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1、-文档均为 word 文档，下载后可直接编辑使用亦可打印-摘要本文主要利用文献检索法、比较法、实验法等方法对磷酸盐混凝土的耐热性 能进行研究。在磷酸盐耐热混凝土配方的基础上，固定天然河砂、高纯度镁 砂、石英粉、碳酸钙粉、普通水泥的质量，以及改变粉煤灰、磷酸二氢铝的 组成进行配制混凝土，并通过导热系数、比热两个指标测试分别测试和计算 耐热性能。结果显示，磷酸二氢铝能提高磷酸盐混凝土比热和导热系数，从而 提高其耐热性能。适量添加粉煤灰能提高磷酸盐混凝土的导热系数，但会降低其 比热。关键词：磷酸盐；粉煤灰；混凝土；耐热性能Test of Phosphate Heat Resistant Concre
2、teAbstractIn this paper, the thermal resistance of phosphate concrete is studied by means of literature search, comparison and experiment. Based on the formula of phosphate heat-resistant concrete, fixed the quality of natural river sand, high purity magnesia, quartz powder, calcium carbonate powder
3、 and ordinary cement, and changed the composition of fly ash and aluminium dihydrogen phosphate to prepare concrete, and tested and calculated the heat-resistant performance by thermal conductivity and specific heat. The results show that aluminium dihydrogen phosphate can improve the specific heat
4、and thermal conductivity of phosphate concrete, thereby improving its heat resistance. Proper addition of fly ash can improve the thermal conductivity of phosphate concrete, but reduce its specific heat.Keywords: Phosphate; Fly ash;Concrete; Heat resistance目录一、前言 1（一）研究现状及其意义 1二、研究的目的及内容 3（一）研究目的 3（
5、二）研究内容 31.混凝土比热 32.混凝土导热系数 4三、试验的材料与方法 5（一）原材料综述 5（二）磷酸盐耐热混凝土配比 7（三）混凝土搅拌流程 7（四）实验设备器材 8四、试验数据处理与分析 10（一）磷酸盐混凝土砖块比热 101.混凝土试块比热计算方法 132.磷酸盐混凝土比热处理与分析 14（二）磷酸盐混凝土砖块导热系数 191.磷酸盐混凝土砖块导热系数计算方法 192.磷酸盐混凝土导热系数处理和分析 20（三）结论 25参考文献 26谢 辞 27附 录 28一、前言（一）研究现状磷酸盐水泥是以磷酸盐作结合剂 ,耐热材料作集料配制成的具有防火耐热 性质的混凝土成为磷酸盐防火耐热混凝
6、土 1。目前，国内外对于酸盐耐热混 凝土的试验有非常多，但是对于磷酸盐的研究相对较少。伴随着工业的快速 发展和进步，特殊性能的混凝土有了与其对应的应用场合及要求2。发展及改良各种满足不同工业需求的特种混凝土成了混凝土行业的一个必然趋势。以磷酸盐作结合剂,耐热材料作集料配制成的具有防火耐热性质的混凝土成 为磷酸盐防火耐热混凝土。磷酸盐防火耐热混凝土的凝结硬化与一般的水泥型防 火耐热混凝土不同,磷酸盐是作为结合剂而不是胶结材料,因为磷酸盐在常温下本 身并不具有较凝性,而是在加热到一定温度时,一些磷酸盐发生分解聚合反应5。在聚合反应时,新化合物的形成和聚合具有很强的粘附作用,将集料粘结在一 起成为混
7、凝土而获得强度。常用的磷酸铝耐热混凝土的高温动作极限可达到 1600C-1700C3。随着人类社会的发展，现有资源越来越少，对合理利用资源，降低 单位产品能耗及保护环境的要求也将愈来愈高 ,所以无水泥防火耐热混凝土或者 超低水泥防火耐热混凝土将今后耐火混凝土的生产中占据重要的位置。在国外，早在 50 年代便开始对磷酸盐混凝土耐热性方面的研究，其他各种 性能测试的试验研究也颇多，比如比热容、导热系数、抗压强度、腐蚀性、弹性 系数等方面，同时也取得一定的成果6。在国内，我国对磷酸盐胶凝材料的研究远远迟于西方国家，但是我国的研究 更为深入具体7。对于粉煤灰混凝土这一块，国内也有很多形形式式的研究，如
8、 研究其掺量的、其耐久性、碳化特性以及两种材料的复合作用的8。但是粉煤灰 协同磷酸二氢铝制成混凝土这方面的研究相对较少，查找相关文献得知，做的都 是一些对工程影响的研究，对其物理性能如冲磨特性的研究以及其耐腐蚀性的研 究。（二）研究意义磷酸盐耐热混凝土是一种适用于快速抢修机场跑道、高速公路、桥梁等建筑 工程的新型凝胶材料。相比其他耐热性混凝土而言，磷酸盐混凝土在生产工艺、 性能及用途等方面具有独特的性能9。20 18年我国水泥累计产量将达 23.38 亿吨。目前，我国的水泥产品主要有通 用水泥、专用水泥以及特性水泥。对于对水泥需求，我国的长三角地区尤为明显， 由于城市群的存在，以及基建的必要性
9、，用到普通水泥和特性水泥处处存在10。 普通水泥产量很高，而特性水泥占比却只有百分之一不到。事实上，由于现今的 安全性能的要求提高，重视质量，特性水泥的需求量日益增长，而我们研究的磷 酸盐水泥更是少之又少，加上造价昂贵，导致很多方面需要用到特性水泥的地方 会滥竽充数，用次产品代替之。由此，研究磷酸盐耐热混凝土的耐火性能，以及 配比问题显得尤为重要，不仅可以解决技术上不够成熟的问题，还可以通过研究 选择更优方式制造磷酸盐耐热混凝土。二、研究的目的及内容（一）研究目的如果从1889年唐山细棉土场土窖生产水泥算起，中国水泥历史已有130年 的历史了。但是如果从1906年“启新洋灰股份有限公司”成立算
10、起，也有113 年历史了。中国水泥历史很长，而耐热性水泥历史却很短，只有20多年时间。 所以，耐热混凝土试验的开设是迫不及待的。加上现代工业的进展，耐热性材料 的存在更为重要11。本研究在磷酸盐耐热混凝土配方的基础上，改变至少一种原材料的组 成，进行混凝土配制，并测试耐热效果。根据测试结果，分析新配方的耐热 功能以及影响因素。根据通过改变原材料的组成，进行配制混凝土，主要有 铝、钠、钾、镁、胺的磷酸盐或聚磷酸盐 12，其中用得最多的是铝、钠、镁 的磷酸盐。而我选择了磷酸二氢铝作为促凝剂，通过改变镁砂的用量研究最 佳耐火性能。镁砂是耐火材料最重要的原料之一，用于制造各种镁砖、镁铝砖、补炉 料等；
11、分为烧结镁砂、轻烧镁砂、电熔镁砂三大类。而我们的研究则以百分 之九十八纯度的镁砂作为原料。由此，通过试验结果并测试耐热效果。根据测试结果，分析新配方的耐 热功能以及影响因素。（二）研究内容混凝土的耐热性主要表现在高温底下的性能，主要包括有抗拉强度、抗压强 度、粘结强度、弹性模量、应力-应变曲线，导热系数、耐火度、荷重软化温度、 热震稳定性、比热、显气孔率等指标。在查阅大量文献资料后，结合实验室实际 的实验条件，提出了比热和导热系数两个指标的研究内容。将磷酸二氢铝粉末、烧结氧化镁粗硬剂分别作为结合料、耐火集料。而石英 粉、氧化钙粉则作为掺合料。其中，分别改变结合料、耐火集料、掺合料的加入 量加入
12、普通混凝土中制成特殊耐热混凝土，本试验采用实验室法、比较分析法、 文献研究法，重点从不同角度研究磷酸二氢铝、粉煤灰不同加入量对耐热混凝土 耐热性能的影响。其中，磷酸二氢铝是本实验对混凝土耐热性能研究的重要影响 因素，包括导热系数、比热。1混凝土比热混凝土比热是指材料的比热，它反映了物质容纳能量的能力，是研究耐热混 凝土耐火性能的重要参数之一。对于混凝土来说，其中的化学反应不仅是存在开 始搅拌过程，制作过后，随着时间的改变，其中的变化也会存在，会发生水化、 碳化反应。导致混凝土的特性进一步改变。因而比热容是随着时间的变化以及环 境温湿状态而影响，所以这里研究的是某段时间的比热容。本研究通过测定不
13、同配比下的磷酸盐混凝土在相同时间内的温度变化规律， 利用比热容公式，从而计算出每个配比下磷酸盐混凝土的平均比热容。得出平均 比热容后，再根据每组数据得出的回归方程斜率，再由比热容公式结合每组回归 方程的斜率得出该混凝土的比热容。混凝土的比热容越大，说明在相同质量或相 同体积下的物质吸收的热量越多，进一步说明该混凝土的耐热性能越好；若混凝 土的比热容越小，则说明在相同质量或相同体积下的物质吸收的热量越少，说明 其耐热性能越差。2混凝土导热系数物质的不同会有不同的导热系数，试验中混凝土的成分比例不同，导致物质 性质不同，因而也会有不同的导热系数。混凝土的导热系数是其导热性能的体现， 通过改变混凝土
14、的成分，从而改变其结构、密度、湿度等，对导热系数产生不同 的影响。本研究通过测定不同配比下的磷酸盐混凝土在相同时间内的温度变化规律， 由每个配比下的温度分别计算出该配比下的平均温度，并由这四个平均温度构成 散点图，再根据该散点图，得出一个线性方程。根据线性方程的斜率去判断导热 系数的大小。当线性方程斜率的绝对值越大，其导热系数越大；当线性方程斜率 的绝对值越小，其导热系数越小。导热系数越大，说明该混凝土的耐热性能越好； 导热系数越小，说明该混凝土的耐热性能越差。三、试验的材料与方法（一）原材料综述要选取材料性能优质的原料作为实验，而水泥主要选取的是淘宝店铺九七建 材的硅酸盐水泥，属于桶装型，一
15、桶2.5 Kg，其强度等级都是PO 42.5。该硅酸 盐普通水泥主要参数如下表3.1所示。表 3.1 九七建材硅酸盐水泥主要参数名称参数名称参数水泥细度0.4 (%)氧化镁含量2.5 (%)强度等级42.5初凝时间180min烧失量2.0 (%)终凝时间240min磷酸二氢铝是无色无味极粘稠的液体或白色粉末，易溶于水。主要用作耐火 材料的粘合剂。固体磷酸二氢铝特点主要有：常温下与耐火骨料，硬化剂等混合 后在90-100摄氏度恒温4小时到12小时可以形成高粘结强度，再经过350-500 摄氏度的烘干具有高抗折、抗压、抗水化的性能。主要用于电器工业、高温窖炉、 热处理电阻炉和电器绝缘等。同时也常用于石油化工、造船及空间技术等方面。 在加入刀普通混凝土中主要是磷酸二氢铝粉末，粉末状更能与混凝土充分混合， 当加入水后，充分与混凝土结合一起，从而达到均匀地存在于混凝土，构成磷酸 盐耐热混凝土。而磷酸二氢铝的主要性能如表3.2所示。表 3.2 磷酸二氢铝主要参数项目参数项目参数分子式AL (H2PO4) 3CAS号13530-50-2分子量317.94而掺合料的选用是石英粉和氧化钙粉，而为了经济方面的考虑，选用了粉煤 灰作为掺合料。粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电 厂
