第十九章 耐 火 混 凝 土第一节 概 述作为特种混凝土材料之一的耐火混凝土，是一种不经煅烧的新型耐水材料耐火混凝土不同于耐热混凝土，指的是短时间内暴露在900℃以上的温度中，没有反覆加热的情况，并在高温作用下保持所需要的物理力学性能的特种混凝土一、耐火混凝土的定义及特点（一） 定义耐火温凝土是由适合的胶凝材料（或加入外加剂）、耐火骨料（包括掺入磨细的矿物掺合材料）和水（或其液体）按一定比例组成，经搅拌、成型、养护而获得的耐火度高达1500℃以上的混凝土二） 特点耐火混凝土主要代替耐火砖用于工业窑炉上在窑炉的膛壁或主体结构上使用耐火混凝土征收耐火砖相比，其优点是生产工艺简单，能预制成大块，施工效率高，易于满足异形部位施工和热工要求，维修费用少，使用寿命长，成本低廉，其应用日益广泛，现已成为不定形耐火材料的一个重要品种二、耐火混凝土的分类耐火混凝土种类繁多一般来说，根据胶凝村料、耐火骨料的性质及松堆密度，耐火混凝土可分为以下诸类：（一）按胶凝材料分类耐火混凝土根据胶凝材料的凝结条件（或结合剂种类）不同，分为以下三类：1.水硬性耐火混凝土（或水泥结合耐火混凝土）此耐火混凝土所用胶凝材料为硅酸盐水泥，普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、高铝水泥、低钙铝酸盐水泥和铝-60水泥；粗骨料为碎粘土熟料、红砖、铬铁矿、矿渣和安山岩等；掺合材料为磨细铬铁矿、镁砖、烧结镁砂、粘土熟料、浮石、粉煤灰、铝铬渣份和硅藻土等。
这种耐火混凝土使用温度在1200℃以下，如用矿渣硅酸盐水泥及耐火度低的骨料和掺合材料所配制的耐火混凝土，其使用温度不超过900℃2.火硬性耐火混凝土（或粘土结合耐火混凝土）此耐火混凝土所用胶凝材料为高铝水泥、低钙铝酸盐水泥、纯铝酸钙水铝、工业磷酸或磷酸铝；粗细骨料及磨细掺合材料均为碎镁砖、烧结镁砂、烧焦宝石、矾土、镁铁、高铝质耐火材料、锆英石和粘土熟料等这种耐火混凝土具有高温韧性强、耐磨性好、耐火度高等特点，在低温、中温和高温作用下都具有良好力学性能如采用铝酸盐水泥配制火硬性耐火混凝土，其使用温度分别为1400℃（高铝水泥）、1600℃（钙铝酸盐水泥）、1800℃（纯铝酸登上水泥）如采用磷酸盐，其极限使用温度可达1500-1700℃3.气硬性耐火混凝土（或化学结合耐火混凝土）此耐火混凝土所用胶凝材料为水玻璃（Na20·nsi02），并用氟硅酸钠（Na2SiF6）作固化剂；粗细骨料为碎铬铁矿、镁砖、铬镁砖、烧结镁砂、粘土熟料、石英砂、滑石、焦宝石、镁橄榄石和安山岩等；磨细掺料为粘土熟料、石英砂、镁砂、滑石和安山岩等这种耐火凝土的最高使用温度为1200℃二）按骨料矿物成分分类按粗细骨料的化学成分及矿物组成不同，耐火混凝土分为以下三类：1. 铝质耐火混凝土此耐火混凝土所用骨料的主要化学成分为A12O3，如高铝质耐火材料其含量大于60%。
这种混凝土的特点是耐火度都比较高，一秀都在1800℃以下，甚至更高2. 硅质耐火混凝土此耐火混凝土所用骨料的主要化学成分为Si02，如石英砂、焦宝石等含量都较多这种混凝土的耐火度一般都在1200℃以下3.镁质耐火混凝土此耐火混凝土所用骨料的主要化学成分为Mgo，如镁铁矿、镁砖、镁砂等这种混凝土的耐火度一般在800℃以下三）按堆密度分类按堆密度的大小不同，耐火混凝土分为以下两类1.普通耐火混凝土此耐火混凝土所用骨料系指一般的石材，如河卵石、石灰岩、碎石等，骨料的松堆密度都较大2.轻质耐火混凝土此耐火混凝土所用骨料系指天然轻骨料（如浮石等）、（人造轻骨料）（如陶粒、珍珠岩等）及工业废渣轻骨料（如煤渣、粒化高炉矿渣等），骨料都较轻，松堆密度小 耐 火 混 凝 土 的 种 类 表19-1混 凝 土 种 类工作温度极限（℃）水 泥 品 种骨 料结构用耐火混凝土耐热混凝土3001000硅酸盐水泥高铝水泥普通岩石细颗粒、碱性火成岩（玄武岩、粗粒玄武岩），经热处理的多孔骨料（砖溶液、膨胀页岩）普通耐火混凝土1350高铝水泥耐火砖超耐火混凝土14501350-1600铝酸钙水泥高铝水泥铝酸钙水泥耐火砖砖火菱镁矿、碳化硅、矾土、耐火泥耐火骨料（四）按用途分类耐火混凝土按其用途不同分类见表19-1。
第二节 耐火混凝土的原材料选择耐火混凝土的原材料主要有胶凝材料和耐火骨料，主要原材料的性质决定了耐火混凝土的特性和用途如能合适地选用材料则混凝土能圆满地用于高温的窑炉设备中，可代替耐火砖用于需要复杂形状或用于整体结构中为了获得性能良好的耐火混凝土，对原材料应有严格的要求，特别是对水泥和骨料的耐火性需作选择（表19-1），并应根据耐火混凝土处于酸、碱或中性的同使用环境条件，采用与之相适应的原材料一、胶凝材料和胶结材料配制耐火混凝土所用的水泥胶凝材料有硅酸盐类水泥和铝酸类水泥两类1.硅酸盐类水泥（1）水泥性能：常用的硅酸盐类水泥有硅酸水泥、普通硅酸水泥和矿渣硅酸盐水泥其性能除应符合国家标准规定和各项技术指标外，水泥中不得含有石灰类杂质，矿渣硅酸盐水泥中其矿渣掺量不得大于50%所有水泥的标号不得低于325号①硅酸盐水泥其强度指标见表19-2 硅 酸 盐 水 泥 强 度 指 标 表19-2水 泥 标 号抗压强度（Mpa）抗折强度（Mpa）3d7d28d3d7d28d425425R525525R625625R725R17.722.022.627.028.432.037.026.5-33.3-42.2--41.741.751.551.561.361.371.13.34.14.14.94.95.56.24.5-5.3-6.1--6.36.37.17.17.87.88.6②普通硅酸盐水泥其强度指标见表19-3③矿渣硅酸盐水泥其强度指标见表19-4（2）改善水泥耐火性的措施：欲改善硅酸盐类水泥的耐火性能和提高耐火混凝土的耐火温度，通常采用掺混合材料的方法。
①为了改善硅酸水泥和普通硅酸盐水泥的耐火性能，在硅酸盐水泥中就适量掺入磨细的矿物掺料因为水泥在水化过程中产生的Ca(OH)2在400-595℃高温下将脱水变成CaO，体积收缩但是混凝土受热后再冷却时，CaO吸收空气中的水分而消解，产生体积膨胀，从而导致水泥石开裂硅酸盐水泥的矿物经水化后，在正常养护条件下，最大的Ca(OH)2析出量约为10%为了结合这些Ca(OH)2，约需要12%左右（占水泥用量）的SiO2或27%的粘熟料 普通硅酸盐水泥的强度指标 表19-3水 泥 标 号抗压强度（Mpa）抗折强度（Mpa）3d7d28d3d7d28d275325425425R525525R625625R725—11．815．721．020．626．026．531．036．015．718．624．5-31．4—40．2——27．031．941．741．751．551．561．361．371．1—2．53．34．14．14．94．95．56．23．23．64．55．36．14．95．46．36．37．17．17．87．88．6矿渣硅酸盐水泥强度指标 表19-4水 泥 标 号抗压强度（Mpa）抗折强度（Mpa）3d7d28d3d7d28d275325425425R525525R625R19．023．028．012．814．720．628．427．031．941．741．751．551．561．34．04．65．22．73．24．14．94．95．46．36．37．07．17．8②硅酸盐水泥石中水化硅酸二钙的最大含量约为40%。
欲使硅酸盐水泥配制的水硬性耐火混凝土在高温下不会引起强度剧烈降低，需再掺入适量的SiO2a或粘土熟料的磨细掺料，这种掺料均匀分布在水泥石中，能加速Ca(OH)2及水化硅酸二钙与粘土熟料或SiO2a的固相反应，生成无水的硅酸钙和铝酸钙，关可减少凝胶体脱水收缩此外，为了消除游离Ca(OH)2结合生成熔点为1880℃的亚铬酸一钙而菱镁矿在高温时不会与硅酸盐水泥石中的矿物起作用而成为高耐火度的方镁石颗粒水泥在高温时的熔融物覆盖于方镁石颗粒表面，起着固相颗粒间胶粘剂的作用这样，能有效地提高混凝土的耐火度和荷量软化点，并减少高温的烧缩2、铝酸盐类水泥（1）高铝水泥：又称巩土水泥，其矿物组成是以铝酸钙为主，氧化铝含量约50%的熟料，磨制而成的水硬性胶凝材料其强度指标见表19-5，它是一种硬化很快，但凝结时间正常的水泥，其3d龄期强度可达最大强度值的100%左右或达到水泥标号（28d龄期强度值）水泥在常温下与水化合反应进行得很快且很剧烈，同时有大量热量放出水泥常温水化产物处在亚稳状态，随着时间的推移，这些水化物要向形成稳定的水化物方向转化化泥的水化物在高温下分解后可以生成瓷质的材料（二次莫来石），具有良好的耐热性，再与耐火骨料结合则可配制成性能极好的不定形的耐火材料——耐火混凝土。
高 铝 水 泥 的 强 度 指 标 表19-5水 泥 标 号抗压强度（Mpa）抗折强度（Mpa）1d3d1d3d42552562572535.345.154.964.741.751.661.371.13.94.95.96.94.45.46.47.4高铝水泥是一种相当不纯的铝酸钙混合物，含有许多铁、二氧化硅和铝酸一钙（CA）2）高铝水泥-60：以倒焰窑生产，水泥的化学成分中A12O3 ≥60%，耐火度为1520-1550℃，强度见表19-6高铝水泥-60的强度指标（实例） 表19-6强 度 种 类抗压强度（Mpa）抗折强度（Mpa）龄 期3d7d3d7d强度指标40.0-50.060.0-70.03.7-4.14.4-5.3(3)高铝水泥-65：应符合JC236-81《高铝水泥-65》的有关要求它是以铝酸钙为主要矿物组成，氧化铝含量约为65%的熟料，磨细制成的水硬性胶凝材料其强度和耐火度指标见表19-7高铝水泥–65的强度和耐火度指标 表19-7水 泥 标 号抗压强度（Mpa）抗折强度（Mpa）净水泥试锥耐火度(℃)1d3d28d1d3d28d52562511．814．722．526．551．561．31．52．02．93．45．46．4≮1610≮1580（4）纯铝酸钙水泥：水泥化学成分中A12O3含量为70%-75%，耐火度为1730-1750℃，其强度指标见表19-8。
纯铝酸钙水泥的强度指标（实例） 表19-8强 度 种 类抗压强度（Mpa）抗折强度（Mpa）龄 期1d3d7d1d3d7d强度指标30.048.065.02.43.54.0(5)超高铝水泥：水泥化学成分中A12O3含量约为80%，耐火度1770-1790℃，其强度指示见表19-9这是一种非常纯净的铝酸钙水泥，仅含有CA、C3A5和C12A7用于很高温度下 超高铝水泥的强度指示（实例） 表19-9强 度 种 类抗压强度（Mpa）抗折强度（Mpa）龄 期1d3d1d3d强度指标16.919.33.5-（二）粘土胶结材料粘土胶结材料属于陶瓷胶结材料的一种，应用最为广泛1）粘土胶结材料所用的粘土为软质粘土（又称结合中粘土），能在水中分散，可塑性良好，烧结性能优良2）粘土技术指标参考《软质及半软质粘土》《YB2213-78》中有关规定，见表19-10粘土技术指标规定 表19-10级 别化 学 成 分（%）耐火度烧失量Ai2O3+TiO2Fe2O3(℃)（%）一级品二级品三级品>3026-3022-26≤2.0≤2.5≤3.5≥1670≥1610≥1580≤17≤17≤17(三)化学胶结材料配制耐火混凝土所用化学胶结材料通常有水玻璃和磷酸盐两类。
1、水玻璃水玻璃又称泡花碱，是由碱金属硅酸盐组成的，其化学分子通式为R2O·nSiO2（参见第十四章水玻璃耐酸混凝土）工业氟硅酸钠的含量不应于90%，其掺量一般为10%-12%左右配制耐火混凝土常用的是液体钠水玻璃，其技术条件见表19-112、磷酸盐磷酸盐的种类很多，在耐火混凝土中普遍应用磷酸铝磷酸铝溶液通常是用活性较大的工业氢氧化铝与磷酸反应而制得，其化学反应产物为：磷酸二氢铝（A12O3·3P2O5·6H2O）、磷酸一氢铝（A12O3·3P2O5·6H2O）和磷酸铝（A12O3·P2O5）名种磷酸铝的化学组成列于表19-12目前，更为普通的是直接采用磷酸配制耐火混凝土磷酸胶结材料一般由工业磷酸调制而成，磷酸浓度是决定耐火混凝土耐高温性能的重要因素磷酸有三种：正磷酸（H3 PO4）、 水 玻 璃 的 技 术 条 件 表19-11项 目中性水玻璃碱性水玻璃1：3.3（Na2O·3·3sio2）1：2.4（Na2O·2·4sio2）比密度（20℃）波美度（OBe′）Na2O（%）SiO2（%）摩尔比（n）Fe2O（%）水不溶物（%）1.376-1.386408.52-9.0927.20-29.101:3.3<0.060.71.376-1.3864010.14-10.9423.60-25.501:2.4<0.060.71.530-1.5505113.10-14.2030.30-33.101:2.4<0.080.7 磷 酸 铝 的 化 学 组 成 表19-12名 称化 学 式分 子 量化 学 组 成 (%)A12O3P2O5H2O磷酸二氢铝磷酸一氢铝磷酸铝A1(H2PO4)3A12(HPO4)3A1PO4317.89341.87121.9516.029.841.867.062.358.217.07.9-焦磷酸(H4P2O7)和偏磷酸(H P O3).正磷酸是稳定的一种,所以配制耐火混凝土主要采用正磷酸(简称磷酸),常用工业磷酸的成分为H3PO4·0·5H2O,浓度通常为85%,配制耐火混凝土所用的磷酸浓度一般为40%-60%,因此可按表19-13加水稀释后使用.为了节约昂贵的工业磷酸,可掺入电镀用废磷酸(经过蒸发浓缩,比密度1.48-1.50)与浓度为50%的工业磷酸对半调成比密度为1.38%1.42%的磷酸溶液,其效果不亚于工业磷酸。
磷 酸 稀 释 加 水 表19-13磷酸浓度（%）比密度（ g/㎡）第1㎏磷酸的中水量（㎏）磷酸浓度（%）比密度（g/㎡）第1㎏磷酸的加水量（㎏）2040 42.5451．1131．2541．2741．2933．2501．1251．0000．889506070851．3351．4261．5 261．6890．7000．4170．2140二、耐火骨料配制耐火混凝土的骨料包括粗骨料（粒径≥mm）、细骨料（0.15-5mm）和粉料（粒径≤0.88mm）粗细骨在耐火混凝土组成中用量最多，起骨架作用，因其化学组成的不同，决定或显著影响混凝土的高温性能和适用范围粉料除起着填充空隙、改善施工性能和保证密实度的作用外，有时可与某些胶结材料发生反应，使耐火混凝土具有强度或其实它性能一）耐火骨产的要求用作耐火混凝土的骨料，主要是耐火性能较高的岩石和废砖经破碎后的碎石、碎砂和粉料1、骨料粒度骨料粒度对耐火混凝土性能有明显影响如荷载软化点随骨料的临界粒度而变化，颗粒加大，荷载软化的始点温度提高这是因为太颗粒的骨料的高温作用下不易变形的缘故。
当临界粒度增大到7mm时，其荷载软化点虽然较高，但压制成型性能差，容易缺角掉棱，烘干强度也低因此，对压制成型的磷酸高铝耐火混凝土，临界粒度一般以3-5mm为宜耐火混凝土在加热至高温后，其强度降低的主要原因之一，是由于胶凝材料与骨料之间绝对变形不同而产生的应力引起的为了减少强度的降低，采用较小颗粒的骨粒也具有一定的效果2、骨料级配颗粒的级配组成，一般都采用混合粉碎后的自然级配但是为了达到颗粒的最大松堆密度，必要时也采用人工级配，这样可得到较致密的制品，对提高耐火混凝土的性能有利耐火骨料除耐火性能必须满足耐火混凝土的使用温度外，其级配还应府合表19-14的要求 耐 火 骨 料 的 级 配 表19-14筛孔尺寸（mm）筛 余 量 （%）细骨料粗骨料细砂和碎石混合物201051.20.30.15——85-10045-805-300-2595-10040-70 ————10065-4540-4520-352-50-10(二)耐火骨料的有规定将耐火混凝土常用骨料按化学组成不同分类，对各种耐火骨料的有关规定如下：1、粘土质耐火骨料这种骨料主要指硬质粘土熟料（焦宝石熟料），其A12O3含量为30%-50-，矿物成分为高岭石、叶腊石，并有石英、硫铁矿、金红石、方解石和云母等杂质。
作为耐火混凝土的骨料，应符合《不定形耐火材料用硬质质粘土骨料的粉料》（YB1214-78）中有关规定（表19-15）2、高铝质骨料高铝质骨料主要指高铝巩土熟料，其A12O3含量应大于45%，矿物成分为莫来石（3A12O3·2SiO2）、刚玉（a-A12O3）和微量方石英等作为耐火混凝土的骨料，应符合《不定形耐火材料用高铝矾土骨料和粉料》（YB2215-78）中有关规定（表19-16）3、半硅质骨料作为耐火混凝土骨料，在实际应用中仅有叶腊石（A12O3·4SiO2·H2O）其理论成分主SiO2—66.7%; A12O3—283%；H2O—5%叶腊石并可不经煅烧直接用作骨料，其技术 硬质粘土熟料骨料技术条件 表19-15序 号化 学 成 分（%）吸 水 率(%)耐 火 度（℃）A12O3Fe2O3NG-14NG-36NG-830≥42≥36≥30≤2.7≤3.5—≤3.0≤5.0≤5.0≥1730≥1670≥1630 高铝矾矾土熟料骨料技术条件 表19-16序 号化 学 成 分（%）吸水率(%)耐火度（℃）A12O3Fe2O3CaOLG-85LG-80LG-60LG-50≥85≥80≥60≥50≤2.7≤3.2≤3.5≤2.7≤0.8≤0.8≤0.8≤.0.8≤3.0≤5.0≤7.0≤6.0>1770>1770≥1770≥1770指标见表19-17 叶 腊 石 技 术 指 标 表19-17类 型化 学 成 分 （%）比密度(g/㎡)耐火度（℃）SiO2A12O3Fe2O3CaOTiO2K2O烧失量高岭石－叶腊石水铝石－叶腊石叶腊石石英－叶腊石50．9548．0265．8271．2936.7542.1628.1922.620.47－－0.190.260.130.180.130.150.23－0.191.04－－－9.359.805.324.302.752.952.792.271710-1731750-177171016904、硅质骨料以SiO2含量小于96%的硅石为主要硅质骨料，为了促进石英转变为方石英或磷石英，在配制耐火混凝土时一般均为加入矿剂，通常采用的矿化剂为铁磷以及氧化钙和氧化锰等。
作为而火混凝土骨料，硅石骨料指标应符合《硅石》（YB2416－81）中的有关规定（表19-18） 硅 石 技 术 指 标 表19-18等 级化 学 成 分（%）耐 火 度（℃）吸 水 率(%)SiO2A12O3CaO特级品一级品二级品≥98≥87≥96≤0.5≤0.1≤1.3≤0.4≤0.5≤1.0≥1750≥1730≥1710≥3.0≥4.0≥4.0此外，还经常利用硅砖碎分级后颗粒作为硅质骨料5、镁质骨料镁质骨料主要包括镁石质、镁橄榄石质以及白支石质等种，按其化学性质又称碱性骨料应用最多的是镁砂，制造镁砂的原料是菱镁矿或从海水及盐湖中人工提取的氧化镁等，我国目前主要是用菱镁矿制取镁砂，即将菱镁矿预先在坚窑等热工设备中，经高温煅烧制成烧结镁石以供使用作为耐火混凝土骨料，应符合《镁砂》（GB2273－80）中的有关规定（表19-19）烧结镁砂经过精选项，在电弧炉中熔融，制得电熔镁砂，其特点是纯度高，耐高温情能好，抗碱性渣浸蚀能力强和热震稳定性好等 镁 砂 技 术 指 标 表19-19类 型化 学 成 分 （%）比密度(g/㎡)（不小于）MgO（不小于）SiO2（不大于）Fe2O3（不大于）CaO（不大于）烧失量（大小于）普通镁砂MS-91MS-89MS-87GMS-84CMS-88DaMS-83DaMS-78Da918987848883784.55.07.09.04.05.06.0－－－－－－－1.62.52.52.55.08.012.00.30.50.50.50.50.80.83.543.533.513.51－－－合成镁砂MST80－9－－－6、特殊骨料以为造成骨料为主，如碳化物、氮化物等，也有天然原料或经再加工的原料，如锆英石等，我国也常将刚玉和合成莫来石归此类。
特殊骨料的特点是纯度高，耐高温性能好，抗化学侵蚀能力强，但由于价格昂贵，一般限于特殊部位使用，其中以刚玉、碳化硅、锆英石应用较多1）刚玉：配制耐火混凝土所用刚玉系指人造刚玉，由工业氧化铝或土矿经电熔可烧结后制得电熔工业氧化铝获得白色刚玉，A12O3含量为99%；以铝土矿作原料制得的普通电熔刚玉，其A12O3含量为91%-93%，分级规定见表19-20 人 造 刚 玉 的 化 学 成 分 表19-20等级 化 学 成 分 （%）A12O3TiO2Fe2O3一级品二级品>94>90<4<5<2.5<3.5(2)碳化硅；又称金刚砂，是由SiO2和硅质原料（主要为焦炭）混合通电流后制得工业碳化硅的化学成分主要是SiO，还有碳化铁、胶体炭和氧化物等杂质以粘土为胶结材料制造的碳化硅其性能见表19-21 碳 化 硅 的 技 术 指 标 表19-21制 法化学成分（%）显气孔率(%)比密度(g/㎝2)耐火度(℃)荷载软化开始温度（2MPa）（℃）导热系数（W/m·k）SiCSiO2压 制捣 打86．8886．9210．059．531．4－2．10－>1800>1800162016407．339．88（3）锆英石（ZrSiO4）：它是一种天然原料，其理论成分为：氧化锆（ZrO2）含量为97.03%，二氧化硅（SiO2）含量为32.97%。
锆英石耐火性能良好，我国资源丰富，但品位偏低，Zr O2含量只有55%左右7、其化骨料其它包括某些天然骨料，可以不经煅烧直接作主耐火混凝土的骨料，已经使用的有高炉矿渣，白砂石、安山岩、玄武岩、辉绿岩、浮石等三）轻质骨料1、天然轻骨料如前所述，天然轻骨料如浮石、沸石、火山渣等，在某些地方其蕴藏量很大2、人造轻骨料人造轻骨料的生产制造成：利用天然原料加热膨胀而成的人造轻骨料，台蛭石、页岩陶粒、膨胀珍珠岩等；利用加入外加物煅烧面成的要造轻骨料，如多孔粘土熟料等；利用高温熔融而成人造轻骨料，如氧化铝空心球等；利用轻质耐火制品或碎块制成轻骨料其常用产品有：（1）轻质耐火砖轻骨料；用废旧轻质耐火砖经破碎筛分后制得2）多孔熟料轻骨料；用硬质粘土或高铝矾土为原料，磨细后加入外加物，经煅烧后获得的多孔熟料，具有强度高，高温性能稳定，适宜于在1200-1400℃温充范围内使用3）氧化铝空心球轻骨料；用工业氧化铝经高温电熔吹制而成，颗粒为白色、人心，薄壁的小球，其化学成分为AI2O3>99.5%,SiO20.1%-0.2%,h具有松堆密度小、导热系数低、强度大、耐火度高等特点，但价格高，一般只用于高温特殊部位。
四）磨细掺合材料配制耐火混凝土用的磨细掺合材料不应含有灰石、方解石等在高温下易分解的杂质，以免影响混凝土的强度和耐久性对磨细掺合材料的具体要求，可参考表19-22三、外加剂配制耐火混凝土时，不同的胶结材料应选用各自的促硬剂，用化学或粘土（陶瓷）胶结材料时，其促硬剂尤其重要，往往成为必不可少的组分有水泥胶结材料时，一般应为适合某种需要的附加组分1．纯铝酸钙水泥耐火混凝土用促硬剂耐火混凝土掺合材料技术要求 表19-22耐火混凝土掺合材料种业粘土熟料粘土耐火砖黄土高铝砖矾土熟料冶金镁砂镁砖铬铁矿石英粉煤灰通过0.08mm筛孔筛余不少于（%）水泥类水玻璃类7050705070－70－70－－70－7085－－8585－化学成分A12O3Fe2O3SO3SiO2CaOMgOCr2O3烧失量≥30≤5.5≤0.3≥30≤5≥70≤8≤8≥65≥48≤4≤4≥88≤0.6≤16≤8≤1.5≥4.5≥90≥25≤4≤8纯铝酸钙水泥在常温下早期强度较高，以往很少再加入促硬剂，为了调整其硬化性能，国外已经引用各种促硬剂，已知的有：氢氧化钙、氢氧化钠、碳酸钠、锂盐、硅酸钠、硅酸盐水泥等，我国在近期也已开始使用。
2、粘土耐火混凝土用促硬剂以粘土作为耐火材料的胶结材料，常温强度很低，为适应施工要求，必须加入促硬剂，这种促硬剂一般采用硅酸盐水泥或石灰硅酸盐水泥作为促硬剂，其水化产物中有氢氧化钙和钙离子及氢氧根，而作为胶结材料的粘土遇水后，颗粒表面的钙离子被钠离子置换，并与粘土耐火混凝土中常用的化学分散剂（三聚磷酸钠）结合形成沉淀的钙盐同时，粘土吸附的钠离子还与水泥化产生的钙离子进行离子交换由于钙离子水化膜薄，使粘土颗粒又重新凝聚，加强了粘土浆体的强度此外，水泥水化后形成的针状硫铝酸钙，穿插在粘粘土颗粒和骨料之间，形成针状和团粒状结合体，使粘土和骨料的粘结强度提高通过上述反应，促进常温下的凝结和硬化从而形成较高的强度作为促硬剂的石灰遇水水化形成六方晶系晶粒，加强结合体间的凝聚并填充于粘土颗粒之间，促进粘土浆体的固化作用，从而提高粘土和骨料的结合强度，因而使混凝土的强度明显提高3、水玻璃耐火混凝土常用促硬剂水玻璃耐火混凝土常用的促硬剂见表19-23 水玻璃耐火混凝土的促硬剂 表19-23名 称化 学 式名 称化 学 式硅氟硅酸钠磷酸铝氧化钙SiNa2SiF6AI2O3·P2O5CaO硅酸二钙矿渣有机脂类乙二醛2 CaO·Si O2－RCOOCHOCHO我国普遍采用氟酸钠作为这种耐火混凝土的促硬剂，在一定加入量范围内，随着氟硅酸钠用量增加，强度有所提高，但由于氟硅酸钠的熔点较低，特别是它与水玻璃之间的反应产物熔点更低（900～980℃），因此，在能满足强度和硬化时间要求的前提下，也应当尽量减少氟酸钠的用量，一般为水玻璃用量的12%～15%，如硅酸盐水泥为促硬剂时，其用量为水玻璃用量的8%～12%。
4、磷酸盐耐火混凝土的用促硬剂磷酸盐耐火混凝土的促硬机理比较复杂，主要是磷酸和酸式磷盐溶液离解出的磷酸根离子取代促硬剂组分中的金属阳离子（或铵离子），并形成胶凝性能较好的磷酸盐含水磷酸盐或使生成物沉淀，从而使耐火混凝土发生凝结和硬化国外常用的促硬剂有氧化镁（MgO）、氧化钙（CaO）、氧化锌（ZnO）、氢氧化铝（AI（OH）3）、氟化铵（NH4F）等，其中以MgO使用较为普遍，其优点是在1000℃以下硬化快，强度高，缺点是当温度超过1100℃时强度大幅度下降我国采用硅酸盐水泥、高铝水泥、高铝水泥—60（65）、纯铝酸钙水泥为促硬剂，尤以高铝水泥最为常用，其用量一般为材料总质量的2%应该说明，上述促硬剂仅仅能够提高耐火混凝土的高温强度而又往往影响其高温性能，因此，当不要求常温强度或使用温度偏高时，应尽量少用或不用此类促硬剂二）膨胀剂配制耐火混凝土所用的膨胀剂主要有蓝晶石蓝晶石与硅线石、红柱石是一族同质多相变体的无水铝酸盐矿物，其化学分子式均为AI2O3·SiO2，蓝晶石为三斜晶体，通常呈扁平状晶体，晶面上有平行的条纹，颜色为蓝色，有时为绿色、黄色和白色，硬度因方向而异，比密度为3.57～3.63蓝晶石被加热到一定温度时，转化成富铝红柱石（莫来石），其反方程式：3（AI2O3·SiO2） 3AI2O3·2SiO2+ SiO2蓝晶石在高温煅烧时，于1200℃开始分解，不可逆地转化为莫来石，并析出游离SiO2，到1360～1400℃时分解很快，1500℃以后出现石英玻璃及与原来晶体表面垂直的纤维莫来石。
此反应是由外向里逐渐转化的，并伴随这种反应产生约16%～18%的体积膨胀，利用这一膨胀特性，提高与改善耐火混凝土的高温性能我国对蓝晶石的耐火机理已作许多研究试验工作，效果也比较好，工业性的应用还处于开发阶段三）其经外加剂1、减水剂在应用减水剂方面，耐火混凝土只是引用一般混凝土常用的减水剂但由于耐火混凝土品种多，性质差异大，因此选用减水剂需经过试验后才能确定2、矿化剂矿化剂一般只应用于硅质材料配制的耐火混凝土四、钢筋应该不用加钢筋或者用少量钢丝网而不用钢筋，因为在高温下钢筋可能引起增加弹性变形成及产生腐蚀等问题钢筋由于水硬性粘结，而使耐火混凝土具有较高的抗压强加热时，在800～1000℃范围内粘结力降，抗压强度可以下降为原始强度的20%进一步加热时，由于形成陶瓷粘结强度可以再升高第三节 耐火混凝土的组成和性能由于组成耐火混凝土的原材料品种繁多，其组成设计主要是依据使用温度和使用要求并根据实践经验和试验结果确定耐火混凝土是必然在高温条件下使用的，因此，研究在高温作用下的性能是决定耐火混凝土使用范围的重要依据一、耐火混凝土基本组成和性能1、水泥胶结材料耐火混凝土（1）硅酸盐水耐火混凝土的组成：见表19-24。
硅酸盐水耐火混凝土的组成 表19-24材料名称粘 土 质硅酸盐水泥水粘土熟料（5～15mm）粘土熟料（＜5mm）粘土熟料粉（＜0.15mm）组成（%）30～4035～407.5～1513～1510～15（2）高铝水泥耐火混凝土的组成：见表19-25高铝水泥耐火混凝土的组成 表19-25高 铝 质粘 土 质材 料 名 称组 成（%）材 料 名 称组 成（%）矾土熟料（5～15mm）矾土熟料（＜5mm）矾土熟料粉（＜0.15mm）高铝水泥水30～4030～40≤1512～189～12粘土熟料（5～15mm）粘土熟料（＜5mm）粘土熟料粉（＜0.15mm）高铝水泥水30～4030～40≤1512～189～12（3）纯铝酸钙水泥耐火混凝土的组成：见表19-26 纯铝酸钙水泥耐火混凝土的组成 表19-26高 铝 质粘 土 质材 料 名 称组 成（%）材 料 名 称组 成（%）刚玉（0.5～5mm）刚玉（＜0.5mm）刚玉粉（＜0.15mm）纯铝酸钙水泥水40～45202015～209～10矾土熟料（5～15mm）矾土熟料（＜5mm）氧化铝粉（＜0.15mm）纯铝酸钙水泥水40～4530～40≤1512～189～122、粘土胶结材料耐火混凝土粘土耐火混凝土的组成见表19-27。
粘土耐火混凝土的组成 表19-27高 铝 质粘 土 质材 料 名 称组 成（%）材 料 名 称组 成（%）矾土熟料（＜10mm）矾土熟料粉（＜0.15mm）粘土三聚磷酸钠促硬剂水7020≤15100.15适量9～10矾土熟料（＜10mm）矾土熟料粉（＜0.15mm）粘土三聚磷酸钠促硬剂水7020≤15100.15适量9～103、化学胶结材料耐火混凝土（1）水玻璃耐火混凝土的组成：见表19-28水玻璃耐火混凝土的组成水玻璃耐火混凝土的组成 表19-28高 铝 质粘 土 质材 料 名 称组 成（%）材 料 名 称组 成（%）矾土熟料（5～15mm）矾土熟料（＜5mm）矾土熟料粉（＜0.15mm）水玻璃氟硅酸钠（占水玻璃量）30～4030～4025～3013～1612～15矾土熟料（5～15mm）矾土熟料（＜5mm）矾土熟料粉（＜0.15mm）水玻璃氟硅酸钠（占水玻璃量）30～4030～4025～3013～1612～15（2）磷酸盐耐火混凝土的组成：见表19-29。
磷酸盐耐火混凝土的组成 表19-29高 铝 质粘 土 质材 料 名 称组 成（%）材 料 名 称组 成（%）矾土熟料（5～15mm）矾土熟料（＜5mm）矾土熟料粉（＜0.15mm）高铝水泥磷 酸30～4030～4025～35＜313～15矾土熟料（5～15mm）矾土熟料（＜5mm）矾土熟料粉（＜0.15mm）高铝水泥磷 酸30～4030～4025～35＜313～15（二）基本性能1、耐火度混凝土在高温作有下不熔化的性质，称为耐火度耐火混凝土的耐火度，主要由骨料的耐火度来决定，并与混凝土配合比有关2、荷载软化温度耐火混凝土在0.2MPa静荷作用下，按照规定的升温速度热到一定量变形的温度，称之为荷载软化度易熔物质的数量增多，会降低耐火混凝土在高温下的强度对高铝质耐火混凝土而言，Na2O是有害成分；对硅质耐火混凝土，AI2O3是有害成分；对镁质耐火混凝土，SiO2是有害成分介作为矿化剂并能改善混凝土结晶转化的氧化物，可以促使混凝土软化温度提高3、高温下的体积固定性耐火混凝土在高温长期作用下，会引起相组成的继续变化及产生重结晶和产生重结晶和烧结等现象。
由于在高温下加热的结果，使耐火混凝土产生线尺度的非可逆变化，称为线收缩及线膨胀各种水泥耐热混凝土第一次在200～900℃范围内加热时，由于凝胶体失水或Ca(OH)2脱水，体积发生变化，混凝土产生收缩第二次在200～900℃范围内加热时，混凝土则产生膨胀，其膨胀系数一般为4.0～6.6×10-6之间水玻璃耐火混凝土加热到100～800℃时的热膨胀系数在6～8×10-6之间耐火温度在加热温度高于800℃，则产生收缩，当加热温度为500～1250℃时，其线收缩为0.2～0.7%当温度为1350℃时，增加到1.2%掺入粘土砖、耐火粘土、石英砂和粘土熟料等掺合材料的耐火混凝土，其收缩较少；掺矿渣、硅藻土和铬铁矿等掺合材料的耐火混凝土，其线收缩较大硅酸盐水泥用量较多的耐火混凝土，其线收缩也较大如水泥用量为580kg/m 3的耐火混凝土，加热到250℃时，水泥局部熔化而使试件变形，其线收缩值达1.5%大部分耐火混凝土在高温影响下，产生残余收缩，混凝土继续致密这主要是由于组成的液相表面张力和重结晶作用促使结晶物质和固体物质互相靠近，引起混凝土致密如高铝质耐火混凝土，γ-AI2O3(比密度3.7)成为α- AI2O3(比密度4.0)的重结晶即引起残余收缩；又如高硅质耐火混凝土由于重结晶，组成密度较小的新物质，产生残余膨胀，即当石英重结晶成磷石英和方石英时，比密度从2.65降到2.30～2.32，引起混凝土的残余膨胀。
4、热震稳定性耐火混凝土对于急冷急热温度变化的抵抗性能，称为热震稳定性耐火混凝土耐急冷热性一般在5～25次范围内粘土熟料作骨料的水玻璃耐火混凝土土具有相当良好的热震稳定性（能耐37次急冷急热作用）硅酸盐水泥用量较多的耐火混凝土，在耐急冷急热性能方面并不优于水泥用量较少的耐火混凝土具有较好耐急冷急热性能的是硅酸盐水泥用量约为350kg/m3时的耐火混凝土5、抗压强度耐火混凝土的强度主要取决于本身的结构结构愈密实均匀，颗粒愈细，胶凝材料与骨料之间的微裂纹愈少，其强度愈高而结构的质量主要取决于材料的颗粒组成和烧结程度耐火混凝土一般加热到800℃和1000℃时，强度均有不同程度的降低；而再加热到1250℃，由于部分烧结熔融，其时强度均较未加热的强度增高热工设备及重要结构用的混凝土，除测定它在100～110℃下烘干试件的抗压强度外，还必须测定它在热到设备工作温度后的抗压强度如果混凝土要在800℃或更高温度下使用，则试件必须加热到800℃或更高温度，把试件加热到800℃或更高温度之后的冷却抗压强度和烘干后抗压强度之比值，称为剩余抗压强度三）技术指标1、水泥胶凝材料耐火混凝土硅酸盐水泥耐火混凝土和铝酸盐水泥耐火混凝土的技术指标见表19-30。
水泥胶凝材料耐火混凝土技术指标 表19-30耐火混凝土种类硅酸盐水泥耐火混凝土高铝水泥耐火混凝土指标AI2O3(%)不小于耐火度（℃）不低于烧后3h线变化不大于1%的试验温度（℃）GNG3LG2LG2NG1LG1L2G1L130-1200851790150060169014004216501350601690140042165013503016101300105～110℃烘干后抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）20.0-25.005.020.04.010.04.010.03.510.03.510.03.5最高使用温度（℃）120016514001350140013501300注：G3L为纯铝酸钙水泥耐火混凝土2、粘土胶结材料耐火混凝土粘土耐火混凝土的技术指标见表19-31粘土耐火混凝土的技术指标 表19-31 指标牌 号NL2GL1NNAI2O3(%)不小于耐火度（℃）不低于烧后保温3h线变化不大于1%的试验温度（℃）651730145055171013504516901300105～110℃烘干后抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）3.00.53.00.53.00.5最高使用温度（℃）1450135013003、化学胶结材料耐火混凝土水玻璃耐火混凝土和磷酸盐耐火混凝土的技术指标见表19-32化学胶结材料耐火混凝土的技术指标 表19-32耐火混凝土种类水玻璃耐火混凝土磷酸盐耐火混凝土牌 号BNLL2LL1LN指标AI2O3(%)不小于耐火度（℃）不低于烧后保温3h线变化不大于1%的试验温度（℃）40-1000751770145060173014504517101450105～110℃烘干后抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）20.0-15.03.515.03.515.03.5最高使用温度（℃）1000160015001450二、轻质耐火混凝土的组成和性能在现阶段，轻质耐火混凝土应用很广，但尚未形成完整的系列，表19-33所列系借鉴并综合国内外有关轻质耐火混凝土的组成和性能的资料，以资参考。
轻质耐火混凝土的组成和性能 表19-33使用温度（℃）组 成 材 料堆密度（kg/m3）导热系数（W/m·K）抗压强度（MPa）烧后线变化（%）AI2O3(%)胶结材料骨 料800～1000硅酸盐水泥水玻璃蛭 石珍珠岩700～11000.17～0.232.0～4.0-0.15～1.825～30硅酸盐水泥高铝水泥水玻璃陶 粒1300～14000.41～0.477.0～15.0-0.215～251000～1300高铝水泥轻 质粘铝质1150～15000.27～0.523.0～10.0-0.8～1.235～451300～1400高铝水泥轻 质高铝质1300～15000.41～0.527.0～15.0-1.0～+0.345～501400～1600纯铝酸钙水泥氧化铝空心球1200～16000.35～0.815.0～18.0-0.3～+0.690～95轻质耐火混凝土组成中通常采用两种或两种以上混合骨料，先根据所要求的使用温度选择胶结材料和骨料品种，再按照要求的堆密度和强度选择胶结材料和轻质骨料的比例，一般采取质量比为：胶结材料：骨料=1：1～1：4，再用试配法确定组成。
三、耐火砌筑胶泥的组成耐火混凝土除整体浇筑外，还可以预制构件拼装成筑物，此时需要加砌筑胶泥砌筑胶泥原则上应与砌体的材质相同；也可以采用一般粘土质胶泥或高铝质胶泥当砌缝较大时，尤其是灌筑竖向预留孔洞时，可以加入30%左右的细骨料，细骨料的最大粒径一般小于5mm，也可以应用同种耐火混凝土加以填充为便于人工捣固，还应适当增加用水量或配制耐火混凝土专用液体的用量一）粘土耐火混凝土所用砌筑胶泥的组成粘土耐火混凝土所用砌筑胶泥由其细骨料的同种材料组成，或选用表19-34所列砌筑胶泥即可耐 火 混 凝 土 胶 泥 的 组 成 表19-34混凝土种类材 料 名 称组 成（%）硅酸盐水泥耐火混凝土硅酸盐水泥粘土熟料粉水20～3070～80适量硅酸盐水泥粘土熟料粉粘土质耐火泥水205030适量高铝水泥耐火混凝土高铝水泥耐火混凝土高铝水泥矾土熟料粉（或粘土熟料粉）水20～2575～80适量粘土熟料粉工业磷酸（85%浓度）水10016～2015矾土熟料粉工业磷酸（20%浓度）石墨粉（土状）机油10025～305～70～2矾土熟料粉工业磷酸（85%浓度）水10016～1315～24水玻璃耐火混 凝 土粘土熟料粉粘土糊精水玻璃85～9010～15140～46磷酸盐耐火混 凝 土矾土熟料粉工业磷酸（85%浓度）水10016～2015～24矾土熟料粉工业磷酸（20%浓度）石墨粉（土状）机油10025～305～70～2矾土熟料粉工业磷酸（85%浓度）水10016～1815～24（二）硅质和镁质耐火砌筑胶泥的组成硅质耐火混凝土及镁质耐火混凝土所用砌筑胶泥的组成见表19-35。
硅质和镁质耐火砌筑胶泥的组成 表19-35混凝土种类材 料 名 称组 成（%）硅 质耐火混凝土GF-90硅质耐火泥水100适量GF-85硅质耐火泥水玻璃水1008～10适量硅石粉粘土水80～955～20适量硅 质耐火混凝土硅石粉粘土水玻璃水80～8515～208～10适量水玻璃耐火混 凝 土镁砂粉粘土质耐火水泥卤水8020适量镁砂粉水玻璃80适量第四节耐火混凝土配合比设计一、配合比设计耐火混凝土的配合比不但应满足耐火性能的要求，同时也必须满足一定强度和和易性的要求，即既能满足使要求，又便于施工耐火混凝土组成材料本身的性能是决定其具备高温性能的主要因素但胶结材料的用量、水灰比（或水胶比）、骨料级配、掺料用量和外加剂等，对改善耐火混凝土的高温性能也有很大的作用因此，配合比的选择非常重要在进行配合比设计时，必须详细了解混凝土各组成分对其性能的影响一）胶结材料用量一般情况下，骨料的耐火度都较之胶结材料高些胶结材料用量超过一定范围时，承着用量的增加，混凝土的荷载软化点降低，残余变形增大，耐火性能降低因此，为了提高耐火混凝土的高温性能，在满足施工和易性和常温强度的要求下，尽可能地减少胶结材料的数量。
如水泥胶结材料耐火混凝土，在不同的使用要求下，水泥用量一般可控制在10%～20%范围内（以混凝土总质量计）对荷载软化点和耐火度要求较高而常温要求又不高的水泥胶结材料耐火混凝土，其水泥用量可控制在10%～15%以内二）水灰比或水胶比水泥耐火混凝土水灰比的增减对强度和残余变形的影响较显著与普通混凝土相似，随着水灰比的增加，混凝土的强度降低但对耐火混凝土更为显著，因为耐火混凝土经常处于高温环境，水分容易散失，导致混凝土内部孔隙增加，结构疏松，强度降低因此，配制耐火混凝土时，在施工条件允许的前提下，应尽可能减少用水量，降低水灰比一般坍落度不宜大于2cm，最好采用干硬性混凝土如果耐火混凝土为干硬性混凝土，应在保证混凝土和易性和密实度的条件下，尽量降低用水量，以提高混凝土的常温及高温强度，其水灰比一般为：(1)机械搅拌时：水灰比为0.38～0.40;(2) 人工搅拌时：水灰比为0.40～0.45如胶结材料为水玻璃的化学胶结材料耐火混凝土，水玻璃模数常在2.6～2.8范围内，密度一般采用1.36～1.40，氟硅酸钠用量常为水玻璃用量的10%～12%用磷酸作胶凝作胶凝材料的耐火混凝土，工业磷酸农度一般为50%。
三）掺合材料用量掺合材料可提高混凝土的耐高温性能，改善施工和易性，同时还可减少水泥用量从试验结果得知，硅酸盐水泥石不加掺合料的耐火度为1440℃，烘干强度为80.4MPa,经1200℃加热后强度降低达46.6%而加入与水泥质量比为1：1的掺合料后，烘干强度只有52.8MPa，水泥耐火度增至1640℃经加热至1200℃后，强度为50.8MPa，仅仅降低3.8%.因此，对常温要求强度不高的耐火混凝土，掺料用量为水泥的30%～100%，最高可达300%四）骨料级配及砂率骨料用量约占耐火混凝土总量的80%左右，改善骨料级配对提高耐火混凝土密实度和高温特性均有良好的效果选择骨料时，必须注意骨料的类别和耐火度，使之与胶结材料相适应，同时还应选择适宜的粒度一般粗骨料如果粒径过大，用量过多，则混凝土混合料的和易性较差，难于成型，密实度下降，在高温易于分层脱落实践证明，砂率宜在40%～60%之间为度二、参考配合比由于耐火混凝土的配合比设计比较繁琐，一般常采用经验配合比为原始配合比，再通过试样拌调整，求出较适用的配合比一）普通耐火混凝土参考配合比表19-36列举出数种耐火混凝土的经验配合比及使用极限温度资料，以供施工中参考选用。
序号混凝土种类级限温度（℃）组成材料及用量（kg/m2）强度等级（MPa）胶凝材料掺合材料细骨料粗骨料1水玻璃和镁砖1200水玻璃（p3=1.38）(300-350)氟硅酸钠（30-35）镁砂粉（600）镁砂粉（600）镁砂粉（1150）C15-C202水玻璃和滑石1100水玻璃（p3=1.38）（350-400）氟硅酸钠（40-45）滑石粉（400）滑石粉（600）滑石粉（1150）C15-C203水玻璃和铬铁矿1100水玻璃（p3=1.38）（250-300）氟硅酸钠（30-35）铬铁矿粉（700）铬铁矿粉（800）铬铁矿粉（1300）C15-C204水玻璃和粘土熟料1000水玻璃（p3=1.38）（350-400）氟硅酸钠（40-45）粘土熟料砂（500）粘土熟料砂（500）粘土熟料砂（750）C15-C205磷酸+高铝1500磷酸（50%）7.5%外加一级矾土粉15%二级矾土粉15%二级矾土砂60%（<3mm）硅石10%（<1mm）—C40-C506磷酸+高铝1050磷酸(浓度50%)6.8%外加一级矾土粉20%二级矾土粉12%苏州泥5%一级矾土砂60%（<5mm）硅石10%（<1mm）—C40耐火混凝土配合比及极限温度 表19-36续表序号混凝土种类级限温度（℃）组成材料及用量（kg/m2）强度等级（MPa）胶凝材料掺合材料细骨料粗骨料7高铝水泥和铬铁矿1400高铝水泥（300）（350）—铬镁矿砂（1300）（1300）铬铁矿石（1100）（1050）C15-C208高铝水泥和粘土熟料1300高铝水泥（300）（350）（558）—粘土熟料砂（800）（800）（1670）粘土熟料碎石（700）（650）—C15C20C509硅酸盐水泥和粘土熟料1200硅酸盐水泥300350粘土熟料粉300（90）350（105）粘土熟料砂500（600）450（570）粘土熟料碎石700（810）650（770）C15-C2010硅酸盐水泥和普通粘土砖900硅酸盐水泥300350普通砖瓦粉300（90）350（105）普通砖碎砂450（550）400（520）普通砖碎石650（760）600（725）C10-C15注：1、一级矾土粉：TiO2+AlO3=80%-90%:二级矾土粉；TiO2+AlO3=60%-80%；苏州泥；Al O3=31.27%2、序号9、10两行括号内数字掺料为胶结材料30%的配合比。
二）轻质耐火混凝土参考配合比轻质耐火混凝土的配合比，应视具体性能要求选配，增大骨料颗粒可减小堆密度，增 轻质耐火混凝土用料配合比 表19-37编号质量配合比（%）水灰比组成材料胶凝材料掺合料骨料胶结材料掺合料骨料140-4530-3520-30—水玻璃（加硬化剂）耐火粘土砖粉熟料粉膨胀蛭石215-2015-2060`650.45-0.55硅酸盐水泥耐火粘土砖粉熟料粉陶粒330-35—65-70—高铝水泥—陶粒4123.8(kg/m3)41.2(kg/m3)33.0(kg/m3)———165(kg/m3)165(kg/m3)165(kg/m3)———磷酸铝溶液硫酸铝溶液纸浆废液———膨胀珍珠岩527-288-90.7-0.8高铝水泥耐火粘土砖粉熟料粉轻质粘土砖加入泥用量，混凝土堆密度增加而强度增高，用膨胀蛭石作骨料，混凝土残余变形较大轻质耐火凝土配合比见表19-37和表19-38 轻质耐火混凝土参考配合比 表19-38编号材料组成及配合比水灰比水泥（kg/m3）湿堆密度极限温度使用范围1高铝水泥；蛭石粉；蛭石块；0.47;0.211.124551230800隔热部位2高铝水泥；陶粒砂；陶粒1:0.90:1.150.574151500900隔热承重部位3高铝水泥；蛭石砂；陶粒1:0.34:0.830.9039312301000隔热部位4高铝水泥：粉煤灰：珍珠岩1:1.0:3-4（另掺1%粘土）0.8-1.1——1000隔热部位5高铝水泥：粘土砖粉：轻土粉：轻土块1:0.33:0.33:1.070.7746017001300隔热部位6高铝水泥：轻铝砖粉：轻铝砖砂：轻铝砖块1:0.62:0.25:0.630.5645816901300隔热部位7高铝水泥：珍珠岩：轻质高铝砖砂1:2:20.52(外加)—13401300隔热部位8纯铝酸钙水泥：氧化铝粉：氧化铝空心球1:1.85:2.850.13(外加)——1600隔热部位第五节 耐火混凝土施工耐火混凝土通常是由耐火材料厂将耐火骨料（包括粉料）和胶结材料混合配制以后，以袋装运往工地，或将所需的各种原料在施工现场调制，然后加水（或其它液体组分），或再中入外中剂拌合使用。
此外，也可以在耐火材料厂中制成预构件，在施工现场装配使用耐火混凝土的施工工艺与普通混凝土基本相同，即以过拌合、成型、养护等工序不同是需要经过烘烤以后才能使用，这是配制耐火混凝土的一个非常重要的工艺特点一、施工准备（一）原材料质量要求1、胶结材料（1）硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥与矿渣硅酸盐水泥，除应分别符合有关国家标准要求外，作为生产耐火混凝土的胶结材料，还应满足下列要求：①普通硅酸盐水泥中，不得掺有石灰岩、菱镁矿、白云石一类在高温下可分解的惰性混合材料，以防止温使用条件下受热分解，耐导致耐火混凝土裂缝、毁坏②用矿渣硅酸盐水泥配制极限使用温度900℃的耐火混凝土时，水泥中的水渣含量不得大于50%③因为水泥的耐火度远远低于耐火骨料和耐火粉料，有保证耐火混凝土设计强度等级的情况下，尽可能减少胶结材料用量，以确保耐火混凝土的高温性能为此，要求所用水泥标号不得低于325号④高于325号的矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥，粉煤灰硅酸盐水泥均可作耐火混凝土的胶结材料但各种水泥龄期强度不得低于规定值，SO3含量不得超过4%2）铝酸盐水泥具有快硬高强、水化热集中、耐火和抗硫酸盐侵蚀等特点，而成为耐火混凝土良好胶结材料。
其主要品种有高铝水泥、高名水泥—60、低钙铝酸盐水泥、纯高铝酸钙水泥和超高铝水泥等不宜使用高碱性铝酸盐水泥，否则会引起速凝，不便施工3）水玻璃（Na2O.nSiO2）:又称泡花碱，其主要成分是碱金属硅酸盐常用液体水玻璃，配制水玻璃耐火混凝土为了加速凝结硬化，须掺适量硬化剂——氟硅酸钠（Na2SiF6）对于需速凝快硬的水玻璃耐火混凝土，可选用溶解度大的氟硅酸镁（MgSiF6）及氟制耐火混凝土主要采用正磷酸4）磷酸和磷酸盐：磷酸有正磷酸（H3PO4）、焦磷酸（H3P2O7），和偏磷酸（H PO3），配制耐火混凝土主要采用正磷酸2、耐火骨料和粉料（1）一般粒径大于5mm的耐火骨料称粗骨料：小于5mm者为细骨料作为耐火混凝土的骨料粒径不宜过大我国多采用5-10mm粒径耐火粗骨料，也有采用最大粒径为15mm者大体积耐火混凝土的粗骨料，最大粒径也不超过25-30mm2）为了使耐火混凝土达到较高的堆密度及物理、力学、高温性能，应以达到最紧堆密度为理想级配其级配要求，还随着成型方法的不同而略有差别耐火骨料的颗粒级配见表19-39 耐 火 骨 料 颗 粒 级 配 表 19-39成型方法耐火骨料筛余量（%）15-1010-55-0.155-1.21.2-0.15振动捣实喷涂机压25-30———20-2535-4525-35—45-55————25-3530-4050-60—20-3025-4540-50（二）原材料准备（1）配制耐火混凝土的各种原材料，均需在施工前准备齐全，并妥善保管。
水泥在运输存放期不得受潮结块或混入杂质2）一般出厂的水玻璃比密度较高，用水稀释时使中性水，不得采用工业废水3）一般工业磷酸浓度为85%，使用时多稀释至40%-50%浓度，稀释时程不宜使用金属器皿4）现场配制硫酸镁（MgSO4）、硫酸铝（Al2（SO4）3）溶液时，主要控制溶液的浓度5）耐火粉料在贮运中，应防止受潮或混入有害杂质耐火骨料、粉料在使用关应进行质量检验三）配料主要解决配合比的确定和计量的准确性1、确定配合比确定配合比通常有两种方式：（1）根据设计图纸或通知书所给定的原材料技术要求、施工配比，经试拌满足工要求，即可按让给配合比进行施工2）如设计图纸只提出耐火混凝土品种及其技术要求，可由施工单位根据有关规程、标准确定施工配合比其程序如下：①由试验部门提出拟用配全比及原材料技术要求，并取样进行试验达到设计要求后，向供应部门提出备料配合比以便购进各种合格的原料②试验部门发出施工配合比，在施工现场进行试拌，如满足施工要求，即可按该配合比施工2、耐火混凝土配料的允许误差耐火混凝土配料的允许差应满足如下要求：水泥、粉料为±1%；耐火骨料为±3%，水及液体胶结材料为±1%二、搅拌和运输（一）搅拌工艺耐火混凝土的搅拌与普通混凝土基本相同。
耐火混凝土宜采用机械拌合，搅拌机有自落式搅拌机（如C—145、J—400、J400A）和强制式搅拌机（如J—375、JW—375）、以选用强制式搅拌或湿碾机为好耐火混凝土的搅拌有如下特点：（1）由于耐火混凝土组分较多，搅拌时宜比普通混凝土延长1-2min如果采用磷酸盐作胶结材料的的混凝土，其搅拌程序：第一次拌合——困米——第二次拌合①第一次拌合干原料混合1min，加入所需同磷酸用量的左右，湿混2-3min，送至贮料仓斗或场地困料②困料因为耐火粉料中由于球磨带入铁粉，与磷酸发生化学反应：2Fe+H.3PO4=2FePO4+3H2↑困料的目的就在于耐火混凝土成型前，使该反应充分完成，以防止成型后继续发生化学反应而放出氢气，影响耐火混凝土的密实性③第二次拌合在困好的料中加入促硬剂，搅拌1-2min使之混合均匀，然后再加入所击破磷酸用量的剩余部分，搅拌1-2min使之混合均匀，然后再加入所需磷酸用量的剩余部分左右，再搅拌1-2min即可使用如不加促硬剂时，在困好的料中加入磷酸用量的剩余部分，搅拌1-2min即可使用搅拌好的料要尽快使用，最好在20-30min内用完1） 以粘土、水泥或水玻璃作为胶结材料的耐火混凝土，涨采用强制式搅拌机拌合时，先将原材料干混1min，然后加水（或水玻璃）湿混2-1min，总搅拌时间不少于3min。
如果采用湿碾机搅拌时，先干混2-3min，湿混8-10min，总搅拌时间10-12min，搅拌好的料要在30min之内用完特别是采用水玻璃胶结材料时，由于粘度较大，应尽可能选用强制式搅拌机或湿碾机 （3）因为耐火混凝土是一种干硬性混凝土，宜选用强制式搅拌机搅拌搅拌设备必须洁净，特别是采用高铝水泥时，不得有其它品种的硅酸盐水泥时，不得有其它品种的硅酸盐水泥或与其它品种水泥混合使用二）混凝土物料运输耐火混凝土拌合物，可采用间歇式机械运往施工现场，亦可采用混凝土泵运送泵送具有经济可靠、快速方便、能保证拌合物均质性等优点，适宜于大型热工设备、基础或大体积混凝土施工三、混凝土振捣成型工艺（1）耐火混凝土应连续浇筑，间歇时间不得大于凝土上、下层初凝时间，以避免形成过多施工缝2）耐火混凝土应分层浇筑，分层振捣它可以采用机械振动成型或人工捣固成型，后者只适用于施工部位复杂，用量较少的特殊场合不同捣实方法的耐火混凝土，其浇捣层厚度见表19-40 耐 火 混 凝 土 的 浇 捣 层 厚 度 表19-40序号振实混凝土的方法浇捣层厚度（mm）1插入式振捣振动器作用部分长度的1.5倍2表面振捣2003人工振捣1．在基础、无筋混凝土和配筋稀疏结构中2．在炉顶、炉墙等构筑物中3．在配筋较密的构筑物中2502001504轻质耐火混凝土表面振动（加荷）200四、混凝圭的养护和拆模（一）养护工艺1．养护制度耐火混凝土的养护制度根据其种类不同可参考表19-41耐火混凝土的养护制度混凝土种类养护环境养护温度（℃）养护时间（h）粘土耐火混凝土高铝水泥耐火混凝土硅酸盐水泥耐火混凝土磷酸盐耐火混凝土水玻璃耐火混凝土自然养护水中养护或潮湿养护水中养护、潮湿养护蒸气养护自然养护自然养护＞2015～2015～2560～80＞2015～303～7＞3＞70.5～13～77～14注：蒸汽养护时升温速度10-15℃/h，降温速度不宜大于40℃/h。
2．注意事项（1）耐火混凝土中，凡采用高铝水泥作胶结材料的，不宜在高于30℃的环境中施工，更不得采用蒸汽养护否则将发生如下化学反应：CaO·AI2O3 +NH2O CaO·AL2O3·10H2OCaO·AI2O3 +NH2O2 CaO·AL2O3·8 H2OCaO·AI2O3 +NH2O3CaO·AL2O3·6 H2O+Al(OH)3+H2OCaO·AI2O3 +10H2O2 CaO·AL2O3·8 H2O3CaO·AL2O3·6 H2O在高于35℃的环境中，铝酸钙（CA）水化产物的晶型转化，由针状、板状、结构紧密的CaO·10H2O转化为3 CaO·AI2O3·6H2O的立方晶系，同时产生游离水而导致混凝土强度降低但对于高铝水泥—60、高铝水泥—65、低钙铝酸盐耐火水泥，终凝后可直接通蒸汽养护2）水泥胶结材料耐火混凝土，在最低气温低于＋7℃条件下施工，水玻璃耐火混凝土低于＋10℃条件下施工，均按冬季施工执行其加热方法： ①水泥胶结材料耐炎混凝土，可采取蓄热或加热，普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥耐火混凝土加热温度不超过＋60℃②水玻璃耐火混凝土的加热，只许采用干热法，且加热温度不宜超过60℃。
（二）混凝土拆模1．预制构件的拆模时间耐火混凝土构件的脱模时间可参考表19-42 耐火混凝土构件的脱模参考时间（h） 表19-42耐火混凝土种类夏 季冬 季振动成型捣实成型振动成型捣实成型磷酸盐耐火混凝土高铝水泥耐火混凝土水玻璃耐火混凝土硅酸盐水泥耐火混凝土2～44～612～166～102～33～410～12～6～86～816～2416～245～65～612～16—2．现浇混凝土拆模时间根据施工经验，现浇耐火混凝土整体结构的拆模时间，可根据下列情况决定：（1）磷酸或磷酸二氢铝作胶结材料的耐火混凝土，常温养护1～2d，抗压强度达8～12Mpa后即可拆模2）不承重的侧面模板，在耐火温度不因折模损坏表面棱角时，即可拆除3）承重模板，应在耐火混凝土达到50％～70%设计强度后方可拆除4）耐火混凝土预制块脱模时间，与耐火混凝土品牌、气温，成型水分、制品或构筑物的形状、大小、促硬剂的效果等因素有关五、耐火混凝土的配筋 耐火混凝土一般不配置钢筋，因为0～300℃时钢筋的膨胀系数为40×10-6/℃，而铝酸盐高铝质耐火混凝土的膨胀系数为（6.2～7.0）×10-6/℃，两者相差4～5倍以上，钢筋膨胀，混凝土开裂或剥落,钢筋氧化或软化而失去增强作用。
所以，配筋时应考虑如下两点措施：（1）对于必须配筋的大跨度构件，应遵循如下配筋原则：①尽量配制在冷面，以利于降低钢筋的温度一般说，配筋混凝土不宜超过400℃，如为低温承重结构，不宜超过700℃；② 某些特殊部位，可选用热轧钢筋，或钢筋表面“渗铝”，以提高其抗氧化能力，这样使用温度可提高至600～800℃2）某些炉顶构件，可埋入“工”字钢，端墙或承重墙构件中，可埋入钢管等埋设件，以便通水冷却，提高使用效果六、耐火混凝土的热烘烤处理耐火混凝土中含有大量的游离水和结合水，要求在养护后待混凝土达到70%强度再进行热烘烤处理一） 热处理特点 正如前述，虽然耐火混凝土的搅拌、成型、养护工艺与普通混凝土基本相同，但应视胶凝材料的特点而对混凝土选择不同的热处理条件1）水玻璃耐火混凝土应在不低于15℃的干燥空气条件下进行硬化2）磷酸盐耐火混凝土应在不低于15℃以上烘干，总计干燥时间不少于24h，且在硬化时不允许浇水3）高铝水泥耐火混凝土的养护温度最好不要超过35℃二）热处理起始时间耐火混凝土的热工设备，待其混凝土达到设计强度后，即可进行热处理，但不应早于下列时间：（1）高铝水泥耐火混凝土和水玻璃耐火混凝土，不应早于3d。
2）硅酸盐水泥耐火混凝土，不应早于7d三）热处理制度耐火混凝土的窑炉在热处理时是采取烘炉烘烤的方法在烘干过程中应注意保持均匀的升温速度，因为干燥过和中混凝土内部不断排除吸附水如果升温过快，烘干后的表面容易开裂特别是对比较大型或形状复杂的窑炉体，这一点尤其重要因此，耐火混凝土的热处理应按一定的制度进行表19-43所列耐火混凝土的烘烤制度，系根据有关实践经验积累综合而成，仅供相应的耐火工程参考选用 耐火混凝土烘烤热处理制度 表 19-43砌体厚度（mm）＜200200～400＞400 升温速度和时间温度（℃）升温速度（℃/h）需要时间（h）累计时间（h）升温速度（℃/h）需要时间（h）累计时间（h）升温速度（℃/h）需要时间（h）升温速度（℃/h）常温～150150±10保温150～350350±10保温350～600600±10保温600～使用保温20—20—20—3572410241316—03141657894—15—15—15—2593213321724—041548913127—10—10—10—20134020402532—05373113138170—烘干的目的是排除游离水分，使结构不致在高温下开裂。
烘干温度及脱水量的关系见表19-44 烘干温度及脱水量 表19-44烘干温度（℃）脱 水 量（%）1106115062.5300906009580098.7升温在110℃、150℃、300℃、500℃、800℃等各阶段，均须有足够的保温时间，以保证混凝土的质量混凝土的保温时间见表19-45 混凝土结构厚度及保温时间 表19-45混凝土结构厚度（mm）保 温 时 间（h）＜20024200～40036＞40040总之，由于使用条件不同，按照使用场合制定合理的烘烤制度最为经济合理初次使用时以缓缓烘烤为宜，避免因急剧升温而引起开裂或局部爆裂如果耐火混凝土用于烟道等隐蔽部位，也应采取必要的措施加以烘烤第六节 耐火混凝土的应用及检验一、耐火混凝土的应用（一）适用范围各类耐火混凝土的牌号、最高使用温度、特点和适用范围见表19-46 各类耐火混凝土的适用范围 表19-46混凝土种类牌号最高使用温度（℃）特点和适用范围粘土耐火混凝土NL1NL2NL1145013501300常温强度低，材料来源广泛，价格低廉，适用于均热炉、加热炉等高铝水泥耐火混凝土G3L1650常温强度高，性能良好，价格较高，适用于高温特殊场合G2LG2N14001350常温强度高，材料来源广泛，施工方便，适用于无酸，碱侵蚀的一般工业窑炉和热工设备内衬G1LG1N1G1N2140013501300常温强度高，材料来源广泛，施工方便，适用于无酸，碱侵蚀的厚度小于400mm的一般工业窑炉内衬和热工设备内衬磷酸盐耐火混凝土LL1LL2LN160015001450热震稳定性好，耐冲击，耐磨，价格校高，适用于均热炉、加热炉的高温段、回转窑烧结带、燃油燃烧室等水玻璃耐火混凝土BN1000热震稳定性好，耐磨性能优良，适用于受热同时受酸（氢氟酸除外）作用的工程部位，但不得用于经常存水及水蒸汽作用的部位（二）工程应用耐火混凝土早在50年代初期已应用于热工窑炉的基础、烟道、烟囱等部位。
近30年来耐火混凝土已在冶金、石油、化工、核电力等工业部门的窑炉中广泛应用1.冶金工业窑炉 冶炼工业的选烧、炼铁、炼钢、轧钢等多种窑炉中都已采用耐火混凝土例如，烧结系统中的贮矿槽、还原竖炉和球团焙烧炉；炼铁系统高炉炉身及炉缸的修补、热风管道及风口、出铁沟、热风炉炉顶和炉衬；陈钢系统平炉蓄热室、沉渣室、出钢槽、盛钢桶以及真空脱气装置，轧钢系统大中型初轧厂的均热炉磷酸耐火混凝土均热炉炉衬的寿命达18个月；粘圭耐火混凝土均热炉炉衬更为经济实用，寿命长达三年轧钢加热炉全国已有上百座炉的全炉或炉顶的炉衬，包括连续式加热炉、间歇式加热炉、环形炉、室式或车底式加热炉使用耐火混凝土，其寿命较砖砌内衬提高1～2倍，有的达5年之久2.石油化工窑炉石油化工窑炉种类繁多，形状复杂，使用温度一般并不太高，要求能承受压力，抗磨损、抗化学侵蚀，还要求炉衬整体性良好因此，采用耐火混凝土是比较适宜的，尤其是轻质耐火混凝土获得广泛应用例如，炼油管式加热炉，催化裂化装置、页岩干馏炉、转化炉，煤气发生炉等3.其它工业窑炉发电锅炉和一般锅炉以及沸腾燃烧锅炉；隧道窑和回转窑等窑炉内衬也普遍应用耐火混凝土二、耐火混凝土的检验方法1.检验项目按照《粘土质和高铝质耐火浇注料》（GB3712-82）规定，耐火混凝土的检验项目包括：①化学成分；②耐火度；③烧后线变化；④抗压强度；⑤抗折强度。
这些项目可以按照有关国家标准和部标准进行测定2.试样规格及检验数量耐热混凝土的试样规格及检验数量见表19-47 耐热混凝土试样规定 表 19-47试验项目试样规格（mm）检验数量耐火度烧后线变化抗压强度抗折强度荷载软化温度显气孔率、堆密度热震稳定性热膨胀高温耐压强度高温搞折强度导热系数70.7×70.7×70.770.7×70.7×70.740×40×160￠50×5050×50×50或￠50×50230×115×65￠（20～25）×100或（20～25）×（20～25）×10070.7×70.7×70.740×40×160薄试件：200×200×10～30 厚试件：200×200×60～1001333133133薄1厚2。