Categories: строительство

Жаростойкий бетон

Жаростойкий бетон предназначается для промышленных агрегатов ( футеровка печей, облицовка котлов и т. п.) и строительных конструкций, подверженных нагреванию ( например для дымовых труб).
В зависимости от применяемого вяжущего жаростойкие бетоны бывают следующих видов: бетоны на портландцементе, шлакопортландцемента, на глиноземистом цементе и жаростойкие бетоны на жидком стекле. Для повышения стойкости бетона при нагревании в его состав вводят тонкомолотые добавки из хромитовой руды, шамотного боя, магнезитового кирпича, андезита, гранулированного доменного шлака и др.

Тонкость помола добавки для бетона на портландцементе должна быть такой, чтобы через сито № 009 проходило не менее 70%, а для бетона на жидком стекле — не менее 50%, В качестве мелкого и крупного заполнителя применяют хромит, шамот, бой глиняного кирпича, базальт, диабаз, андезит и др. При правильно выбранных вяжущих и заполнителях бетон может длительное время выдерживать, не разрушаясь, действие температуры до 1200°С.

Выбор материалов производят в зависимости от условий и температуры его эксплуатации. Жаростойкие бетоны на портландцементе и глиноземистом цементе производят класса (марки) не менее В20 (250), а на жидком стекле — В12,5 (150). Бетоны на жидком стекле не применяют в условиях частого воздействия воды, а на портландцементе — в условиях кислой агрессивной среды.

При приготовлении бетонных смесей на портландцементе или глиноземистом цементе соблюдается такая последовательность:
в смеситель заливают заданное количество воды, при включенном перемешивании загружают другие компоненты и перемешивают 2…3 мин. При изготовлении газобетона, в котором заполнители отсутствуют, после перемешивания загружают водно-алюминиевую суспензию и перемешивают дополнительно 1…2 мин.

Приготовление бетонных смесей на силикат-глыбепроизводят в шламбассейне, куда загружают дозированные по массе силикат глыбу, тонкомолотую добавку, едкий натр и воду. Полученный шлам перекачивают в ванну, подогревают до 30…35°С и подают в с меситель, в который при включенном перемешивающем механизме вводят дозированные по массе заполнитель, водо-алюминиевую суспензию и нефелиновый шлам. Смесь перемешивают 2…3 мин. Для формования изделий из ячеистого бетона применяют металлические формы. В форме смесь выдерживают 2…3 ч.

Твердение изделий на глиноземистом цементе происходит в течение 1 сут при температуре 18…20°С и влажности 90…100%,

на портландцементе твердение изделий проходит при температуре 80…90°С и влажности 90… 100%, а изделия на силикатглыбе твердеют в автоклаве. При приготовлении жаростойких бетонов стремятся ограничить количество воды и жидкого стекла. Осадка конуса должна быть не более 2 см, а жесткость — не менее 10 с.

Бетоны на портландцементе разных составов используются при одностороннем нагреве с предельной температурой 1700°С, на глиноземистом цементе и на жидком стекле — до 1400°С.

♦При действии высокой температуры на цементный камень происходит обезвоживание кристаллогидратов и разложение гидрата окиси кальция с образованием СаО. Окись кальция при воздействии влаги гидратируется с увеличением объема и вызывает растрескивание бетона. Поэтому в жаростойкий бетон на портландцементе вводят тонко измельченные материалы, содержащие активный кремнезем SiO2, который реагирует с СаО при температуре 700 — 900°С и в результате химических реакций, протекающих в твердом состоянии, связывает окись кальция.

Цементы

Жаростойкий бетон изготовляют на портландцементе с активной минеральной добавкой (пемзы, золы, доменного гранулированного шлака, шамота). Шлакопортландцемент уже содержит добавку доменного гранулированного шлака и может успешно применяться при температурах до 700°С. Портландцемент и шлакопортландцемент нельзя применять для жаростойкого бетона, подвергающегося кислой коррозии (например, действию сернистого ангидрида в дымовых трубах). В этом случае следует применить бетон на жидком стекле. Он хорошо противостоит кислотной коррозии и сохраняет свою прочность при нагреве до 1000°С.

Глиноземистый цемент можно применять без тонкомолотой добавки, поскольку при его твердении не образуется гидрат окиси кальция. Еще большей огнеупорностью (не ниже 1580°С) обладает высокоглиноземистый цемент с содержанием глинозема 65 — 80%; в сочетании с высокоогнеупорным заполнителем его применяют при температурах до 1700°С.

Столь же высокой огнеупорности позволяют достигнуть фосфатные и алюмофосфатные связующие: фосфорная кислота (Н3РО4), алюмофосфаты Аl(Н2P04)з и магнийфосфаты Mg(H2P04)2. Жаростойкие бетоны на фосфатных связующих можно применять при температурах до 1700°С, они имеют небольшую огневую усадку, термически стойки, хорошо сопротивляются истиранию.

Заполнитель

Заполнитель для жаростойкого бетона должен быть не только стойким при высоких температурах, но и обладать равномерным температурным расширением. Бескварцевые изверженные горные породы как плотные (сиенит, диорит, диабаз, габбро), так и пористые (пемза, вулканические туфы, пеплы) можно использовать для жаростойкого бетона, применяемого при температурах до 700°С.

Для бетона, работающего при температурах 700 — 900°С, целесообразно применять бой обычного глиняного кирпича и доменные отвальные шлаки с модулем основности не более 1, не подверженные распаду. При более высоких температурах заполнителем служат огнеупорные материалы: кусковой шамот, хромитовая руда, бой шамотных, хроммагнезитовых и других огнеупорных изделий.
Легкий жаростойкий бетон

Легкий жаростойкий бетон на пористом заполнителе имеет объемную массу менее 2100 кг/м3, его теплопроводность в 1,5 — 2 раза меньше, чем у тяжелого бетона. Применяют пористые заполнители, выдерживающие действие высоких температур (700 — 1000°С): керамзит, вспученный перлит, вермикулит, вулканический туф.

Ячеистый жаростойкий бетон отличается небольшой массой (500 — 1200 кг/м3) и малой теплопроводностью.

Сборные элементы и монолитные конструкции из жаростойкого бетона широко применяют в различных отраслях промышленности: энергетической, черной и цветной металлургии, в химической и нефтеперерабатывающей, в производстве строительных материалов. Жаростойкие ячеистые бетоны используют взамен полукислых и шамотных изделий, предназначенных для температур 800 — 1400°С, а также вместо высокоогнеупорных изделий при температуре выше 1400°С.

Замена только 150 тыс. м³ огнеупорной кладки жаростойким бетоном и железобетоном дает значительную экономию .

Большие работы по жаростойким бетонам проводятся под руководством Ю. П. Горлова, К. Д. Некрасова и др.

В МИСИ им. В.В. Куйбышева разработаны алюмосиликатные вяжущие цеолитовой структуры путем гидротермального омоноличивания кислых вулканических стекол: перлитов, обсидианов, липаритов, литоидной пемзы и других видов материалов а также жароупорные бетоны на их основе. Природные высококремнеземистые стекла по своему химическому составу (смотри таблицу №1) можно отнести к алюмосиликатным системам.

Читать далее на http://stroivagon.ru жаростойкий шлакощелочной бетон

Таблица №1. Химический состав перлитов, %.

При дисперсности S уд=450 м² /кг перлитовые породы проявляют химическую активность вяжущего компонента. Такие виды вяжущих возможно легировать путем добавления в них микро наполнителей, такие как корунд, тонкомолотый шамот, технический глинозем и другие виды. Это позволяет в широких пределах изменить химический и фазовый состав вяжущего, в частности соотношение основных оксидов SiO2 и Al2O3 а также соответственно термические свойства изделий.

Алюмосиликатные вяжущие обладают рядом существенных достоинств, обуславливающих техническую и экономическую целесообразность их применения при изготовлении жаростойких бетонов. Такие как:

1. Повышение прочности бетонов после нагрева на рабочую температуру.

2. Высокая реакционная способность при нагреве, позволяющая за счет использования специальных добавок управлять структурой синтезируемого вяжущего.

3. Возможность регулирования огнеупорности и термомеханических характеристик вяжущего изменения содержания щелочного и кремнеземистого компонентов.

На основе вяжущего (алюмосиликатное вяжущее, силикатно-натриевом композиционном вяжущем) и использования различных видов огнеупорных заполнителей получены огнеупорные и жаростойкие бетоны с температурой использования до 1550 °С. Для приготовления жаростойкого бетона используют шамот, перлит, керамзит и другие виды (шамотный перлитобетон, легкий шамотный керамзито-перлитобетон, ячеистые виды бетонов, цирконовые, корундовые и другие виды бетонов).

Такие виды жаростойких бетонов характеризуются несложностью технологии изготовления, низкой себестоимостью и энергоемкостью производства а также высокими термомеханическими эксплуатационными показателями. Достоинства таких видов бетонов являются:

1. Возможность форсированного первого разогрева на рабочую температуру со скоростью до 500 °С в час.

2. Отказ от предварительной сушки перед началом монтажа. Отказ обуславливается низкой влажностью изделий после автоклавной обработки.

3. Отсутствие снижения прочности для большинства изделий в интервале температур 600…900 °С.

4. Высокая прочность после разогрева на рабочую температуру.

Поэтому при получении алюмосиликатных жаростойких и огнеупорных бетонов применение природных вулканических стекол в качестве компонента вяжущего наиболее предпочтительно. Такие материалы приобретают эксплуатационные свойства в процессе первого разогрева на рабочую температуру когда происходит перерождение вяжущего в керамический черепок.

Жаростойкий шамотный перлитобетон

Получают из гидроалюмосиликатного вяжущего на основе кислых вулканических стекол и шамота ( смотри таблицу №2).
Таблица №2. Состав шамотных перлитобетонов, % по массе

Основные физико-механические показатели жаростойкого шамотного перлитобетона изготовленного на основе сырьевой шихты оптимального состава при использовании в качестве затворителя 8 % -ного раствора NaOH и раствора силиката натрия Мс=2,8 приведены в таблицу №3.

Таблица № 3. Физико-механические свойства шамотных перлитобетонов.

Из приведенных в таблицу данных следует что жаростойкий шамотный перлитобетон по всем показателям превосходит мелкоштучные керамические изделия (ГОСТ 390-83), которые применяют в качестве футеровки обжиговых вагонеток предприятий строительной керамики.

Мелкозернистый циркониевый перлитобетон

Получают такой бетон на основе циркониевого концентрата, которого используют как заполнитель , а также молотой перлитовой породы в количестве 8 % и обезжелезненного циркона в качестве добавки. В качестве затворителя используют раствор едкого натра 7,5 %-ной концентрации.

Физико-химические показатели жаростойкого цирконового перлитобетона:

Средняя плотность, кг/м³-3450…3500

Прочность при сжатии МПа:

после автоклавной обработки-28…30

после обжига при 1600 °С -100…105

Пористость кажущаяся ,% -8…9

Усадка огневая ,% -0,2

Теплопроводность при средней температуре 800 °С, Вт/(м·°С) -2,2

Коэффициент линейного термического расширения, 10‾⁶· °С^-1 -3,8

Температура начала деформации под нагрузкой 0,02 МПа, °С -1580.

Циркониевый перлитобетон используют при футеровке индукционной печи для спекания металлических порошков вместо высокоглиноземистой керамики. Его применение позволило повысить давление прессования с 7 до 20 МПа и снизить количество брака по основному продукту и повысить при этом экономический эффект от использования одной печи.

Блоки из жаростойкого циркониевого перлитобетона используют в качестве футеровки тигельных стекловаренных печей периодического действия вместо высокоглиноземистой керамики. использование этого бетона позволяет увеличить срок службы футеровки и улучшает качество выпускаемой продукции за счет повышения температуры варки стекла.

Жаростойкие бетоны на силикатно-натриевом композиционном вяжущем

Такие жаростойкие виды бетонов получают на основе тонкоизмельченной силикат- глыбы и использования огнеупорных заполнителей. В процессе термообработки при довольно высокой температуре до 200 °С, происходит отверждение. На сегодняшний день успешно используется разработанная несложная технология производства изделий с низким ( до 3 %) расходом вяжущего.

Вид вяжущего и огнеупорного заполнителя определяет предельно допустимую температуру применения, монтажную прочность , среднюю плотность и прочность при рабочей температуре жаростойкого бетона. От вида заполнителя и вяжущего используемых для изготовления бетона зависит его термическая стойкость а также стойкость во время эксплуатации в различных средах.

На силикатно-натриевом композиционном вяжущем получены жаростойкие бетоны с предельно допустимой температурой применения 900…1600 °С. Полученный бетон согласно ГОСТ 20910-82, относится к 16-му классу. По своим свойствам он не уступает, а по термической стойкости превосходит в 2,5 раза обжиговые высокоглиноземистые изделия.

Основные физико-механические показатели свойств жаростойкого бетона на силикатно-натриевом композиционном вяжущем и муллитокорундовом заполнителе:

Огнеупорность, °С -1800

Максимальная температура применения при одностороннем нагреве, °С -1600

Прочность при сжатии после сушки, не ниже , МПа:

при 200 °С …..27

при 1500 °С ….32

Плотность средняя, кг/м³ -2400

Усадка огневая, % -0,5

Пористость общая, % 19,5

Термический коэффициент линейного расширения, 10‾⁶· °С^{-1 -5,6….6,2}

Температура деформации под нагрузкой 0,2 МПа,°С:

начало деформации -1530