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.

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 футеровки топок в конструкциях газоходов, дымовых труб при строительстве тепловых электростанций, в элементах защитных стен и перекрытий АЭС применяют жаростойкие бетоны. Обычный тяжелый цементный бетон пригоден для изготовления строительных конструкций, подвергающихся длительному воздействию температуры лишь до 200° С. В зависимости от предельно допустимой температуры применения жаростойкие бетоны разделяют на классы - от 3 до 16 (предельная температура применения соответственно от 300 до 1600). Их также классифицируют:
- по огнеупорности - на жароупорные с огнеупорностью ниже 158СС, огнеупорные - от 1580 до 1770°С и высокоогнеупорные - свыше 1770°С;
по плотности в высушенном состоянии - на тяжелые с ро> 1500 кг/м3 и легкие- ро< 1500 кг/м3;
по виду применяемого вяжущего - на портландцементе, шла-копортландцементе, глиноземистом цементе, жидком стекле, периклазовом цементе, алюмофосфатной связке и др. На портландцементе, быстротвердеющем цементе и шлако-портландцементе изготавливают бетоны классов от 3 до 12 в зависимости от вида заполнителей и тонкомолотых добавок.
В качестве тонкомолотых добавок применяют целый ряд дисперсных материалов, обладающих активностью по отношению к СаО, - на основе золы-уноса, глиняного кирпича, доменного гранулированного шлака, шамота. Тонкомолотые добавки вводят в бетонные смеси обычно, когда максимальная температура службы бетона превышает 350°С, количество их назначается, как правило, не менее 30% массы смешанного вяжущего - 100- 150кг/м3, но при применении чистоклинкерного портландцемента и повышении температуры эксплуатации бетона может достигать 600 - 700 кг/м3. Реакционная способность добавок по отношению к СаО при повышенных температурах возрастает, когда кремнезем или другие оксиды (глинозем, оксид хрома) в добавках находятся в аморфном или стекловидном состоянии. Так, реакция взаимодействия между СаО и аморфным кремнеземом идет уже при 500 - 600°С, а для кристаллического кварца она только начинается при 600 °С. Использование добавок, содержащих кварц, нежелательно и из-за способности его к полиморфным превращениям, вызывающим нарушение структуры. Нежелательно также использование таких добавок как глины, диатомит и других, приводящих к значительному увеличению усадочных явлений. Для повышения огнеупорных свойств бетонов применяют соответствующие добавки из огнеупорных материалов - хромита, магнезита, хромомагнезита. Степень измельчения добавок должна быть примерно такая же, как и цемента, от нее в значительной мере зависит их реакционная способность.
На рис. 8.27. приведены по данным К. Д. Некрасова кривые изменения прочности при сжатии цементного камня в зависимости от вида тонкомолотой добавки. Введение тонкомолотой добавки уменьшает, как правило, сброс прочности особенно после воздействия температуры 600°С. Лучшие результаты получены при введении тонкомолотого шамота. Введение в цемент тонкомолотых добавок, не содержащих компонентов способных связывать оксид кальция и улучшать жаростойкие свойства цементного камня, приводит к резкому падению прочности.
Огнеупорность портландцемента в зависимости от минералогического состава находится в интервале 1700- 1750°С. Введение тонкомолотых добавок приводит к значительному снижению огнеупорности за счет образования эвтектик. Только такие добавки как тонкомолотый хромит не образуют эвтектик и повышают огнеупорность.
Предельная рабочая температура жаростойких бетонов определяется температурой деформации (размягчения) под нагрузкой 0,2 МПа. Температура начала размягчения портландцемента без тонкомолотых добавок находится в пределах от 970 до 1130°С, а температура 40%-ной деформации от 1370 до 1480°С. Тонкомолотые добавки повышают температуру размягчения, если образуют при нагревании с цементом соединения, обладающие высокой огнеупорностью и незначительной растворимостью в расплаве. К таким добавкам относятся хромит и магнезит. Цементный камень без тонкомолотой добавки разрушается под действием нагрузки 0,2 МПа при температуре 1460°С, тогда как образцы с 3 мае.ч. магнезита при температуре более 1700°С.

При нагревании обычных цементных бетонов деструктивные процессы происходят не только в цементном камне, но и в заполнителях. Такие процессы обусловлены неравномерным температурным расширением полиминеральных кристаллических пород, каковыми являются, например, граниты. Непригодны в качестве заполнителей бетонов, работающих в условиях нагревания, материалы, содержащие свободный кварц (песчаник, кварцевые пески, кварциты и др.). Наиболее опасным является превращение (3-кварца в а-кварц при 573 °С, связанное с уменьшением плотности зерен и, соответственно, эффектом объемного расширения.
Обычные заполнители используют при температуре до 200"С. Известняки и доломиты, широко применяемые как заполнители для тяжелого бетона, начинают разлагаться примерно при 600°С, однако их нагрев уже до 200"С приводит к снижению прочностных характеристик бетона.
Выбор заполнителей для жаростойких бетонов зависит от максимальной температуры их эксплуатации. Заполнители из таких излившихся изверженных пород, не содержащих свободного кварца, как андезиты, диабазы, базальты, вулканические лавы, туфы, пеплы, пемза при введении в бетонные смеси тонкомолотых добавок могут использоваться в условиях температуры до 700 - 800°С. В таком же диапазоне температуры используются нераспадающиеся доменные отвальные шлаки с модулем основности не более 1, а также топливные шлаки и бой обыкновенного глиняного кирпича.
Для легких жаростойких бетонов используют в качестве заполнителей керамзит, перлит, вермикулит.
Наибольшее распространение как заполнитель жаростойких бетонов получил шамот. К шамотным относятся материалы с содержанием А12О3+ТЮ2 от 30 до 45%. Их получают обжигом огнеупорных глин и каолинов до спекания. Обожженный продукт сортируют, измельчают и рассеивают по фракциям.
Для жаростойких бетонов с наиболее высокой температурой применения в качестве заполнителей используют бой магнезитовых, хромомагнезитовых, корундовых и других огнеупоров.
Тяжелые жаростойкие бетоны на портландцементе изготавливают обычно классов В15 - В40.
Легкие жаростойкие бетоны имеют прочность, соответствующую классам В2,5 - В15 и плотность 500 - 1200 кг/м3. Минимально допустимая остаточная прочность бетонов после нагревания до 800°С составляет 30 - 50% начальной прочности.
При работе тепловых агрегатов жаростойкие бетоны подвергаются резким колебаниям температуры, что является одной из основных причин появления трещин и отколов на футеровке. Термическая стойкость бетонов зависит от вида вяжущих, заполнителей и тонкомолотых добавок, водовяжущего отношения. Для пор-тландцементных бетонов с шамотным заполнителем при нагреве до 800°С уже через 10- 15 циклов появляется волосяные, а 20- 25 циклов открытые трещины. Для повышения термостойкости бетонов применяют дисперсное армирование температуростойкими волокнами из асбеста, базальта и др. Для повышения термической трещиностойкости необходимо подбирать состав бетона с минимальным различием температурных деформаций крупного заполнителя и растворной части. Нагрев жаростойкого бетона на портландцементе желателен не ранее чем через 7 суток нормального твердения.
Важным показателем трещиностойкости жаростойких бетонов является усадка. Она обусловлена в основном усадкой цементного камня, которая возрастает не только с увеличением водоцемент-ного отношения, но и с повышением температуры нагрева. Усадка бетонов при сушке составляет 0,04-0,07%. При 800- 1100"С линейная усадка жаростойкого бетона возрастает до 0,2 - 0,7%. Величина усадки увеличивается с повышением расходов цемента и тонкомолотой добавки.
Коэффициент термического расширения жаростойкого бетона в основном зависит от расширения заполнителя и колеблется в интервале 4-11106. Качество жаростойких бетонов в значительной мере зависит от режима сушки и первого нагрева.
Жидкое стекло в качестве вяжущего для жаростойких бетонов применяют с модулем от 2,4 до 3,0 и плотностью от 1,36 до 38 г/см3. Ускорение твердения жидкого стекла и повышение прочности бетонов достигается введением добавки отвердителя - кремнефтористого натрия. Отвердителями жидкого стекла служат также нефелиновый шлам, феррохромовый шлак, технический глинозем, глиноземистый шлак, клинкерный портландцемент.
Бетоны на основе жидкого стекла используют при температурах 600 - 1600 °С, начальная прочность их на сжатие обычно не превышает 10 - 20 МПа, однако остаточная прочность после нагревания до 800°С значительно выше, чем для портландцементных бетонов - 50 - 90%. Эти бетоны при применении соответствующих заполнителей в условиях высоких температур стойки к кислотам (кроме НР), расплавам солей, другим агрессивным средам. Однако для ряда составов не допускается воздействие пара и воды.

Бетоны на основе глиноземистого и высокоглиноземистого (не менее 75% А12О3) цементов эксплуатируются при температурах 1300- 1700°С. При их изготовлении не требуются тонкомолотые добавки, заполнителями служат обычно хромит, электрокорунд и другие высокоглиноземистые материалы. Поскольку твердение глиноземистого цемента характеризуется высокой экзотермией при применении его в конструкциях, толщина которых превышает 400 мм, необходим интенсивный отвод тепла. Температура в толще бетона в первые сутки твердения не должна превышать 40°С, прочность бетонов на глиноземистом цементе соответствует классам В20 - В40 и достигается через 3 суток нормального твердения.
Огнеупорные бетоны, обладающие высокой термической стойкостью и сопротивляемостью истирающим воздействиям, получают с применением фосфатных вяжущих. Ими служит ортофос-форная кислота или ортофосфаты различной степени замещения. Тонкомолотыми добавками в таких бетонах являются обычно высокоглиноземистые (не менее 62% АI2О3) порошки. При нагревании ортофосфорная кислота вступает в реакцию с АI2О3, образуя высокоогнеупорные алюмофосфатные связки. Бетоны на алю-мофосфатных связках применяют при температурах нагрева до 1600 - 1800°С. Их прочность на сжатие достигает 70 МПа. После нагревания до 800 °С снижения прочности не наблюдается. Термическая стойкость - 39 - 60 водных теплосмен при начальной температуре 800"С. В отличие от жаростойких бетонов на других вяжущих алюмофосфатные бетоны вместо огневой усадки после нагревания до максимальной температуры характеризуются расширением (до 0,2%).

В бетоне на жидком стекле вяжущим является водный раствор сили-ката натрия при Na 2 O * nSiO 2 * mH 2 O, который в результате физико-химического взаимодействия с кремнефтористым натрием или другими до-бавками (реагентами твердения) разлагается с выделением Si(0H) 4 , коагулирует и склеивает между собой зерна заполнителей в монолитный конгломерат. Жидкое стекло обладает высокими адгезионными свойст-вами по отношению ко всем материалам, применяющимся в огнеупор-ной промышленности. Его клеящая способность в 3—5 раза выше, чем цементов, что обеспечивает получение на его основе высококачествен-ных жаростойких бетонов.

В отличие от бетонов на гидравлических вяжущих твердение бетона происходит не в результате гидратации минералов, а в результате образо-вания коллоидного клея Si (ОН) 4 , который приобретает максимальную прочность после высушивания и перекристаллизации в Si0 2 с выделе-нием воды. Бетон твердеет в воздушно-сухих условиях при температуре воздуха не ниже 15 °С. При более низких температурах процесс тверде-ния практически не происходит наиболее благоприятные температуры твердения 25—50 °С. Наиболее удовлетворительными свойствами обладает жидкое стекло, в котором кремнеземистый модуль (молярное отношение SiO 2 и Na 2 O) колеблется в пределах от 2,5 до 3. Кремнеземистый модуль называется также модулем стекла. Процесс схваты-вания и твердения бетона происходит только в момент выделения кремнегеля из коллоидного раствора:

Схватывание и твердение бетонов на жидком стекле с добавкой кремнефтористого натрия или других реагентов твердения представ-ляет собой сложный коллоидно-адсорбционный процесс, обусловленный коллоидно-химическим взаимодействием реагента твердения со щелоч-ным силикатом натрия. В упрощенном виде химическое взаимодействие кремнефтористого натрия со щелочным силикатом натрия, у которого силикатный модуль равен двум, можно выразить следующей схемой:

Na 2 SiF 6 + 2 (Na 2 О* 2SiO 2) + 10Н 2 О = 5Si (ОН) 4 + 6NaF;

Кремнефтористый натрий вследствие малой растворимости в воде (0,6 %) реагирует с жидким стеклом медленно.

Процесс схватывания и твердения в зависимости от количества добавляемого кремнефторида, от температуры и модуля жидкого стекла на-чинается через 30—60 мин. В течение этого времени свежеприготовлен-ная масса достаточно пластична и хорошо формуется. Количество кремнефтористого натрия должно обеспечивать нормальные сроки схватывания и твердения бетона, а также необходимую прочность бетона к моменту распалубки. При этом не следует забывать, что кремнефтористый натрий является сильно действующим плавнем, понижающим огнеупорные свойства бетонов на жидком стекле.

Кроме кремнефтористого натрия для твердения бетона на жидком стекле иногда применяют нефелиновый шлам, феррохромовые шлаки, обожженный серпентинит, который применяется также как заполнитель, обеспечивающий получение огнеупорного бетона с более быстрыми сроками твердения (10—30 мин.).

При нагревании затвердевшего жидкого стекла с добавкой кремнефтористого натрия, основная часть влаги (80 %) удаляется при 100 °С, при нагревании до 200 °С удаляется еще 12 % влаги. Остатки влаги (8 %) удаляются при нагревании до 300 °С, вследствие обезвоживания гелия кремниевой кислоты при кристаллизации Si0 2 . В результате удаления влаги в бетоне наблюдается усадка, которая при правильном подборе состава бетона не превышает 0,8 %, а при применении бетона с тонкомо-лотым магнезитом 0,25 %.

Нагревание до 800—900 °С приводит к частичному спеканию бетона. При введении огнеупорных тонкомолотых добавок спекание бетона происходит при более высоких температурах, его огнеупорность воз-растает.

Для приготовления тонкомолотых добавок используют шамот, маг-незит, хромит, хромомагнезит, кварц, дунит, серпентинит, тальк, анде-зит, диабаз и т.п. Степень измельчения всех видов добавок должна быть такой, чтобы через сито 0,09 мм (4900 отв/см 2) проходило не менее 50 % массы материала.

Выбор того или иного вида добавки зависит от требуемой огнеупор-ности бетона и условий службы футеровки. Применение тонкомолото-го магнезита и хромомагнезита в наибольшей степени повышает огнеу-порность.

Чем меньше плотность жидкого стекла, тем ниже прочность бетона, например, при использовании жидкого стекла плотностью 1,25 предел прочности составляет всего 50 % от прочности при сжатии высушенного бетона (25—30 Н/мм 2), приготовленного на жидком стекле плотностью 1,36 г/см 3 .

При увеличении расхода жидкого стекла увеличивается количество воды в бетоне, в результате чего повышается его пористость, а проч-ность снижается. Так, при увеличении содержания жидкого стекла с 400 до 500 кг на 1 м 3 бетона прочность при сжатии снижается пропор-ционально содержанию Na 2 O.

В результате обжига прочность бетона при сжатии изменяется незна-чительно по сравнению с прочностью высушенного бетона. Нагревание до 300—400 °С вызывает упрочнение его структуры за счет обезвожива-ния геля; при 400—600 °С наблюдается некоторые снижение прочности; с повышением температуры до 800—1000 °С прочность для большинства составов не изменяется или несколько повышается.

Виды тонкомолотых добавок влияют на прочность бетона при нагре-вании. Она наиболее высокая у бетона с тонкомолотой магнезитовой и шамотной добавками. Добавка тонкомолотого кварцита значительно снижает прочность вследствие его модификационного превращения при 575 °С.

Большое влияние на прочность бетона оказывают степень и методы его уплотнения. Для обеспечения подвижности бетона при уплотнении вибрированием в бетон с шамотными заполнителями необходимо вводить не менее 16 % жидкого стекла от общей массы бетона. Умень-шить расход жидкого стекла при этом методе уплотнения нельзя, так как бетон имеет большую вязкость и не уплотняется вибрированием.

Для получения высокопрочного безусадочного бетона с содержанием жидкого стекла 10—14 % необходимо применять трамбование пневматическими трамбовками. При этом крупность заполнителя в бетоне не должна превышать 5 мм, так как укрупнение приводит к измельче-нию трамбовкой и снижению прочности бетона.

При применении трамбования полусухих смесей предел прочности при сжатии бетона на жидком стекле увеличивается в 1,5—2 раза. При этом усадка в процессе сушки и нагревания почти не наблюдается, это имеет большое значение при футеровке индукционных плавильных печей для плавки алюминия.

Увеличение содержания кремнефтористого натрия в бетоне снижает огнеупорность и прочность при высоких температурах, так как он является сильным плавнем.

Наибольшую температуру применения имеет бетон на жидком стекле с тонкомолотой добавкой и заполнителями из боя магнезитового кирпича (1300—1400 °С). Такой бетон начинает размягчаться под наг-рузкой 0,2 Н/мм 2 при 1250-1300 °С и разрушается при 1400-1450 °С.

Широкое применение в индукционных печах для плавки алюминия получил бетон на жидком стекле с тонкомолотым магнезитом и шамот-ными заполнителями. Этот бетон имеет высокую термостойкость и устойчив против восстановительного действия расплава алюминия благодаря тому, что шамотные зерна в этом бетоне покрыты оболочкой магнезитового цементного камня.

Родился в Англии в 1961, живет в Монреале, Канада. Член Асоциации Печников Северной Америки. Занимается печным делом более 20 лет и специализируется в основном на строительстве финских противоточных печей в различных вариантах. Область интересов: нестандртные облицовки из старинного кирпича, дизайн в стиле Арт-Деко, история печного дела. В наполнении своего сайта www.pyromasse.ca придерживается политики "open sourse".

Перевод: 12.02.2011

Огнеупорный бетон для печей - приготовление на объекте

Выбор смеси для приготовления огнеупорного бетона, пригодного для использования при кладке печи, может вызвать затруднения. К нему предъявляются следующие требования: высокая плотность, крупные зерна и хорошая устойчивость к тепловому шоку. Огнеупорный бетон, используемый здесь - Mount Savages Heatcrete 24 ESC (24 f. extra strength course). Статья описывает формирование, заливку, и извлечение из формы четырех бетонных модулей, используемых в постройке печи с духовкой непрямого нагрева. Статья обрисовывает в общих чертах методы обычной работы на объекте. Оборудование и методы в условиях мастерской, конечно, могут быть намного лучше.

Предстоит залить 4 формы. Сверху вниз, по часовой стрелке. Подина, задняя плита, верхняя плита и перемычка печи. Форма для подины темная, так как сделана из фанеры, используемой для формовочных работ. Как только формы собраны, они должны быть уплотнены, чтобы препятствовать испарению воды во время реакции, и позволить легко извлечь отливки. Формы могут быть покрыты полиэтиленом, или обработаны растительным жиром и силиконом. Оба метода пригодны, здесь описан метод, использующий растительный жир. Полиэтилен дает законченным модулям блестящую поверхность, типа отделки, которая легко чиститься. Такой блеск, однако, может значительно препятствовать удалению механически-связанной воды во время нагрева. Поверхность модулей от форм, обработанных жиром значительно более пористая.

Перед заливкой огнеупорого бетона все формы уплотняются. Силикон накладывается на все места стыков. Поверхности форм тщательно намазываются растительным жиром.

Полоска керамической бумаги помещена в основание формы для разгрузочной перемычки. Она сформирует углубление, куда будет положена такая же полоска, когда перемычка будет установлена. Бумага должна быть покрыта полоской полиэтилена, чтобы остановить впитывание смеси во время вибрации формы.

Смесь должна быть идеально перемешана в механической мешалке. Большое количество смеси практически невозможно перемешать вручную. Производители рекомендуют определенное количество воды. Один и три четверти галлона (7,7 л) воды на 50 фунтовый (22,5 кг) мешок смеси, кажется, слишком мало. Хотя после тщательного размешивания смесь хорошо виброукладывается на место. Даже небольшой избыток воды может значительно повредить готовые модули.

Используемая вода должна быть чистой. Как вода, так и сухая смесь должны быть относительно теплыми во время затворения, и содержаться в тепле до и во время реакции и после заливки. 15-20 С оптимально. Если приходиться заливать при низкой температуре и подогревать материалы, то важно не перегреть, иначе смесь начнет схватываться до того, как будет уложена.

Из-за того, что смесь такая жесткая, важно работать быстро. Огнеупорный бетон помещен в форму. Лучше заполнить форму с избытком и удалить лишнее, чем недозаполнить и добавлять потом. Бетон должен быть помещен в форму мастерком, прежде, чем будет вибрироваться. Изображения показывает огнеупорный бетон после вибрирования в течение одной минуты. Хотя вплоть до этого момента смесь казалась слишком сухой, она отлично заполнила формы после однократного вибрирования.

Виброукладка огнеупорного бетона с помощью перфоратора. Видео, 11 сек.

Виброукладка, удаление воздушных пузырьков. Видео, 12 сек.

Формы прибиты к листу фанеры, которая лежит на другом листе фанеры. Это делает вибрирование более эффективным, особенно при работе на бетонном полу. Вибрирование производиться отбойником или перфоратором. Помещая сверло в деревянную часть формы, форма вибрируется, заставляя бетон садиться, а захваченные пузырьки воздуха всплывать на поверхность.

Эти три формы для огнеупорного бетона устроены так, что средняя и две внутренних поверхности внешних частей, не могут легко вибрироваться, и особое внимание должно быть уделено вибрированию именно этих частей.

Вибрирование укладывает огнеупорный бетон и удаляет воздух, но это также заставляет крупную фракцию оседать к основанию формы, выдавливая более мелкую вверх. Поскольку это приводит к неоднородности состава, то форма не должна вибрироваться дольше, чем необходимо.

Внешние поверхности модулей, обращенные к огню, нужно оставить грубыми и не затирать мастерком. После заливки формы должны быть плотно покрыты пластиком, и весь воздух удален из-под него разглаживанием рукой. Хорошо пристрелить пластик к формам степлером, чтобы углы не подняло коварными ночными ветрами.

Формы, выстеленные полиэтиленом.

Теже формы, залитые бетоном и укрытые полиэтиленом.

Выдерживание сильно влияет на крепость готового изделия. Рабочее пространство должно быть теплым при выдерживании. Экзотермическая реакция гидравлического схватывания огнеупорного бетона начнется спустя несколько часов после заливки, в зависимости от количества воды и температуры материалов. Реакция сделает изделие весьма горячим, поскольку это продолжается несколько часов. Важно, что бы изделие было тщательно укрыто, чтобы предотвратить потери воды через испарение во время реакции. Хотя я вынимаю и использую модули через день после заливки, как только они остыли, лучше оставить в их формах в течение дополнительных двух дней. Если они вынуты через день, то лучше держать их влажными в течение нескольких дней

Перемычка парит при экзотермической теакции. Видео, 18 сек.

Изготавливая формы для огнеупорного бетона, необходимо работать точно. Поверхности модулей, уплотняемые керамической бумагой в 1/8 дюйма (3 мм), должны быть прямыми и квадратными, чтобы все было нормально.

Внутренняя поверхность подины духовки печи была отлита в слегка смазанную жиром деревянную форму. Вероятно, предпочтительней отлить ее в полиэтилен, поскольку это обеспечит более гладкую поверхность, которая является менее водопроницаемой и которую легче чистить.