好班前会和周安全活动。8.5 现场设专职安全管理人员，各种机具及电

25、器设施要专人专用。8.6 在危险地点设置醒目的安全警示标志。8.7 做好施工现场的安全保卫工作，防止材料丢失。9、环保措施9.1 做好个人防护，统一穿戴安全帽、手套、绝缘鞋等。9.2 根据现场实际情况对材料集中分类堆放，并堆码整齐。9.3工程剩余的施工余料不能随意乱放，需要挖置深坑进行掩埋。9.4 现场施工污水不得随意排放，必须严格按相关要求进行排放。10、效益分析10.1 经济效益通过理论与实践的结合，解决了耐热耐磨混凝土技术在工业厂房中的应用的技术难题，在扩宽了用途的同时，让我们掌握了比较成熟的耐热耐磨混凝土施工技术，为同类似工程施工积累了可靠的、新的施工经验及技术参数，且能带来一定的经济效益和社会效益。10.1.1通过对耐热耐磨混凝土配合比的研究、从混凝土生产到施工、养护等工序质量控制并实施，降低了施工难度，加快了施工工期。10.1.2节约工程直接成本：耐热耐磨混凝土地坪施工一次合格率达98.5%，杜绝了返工，比业主及总包单