耐熱混凝土是一種能長期承受高溫作用（ 200 ℃ 以上），并在高溫作用下保持所需的物理力學性能的特種混凝土。而代替耐火磚用于工業窯爐內襯的耐熱混凝土也稱為耐火混凝土。
根據所用膠結料的不同，耐熱混凝土可分為：硅酸鹽耐熱混凝土；鋁酸鹽耐熱混凝土；磷酸鹽耐熱混凝土；硫酸鹽耐熱混凝土；水玻璃耐熱混凝土；鎂質水泥耐熱混凝土；其他膠結料耐熱混凝土。
根據硬化條件可分為：水硬性耐熱混凝土；氣硬性耐熱混凝土；熱硬性耐熱混凝土。
耐熱混凝土已廣泛地用于冶金、化工、石油、輕工和建材等工業的熱工設備和長期受高溫作用的構筑物，如工業煙囪或煙道的內襯、工業窯爐的耐火內襯、高溫鍋爐的基礎及外殼。
硅酸鹽耐熱混凝土
一、硅酸鹽耐熱混凝土所用的材料主要有硅酸鹽水泥、耐熱骨料、摻合料以及外加劑等。
1 、原材料要求
(1) 硅酸鹽水泥
可以用礦渣硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥作為其膠結材料。一般應優先選用礦渣硅酸鹽水泥，并且礦渣摻量不得大于 50 ％。如選用普通硅酸鹽水泥，水泥中所摻的混合材料不得含有石灰石等易在高溫下分解和軟化或熔點較低的材料。
此外，因為水泥的耐熱性遠遠低于耐熱骨料及耐熱粉料，在保證耐熱混凝土設計強度的情況下，應盡可能減少水泥的用量，為此，要求水泥的強度等級不得低于 32.5MPa 。
用上述兩種水泥配制的耐熱混凝土最高使用溫度可以達到 700 ～ 800 ℃。其耐熱機理是：硅酸鹽水泥熟料中的 C 3 S 和 C 2 S 的水化產物 Ca(OH) 2 在高溫下脫水，生成的 CaO 與礦渣及摻合料中的活性 SiO 2 和 A1 2 O 3 又反應生成具有較強耐熱性的無水硅酸鈣和無水鋁酸鈣，使混凝土具有一定的耐熱性。
(2) 耐熱骨料
普通混凝土耐熱性不好的主要原因是一些水泥的水化產物為 Ca(OH) 2 ，水化鋁酸鈣在高溫下脫水，使水泥石結構破壞而導致混凝土碎裂；另一個原因是常用的一些骨料，如石灰石、石英砂在高溫下發生較大體積變形，還有一些骨料在高溫下發生分解，從而導致普通混凝土結構的破壞，強度降低。因此，骨料是配制耐熱混凝土一個很關鍵的因素。
常用的耐熱粗骨料有碎黏土磚、黏土熟料、碎高鋁耐火磚、礬土熟料等；細骨料有鎂砂、碎鎂質耐火磚、含 A12O3 較高的粉煤灰等。
(3) 摻合料
摻合料的作用主要有兩個：一是可增加混凝土的密實性，減少在高溫狀態下混凝土的變形；二是在用普通硅酸鹽水泥時，摻合料中的 A12O3 和 SiO 2 與水泥水化產物 Ca(OH) 2 的脫水產物 CaO 反應形成耐熱性好的無水硅酸鈣和無水鋁酸鈣，同時避免了 Ca(OH) 2 脫水引起的體積變化。所以，摻合料應選用熔點高、高溫下不變形且含有一定數量 A12O3 的材料。
硅酸鹽水泥耐熱混凝土配制時，可摻加減水劑以降低 W/C ，減少混凝土結構內部的孔隙率。減水劑宜采用非引氣型。
2 、硅酸鹽水泥耐熱混凝土的配合比
該品種耐火混凝土的配合比設計用計算法比較繁瑣，一般常采用經驗配合比為初始配合比，再通過試配調整，得到適用的配合比。
二、鋁酸鹽水泥耐熱混凝土
鋁酸鹽水泥是一類沒有游離 CaO 的中性水泥，具有快硬、高強、熱穩定性好、耐火度高等特點。在冶金、石油化工、建材、水電和機械工業的一般窯爐上得到廣泛的應用，其使用溫度可達到 1300 ～ 1600 ℃，有的甚至能達到 1800 ℃ 左右，所以又稱為鋁酸鹽耐火混凝土。它屬于水硬性耐熱混凝土，也屬于熱硬性耐熱混凝土。
1 、膠結材
鋁酸鹽水泥耐熱混凝土的膠結材主要有礬土水泥、低鈣鋁酸鹽水泥、純鋁酸鹽水泥。
(1) 高鋁水泥 ( 普通鋁酸鹽水泥 )
高鋁水泥是由石灰和鋁礬土按一定比例磨細后，采用燒結法和熔融法制成的一種以鋁酸 - 鈣 (CA) 為主要成分的水硬性水泥。
高鋁水泥水化的產物主要有 C 3 AH 6 、 AH 3 、 CAH 10 、 C 2 AH 8 ，而上述產物在高溫作用 下會發生脫水，脫水產物之間發生反應。如：
300 ～ 500 ℃ C3AH6 → CaO+C12A7 +H2O
AH3 → A12O3 +H2O
500 ～ 1200 ℃ A12O3 +CaO → CA
A12O3+C12A7 → CA( 或 CA2 )
A12O3 +CA → CA2 ( 在A12O3 較多時 )
由上可知，在 500 ℃ 以前，水泥石由高鋁水泥的水化物組成； 500 ～ 900 ℃時由水化產物及由脫水產物之間的二次反應物組成； 1000 ℃ 開始發生固相燒結； 1200 ℃ 以上時變為陶瓷結合的耐火材料。其強度的變化如圖 6 — 11 所示。
(2) 純鋁酸鹽水泥
純鋁酸鹽水泥是用工業氧化鋁和高純石灰石或方解石為原料，按一定比例混合后，采用燒結法或熔融法制成的以 CA2 或 CA 為主要礦物的水硬性水泥。其中 CA2 和 CA 含量總和在 95 ％以上， CA2 占 60 ％～ 65 ％，另外含有少量 C12A7 和 C2AS 。
純鋁酸鹽水泥的水化硬化及在加熱過程中強度的變化與高鋁水泥類似。由于該水泥的化學組成中含有更多的 A12O3，因此在 1200 ℃ 發生燒結產生陶瓷結合后，具有更高的燒結強度和耐火度，其最高使用溫度可達 1600 ℃ 以上。
2 、骨料
由于純鋁酸鹽水泥可以配制較高溫度下工作的耐熱混凝土，因此，采用的骨料應為耐火度更高的骨料，如礬土熟料碎高鋁磚、碎鎂磚和鎂砂等。如使用溫度超過 1500 ℃ ，最好用鉻鋁渣、電熔剛玉等。
3 、摻合料
為提高耐熱混凝土的耐高溫性能，有時在配制混凝土時摻加一定量的與水泥化學成分相進的粉料，如剛玉粉、高鋁礬熟料粉等。粉料的細度一般應小于 lμm 。
三、磷酸或磷酸鹽耐熱混凝土
該耐熱混凝土是以磷酸鹽或磷酸作膠結劑和耐熱骨料等配制而成的混凝土。它是一種熱硬性耐熱混凝土。磷酸鹽耐熱混凝土使用溫度一般為 1500 ～ 1700 ℃ ，最高可達 3000 ℃ 。而磷酸鹽耐高溫混凝土可以經受 -30 ～ 2000 ℃ 的多次冷熱循環而不破壞。
1 、膠結劑
(1) 磷酸鹽
主要有鋁、鈉、鉀、鎂、銨的磷酸鹽或聚磷酸鹽，其中用得最多的是鋁、鎂和鈉的磷酸鹽。磷酸鋁一般是磷酸二氫鋁、磷酸氫鋁和正磷酸鋁三種的混合物，其中磷酸二氫鋁的膠結性最強。使用磷酸鋁時，為加速混凝土在常溫下的硬化，可加入適量的電熔或燒結氧化鎂、氧化鈣、氧化鋅和氟化銨等作為促硬劑，也可用含有結合狀態的堿性氧化物 ( 如硅酸鹽水泥 ) 作促硬劑。
磷酸鈉鹽一般用正磷酸鈉 (Na3PO4) 、磷酸二氫鈉、聚磷酸鈉。
(2) 磷酸
磷酸有正磷酸 (H3PO4) 、焦磷酸 (H3P2O7) 及偏磷酸 (HPO3) 等，常用的主要是正磷酸。正磷酸本身無膠結性，但與耐熱骨料接觸后，會與其中的一些氧化物 ( 如氧化鎂、氧化鋁 ) 反應形成酸式磷酸鹽，從而表現出良好的膠凝性。
2 、耐火骨料
由于磷酸鹽及磷酸耐熱混凝土一般用于溫度較高的結構物中，因此其所用的耐火骨料也應選用耐火度高的材料，常用的有碎高鋁磚、鎂砂、剛玉砂等。
3 、摻合料
磷酸鹽耐熱混凝土加熱時因水分蒸發會產生較大的收縮，因此在配制時應加入一些微米級耐火材料，如剛玉粉、石英粉等。
四、水玻璃耐熱混凝土
水玻璃耐熱混凝土是以水玻璃為膠結料，與各種耐火骨料、粉料等按一定比例配制而成的氣硬性耐熱混凝土。它具有高溫下強度損失小、耐磨、耐腐蝕、熱震穩定性好等優點。適用溫度為 800~ 1200 ℃ ，是理想的耐火混凝土品種。
耐熱混凝土的用途、材料組成及設計施工要點
普通混凝土在環境溫度超過 300 ℃ 后，其強度急劇下降，這是由于水泥石中的水化產物在高溫下分解脫水，晶格結構遭到破緣故。當溫度達到 600 ～ 900 ℃時，含有石英巖與石灰巖的集料會急劇膨脹并產生化學分解，也使混凝土強度顯著降低。所以普凝土的正常使用溫度不應超過 250 ℃ 。
耐熱混凝土是指能夠長期承受高溫 (250 ～ 1300 ℃ ) 作用高溫下保持工作所需要的物理力學性能的特種混凝土，耐熱混凝土主要用于工業窯爐基礎、外殼、煙囪及原子能壓力容器等處，長時間承受高溫作用外，還會承受加熱冷卻的反復溫度變化作。
耐熱混凝土由耐熱集料與適量的膠結料 ( 有時還添加礦物料 ) 和水按一定的比例配制而成。耐熱混凝土按其膠結材料不同為水泥耐熱混凝土和水玻璃耐熱混凝土。其中水泥耐熱混凝土又分為普通硅酸鹽水泥耐熱混凝土 ( 耐熱溫度 700 ～ 1200 ℃ ) 、礦渣酸鹽水泥耐熱混凝土 ( 耐熱溫度 700 ～ 900 ℃ ) 和高鋁水泥耐熱 ( 耐熱溫度 1300 ～ 1400 ℃ ) 等幾種。水玻璃耐熱混凝土的耐熱溫度為 600 ～ 1200 ℃。
耐熱混凝土的材料選用有如下要點。
(1) 水泥 強度等級不得低于 32.5MPa ，水泥中所摻的混合材料不得含有石灰巖類熔點低且在高溫下易于分解軟化的材料。
(2) 摻合材料 當工作溫度高于 700 ℃ 時，必須加入摻合材料。摻合材料是在拌制耐熱混凝土時摻入的具有耐熱作用的細粒粉料。加入摻合料首先可以增加混凝土的密實性，減少高溫變形；其次某些摻合料可以與水泥水化物起化學反應而減輕水泥水化物在高溫下的體積變化。摻合材料種類有黏土質 ( 黏土熟料、黏土磚、紅磚 ) 、高鋁質滴鋁磚，礬土熟料 ) 、鎂質 ( 冶金鎂砂、鎂磚 ) 、粉煤灰及高爐重礦渣等。
(3) 集料 不宜采用石灰巖及石英質集料。石灰巖集料易在高溫下分解，石英質集料在高溫下會發生較大的體積變形 ( 擴大至原體積的 1.3 ～ 1.5 倍 ) ，這些將導致混凝土結構的破壞。因此耐熱混凝土的集料應選擇在高溫下體積變形小且化學性質比較穩定的材料。可用黏土熟料、鋁礬土熟料、耐火磚碎料、紅磚碎料、高爐礦渣、碎鎂磚、燒結鎂砂、鉻鐵礦、玄武巖及輝綠巖等。集料中嚴禁混有石灰巖等有害雜質。 耐熱混凝土的配合比設計，應根據混凝土的工作強度、極限工作溫度、材料來源及經濟因素加以綜合考慮，并通過試驗確定。在試驗中應注意用水量 ( 或水玻璃用量 ) 在滿足和易性要求下應盡量減少，其坍落度應比普通混凝土小 10 ～ 20mm ；宜用機械攪拌，攪拌時間要比普通混凝土延長 1~2 分鐘。耐熱混凝土澆筑后應精心養護，水泥耐熱混凝土宜在 15 ～ 25 ℃的潮濕環境中養護，水玻璃耐熱混凝土宜在 15 ～ 30 ℃的干燥環境中養護；水泥耐熱混凝土在氣溫低于 + 7 ℃ 、水玻璃耐熱混凝土在低于 + 10 ℃ 時施工，即應按照冬期施工規定執行，并不得摻用化學促凝劑。
耐火混凝土的用途、材料組成及設計施工要點
耐火混凝土是指工作于 900~ 1600 ℃ 的溫度下并保持其物理力學性能的特種混凝土，它與耐熱混凝土 有許多共同之處，在一些資料中甚至不將二者加以區分。它與耐熱混凝土的區別主要在于它往往 直接暴露于高溫火焰中，工作溫度亦更高，且較少反復加熱冷卻情況。耐火混凝土廣泛運用于冶金、石油、化工及核電等工業窯爐 中， 主要代替耐火磚用作窯爐的膛壁內襯或主體結構，它比耐火磚生產工藝簡單，施工效率高，成本低，易于滿足異形部位施工與維修，其壽命較耐火磚可提高 1 ～ 2 倍。
耐火混凝土品種繁多，其材料組成也因具體工作要求不同而多種多樣，可大致作如下分類。
(1) 按膠結材料分類
①水硬性耐火混凝土膠結材料為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、高鋁水泥等。它的強度形成與普通混凝土相同，都是由于水泥水化反應生成膠凝物質與集料界面緊密結合，形成具有設計強度的整體。
②火硬性耐火混凝土 膠結材料為高鋁水泥、低鈣鋁酸鹽水泥等。火硬性耐火混凝土的膠結材料僅在混凝土澆筑成型后的一段時間由水泥水化產物產生膠凝作用，形成混凝土的初期強度，對結構本身起支持作用。當溫度升高時，在溫度 300 ～ 1200 ℃階段，混凝土內部產生一系列化學反應，水泥石由低密度水化產物轉成高密度非水化產物 ( 焙燒產物 ) ，固相體積縮小，而固體間空隙增大，混凝土強度反而降低。當繼續升溫，溫度超過 1200 ℃ 后，固相材料經燒結作用產生陶瓷結構，強度顯著提高，成為工作所需要的耐火混凝土。
③氣硬性耐火混凝土 膠結材料為水玻璃并用氟硅酸鈉作固化劑 ( 參見耐酸堿混凝土 ) 。水玻璃耐熱混凝土粗集料常用鎂磚碎塊或黏土熟料塊，細集料常用鎂砂或黏土熟料砂，摻合料常用鎂磚粉或黏土熟料粉。
(2) 按集料成分分類
按集料成分，耐火混凝土可分為鋁質耐火混凝土主要成分為氧化鋁 (Al 2 O 3 ) ，耐火溫度 1800 ℃ 、硅質耐火混凝土主要成分為二氧化硅 (SiO 2 ) ，耐火溫度 1200 ℃ 與鎂質耐火混凝土主要成分為氧化鎂 (MgO) ，耐火溫度 800 ℃ 。
(3) 按堆密度分類
按堆密度，耐火混凝土可分為普通耐火混凝土 ( 所用集料為天然石材 ) 與輕質耐火混凝土 ( 所用集料為天然輕集料、人造輕集料及工業廢渣輕集料 ) 。
耐火混凝土的配比設計有如下要點。
①施工條件允許的前提下，要盡可能降低水灰比，減少用水量。這是因為耐火混凝土在高溫下水分容易散失，致使混凝土孔隙增加、強度降低。
②在滿足和易性和常溫強度的前提下，要盡可能減少膠結材料和水泥的用量。這是因為通常集料的耐火程度要高于膠結材料，高溫膠結材料先于集料發生軟化、變形。
③加入適當的摻合材料可提高混凝土的耐火性，同時可改善和易性并減少水泥用量。常用摻合材料有黏土熟料、黏土耐火磚、黃土、礬土熟料、鎂砂、鉻鐵礦、粉煤灰、高鋁磚的磨細粉料。
④集料要選擇適當的級配使密度達到最大，還要注意與膠結材料的匹配與適應。砂率控制在 40 ％～ 60 ％。配合比設計一般以經驗合比為基礎，通過試拌調整后確定。耐火混凝土一般不配鋼筋，因為鋼筋的熱膨脹系數與耐火混凝土差別很大，高溫下會導致混凝土開裂剝落，鋼筋氧化、軟化失去增強作用。必須配筋時要采取特殊措施，如鋼筋表面滲鋁抗氧化、用型鋼或埋入冷卻水管等。
