Как сделать жаропрочный бетон своими руками. Огнеупорный бетон для печей - приготовление на объекте

Огнеупорный бетон – это специальный вид бетона, обладающего особыми свойствами, такими как: стойкость к воздействию высоких температур, повышенная плотность и прочность.

В соответствии с этим огнеупорный бетон используется для: футеровки промышленных печей и стенок сталеразливочных ковшей, обмазки топок бытовых печей, строительства каминов и прочих работ, связанных с защитой конструкций от высокой температуры.

Что такое огнеупорный бетон?

Как уже было сказано, огнеупорный бетон, является узкоспециальным видом строительного материала, поэтому неудивительно, что для его приготовления используются особые компоненты, обладающие высокой жаростойкостью и огнестойкостью. В числе базовых компонентов:

• Связующие: глиноземистый (периклазовый) и портландцементы, жидкое стекло и алюмофосфаты;
• Заполнители: корунд, магнезит, шамотный песок, щебень, пылевидная хромитовая руда, пемза, доменные шлаки и ряд других;
• Пластификаторы: феррохромовый шлак (магнезиальный порошок), перлит, керамзит либо вермикулит.

При этом заполнители огнеупорного бетона производятся как промышленным способом, но зачастую используются отходы (бой) производства огнеупоров и измельченные тугоплавкие природные горные породы. Огнеупорный бетон состав природных и искусственных заполнителей из числа «ряд других»: бой шамотного и обыкновенного кирпича, измельченный базальт, глиноземистый шлак, отвальный доменный шлак и бой магнезитового кирпича.

Производители огнеупорных бетонов поставляющихся в виде сухих смесей принимают и выполняют индивидуальные заказы, основанные на проектных разработках печей, ковшей и т.п. В этом случае состав и пропорции компонентов выбирается строго по максимально возможной температуре и другим условиям эксплуатации возводимой конструкции. На данный момент времени, в общем случае, все огнеупорные бетоны по температуре эксплуатации условно делятся на три вида:

• Огнеупорный бетон. Рабочая температура эксплуатации до 1 580 Градусов Цельсия;
• Жаропрочный бетон. Рабочая температура эксплуатации до 1 770 Градусов Цельсия;
• Высокожаропрочные. Рабочая температура эксплуатации более 1 770 градусов Цельсия.

По отдельному заказу, производители бетона, используя усовершенствованные компоненты, могут изготавливать бетоны выдерживающие температуру окружающей среды до 2 300 градусов Цельсия.

Марки огнеупорных бетонов применяющиеся в РФ

Очень многие Интернет-ресурсы публикуют рецепты приготовления огнеупорного бетона для домашнего строительства печей и каминов «своими руками». В то же время, учитывая специальный состав и специальные свойства огнеупорного бетона, изготовление «своими руками» не дает гарантии, что подобный материал будет работать в тех или иных условиях. Поэтому в вопросе футеровки печи и камина не стоит экономить и приобретать огнеупорную смесь заводского изготовления.

При этом следует знать, что сухие огнеупорные смеси имеют очень короткий гарантийный срок хранения, а также, в связи с высокой плотностью и «тяжестью» состава их невозможно замесить вручную – только в бетономешалке с электрическим приводом.

Также, при приготовлении огнеупорного бетона следует строго соблюдать количество затворяемой воды, указанное на упаковке. Дело в том, что выдержав рекомендуемую порцию этого компонента, некоторым неопытным застройщикам может показаться, что бетон слишком густой. На самом деле это не так. При правильном и тщательном перемешивании у вас получится хорошо укладываемый качественный огнеупорный раствор.

Работа содержит: 26 страниц, 5 таблиц, 1 блок-схему.

Ключевые слова: бетон жаростойкий, бетонная смесь, технология производства бетона жаростойкого, показатели качества, потребительские свойства, контроль качества, стандарты.

Определены потребительские свойства жаростойкого бетона. При изучении и описании технологии производства жаростойкого бетона дана характеристика сырья, основных стадий производства, приведен анализ блок-схемы производства жаростойкого бетона, выявлено влияние технологии, сырья на качество продукции.

Для определения нормируемых показателей качества жаростойких бетонов изучены соответствующие стандарты.

Изучены вопросы контроля качества жаростойких бетонов, правила приемки, транспортирования и хранения готовой продукции.

ВВЕДЕНИЕ

Бетон - искусственный каменный материал, получаемый в результате формования и затвердевания бетонной смеси. Бетонной смесью называют перемешанную до однородного состояния пластичную смесь, состоящую из вяжущего вещества, воды, заполнителей и специальных добавок, которая сравнительно легко принимает любую форму и затем самопроизвольно переходит в камневидное состояние. Таким образом, легко получают каменные конструкции и изделия любой заданной формы.

Состав бетонной смеси подбирают таким образом, чтобы при данных условиях твердения бетон обладал заданными свойствами (прочностью, морозостойкостью, плотностью и др.).

Бетон - один из древнейших строительных материалов. В Древнем Риме, например, из бетона на извести был построен ряд сложных инженерных сооружений. Существует мнение, что блоки внутренней части египетских пирамид также изготовлены из бетона, вяжущим в котором служила известь. Также бетон применялся при строительстве части Великой Китайской стены, ряде сооружений на территории Индии.

Однако широкое применение бетона начинается только во второй половине XIX века, после освоения промышленного производства портландцемента, который стал основным вяжущим веществом для бетонных и железобетонных конструкций. Исследования по разработке и теоретическим вопросам создания жаростойких бетонов были начаты в СССР в 1933-1934 гг. Особо актуальными работы по жаростойким бетонам были в годы Великой Отечественной войны. В это время впервые в мире были установлены теоретические основы получения жаростойких бетонов на основе портландцемента.

Современная строительная техника предъявляет к вяжущим материалам новые высокие требования. В корне изменилось производство бетонных смесей и бетонов.

В настоящее время главной задачей исследователей в этой области является создание новых, еще более эффективных видов жаростойких бетонов, производство которых позволило бы экономить дорогостоящее и дефицитное сырье, снизить расход топливно-энергетических ресурсов и затраты труда.

Современное строительство немыслимо без бетона - бетон стал основным строительным материалом. Это объясняется его экономичностью, технологичностью и доступностью основных сырьевых материалов.

1.ПРИМЕНЕНИЕ ЖАРОСТОЙКИХ БЕТОНОВ В СФЕРЕ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ

Жаростойкие бетоны по праву заняли одно из главных мест в строительстве, нефтехимической и химической промышленности, энергетической отрасли, промышленности строительных материалов и др. Жаростойкие бетоны успешно применяют во многих тепловых агрегатах и строительных конструкциях, в том числе фундаментах тепловых агрегатов - фундаменты доменных и мартеновских печей, дымовых трубах, туннельных печах и вагонетках на предприятиях строительных материалов, в подземных наземных газоходах, коллекторах, пылевых камерах, различных реакторах, стеклоплавильных печах, газораспределительных решетках, печах нефтехимии, нефтепереработки и других промышленных печах.

Жаростойкие бетоны применяют для различных строительных элементов зданий и сооружений. Из них изготовляют панели для стен и перекрытий отстраиваемых зданий, пролетные строения мостов, фермы, плавучие средства. В общем объеме производства строительных конструкций из железобетона изделия из жаростойких бетонов на пористых заполнителях составляют в настоящее время около 10% и предусматривается дальнейшее увеличение их выпуска.

Применение изделий из жаростойких бетонов позволяет укрупнить монтажные элементы, уменьшить общую массу сооружения, улучшить качество строительства и повысить производительность труда. При уменьшении массы бетона на каждые 10% стоимость конструкции снижается примерно на 3%. Применение жаростойких бетонов дает возможность на 30...40% снизить массу зданий, примерно на 20% сократить трудоемкость их возведения, на 30...40% уменьшить транспортные расходы, не менее чем на 6...10% снизить общую стоимость строительства.

Товарами-аналогами в области применения могут выступать тяжелые бетоны, но они имеют значительный недостаток - повышенная масса изделий, что отрицательно отражается на проведении строительных работ, то есть возникает необходимость в привлечении дополнительных финансовых и трудовых ресурсов.

2.КЛАССИФИКАИОННЫЕ ПРИЗНАКИ ЖАРОСТОЙКИХ БЕТОНОВ

2.1 Бетоны классифицируют

По назначению:

а) конструктивные;

б) специальные (жаростойкие, химически стойкие, декоративные);

-по условиям твердения;

-по способу порообразования;

-по видам вяжущих и кремнеземистых компонентов.

2.2 Жаростойкие бетоны подразделяют:

-по назначению - на конструкционные, теплоизоляционные;

-по структуре - на плотные тяжелые и легкие, ячеистые;

-по виду вяжущего - на портландцементе и его разновидностях (быстротвердеющем портландцементе, шлакопортландцементе), на алюминатных цементах (глиноземистом и высокоглиноземистом), на силикатных вяжущих (жидком стекле с отвердителем, силикат глыбе с отвердителем);

-по виду тонкомолотой добавки - с шамотной, кордиеритовой золошлаковой, керамзитовой, аглопоритовой, магнезиальной, периклазовой, алюмохромитовой;

-по виду заполнителя - с шамотным, муллитокорундовым, корундовым, магнезиальным, карборундовым, кордиеритовым, кор-диеритомуллитовым, муллитокордиеритовым, шлаковым, золошлаковым, базальтовым, диабазовым, андезитовым, диоритовым, керамзитовым, аглопоритовым, перлитовым, вермикулитовым, из боя бетона.

В работе воспользуемся экономико-статистической классификацией, которая представлена в «Общегосударственном классификаторе промышленной и сельскохозяйственной продукции Республики Беларусь» (ОКПРБ). Он входит в состав единой системы классификации и кодирования технико-экономической информации Республики Беларусь.

В ОКПРБ используют иерархический метод с шестью ступенями классификации и одной промежуточной ступенью.

Классификация по ОКПРБ

Секция D. Продукты перерабатывающей промышленности

Подсекция DI. Прочие неметаллические минеральные изделия

Раздел 26. Прочие неметаллические минеральные изделия

Группа 26.6. Изделия из бетона, гипса и цемента

Класс 26.61. Изделия из бетона для строительных целей

В международной практике широко используется «Товарная номенклатура внешнеэкономической деятельности» (ТН ВЭД). Структура ТН ВЭД состоит из кодового обозначения товаров 9-ю цифровыми десятичными знаками, из которых 1-6 - это уровни, соответствующие кодовому обозначению товаров по НГС, 7-8 разряды соответствуют кодовому обозначению товаров по КНЕС. 9-й уровень пока остается нулевым, он предназначен для определения национальных товаров.

Классификация по ТН ВЭД

Раздел XIII. Изделия из камня, гипса, цемента, асбеста, слюды и из подобных материалов; керамические изделия, стекло и изделия из него.

Группа 68. Изделия из камня, гипса, асбеста, слюды и из подобных материалов.

Позиция 6810. Изделия из цемента, бетона или искусственного камня, неармированные или армированные: черепица (плитка), плиты, кирпичи аналогичные изделия.

2.3 Классификация по предельно допустимой температуре применения

Таблица 2.1. Классы по предельно допустимой температуре применения

Класс бетонов по предельно допустимой температуре применения определяют по значениям остаточной прочности и температуры деформации под нагрузкой.

3.ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА ЖАРОСТОЙКИХ БЕТОНОВ

Для жаростойких бетонов основными показателями качества являются: прочность на сжатие, предельно допустимая температура применения, термостойкость, водонепроницаемость, морозостойкость, средняя плотность и усадка.

Прочность на сжатие - способность твердого тела сопротивляться разрушению при приложении к нему внешней силы при сжатии. Прочность зависит от структуры материала, вещественного состава, влажности, направления и скорости приложения нагрузки.

Термостойкость - способность материала выдерживать без разрушений определенное количество резких колебаний температуры. Единицей измерения этого свойства, определяемого для многих теплоизоляционных и огнеупорных материалов, является количество теплосмен.

Водонепроницаемость - свойство, характеризующее способность материала пропускать воду под давлением. Особенно важно это свойство при строительстве гидротехнических сооружений (дамб, плотин, молов, мостов), резервуаров, возведении стен подвалов при наличии грунтовых вод.

Морозостойкость - способность материала сохранять свою прочность при многократном попеременном замораживании в водонасыщенном состоянии и оттаивании в воде. Для материалов, эксплуатируемых в условиях знакопеременных температур наружного воздуха (дорожные покрытия, стеновые материалы), морозостойкость является одним из важнейших свойств, обеспечивающих их долговечность. Способность материала противостоять морозному разрушению обусловлена в первую очередь присутствием в его структуре определенного объема замкнутых пор, в которые и отжимается часть воды под действием давления растущих кристаллов льда. Таким образом, главными факторами, определяющими морозостойкость материала, являются показатели структуры, от которых зависит степень насыщения водой и интенсивность образования льда в порах.

В строительстве морозостойкость материала количественно оценивают маркой F, то есть числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые выдерживают образцы без снижения прочности на 5…25% и массы на 3...5% в зависимости от назначения материала. Установлены следующие марки: тяжелый бетон - F50…F500, легкий бетон -F25…F500.

Средняя плотность - масса единицы объема материала в естественном состоянии, с пустотами и порами. Средняя плотность природных и искусственных материалов колеблется в широких пределах - от 10 кг/м 3 у полимерной воздухонаполненной мипоры до 7850 кг/м3 у тяжелого бетона и 7850 кг/м3 у стали. Значения средней плотности используются пи подборе материала для изготовления строительных конструкций, расчетах транспортных средств, подъемно-транспортного оборудования. Средняя плотность характеризует прочностные свойства материала. При одинаковом составе, чем выше средняя плотность, тем прочнее материал.

Усадка - уменьшение объема материала при его переходе из жидкого состояния в твердое. Усадка характеризует изменение объема бетона при твердении и связана с обезвоживанием пор цементного камня. Она обычно составляет 0,2-0,5 мм/м и возрастает с увеличением содержания цементного камня и начального водосодержания бетонной смеси. Усадка не нормируется, но должна учитываться при сооружении массивных объектов.

Предельно допустимая температура применения - максимальная температура, за пределами которой данный продукт не может быть использован.

4. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЖАРОСТОЙКИХ БЕТОНОВ И ЕЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА

Жаростойкие бетоны изготовляют из вяжущего (в которое в необходимых случаях вводится еще и минеральная тонкомолотая добавка), воды (или другого затворителя) и жаростойких заполнителей. Технология изготовления изделий из жаростойких бетонов имеет ряд особенностей, связанных с различием в свойствах исходных материалов и бетонных смесей.

К технологии приготовления жаростойкого бетона предъявляются более жесткие требования, чем к технологии обычного бетона: требуется повышенная чистота заполнителя, не допускается засорение огнеупорных и тугоплавких заполнителей гранитом, известняком, песком, так как это приводит к разрушению бетона после его нагрева. Это необходимо учитывать при складировании материалов и изготовлении бетонных смесей.

Существуют два способа приготовления жаростойкого бетона - из отдельных составляющих и из готовых сухих бетонных смесей. Последний более предпочтителен, так как в заранее приготовленную в заводских условиях сухую бетонную смесь добавляют только воду или затворитель. Это гарантирует высокое качество жаростойкого бетона и исключает возможность его засорения.

Для приготовления сухих смесей заполнители сушат до влажности не более 0,1 %, дробят и рассеивают на фракции. Затем исходные компоненты дозируют, перемешивают с цементом в смесителе (без воды) и упаковывают в мешки.

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. 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. Уплотнение осуществляется вибрированием, трамбованием, прессованием и др.

Выбор материалов производят в зависимости от условий и температуры его эксплуатации. 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-глыбе производят в шламбассейне, куда загружают дозированные по массе силикат-глыбу, тонкомолотую добавку, едкий натр и воду. Полученный шлам перекачивают в ванну, подогревают до ЗО...35°С и подают в смеситель, в который при включенном перемешивающем механизме вводят дозированные по массе заполнитель, водоалюминиевую 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 суток при температуре 18...20°С и влажности 90...100%, на портландцементе твердение изделий проходит при температуре 8О...9О°С и влажности 90...100%, а изделия на силикат-глыбе 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.

Блок-схема производства бетона жаростойкого, наиболее предпочтительная технология

Стадии производства:

.Сушка до влажности 0,1%, дробление

и рассеивание на фракции;

.Дозирование исходных материалов,

их перемешивание в смесителе;

Перемешивание;

.Застывание бетонной смеси.

5. СТАНДАРТЫ НА ЖАРОСТОЙКИЙ БЕТОН, НОРМИРУЕМЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА В СООТВЕТСТВИИ С ТРЕБОВАНИЯМИ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

На жаростойкие бетоны распространяются следующие стандарты:

ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия»

ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия» распространяется на жаростойкие бетоны, предназначенные для применения при эксплуатационных температурах до 1800°С.

Требования ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия» следует соблюдать при разработке новых, пересмотре действующих стандартов, технических условий, проектной и технологической документации и при производстве сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций, монолитных и сборно-монолитных сооружений из этих бетонов.

ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия» не распространяется на огнеупорные бетоны.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ по ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия»

Бетоны должны соответствовать требованиям ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия» и обеспечивать изготовление изделий, конструкций и возведение сооружений, удовлетворяющих требованиям стандартов или технических условий, нормам проектирования и проектной документации на эти изделия, конструкции и сооружения.

Основные параметры

Наименования бетонов должны включать основные признаки:

-вид бетона (BR -бетон жаростойкий);

-вид вяжущего (Р - портландцемент, А - алюминатный цемент, S - силикатное вяжущее),

-класс бетона по прочности на сжатие (Bl -B40) и класс бетона по предельно допустимой температуре применения (ИЗ-И18).

BR A B35 И16 - бетон жаростойкий на алюминатном цементе, класса В35 по прочности на сжатие, температурой применения 1600°С.

BR S B25 И13 - бетон жаростойкий на силикатном вяжущем, класса В25 по прочности на сжатие, температурой применения 1300°С.

Характеристики

Для бетонов конкретного назначения основными показателями качества являются:

-прочность на сжатие;

-предельно допустимая температура применения;

-термостойкость (термическая стойкость);

-водонепроницаемость;

-морозостойкость;

-средняя плотность;

Усадка.

Прочность бетона в проектном возрасте характеризуют классом прочности на сжатие по СТ СЭВ 1406.

Для бетонов установлены следующие классы по прочности на сжатие: В1; В1,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; BIO; B12.5; В15; В20; В25; ВЗО; В35; В40.

Класс по прочности на сжатие В назначают и контролируют во всех случаях.

При изготовлении сборных бетонных и железобетонных изделий, конструкций устанавливают отпускную прочность бетона, а при возведении монолитных конструкций и сооружений - прочность бетона в промежуточном возрасте.

Отпускная прочность бетона должна быть не менее 70% нормируемой, прочность бетона в промежуточном возрасте принимают по проектно-технической документации.

Для бетонов устанавливают следующие классы по предельно допустимой температуре применения согласно табл. 5.1.

бетон цемент жаростойкий

Таблица 5.1. Классы по предельно допустимой температуре применения

Класс бетона по предельно допустимой температуре примененияПредельно допустимая температура применения, 0СКласс бетона по предельно допустимой температуре примененияПредельно допустимая температура применения, 0СИ3300И121200И6 600И131300И7700И141400И8800И151500И9900И161600И101000И171700И111100И181800

Классы бетонов по предельно допустимой температуре применения И13-И18 устанавливают только для не несущих изделий и конструкций.

Класс бетонов по предельно допустимой температуре применения определяют по значениям остаточной прочности и температуры деформации под нагрузкой, указанным в табл. 5.2.

Таблица 5.2. Класс бетонов по предельно допустимой температуре применения определяют по значениям остаточной прочности и температуры деформации под нагрузкой

Класс бетона по предельно допустимой температура примененияВид вяжущего Остаточная прочность, %, не менее Температура, соответствующая проценту деформации под нагрузкой, °С, не менее440 или разрушениюИ3Р80--И6S80Р50И740И8Р. А30--S70И9Р30900950И10Р, А10001050S701000И11Р, А3010801150S701080И12Р, А3010801250S701080И13А3012701340S50И14 А 3013601420И151450И161510S70 - И17А301600И181650

Для бетонов классов ИЗ-И8 температуры деформации под нагрузкой не определяют.

Для бетонов классов И15-И18 определяют температуру 4%-ной деформации.

Остаточная прочность бетона зависит от вида вяжущего, температуры нагрева и характеризуется процентным отношением прочности бетона после нагрева до предельно допустимой температуры применения для бетонов классов ИЗ-И7 и после нагрева до температуры 800°С для бетонов классов И8-И18 к прочности бетона в проектном возрасте.

Для бетонов со средней плотностью 1500 кг/м3 и более, предназначенных для изготовления конструкций и изделий, к которым предъявляют требования по водонепроницаемости, устанавливают следующие марки по водонепроницаемости: W2, W4, W6, W8.

Для бетонов со средней плотностью 1500 кг/м3 и более, предназначенных для изготовления конструкций и изделий, к которым предъявляются требования по морозостойкости, устанавливают следующие марки по морозостойкости: F15, F25, F35, F50, F75.

Установленные значения марок по водонепроницаемости и морозостойкости должны быть обеспечены в возрасте, указанном в проектно-технической документации.

Для легкого бетона устанавливают следующие марки по средней плотности в сухом состоянии: D300, D400, D500 D600, D700, D800, D900, D1000, D1100, D1200, D1300, D1400, D1500, D1600, D1700, D1800.

Для бетонов устанавливают требования по предельным значениям усадки после нагрева до предельно допустимой температуры применения бетонов классов ИЗ-И12 и до температуры применения бетонов классов И13-И18, которые не должны превышать, %:

0 - для бетонов плотной структуры со средней плотностью 1500 кг/м3 и более;

5- для бетонов плотной структуры со средней плотностью менее 1500 кг/м3;

0 - для бетонов ячеистой структуры.

Составы бетонов подбирают по методикам, пособиям и рекомендациям научно-исследовательских институтов, утвержденных в установленном порядке.

Бетонные смеси в соответствии с ГОСТ 7473-94 «Смеси бетонные. Технические условия» и в зависимости от степени готовности подразделяют на готовые к употреблению и сухие.

Бетонные смеси для бетонов плотной структуры приготовляют по ГОСТ 7473-94 «Смеси бетонные. Технические условия», а для бетонов ячеистой структуры - по ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые. Технические условия».

Бетонные смеси для бетонов, кроме ячеистых, должны соответствовать маркам по удобоукладываемости Ж1-Ж4 ГОСТ 7473-94 «Смеси бетонные. Технические условия», принимаемым по технологической документации.

В бетонную смесь, приготовленную на портландцементе, допускается введение пластифицирующих добавок при условии сохранения заданных свойств бетона. При этом, марка по удобоукладываемости бетонной смеси должна быть не более ПЗ по ГОСТ 7473 «Смеси бетонные. Технические условия».

Бетонную смесь, приготовленную на портландцементе и высокоглиноземистом цементе, а также бетонную смесь, приготовленную на жидком стекле и глиноземистом цементе при температуре наружного воздуха не выше 20°С, транспортируют в соответствии с требованиями ГОСТ 7473-94 «Смеси бетонные. Технические условия».

Время от приготовления бетонной смеси на основе жидкого стекла и глиноземистого цемента до ее укладки не должно превышать 30 мин.

Бетонную смесь на основе жидкого стекла и глиноземистого цемента при температуре наружного воздуха выше 20°С приготовляют на месте укладки.

Для приготовления бетонов в качестве вяжущих применяют:

-портландцемент, быстротвердеющий портландцемент, шлакопортландцемент по ГОСТ 10178-89 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия»;

-глиноземистый цемент по ГОСТ 969-91 «Цементы глиноземистые и высокоглиноземистые. Технические условия»;

-высокоглиноземистый цемент по ТУ 21-20-60 или ТУ 6-03-339;

-жидкое стекло по ГОСТ 13078-81 «Стекло натриевое жидкое. Технические условия»;

-силикат-глыбу по ГОСТ 13079-93 «Силикат натрия растворимый. Технические условия».

Для бетонов на жидком стекле и силикат-глыбе в качестве отвердителя применяют кремнефтористый натрий по ТУ 6-08-01 - 1 или феррохромовый шлак по ТУ 14-11 -181 и другие материалы, удовлетворяющие требованиям стандартов или технических условий и обеспечивающие получение бетона с заданными характеристиками.

Для бетонов на портландцементе и жидком стекле в качестве тонкомолотых добавок, устойчивых к воздействию высоких температур, принимают:

-шамотные по ГОСТ 23037-99 «Заполнители огнеупорные. Технические условия»;

-кордиеритовые по ГОСТ 20419 83 «Материалы керамические электротехнические. Классификация и технические требования»;

-золошлаковые смеси ТЭС по ГОСТ 25592-91 «Смеси золошлаковые тепловых электростанций для бетонов. технические условия»;

-керамзитовые по ГОСТ 9758-86 «Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний»;

-аглопоритовые по ГОСТ 11991;

-бетонные из дробленых жаростойких бетонов.

Для бетонов на жидком стекле, кроме указанных добавок, допускается применять магнезиальную добавку по ГОСТ 23037-99 «Заполнители огнеупорные. Технические условия».

Тонкость помола добавок для бетона должна быть такой, чтобы при просеивании через сито № 008 по ГОСТ 310.2-76 «Цементы. Методы определения тонкости помола» проходило не менее 50% взятой пробы.

В тонкомолотых добавках содержание свободных оксида кальция СаО и оксида магния MgO в сумме не должно превышать 3%, а карбонатов - 2%.

В качестве заполнителей, устойчивых к воздействию высоких температур, допускается применять:

-кусковой огнеупор первичного обжига и дробленые некондиционные огнеупорные изделия;

-вторичные огнеупоры и жаростойкие бетоны, загрязненность которых шлаком, углем, металлом, а также динасовыми и хромо-магнезитовыми материалами не должна превышать 0,5%.

Не допускается загрязнение добавок и заполнителей другими материалами, способными снизить его эксплуатационные свойства или привести к разрушению бетона после нагрева (известняк, гранит, доломит, магнезит и др.).

Заполнитель для бетонов в зависимости от крупности зерен подразделяют на:

-мелкий - песок с зернами размером от 0 до 5 мм;

-крупный - щебень с зернами размером от 5 до 20 мм.

Зерновой состав заполнителей для бетонов должен удовлетворять требованиям, приведенным в табл. 5.3.

Таблица 5.3. Зерновой состав заполнителей для бетонов

Размер отверстий контрольных сит, ммПолные остатки на контрольных ситах, % по массе, для заполнителей крупностьюдо 5 ммот 5 до 20 мм200-5110030-6050-595-1002,510-40__1,2520-60__0,6340-85__0,31560-95__0,1680-100__

Средняя насыпная плотность пористых заполнителей должна быть в пределах, указанных в табл. 5.4.

Таблица 5.4. Средняя насыпная плотность пористых заполнителей

Средняя насыпная плотность,кг/м3 для фракцийЗаполнительдо 5 ммот 5 до 20 ммШамотный легковесный400-1200300-800Муллитокорундовый легко-весныйНе более 1400Не более 900Корундовый легковесныйНе более 1400Не более 900Керамзитовый-400-800Перлитовый100-500300-500ВермикулитовыйНе более 200Допускается применение других материалов, качество которых должно удовлетворять требованиям стандартов или технических условий и обеспечивать получение бетона, отвечающего заданным физико-техническим характеристикам, приведенным в ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия».

Вода для приготовления бетонов должна отвечать требованиям ГОСТ 23732-79 «Вода для бетонов и растворов. Технические условия».

6. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ЖАРОСТОЙКИХ БЕТОНОВ. ТРЕБОВАНИЯ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ДОКУМЕНТОВ НА ПРАВИЛА ПРИЕМКИ, ХРАНЕНИЯ, ИСПЫТАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЖАРОСТОЙКИХ БЕТОНОВ

6.1 ПРИЕМКА по ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия»

Приемку бетонов производят партиями. Объем и состав партии принимают по ГОСТ 18105-86 «Бетоны. Правила контроля прочности».

Приемку бетона по прочности в проектном возрасте и остаточной прочности производят при подборе каждого нового номинального состава бетона, а в дальнейшем-не реже одного раза в месяц, а также при изменении состава бетона, технологии производства и качества используемых материалов.

Приемку бетона по отпускной прочности и прочности в промежуточном возрасте производят от каждой партии по ГОСТ 18105-86 «Бетоны. Правила контроля прочности», а для легких и ячеистых бетонов - и по средней плотности по ГОСТ 27005-86 «Бетоны легкие и ячеистые. Правила контроля средней плотности».

Периодические испытания по показателю удельной активности естественных радионуклидов проводят не реже одного раза в год, а также при изменении качества применяемых материалов.

При необходимости, оценку бетона по предельно допустимой температуре применения, термостойкости, водонепроницаемости, морозостойкости и усадке проводят в соответствии с требованиями стандарта и технических условий на бетон конструкций конкретного вида.

Бетонные смеси принимают по ГОСТ 7473-94 «Смеси бетонные. Технические условия», стандартам или техническим условиям на бетонные смеси конкретных видов.

Приемку бетонов по качеству для сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций производят по ГОСТ 13015.1-81 «Конструкции и изделия бетонные и железобетонные сборные» и стандартам или техническим условиям на конкретные изделия или конструкции, а бетонов по качеству для монолитных конструкций и сооружений - и по нормам проектирования и проектно-технической документации.

6.2 МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ по ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия»

Физико-механические свойства бетонов определяют:

прочность бетона на сжатие в проектном возрасте, отпускную прочность, прочность в промежуточном возрасте и остаточную прочность;

-класс бетона по предельно допустимой температуре применения;

Термостойкость;

-водонепроницаемость по ГОСТ 12730.5-84 «Бетоны. Методы определения водонепроницаемости»;

-морозостойкость - по ГОСТ 10060-87 «Бетоны. Методы определения морозостойкости» или ГОСТ 26134-84 «Бетоны. Ультразвуковой метод определения морозостойкости»;

-среднюю плотность - по ГОСТ 12730.2-78 «Бетоны. Методы определения влажности»;

Усадку.

Жесткость и подвижность бетонной смеси определяют по ГОСТ 10181.0 и ГОСТ 10181.1.

Проверку качества добавок и заполнителей проводят на:

устойчивость при воздействии высоких температур;

тонкость помола добавок - по ГОСТ 310.2-76 «Цементы. Методы определения тонкости помола»;

среднюю плотность пористых заполнителей - по ГОСТ 9758-86 «Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Методы испытаний»;

химический состав добавок-по ГОСТ 2642.0-ГОСТ 2642.12 «Огнеупоры и огнеупорное стекло»;

активность отвердителя.

Проверку удельной активности естественных радионуклидов, содержащихся в материалах для бетонов, проводят в соответствии с методиками, утвержденными Минздравом СССР.

6.3 Рассмотрим метод определения устойчивости заполнителей и добавок при воздействии высоких температур по ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия»

Сущность метода состоит в проверке способности заполнителей и добавок не разрушаться при нагреве, а также после него.

ОТБОР ПРОБ

Для проверки устойчивости заполнителей и тонкомолотых добавок отбирают пробы от каждой партии указанных материалов из нескольких мест, но не менее чем из трех.

Пробу заполнителя отбирают в объеме 10 л, методом квартования уменьшают ее до 5 л. Пробу тонкомолотой добавки отбирают в объеме 5 л, методом квартования уменьшают ее до 1, л.

СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ

Для проведения испытаний применяют: сушильный электрический шкаф типа СНОЛ; камерную электрическую печь типа СНОЛ; ванну с крышкой для выдержки образцов над водой; сетчатые стеллажи для размещения образцов.

ПОДГОТОВКА К ИСПЫТАНИЯМ И ИСПЫТАНИЯ

Для испытания необходимо иметь заполнитель, приготовленный дроблением шамотного кирпича и рассеянного на фракции 0-5 и 5-30 мм в соответствии с требованиями ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия».

Приготовляют бетонную смесь, состоящую из портландцемента, проверяемой добавки и чистого шамотного заполнителя.

Из бетонной смеси изготовляют шесть образцов-кубов с ребром длиной 7 или 10 см. Образцы выдерживают в условиях согласно табл. 5.3.

Три образца испытывают после высушивания при температуре (105± ±5)°С.

Для бетонов марок И8-И16 нагревают три образца до температуры 8О0°С; бетоны других марок нагревают до предельно допустимой температуры применения.

Тонкомолотую добавку считают пригодной, если после нагрева и последующей выдержки над водой в течение 7 суток образцы не имеют дутиков, трещин, а остаточная прочность отвечает требованиям п. 1.4.5 настоящего стандарта.

Для проверки качества заполнителя приготовляют бетонную смесь, состоящую из портландцемента, добавки и проверяемого заполнителя (1: 0,3: 4); возможна проверка на рабочем составе.

Изготовление, хранение, испытание образцов, а также оценку пригодности заполнителя осуществляют в соответствии с предыдущими пунктами настоящего приложения.

Керамзитовый заполнитель допускается проверять прокаливанием и последующим кипячением.

Среднюю пробу керамзитового гравия массой 0,5 кг прокаливают в течение 3 ч при температуре 8О0°С.

Прокаленную пробу керамзита после остывания помещают в сосуд, заливают водой и кипятят в течение 4 ч. После остывания воду сливают, а керамзит рассыпают тонким слоем на металлический лист, выбирают разрушенные зерна и взвешивают.

Партию керамзита считают пригодной для применения в качестве заполнителя в бетоне, если разрушенные зерна в высушенном состоянии до постоянной массы составят не более 5% первоначальной навески.

Окончательное заключение о пригодности керамзита составляют после получения результатов испытания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На сегодняшний день жаростойкие бетоны признаны одним из основополагающих и экономически выгодных строительных материалов. Главным свойством жаростойких бетонов, предназначенных для промышленных и строительных конструкций, является их способность при длительном воздействии высоких температур сохранять свои физико-механические свойства.

Экономическая эффективность использования жаростойкого бетона при строительстве тепловых агрегатов и других конструкций обусловлена следующим:

производство жаростойкого бетона в большинстве случаев дешевле производства соответствующих огнеупорных изделий;

сооружение тепловых агрегатов из крупноразмерных блоков увеличивает производительность труда в 2-5 раз;

из жаростойкого железобетона можно изготавливать несущие конструкции, что позволяет экономить металл;

жаростойкий бетон позволяет разработать любые конструкции печей и тем самым создать условия для более эффективных технологий, отличающихся высокой производительностью;

применение жаростойкого бетона значительно увеличивает срок службы агрегата и, следовательно, сокращает затраты на ремонтные работы;

на основе местных исходных материалов могут быть разработаны более дешевые составы жаростойких бетонов с заданными свойствами;

использование жаростойкого бетона для фундаментов под строительные конструкции дает возможность более рационально и компактно размещать оборудование во вновь строящихся цехах.

В настоящее время продолжаются работы по исследованию и внедрению в производство новых, еще более экономичных видов жаростойкого бетона. Результаты испытаний в промышленных условиях показали высокие эксплуатационные свойства корундового жаростойкого бетона на безводных силикат-натриевых композиционных вяжущих. Разработанные бетоны не содержат в своем составе цементов, а также других традиционных вяжущих и представляют собой безводные силикат-натриевые композиции. Применение этого вида жаростойких бетонов, взамен используемого сегодня корундового мелкоштучного огнеупора, позволит увеличить межремонтную кампанию тепловых агрегатов в 1,5-2 раза, снизить трудозатраты при ремонте печей и срок ремонта, существенно уменьшить энергозатраты на единицу футеровочного материала за счет исключения обжига.

В связи с разработкой ядерных реакторов нового поколения большой интерес представляет разработка состава и исследования технологии устройства теплоизоляции шахты реактора из легких жаростойких бетонов. В связи с тем, что в настоящее время проектируются новые экологически безопасные реакторы, в которых роль тепловой и биологической защиты отводится теплоносителю - расплавленному свинцу, соответственно коренным образом меняется назначение жаростойких бетонов: они должны выполнять роль теплоизоляции, позволяющей уменьшить температуру нагрева обычного тяжелого бетона с 450°С (температура расплавленного свинца) до 100°С.

Таким образом, современное строительство немыслимо без использования как бетонов в целом, так и в частности бетонов жаростойких, которые представляют собой отвечающий всем современным требованиям строительный материал. Состав и технология производства жаростойких бетонов продолжают совершенствоваться, появляются новые виды жаростойких бетонов, которые обладают уникальнейшими свойствами и характеристиками; расширяется сфера применения жаростойких бетонов, улучшается их качество. Это свидетельствует о том, что жаростойкие бетоны являются перспективным строительным материалом, который широко используется сейчас и будет использоваться в будущем.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технология бетонных и железобетонных изделий. - М.: «Высшая школа», 1990.
2. Баженов Ю. М. Технология бетона. - М.: АСВ, 2002.
3. Государственные стандарты: указатель в 4 т. - М.: изд-во стандартов, 1993
4. Еремин Н.Ф. Процессы и аппараты в технологии строительных материалов. - М.: «Высшая школа», 1986.
5. Жуков В. В., Хаджишалапов Г. Н. Жаростойкий теплоизоляционный бетон и блок устройства теплоизоляции лайнера ядерного реактора нового поколения./Бетон и железобетон, №3. 2007.
6. Киреева Ю. И. Строительные материалы. - Мн.: Новое знание, 2005
7. Комар А.Г. Строительные материалы и изделия. - М.: «Высшая школа», 1988.
8. Комар А.Г., Баженов Ю.М., Сулименко Л.М. Технология производства строительных материалов. - М.: «Высшая школа», 1990.
9. Мочальник И.А. Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплинам «Производственные технологии» и «Товароведение». - Мн.: БГЭУ, 2006
10. Общегосударственный классификатор РБ. Промышленная и сельскохозяйственная продукция. Часть 1 - Мн.: Госстандарт, 1999
11. Общий курс строительных материалов / Под ред. И.А. Рыбьева. - М.: «Высшая школа», 1987.
12. Пащенко А.А., Сербии В.П., Старчевская Е.А. Вяжущие материалы. - Киев: «Высшая школа», 1985.
13. Строительные материалы: справочник / Болдырев А. С., Золотов П. П., Люсов А. Н. - М: Стройиздат, 1989.
14. Товарная номенклатура внешнеэкономической деятельности. - Мн.: Госстандарт, 1993.
15. Тотурбиев Б. Д., Алхасов М А. Жаростойкие бетоны на безводных силикатах натрия / Бетон и железобетон, №3. 2006.

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Для подготовки бетонных элементов печей, каминов, отопительных элементов, также в производственных помещениях металлургических и химических комбинатов применяют жаро- и огнеупорные цементные смеси. Они способны выдержать жесткое термическое воздействие. Свойства, которыми должен обладать огнеупорный бетон, достигаются добавлением ряда компонентов в его состав.

Жаропрочный бетон – специфический вид строительного материала, способный выдерживать длительное воздействие предельно высоких температур без потери прочности и снижения основных эксплуатационных характеристик. В зависимости от состава огнеупорный бетон выдерживает нагревание от 750 до 1800 градусов, а также воздействие открытого пламени.

Основное отличие огнеупорного состава от других бетонных смесей состоит в высоком содержании тонкодисперсных и пористых компонентов. Также включении в состав просева горных пород с низким содержанием кварца. При сильном нагревании материала главной проблемой выступает его обезвоживание, растрескивание и потеря связной прочности. Глиноземные компоненты, в силу предельно малой размерности частиц, позволяют добиться присутствия влаги в бетоне в связном состоянии. Они предотвращают иссушение и препятствуют утрате пластичных и прочностных свойств.

Огнестойкость бетона, изготовленного с использованием глиноземных материалов, достигается также переходом его в керамическое состоянии при длительном воздействии открытого пламени. Перечисленные особенности материала делают его незаменимым при строительстве как промышленных, так и частных объектов.

Виды и применение

Жаростойкий бетон – это общий подкласс материалов, который внутри разделяется на массу видов по нескольким критериям. По весу и структуре выделяют:

• тяжелый (используется для строительства фундаментальных конструкций);
• легкий (широко применяется для облегчения конструкции перекрытий, трубопроводов и других объектов с весовыми ограничениями);
• пористый, он же – ячеистый (выполняет теплоизоляционную функцию).

В состав любой бетонной смеси входит вяжущий компонент, обеспечивающий целостность затвердевшей смеси, и наполнитель. По типу вяжущего элемента жаропрочный бетон можно разделить на следующие кластеры:

• основа из высокомарочного портландцемента позволяет добиться высокой прочности;
• портландцементная основа с добавлением шлака обладает повышенной вяжущей способностью;
• глиноземная цементная основа с жидким стеклом повышает огнеупорные свойства смеси.

Сфера применения жаро- и огнеупорного бетона весьма обширна, но в первую очередь затрагивает металлургические, энергетические и химические промышленные сооружения. Здесь – в доменных печах, плавильнях и на теплоцентралях востребован огнеупорный химически-нейтральный материал, который в течение длительной эксплуатации выдерживает высокие температуры.

В быту такой бетон чаще используют в конструкции котлов отопления, печей (наряду с кирпичом) и домашних каминов. Широко применяется для вывода труб и при выкладке отопительных контуров. В случае частного строительства огнеупорный бетон возможно изготовить своими руками, однако требуются особые компоненты и точное соблюдение пропорций.

Технология изготовления

При приготовлении жароустойчивых и огнеупорных смесей нужно добиться такой внутренней структуры, при которой содержащаяся влага, не будет испаряться при длительном воздействии высокой температуры. Речь здесь идет не о воде, использованной при замешивании, а об эксплуатационной влажности бетона. Достичь необходимого эффекта позволяют тонкодисперсные материалы и спектр добавок, обеспечивающие повышение теплопроводных и теплоизоляционных свойств бетонного изделия. Первый пункт способствует задержанию влаги, второй – препятствует перегреву и термическому разрушению конструкции из-за частого перепада температур.

Добавки, обеспечивающие термическую стабильность бетона:

• бой из обожженного кирпича, предпочтительно имеющий в составе шамот или магнезит;
• пористые компоненты – пемза или доменный шлак;
• хромитосодержащие руды или породы – базальт, андезит;
• зольные компоненты.

Все популярные наполнители объединяет одно основное свойство – все они уже подверглись жесткой термической обработке (при производстве или формировании). В силу этого они не будут испытывать ни морфологических, ни химических изменений в бетоне при воздействии высоких температур.

Для изготовления жаростойкого бетона своими руками необходимо следовать стандартному производственному циклу – подбор состава, замешивание, выкладка, сушка. К специфическим рекомендациям можно отнести только использование лопастной мешалки для полного вымешивания тонкодисперсных фракций, четкое соблюдение пропорций состава и особое внимание при сушке.

Состав и пропорции

Для приготовления своими руками огнеупорного бетона, в составе которого будут все необходимые элементы, используют готовую цементную смесь. Нужную основу можно найти под аббревиатурами АСБС (алюмосиликатный), ШБ-Б (огнеупорный шамотный кирпич), ВГБС (с повышенным содержанием глинозема) или СБК (с корундовой присадкой). Помимо перечисленных подвидов к классу огнеупорного бетона относятся изделия ССБА, ТИБ и САБТ. Огнеупорные компоненты добавляются в цемент в измельченном виде. В зависимости от назначения их дробят либо до щебнистой фракции, либо до порошкового состояния.

Для смешивания своими руками вам понадобится стандартный набор средств: вода, песок или гравий, лоток или бетономешалка, мастерок, распылитель и огнеупорная цементная смесь. Классический рецепт-соотношение частей – 3 части гравия, 2 – песка, 2 – цементной смеси. Также для большей вязкости добавляют 0,5 части гашеной извести. Воду добавляют из расчета 7,5 литров на 22 килограмма смеси, однако это количество может изменяться. Ваша цель – достижение однородного тестообразного состава.

Особенности замешивания

При работе с жаропрочным бетоном и изготовлении его своими руками внимание уделяют двум моментам:

1. Вымешивание до однородного состава нужной консистенции;
2. Подходу к процессу сушки.

Из-за того, что жаростойкий бетон содержит глиноземные, тонкодисперсные компоненты и шлаковые добавки, перемешивание его в обыкновенной бочковой бетономешалке может не дать нужного результата. Лучше использовать лопастную или лоток с лопатой. Сначала насыпьте в нужной пропорции песок и гравий, затем добавьте цемент и известку и понемногу приливайте воду. Когда комок смеси не будет рассыпаться или расплываться в руке – необходимая консистенция достигнута.

При сушке огнеупорного бетона необходимо уделить внимание его гидратации, то есть итоговому распределению влаги в готовом, просушенном изделии. Сушить огнеупорный бетон лучше в проветриваемом, но влажном помещении, накрыв опалубку крышкой – это замедлит процесс, но предотвратит неравномерное иссушение. Не следует подвергать еще не затвердевший раствор нагреву и, тем более, воздействию открытого пламени. Также рекомендуют периодически обрызгивать поверхность конструкции водой, чтобы добиться полностью равномерной гидратации.

Огнеупорные бетоны это смеси огнеупорных заполнителей и цементов, которые при затвердевании превращаются,в камнеподобный материал, способный при длительном воздействии высоких температур сохранять заданные механические свойства. В последнее время огнеупорная промышленность в возрастающем количестве производит безобжиговые огнеупорные изделия. Их можно рассматривать как огнеупорные бетоны на том основании, что по аналогии с обычными бетонами они состоят из огнеупорного наполнителя, инертного при обычных температурах, и вяжущего вещества минерального или органического происхождения.

Огнеупорные бетоны отличаются от обычных бетонов, во-первых, огнеупорностью и достаточной прочностью в условиях службы при высоких температурах; во-вторых, свои эксплуатационные свойства они приобретают в процессе работы при воздействии высоких температур. Огнеупоры такого типа получили широкое распространение потому, что в технологии их производства отсутствует сложный и дорогой технологический процесс - обжиг.

Огнеупорные бетоны изготавливают в виде крупных блоков или монолитных конструкций футеровок, что позволяет индустриализировать строительство и ремонт промышленных печей.

Огнеупорные бетоны имеют некоторые преимущества перед обожженными огнеупорными изделиями:

1) в монолитной бетонной футеровке полностью отсутствуют швы, а в случае применения крупных бетонных блоков число швов значительно уменьшается;

2) обжиг традиционных огнеупорных изделий, как правило, происходит в окислительной среде и фазовый состав обожженных изделий характеризуется соответственно окисными формами тех или иных компонентов. Служат же эти огнеупоры в большинстве случаев в восстановительной среде при температурах, при которых окисные формы становятся неустойчивыми. Поэтому в обожженных изделиях любого типа в условиях службы происходят изменения фазового состава, сопровождающиеся часто изменением объема минералов, что приводит к потере прочности изделий. В огнеупорных же бетонах изменение фазового состава происходит только в инертном заполнителе;

3) при изготовлении обжиговых изделий происходит кристаллизация минералов из жидкой фазы, образовавшейся при высоких температурах. В условиях службы наблюдается обратный процесс - растворение этих минералов в жидкой фазе. Поскольку удельные объемы вещества в жидком и твердом состояниях различны (объем расплава окисных веществ примерно на 10% больше объема твердого вещества), то кристаллизация минералов сопровождается субмикроскопической пористостью, обусловливающей повышение свободной энергии огнеупора и, следовательно, его повышенную реакционную способность.

В огнеупорных бетонах это явление отсутствует.

Огнеупорные бетоны всегда более термостойки и менее теплопроводны, чем соответствующие им по химическому составу обожженные изделия. Вместе с тем огнеупорные бетоны всегда менее прочны, особенно к истиранию.

Огнеупорные бетоны должны: достаточно быстро твердеть при обычных температурах; нерезко терять прочность при нагревании до температур разложения продуктов твердения, а затем увеличивать ее при более высоких температурах в результате частичного спекания; обладать достаточной термической стойкостью и огнеупорностью; иметь малую усадку при сушке и обжиге, достаточно высокую температуру деформации под нагрузкой.

Таким образом, специфичными для бетонов являются только первых два требования. Остальные - общие для любого вида огнеупора.

В технологии огнеупорных бетонов употребляется терминология, несколько отличная от терминологии, употребляемой в области огнеупорной керамики.

Огнеупорные порошки, разделенные по фракциям, применяемые для производства огнеупорных бетонов, называют заполнителем (крупным, мелким, тонким). Огнеупорные порошки, содержащие все фракции, необходимые для производства бетона, и сухие вяжущие вещества называют сухими бетонными смесями. Смеси вместе с водой или жидкими вяжущими называют бетонными смесями. Огнеупорные бетоны классифицируют по тину изделий из них, по виду вяжущих и инертных заполнителей, используемых при их производстве.

Тип изделий:

1. безобжиговые изделия;

2. крупные блоки;

3. монолитные футеровки из набивных или формуемых масс.

По виду используемых вяжущих различают:

По виду заполнителя огнеупорные бетоны различают:

1. динасовые (собственно динасовые, кварцевые и др.);

4. корундовые;

Многообразие бетонов по составу заполнителя велико.

Всякий огнеупорный безусадочный материал может быть заполнителем.

Заполнители получают путем дробления и рассева на фракции огнеупорного исходного материала. Тонкозернистый заполнитель получают в шаровых и трубных мельницах. Бетонные смеси приготавливают в обычных бетономешалках.

В монолитные конструкции бетон укладывают с помощью инерционных вибраторов, а блоки формуют на виброплощадках.

В зависимости от предела прочности при сжатии бетоны подразделяют на марки 100, 150, 200, 250, 300 и 400. Потеря прочности огнеупорными бетонами при их нагревании до определенных температур, обусловленная разложением связующего, определяется по отношению предела прочности бетона после нагревания к пределу прочности этого бетона до нагревания. Наибольшая потеря прочности бетона наблюдается при температуре от 900 до 1100°С. Выше этой температуры идет спекание компонентов бетона и опять нарастание прочности (рис. 23).

Процесс формирования структуры огнеупорных бетонов можно условно рассматривать как состоящий из трех последовательных взаимосвязанных процессов:

1)твердения -.процесса, происходящего при низких температурах (до 300°С);

2)разупрочнения (или упрочнения) - процессов, происходящих при средних температурах (около 300- 1100°С);

3)спекания - процесса, происходящего при высоких температурах (>1000 °C).

Рис. 23. Изменение прочности при сжатии огнеупорного бетона при нагревании в зависимости от вида тонкомолотой добавки

1- портландцемент с молотым гранулированным шлаком; 2- то же, с шамотом; 3- то же, с молотым кварцем; 4- то же, без добавок; 5- то же, с хромитом

Совместное изучение этих процессов позволяет подобрать оптимальные составы связок и определить наиболее рациональную технологию, обеспечивающие высокие свойства огнеупорных бетонов при различных температурах в условиях эксплуатации.

Процесс твердения бетонов обусловливается химическим взаимодействием компонентов, перекристаллизацией химических соединений или их гидратацией. Первый и второй процессы характерны для воздушно-твердеющих вяжущих, последний-для гидравлических вяжущих.

Разупрочнение структуры бетонов на гидравлических вяжущих в интервале средних температур связано прежде всего с дегидратацией и разложением гидросиликатов кальция. Процессы разложения связки наблюдаются и у большинства бетонов на воздушно-твердеющих вяжущих (жидкостекольных, магнезиальных, сульфатных и т. п.).

Широкое распространение получили в последнее время бетоны на фосфатных связках. Это объясняется тем, что они обладают достаточно высокой прочностью при температурах 400-1000°С, т. е. в том интервале температур, в каком прочность обычных бетонов невысока.

Связки для огнеупорных бетонов. В настоящее время на основе ортофосфорной кислоты (H3PO4) известен ряд связующих веществ: алюмофосфатные (а. ф. е.), магний-, кальций-, хромо-, железо-, цирконийфосфатные.

ТАБЛИЦА 28. СОСТАВЫ И СВОЙСТВА ОГНЕУПОРНЫХ БЕТОНОВ

Наибольшее распространение в производстве огнеупорных бетонов получили алюмофосфатные и магнийфосфатные связки.

Алюмофосфатные связки представляют собой коллоидные растворы алюмофосфатов, полученные в результате взаимодействия гидрата глинозема с разбавленной ортофосфорной кислотой. Употребляют три вида алюмофосфатных связок в зависимости от степени замещения водорода катионами:

1.Раствор юднозамещенного алюмофосфата Al(H2PO4)3. Его готовят из смеси 14% гидрата глинозема Al(OH)3 (полупродукт производства глинозема марок ГО и ΓΟΟ) и 86% технической 60%-ной ортофосфорной кислоты. Плотность раствора 1,54-1,55 г/см3.

2.Раствор двузамещенного алюмофосфата Al(HPO4)3 готовят из смеси 21% гидрата глинозема и 79% технической 50%-ной ортофосфорной кислоты. Плотность раствора 1,49-1,51" г/см3.

3.Раствор трехзамещенного алюмофосфата Al3(PO4)3 готовят из смеси 22% гидрата глинозема и 78% технической 50%-ной ортофосфорной кислоты.

Эти растворы приготавливают на месте производства огнеупорных бетонов. Для этого гидрат технического глинозема размалывают в шаровых мельницах до получения частиц размером менее 60 мкм и засыпают в кислотоупорный реактор с разбавленной ортофосфорной кислотой, непрерывно перемешивая. Раствор можно хранить до двух месяцев.

Mагнийфосфатные связки готовят аналогично алюмофосфатным.

В качестве заполнителя рекомендуется использовать только высокоогнеупорные материалы: корунд, бой корундовых и высокоглиноземистых огнеупоров, хромит и хромомагнезит. Зерновой состав заполнителя подбирают исходя из общих требований технологии бетонов и огнеупоров (табл. 28).

Рис. 24. Футеровка стен воздухонагревателя доменной печи из крупных блоков

1- жаростойкий бетон; 2- огнеупорная кладка

Область применения огнеупорных бетонов довольно обширна. Например, бетоны на портландцементе можно применять для монтажа стен и сводов зоны подогрева и охлаждения туннельных печей для производства керамики, в печах беспламенного горения нефтеперерабатывающих заводов, в топках паровых котлов. Бетоны на глиноземистом и высокоглиноземистом цементе с шамотом применяют для изоляции охладителей на сводах сталеплавильных печей, бетоны на периклазовом цементе - в отдельных узлах мартеновских печей. Огнеупорные бетоны на фосфатных связках используют в качестве футеровки воздухонагревателей доменных печей (рис. 24), передних стенок вертикальных каналов мартеновских печей, индукционных печей для плавки серебра, цинка, меди и алюминиевых сплавов и т. д.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Огнеупорными бетонами называют безобжиговые компо-зиционные материалы с огнеупорностью от 1580°С и выше, состоящие из огнеупорного заполнителя, вяжущего мате-риала, добавок и пор, затвердевающие при нормальной или повышенной температуре и обладающие ограниченной усадкой при температуре применения.

Огнеупорные мелкоштучные (нормальных размеров) изделия как массовые огнеупорные материалы, несмотря на высокие показатели свойств, имеют и свои специфичес-кие технико-экономические недостатки. Производство мел-коштучных огнеупорных изделий трудно поддается меха-низации и автоматизации, и в настоящее время уровень механизации на огнеупорных заводах составляет немного больше 50%. Механизация кладки различных промыш-ленных печей из нормальных изделий не превышает 5 % и, что особенно важно отметить, требует высококвалифи-цированного труда каменщиков и часто выполняется в не-благоприятных санитарно-гигиенических условиях. В ре-зультате развития техники строительства и эксплуатации печей выявилась целесообразность производства огнеупорных бетонов и замена ими мелкоштучных изделий. Такая замена позволяет полностью механизировать и автомати-зировать производство огнеупоров и индустриализировать строительство печей, заменив труд каменщика трудом мон-тажника.

Огнеупорный бетон по структуре является аналогом строительных бетонов. Он состоит из заполнителя и вяжу-щего и отличается от обычного строительного тем, что име-ет огнеупорность выше 1580 °С и сохраняет достаточную строительную прочность в службе, т.е. огнеупорный бетон изготовлен из огнеупорных материалов.

Огнеупорные бетоны отличаются от обычных огнеупо-ров тем, что в результате применения специальных вяжу-щих материалов образуется прочная камнеподобная струк-тура при нормальной или несколько повышенной темпера-турах, которая не разрушается при высоких температурах службы. Таким образом, при производстве огнеупорных бетонов отпадает необходимость высокотемпературного обжига. В этом отношении огнеупорные бетоны и безобжиговые мелкоштучные огнеупорные изделия аналогичны.

Огнеупорные бетоны имеют некоторые преимущества перед обожженными изделиями. При монолитной бетонной футеровке полностью отсутствуют швы в кладке. Обжиг изделий, как правило, происходит в окислительной атмо-сфере, и фазовый состав обожженных изделий характери-зуется соответственно оксидными формами тех или иных компонентов. Служат же эти огнеупоры во многих случа-ях в восстановительной среде или при температурах, ког-да оксидные формы становятся неустойчивыми, поэтому в обожженных изделиях любого типа в службе происходят изменения фазового состава, сопровождающиеся часто из-менением объема минералов, приводящим к разупрочнению изделий.

В технологии обожженных изделий, в процессе их ох-лаждения, происходит кристаллизация минералов из жид-кой фазы, образовавшейся при высоких температурах. В службе наблюдается обратный процесс — растворение этих минералов в жидкой фазе. Поскольку объемы жидко-го и твердого состояний различны (для оксидных веществ объем расплава примерно на 10—15 % больше, чем твер-дого состояния), то при кристаллизации образуется суб-микроскопическая пористость, обусловливающая повыше-ние свободной энергии огнеупора. Другими словами, струк-тура и фазовый состав обожженных изделий часто не соответствуют условиям службы. В огнеупорных бетонах
структура и фазовый состав в значительной степени созда-ются в службе и поэтому находятся в соответствии (равно-весии) с условиями службы.

Огнеупорные бетоны всегда более термостойки и ме-нее теплопроводны, чем соответствующие обожженные из-делия. Во многих случаях огнеупорные бетоны оказывают-ся лучше, чем обожженные изделия. Вместе с тем огне-упорные бетоны всегда менее прочны, особенно к истира-нию. Поэтому вообще нельзя противопоставлять огнеупор-ные бетоны обожженным изделиям.
Огнеупорные порошки называют заполнителями (круп-ный, мелкий, тонкомолотый).
В качестве огнеупорных заполнителей применяют мате-риалы, устойчивые в условиях воздействия высоких темпе-ратур и не образующие с вяжущим легкоплавких эвтектик. В принципе всякий огнеупорный безусадочный мате-риал может быть заполнителем. Размер зерен заполнителя находится в пределах 2—30 мм. Огнеупорные порошки, со-держащие все фракции, необходимые для производства бетона, и сухие вяжущие вещества, называют бетонными смесями. Смеси вместе с водой или жидкими затворителями называют бетонными массами.
Огнеупорные бетоны классифицируют по типу изделий: бетонные блоки, бетонные смеси, бетонные массы, и виду вяжущих.

ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ

Под вяжущим веществом огнеупорных бетонов понимают дисперсионную систему, состоящую из дисперсной фазы (огнеупорного материала крупностью ниже 0,09 мм — це-мента) и дисперсионной среды — химической связки.

Вяжущее(дисперсная система) = огнеупорный цемент(дисперсная фаза) + химическая связка (дисперсионная среда).

Таким образом, вяжущее для огнеупорных бетонов — это дис-персная система, состоящая из огнеупорного цемента и химической связки и обеспечивающая твердение бетонов при низких темпера-турах, сохранение прочности при средних температурах и формиро-вание износоустойчивой структуры вплоть до высоких темпера-тур с минимальным снижением огнеупорности.
К таким вяжущим предъявляются следующие требования: они должны обладать адгезионными свойствами, обеспечивать достаточ-ную прочность бетона при твердении; не разупрочняться при нагревании; способность формированию износоустойчивой структу-ры бетона; не снижать огневых свойств бетона.

Для каждого вида огнеупорных цементов существует свой, наиболее рациональный состав химической связки, обусловливаю-щий получение огнеупорных бетонов с наилучшими свойствами. Вы-бор рационального состава цемента и химической связки — один из основных вопросов в технологии огнеупорных бетонов.

Вяжущие для огнеупорных бетонов классифицируются на 5 видов: гидратационные, силикатные, фосфатные, сульфатно-хлоридные и органические. Каждый из этих видов вяжущих состоит из огнеупорного цемента и химической связки.

1. Гидратационные вяжущие представляют собой дисперсные системы, в которых дисперсная фаза представлена высокоглино-земистым, глиноземистым, барийалюминатным, периклазоалюминатным и портландским цементами, а дисперсионная среда — водой.

2. Силикатные вяжущие — дисперсные системы, в которых дис-персная фаза представлена различными огнеупорными цементами, а дисперсионная среда — щелочными силикатами, этилсиликатами, кремнезолем и другими растворами, содержащими золи кремнекислоты, стабилизированные различными (главным образом ще-лочными) добавками.

3. Фосфатные вяжущие — дисперсные системы, в которых в ка-честве дисперсной фазы используют различные огнеупорные цемен-ты, а в качестве дисперсионной среды — ортофосфорную кислоту (Н3РО4) или водные растворы фосфатов. Обычно в фосфатных вя-жущих используют растворы следующих фосфатов: Аl(H2РО4)3, А12(НРO4)3, AlPO4 — алюмофосфатные связки, (А1, Сr)2 (НРO4)3— алюмохромофосфатная связка, Mg(Н2РO4)2 — магнийфосфатная связка, Са(Н2РO4)2 —кальцийфосфатная связка, (NаРO3), — поли-фосфат натрия, Na5P3O10 — триполифосфат натрия. Кроме этих основных солей, используют технические смеси ортофосфорной кислоты с глиной (глинистофосфатная связка), с доломитом (доломитофосфатная связка) и др.

4. Сульфатно-хлоридные вяжущие — это дисперсные смеси, в ко-торых дисперсная фаза представлена преимущественно магнези-альными цементами, а дисперсионная среда — сульфатами или хлоридами магния, железа и алюминия. Кроме этих соединений, мо-гут быть использованы отработанные растворы травильных ванн.

5. Органические вяжущие — дисперсные системы, в которых дис-персная фаза представлена различными огнеупорными цементами, а дисперсионная среда — органическими соединениями — термореак-тивными смолами, пеками, СДБ и др.

Возможны комбинированные вяжущие, состоящие из смесей различных цементов и химических связок.