超早强混凝土在高炉和轧机工程中的应用.pdf

技术改造与改进 第3 O 卷2 0 1 2 年第 1 期( 总第 1 5 7 期) 超早强混凝土在高炉和轧机工程中的应用 张廷杰松柏尹可孟凯周云鳞 ( 鞍 山市建设工程质量检测 中心鞍 山市建筑工程安全监督站 鞍 山盈建商品混凝土公 司 鞍山 1 1 4 0 0 0 ) 【 摘要】 硫铝酸盐水泥、 高铝( 矾土) 水泥和P 0 4 2 5 普通硅酸盐水泥， 由于其矿物成分和相适应的外加剂 不同 ， 显示其相异 的早 强特 点和使 用范 围。该文根据工程应 用实例做 出 了系统的分析和 比较 。 【 关键词】 超早强钙矾石 综合评述 Ap p l i c a t i o n o f Ex t r a Ea r l y S t r e n g t h Co n c r e t e i n t h e P r o j e c t s o f B l a s t Fur na c e a nd Ro l l i ng M i l l Z HA N G T i n g - j i e ， S O N G B a i ， Y I N K e ， ME N G K a i ， Z H O U Y u n - l i n f 1 A n s h a n C o n s t r u c t i o n Q u a l i t y I nsp e c t i o n C e n t e r ； 2 A nsh a n C o nst r u c t i o n S a f e t y S u p e r v i s i o n S t a t i o n ； 3 A n s h a n Y i n g fi a n C o mm e r c i a l C o n c r e t e C o m p a n y , A nsh a n 1 1 4 0 0 0 ) 【 A b s t r a c t 】 T h e s u l p h a t e a l u m i n i u m c e m e n t ， h ig h a l u m i n a c e m e n t ， P 0 4 2 5 o r d i n a r y p o r t l a n d c e me n t a r e v a fe d i n t h e e a r l y s t r e n g t h c h a r a c t e r i s t i c s a n d a p p l i c a t i o n b e c a u s e t h e mi n e r a l c o mp o s i t i o n a n d t he u s e d a d di t i v e s i n t h e m a r e d i f f e r e n t Th i s a r t i c l e ma k e s t h e di f f e r e n c e a na l y s i s a n d c o mpa r i s o n b e t we e n t he m 【 K e y w o r d s E x t r a e a r l y s t r e n gt h ， e t t r in g it e ， g e n e r al s u r v e y 1 工 程概 况 鞍钢集 团热轧带 钢厂 2 1 5 0 精轧机 F F 混凝 土基础尺寸为2 1 6 m4 8 m0 9 m。设计选用 C 3 0 强度等级混凝土， 浇筑施工时间为2 0 0 5 年5 月。 鞍 钢 3 号 高 炉格 构柱 尺 寸 为 0 9 m0 9 m 1 3 5 m， 于 1 9 9 6年 元 月 1 0日的严 冬 季 节 浇 筑 施 工。为最大限度缩短施工时 间， 尽早投产 ， 创造效 益。工程指挥部提出了“ 一 2 0 C 施工环境下 ， 2 4 h 达 到 2 0 MP a强 度 ” 的 既 定 目标 ， 提 前 进 行 了相 关 试验 。 2 混凝土快硬早强技术原理 低 负温换进下 浇筑施工早强混凝土 ， 通常借 助热 拌混凝 土的初始温度和覆盖保温辅助措施 ， 尽快启动水泥 的水化硬化 。其矿物成分则是实现 快 硬早 强 的内在原 因。如水 泥熟料 中硅酸 三钙 C s 、 铝酸 三钙 C A， 3 d的水化 热分 别为 1 6 3 J g 和 1 4 6 J i g ， 有力促进了水泥的早期水化。亚硝酸钠等 共晶温度为一 1 9 6 ， 确保水泥负温下水硬化 一 1。 泵送剂可在确保拌合物满足施工和易性情况 下减水 1 5 2 5 ， 水灰 ( 胶) 比降低无异 于增加反 应 物 浓 度 ， 促 进 水 化 硬 化 。早 强 剂 的硫 酸钠 ( N a 2 S O ) 、 氯化 钙 ( C a C 1 ) 与水泥水 化物反应 可形 成钙矾石 ( C ， A 3 C a S O 3 2 H ： 0) 、 单硫形水 化硫 铝 钙 ( c ， A C a S O 1 4 H ： 0) 、 氯 铝 酸 钙 ( C ， A C a C 1 1 0 H O ) 、 托渤莫茉石 ( 3 C a 2 S i O 3 H O) 。 针状 、 板状水化物晶体形成骨架 ， 而且每形成 1 摩尔结 晶水 ， 体积膨胀 2 3 盖。 ( 1 置= 1 0 c m) ， 使水泥 石更趋于致密 。库纳德森公式揭示 了混凝土强度 o r 与空隙p 的关系p Or =or 0 e- b p 式中： _ 一 空隙率为零时的混凝土强度 ， 可达 1 5 0MPa； 6 系数 。 水泥化物凝胶和 晶体可充分填充孔径 3 o o X 以上的有害孔 ， 有利于提高混凝土早期强度。高 铝水泥化产物 C A 1 0 H 0和 C A 8 H ： O以及硫铝酸 盐水泥P 042 5 普通硅酸盐水泥水化形成钙矾石等 41 第3 0 卷2 0 1 2 年第 1 期( 总第 1 5 7 期) 技术改造与改进 水化物 晶体 ， 有效提高 了混凝土早期强度 ， 通常常 温 3 d 即可达到 1 0 0 强度 。 3 施工技术要点 ( 1 ) 在 施 工 浇 筑 3号 高 炉 格 构 柱 的 低 负 温 ( - 1 7 - 一 2 2 12 ) 环境下。为防止搅拌、 运输 、 浇筑过 程混凝土拌合物被冻结 ， 即使使用硫铝酸盐配置 的混凝土 ， 仍需用 4 0 1 2 左右热水搅拌 。混凝 土应 在施工现场搅拌， 控制人模温度 1 0 c I= 以上。 ( 2 ) 混凝土分层 ( 4 2 0 mm一层 ) 浇筑振捣 ， 连续 施工 ， 格构柱 内不得 留施工缝 ， 以保持柱结构的整 体性。 ( 3 ) 热 轧带钢厂精轧机基础系用 P 0 4 2 5 普通 硅酸盐水泥配置的 C 3 0 混凝土 。纵然在常温下施 工 ， 仍需覆盖一层塑料薄膜和一层草垫保 温 ， 湿热 养护。 ( 4 ) 矾 土水 泥用 以配制 1 3 5 0 o C耐热混凝土 现 场 建 筑 加 热 炉 炉 墙 。 鞍 山 地 区初 冬 低 温 ( 一 3 1 2 C) 环境施工时 ， 为防止矾土( 高铝 ) 水泥水化产 物 由C A 1 0 H ： 0和 c A 8 H ： 0在超过 3 5 条件下转 化为 c 。 A 6 H： 0导致强度降低 ， 即使冬季施工仍用 冷水搅拌。 ( 5 ) 上 述三种超早 强混凝土 的施 工 ， 应按 GB 5 0 2 4 0 4 -2 0 0 2 4 混凝土结构工程施工验收规范 规 定 ， 在现场停放时间不得超过 3 h ， 倾落高度不得大 于 2 m。 材料用量 ( k g , m 3 ) 混凝土 拌合物 碎石 萘系泵送剂 强度 坍落 水胶比 砂率 P O 4 2 5 4 2 5 硫 水渣 级 普硅 铝酸 砂子 水 1 0 亚硝 等级 度 m m 微粉 粉煤灰 5 - 2 0 早强 剂 水泥 水泥 3 1 5 酸钠 l 2 0- C3 O 0 4 3 0 4 3 2 9 0 8 5 4 5 7 8 0 1 3 O 3 4 0 6 9 0 7 6 + 1 3 l 40 C3 O 8 0-0 0 0 42 0 41 3l 0 90 7 50 1 70 3 6 0 72 0 1 2 4 8 8+0 高铝水 C 3 0 7 0 - 9 0 0 _ 4 2 0 4 0 8 0 7 4 0 1 7 0 3 7 0 7 3 0 8 0 + 0 泥 3 2 0 各龄期强度I MP a 静 弹性模 量， 2 1 d 限制膨胀值 抗冻融循 环 次 耐急冷急热 1 d 3 d 7 d 2 8 d 9 0 d MP a ( 8 5 0 C 空气 ) 次 1 5 2 2 4 6 2 7 4 3 2 3 3 5 9 3 0 2 1 0 4 O O 0 HD 8 3 0 5 2 8 2 91 3 l 0 8 1 2 0 l 8 6 2 4 9 3 4 6 3 1 l1 0 4 0 0 01 O 6 2 8 3 l 1 5 2 2 8 3 1 6 3 2 9 3 0 41 0 4 0 O o o 3 2 0 7 6 1 0 5 1 l 0 注： 1 硫铝酸盐混凝土是按- 2 0 ( 2 ， 2 4 h 获得2 0 MP a 强度配制的， 2 4 h ， 7 2 h 平均养护温度为一 1 8 9 和一 1 2 ( 2 。 2 各龄期强度中分子为强度平均值或代表值 ， 分母为占设计强度的百分率。 一 42一 下转第4 5页 技术改造与改进 第3 0 卷2 0 1 2 年第1 期( 总第 1 5 7 期) 起套阶段。 6 活套稳定性分析 可能有许多原因引起活套不稳定 。通常一个 调整好的活套不会不稳定 。所以一旦发现活套 出 现不稳定现象， 不要轻易通过修改活套高度的办 法来使活套稳定下来 。活套的动态性能与有关机 架传动装置的速度控制动态特性有关 。正常情况 下 ， 对于同一轧件由头部至尾部活套允许有 1 0 m m的变化。由于活套 比例控制增益的调整不 当会引起活套的不稳定 ， 且具有以下的特点： 活 套振荡周期为2 s 左右。由轧件的头部至尾部， 振荡 的幅值和频率都是均匀的 ， 通 过适 当调整控 制增益 ， 即可消除这种振荡。 由于机械原因造成的活套振荡则具有如下典 型的特点 ： 振荡周期为0 1 0 5 s 。振荡从形 成活 套后就开始 ， 而且振 幅沿着轧 件长度方向有 规律地变化 。通常这是 由于机械调整不当或活套 台设计不合理 引起 的 ， 可通过调整 一下起套辊及 支撑辊的位置来解决。若活套向一侧倾斜， 则可 通过降低活套高度和调整支撑辊来解决。 轧制过程本身也可能引起活套振荡 ， 这种振 荡的特征为： 发生振荡的活套试图与机架另一 侧的活套“ 交换” 轧件， 即当其套量降低时， 另一侧 的活套 则升高 ， 通 常这是 由于导卫安装不 当引起 的。它使轧件在辊缝中有规律地摆动， 结果使该 机架的压延发生了变化。振荡的周期为 2 4 s 。在整个轧件期间振幅和频率的变化均匀。 控制的比例因子降低一半， 振荡更为严重。 此外 ， 若活套扫描器 引起 了活套的振荡 ， 活套 会无规则地跳动， 其幅值和频率的变化无规律， 甚 至振荡时有时无。 7 结束语 通过 以上 的对活套控制进行 的分析 ， 更充分 了解活套控制 中易出现的问题及对策 。目前新钢 高线厂在中轧至精轧机组间设置的 7 个立活套和 1 个水平活套都工作正常， 起到了稳定产品质量的 作用。 ( 2 O l 1 - 0 7 - 1 3 收稿) 上接第4 2 页 4 技术经济分析与评述 三种超早强混凝土的配合比及性能见表 1 。 5 结束 语 ( 1 ) 一 1 2 1 9 负温环境 中 ， 硫 铝酸盐水泥具 有相 当好的早强效果 ， 1 d ， 3 d 龄期分别达到 6 2 和8 3 这是一种适应负温条件下选用的超早强 混 凝土。亚硝 酸钠和高效减水 ( 泵送 ) 剂 ， 是迄今 认为最佳的复合外加剂。 ( 2 ) 较低温度 ( 一 3 1 2 ) 条件 下 ， 高铝 ( 矾土 ) 水泥配制 的混凝土具有颇佳 的早期强度 ， 1 d ， 3 d 分 别达 到 了7 6 和 1 0 5 ， 又有较好 的耐急冷 急热性 ， 而且适于配制 1 3 5 0 C 耐 热度的高级耐热 混凝土 ， 可用于高炉和其他的热工设备施工。 ( 3 ) P 0 4 2 5 普 通硅酸盐水泥是一种不难 获得 的水硬性胶凝材料。用其配制的早强混凝土在常 温下亦具有令人满意的早期强度 ， 1 d ， 3 d 龄期分别 达到了5 2 m ， 和8 2 ， 具有较好的抗冻性和耐 久性 。 上述三种混凝土形成 了负温 、 低温 、 常温条件 下的超早强混凝土品种系列。 ( 4 ) 硫铝酸盐水泥 、 普通硅酸盐水泥配制的超 早强混凝土分别用于高炉格构柱和精轧机基础工 程 ， 缩 短 了工期 2 d 和 3 d ， 创直接经济效益分别为 2 5 万元和4 0 万元。 参考文献 【 1 1 李文利 建筑材料 北京： 中国建材工业出版社 2 0 0 6 【 2 】 张彤等 绿 色大体积智能混凝土的研发及其工程应 用 混凝土 ， 2 0 0 5 ( 3 ) ： 3 2 - 3 3 【 3 】 周云鳞 C AS 活性 载体 复合防冻剂混凝土 ， 低 温建筑 技 术 1 9 8 8 ( 3 ) ： 5 4 - 5 5 【 4 】 白云香等 用矿粉激发荆提高混凝土耐久性的试验 研 究 混凝土 ， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 1 7 - 1 8 ( 2 0 1 1 - 0 6 - 2 9 收 稿 ) 45