耐酸和防辐射混凝土

第七节　耐热、耐酸和防辐射混凝土

一些特殊使用场合的混凝土还应满足特殊要求，如耐热、耐高温、耐酸或碱的腐蚀，具有防辐射功能等。本节将简要介绍耐酸混凝土、耐热混凝土和防辐射混凝土。

一、耐热混凝土

耐热混凝土是指能长期在高温（200～900℃）作用下保持所要求的物理和力学性能的一种特种混凝土。普通混凝土不耐高温，故不能在高温环境中使用。其不耐高温的原因：水泥石中的氢氧化钙及石灰岩质的粗骨料在高温下均要产生分解，石英砂在高温下要发生晶型转化而产生体积膨胀，加之水泥石与骨料的热膨胀系数不同，所有这些，均将导致普通混凝土在高温下产生裂缝，强度严重下降，甚至破坏。

耐热混凝土是由适当的胶凝材料、耐热粗、细骨料及水（或不加水），按一定比例配制而成。根据所用胶凝材料不同，通常可分为下面几种。

1.硅酸盐水泥耐热混凝土

硅酸盐水泥耐热混凝土是以普通水泥或矿渣水泥为胶结材料，耐热粗、细骨料采用安山岩、玄武岩、重矿渣、黏土碎砖等，并以烧黏土、砖粉、磨细石英砂等作磨细掺合料，再加入适量的水配制而成。耐热磨细掺合料中的SiO₂和Al₂O₃在高温下均能与CaO作用，生成稳定的无水硅酸盐和铝酸盐，它们能提高水泥的耐热性。普通水泥和矿渣水泥配制的耐热混凝土其极限使用温度为700～800℃。

2.铝酸盐水泥耐热混凝土

铝酸盐水泥耐热混凝土是采用高铝水泥或低钙铝酸盐水泥、耐热粗细骨料、高耐火度磨细掺合料及水配制而成。这类水泥在300～400℃下其强度会发生急剧降低，但残留强度能保持不变。到1000℃时，其中结构水全部脱出而烧结成陶瓷材料，则强度重又提高。常用粗、细骨料有碎镁砖、烧结镁砂、矾土、镁铁矿和烧结土等。铝酸盐水泥耐热混凝土的极限使用温度为1300℃。

3.水玻璃耐热混凝土

水玻璃耐热混凝土是以水玻璃作胶结料，掺入氟硅酸钠作促硬剂，耐热粗、细骨料可采用碎铬铁矿、镁砖、铬镁砖、滑石、焦宝石等。磨细掺合料为烧黏土、镁砂粉、滑石粉等。水玻璃耐热混凝土的极限使用温度为1200℃。施工时应注意：混凝土搅拌不加水，养护混凝土时禁止浇水，应在干燥环境中养护硬化。

4.磷酸盐耐热混凝土

磷酸盐耐热混凝土是由磷酸铝和以高铝质耐火材料或锆英石等制备的粗、细骨料及磨细掺合料配制而成，目前更多的是直接采用工业磷酸盐配制耐热混凝土。这种耐热混凝土具有高温韧性强、耐磨性好、耐火度高的特点，其极限使用温度为1600～1700℃。磷酸盐耐热混凝土的硬化需在150℃以上烘干，总干燥时间不少于24 h，并且硬化过程中不允许浇水。

耐热混凝土多用于高炉基础、焦炉基础、热工设备基础及围护结构、炉衬、烟囱等。

二、耐酸混凝土

能抵抗多种酸及大部分腐蚀性气体侵蚀作用的混凝土称为耐酸混凝土。

水玻璃耐酸混凝土是由水玻璃作胶结料，氟硅酸钠作促硬剂，与耐酸粉料及耐酸粗、细骨料按一定比例配制而成。耐酸粉料由辉绿岩、耐酸陶瓷碎料、含石英高的材料磨细而成。耐酸粗、细骨料常用石英岩、辉绿岩、安山岩、玄武岩、铸石等。

配制耐酸混凝土时，水玻璃的用量一般为240～300 kg／m³，促凝剂氟硅酸钠用量为水玻璃用量的12%～19%。水玻璃模数越大，相对密度越小，氟硅酸钠用量也越少。砂率一般应控制在38%～45%。耐酸粉料与骨料的质量比为0.35～0.42。为进一步提高水玻璃混凝土的密实度，可在配制时掺加聚合物改性剂，如呋喃类有机单体、水溶性低聚物、水溶性树脂等。水玻璃耐酸混凝土养护温度应不低于5℃，养护宜在相对湿度低于50%的较干燥环境中进行。拆模时间与养护温度有关，温度越高，拆模时间越短。5～10℃时养护时间不少于7 d，30℃以上1 d即可拆模。为提高水玻璃耐酸混凝土的耐蚀性、耐水性和抗渗性，需对其表面进行酸化处理。

水玻璃耐酸混凝土能抵抗除氢氟酸以外的各种酸类的侵蚀，特别是对硫酸、硝酸有良好的抗腐性，且早期强度较高，其1 d强度可达28 d强度的40%～50%，3 d可达70%～80%，28 d抗压强度一般可大于25 MPa。多用于化工车间的地坪、酸洗槽、贮酸池等。

另外有一种硫磺耐酸混凝土，也称硫磺混凝土。它是以熔融硫磺为胶结料与耐酸骨料和粉料拌和，冷却固化形成的一种耐酸材料。硫磺混凝土不同于水泥混凝土，水泥的水化（化学过程）是随时间逐渐进行的，30 d只能达到60%～70%的抗压强度。而硫磺由熔融态冷却至固态属纯物理过程，其强度发展迅速，1 d内即可达到100%的抗压强度。因此，硫磺混凝土是一种早强快硬的材料。

不经改性的硫磺混凝土的韧性较差，当工程对韧性要求较高时，必须掺加改性剂进行改性。其力学性能见表7－13所示。

表7－13　硫磺混凝土的力学性能

三、防辐射混凝土

能遮蔽对人体有危害的X射线、γ射线及中子辐射等的混凝土，称为防辐射混凝土。对有害辐射屏蔽的效果与辐射途经的物质的质量近似成正比，而与物质的种类无关。防辐射混凝土通常采用重骨料配制而成，混凝土的表观密度一般在3　360～3　840 kg／m³，比普通混凝土高50%。混凝土愈重，防护辐射性能越好，且防护结构的厚度可减小。但对中子流的防护，混凝土中除了应含有重的元素如铁或原子序数更高的元素外，还应含有足够多的轻元素——氢和硼。

配制防辐射混凝土时，宜采用胶结力强、水化热较低、水化结合水量高的水泥，如硅酸盐水泥，最好使用硅酸钡、硅酸锶等重水泥。采用高铝水泥施工时需采取冷却措施。常用重骨料主要有重晶石（BaSO₄）、褐铁矿（2Fe₂O₃·3H₂O）、磁铁矿（Fe₃O₄）、赤铁矿（Fe₂O₃）、碳酸钡矿、纤铁矿等。另外，掺入硼和硼化物及锂盐等，也可有效改善混凝土的防护性能。

防辐射混凝土用于原子能工业以及国民经济各部门应用放射性同位素的装置中，如反应堆、加速器、放射化学装置等的防护结构。