Жаростойкий бетон: характеристики, применение

Традиционные марки цемента боятся температурных изменений и начинают деформироваться при высокой температуре. А поскольку такой материал пользуется большой популярностью, строители выбирают специальные огнестойкие разновидности. Они приспособлены к любым воздействиям и обладают массой эксплуатационных преимуществ.

Достоинства

Выбирая огнеупорный цемент, важно учитывать не только его плюсы, но и минусы. Среди них:

1. Высокая стоимость, если сравнивать его с классическими вариантами вяжущих компонентов.
2. Вероятность химической реакции при взаимодействии с некоторыми элементами из таблицы Менделеева. При подобных процессах материал не выделяет токсических веществ и остается безвредным для человеческого здоровья, однако результатом реакции является неприятный запах.

Список плюсов более обширный.

В него вошли следующие пункты:

1. Увеличенные прочностные свойства. Они обусловлены применением особой технологии производства, которая подразумевает термическое воздействие на исходное сырье. Под воздействием высоких температур обеспечивается улучшенное соединение керамических соединений. Чтобы изготовить кладочный и штукатурный раствор, необходимо в точности соблюдать пропорции и рецептуру.
2. Высокая скорость схватывания и короткие сроки затвердевания. В сравнении с другими марками цементной смеси, включая Портландцемент М400, термостойкий цемент быстрее набирает требуемую прочность и делает конструкцию готовой к прямому использованию уже через сутки.
3. Хорошая степень вязкости и сцепления с другими строительными материалами.
4. Устойчивость к коррозийным процессам, которую обеспечивает наличие в составе алюмината кальция.
5. Жаростойкость. Подобный вяжущий компонент способен выдерживать воздействие открытого огня и жара с температурами до +2000…+3500°C. Это делает его незаменимым решением для промышленных помещений или построек, размещенных в зоне повышенной пожарной опасности.
6. Хорошая изоляция от электрических разрядов. В составе цемента отсутствует влага, поэтому он обладает неэлектропроводными свойствами.
7. Надежность и устойчивость сцепления кирпичей. При производстве жаростойких марок используются особые гранулы клея, которые обеспечивают максимальную прочность соединения кирпичной кладки, блокируют пустоты и не дают воздуху выходить наружу.

Читайте также: Дом из арболита – все этапы строительства

Использование огнестойких смесей предусматривает соблюдение тех же пропорций, что и при выборе остальных связующих материалов.

Легкие поризованные и ячеистые жаростойкие бетоны

Для производства поризованных и ячеистых легких бетонов могут использоваться те же вяжущие, что для изготовления тяжелых бетонов (в основном — портландцемент и глиноземистый цементы). При употреблении пористых специальных заполнителей получаются легкие жаростойкие бетоны, а при введении в состав бетонных смесей газообразователей или специальной пены — ячеистые бетоны.

Легкие поризованные бетоны

Поризованные легкие бетоны

В качестве заполнителей для таких бетонов применяют пористые материалы, устойчивые к воздействию повышенных температур (700°С—1000°С):

• вспученный перлит;
• керамзит;
• вулканический туф;
• вермикулит.

Для легких бетонов, с учетом средней плотности материала, устанавливают марки: D300…D1800.

По способу применения легкие поризованные бетоны подразделяются на следующие классы:

1. Теплоизоляционные. Плотность материала должна составлять 500 кг/м3 и ниже, теплопроводность максимум 0,14 Вт/м*К, прочность М14–М25.
2. Конструкционно-теплоизоляционные: плотность 500–800 кг/м3, теплопроводность — 0,14–0,54 Вт/м*К, прочность М35 и более.
3. Конструкционные — плотность должна соответствовать 1400–1800 кг/м3, прочность М50 и более. Теплопроводность для конструкционных бетонов не нормируется.

Легкие бетоны на глиноземистом цементе и портландцементе обладают высокой огнестойкостью, а при использовании в качестве заполнителя керамзитового щебня — значительно возрастает морозостойкость материала (F25–100).

Ячеистые бетоны

Ячеистые легкие бетоны

В масштабном строительстве ячеистые легкие бетоны применяют в основном для теплоизоляции (ввиду низкой теплопроводности) и как жаростойкие материалы. Их огнестойкость значительно выше данного показателя у обычных составов.

Ячеистые бетоны широко распространены в индивидуальном строительстве где применяются в качестве блоков (автоклавной и неавтоклавной обработки), и в качестве элементов бетонных конструкций заводского изготовления.

По своему назначению ячеистые легкие бетоны делятся на четыре категории:

• теплоизоляционные (до 500 кг/м3);
• теплоизоляционно-конструкционные (500–900 кг/м3);
• конструкционные (1000–1400 кг/м3);
• жаростойкие (800–1200 кг/м3), с температурой использования до 800°С.

Ячеистые бетоны (газобетоны, пенобетоны) в течении 3–7 часов способны выдерживать влияние открытого огня без видимых разрушений конструкций. При нагревании обычных изделий из газобетона до температуры 400°С наблюдается увеличение прочности материала, а вот при повышении температуры до 1000°С, наблюдалось полное разрушение структуры ячеистых бетонов.

Пожарные сертификаты на газобетон

При необходимости, предел огнестойкости ячеистых бетонных конструкций можно увеличить за счет применения следующих вяжущих:

• известково-белитовые (800°С);
• топливные золы и металлургические шлаки;
• щелочные алюмосиликатные вяжущие.

Читайте также: Характеристики и правила использования пластификатора С-3

Направления использования

Цемент жаростойкий можно применять для самых различных работ в сфере строительства. Однако из-за высокой стоимости его принято использовать для возведения построек и конструкций, находящихся под воздействием высокой температуры. Подобное решение особенно востребовано для промышленных помещений и частных домов.

Список основных сфер использования выглядит следующим образом:

1. Организация монолитной футеровки при проведении ремонтных и восстановительных работ с тепловым и плавильным оборудованием, которое эксплуатируется в температурном режиме до +1600°C.
2. Обустройство конструкций из железобетона, устойчивых к высокому нагреву.
3. Производство блоков и кирпичей с огнеупорными характеристиками.
4. Изготовление раствора для кирпичной кладки и обмазки банных печей.
5. Создание клеевых основ для нефтеперерабатывающей промышленности.
6. Возведение печей для производства стекла.
7. Сооружение каминов и печей для жилых объектов.
8. Монтаж систем дымоотвода.

Жаростойкие смеси необходимы и для горной или металлургической сферы деятельности. Еще они незаменимы для обустройства тоннелей, подложек и прочих конструкций, подвергающихся усиленному нагреву.

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.

Марки огнеупорных цементов

Производство огнестойких цементных смесей подразумевает использование глинозема с учетом требований ГОСТа. В зависимости от концентрации в составе оксида алюминия цемент разделяется на несколько марок. Если содержание добавок не превышает 35%, продукция обозначается аббревиатурой ГЦ. При наличии более высокой доли применяется обозначение ВГЦ.

Смеси с маркой ВГЦ I на 60% состоят из алюминия. Еще в составе присутствуют такие компоненты:

1. Кальций — 32%.
2. Кремний — 3%.
3. Железо, магний, сера — от 1 до 2%.

Серия ВГЦ II содержит 70% оксида алюминия и небольшое количество оксидов кремния и кальция. Возле маркировки присутствуют цифры, указывающие на прочностные свойства при сжимающих нагрузках. Так, смеси серии ГЦ 40 могут выдерживать нагрузки от 40 МПа.

При выборе марки покупатели обращают внимание на фактические термические и механические нагрузки, с которыми будет сталкиваться цементная смесь. В продаже предлагается широкий выбор жаропрочных компонентов как зарубежного, так и отечественного производства.

Читайте также: ПЕЧАТНЫЙ БЕТОН — ДЕКОРАТИВНЫЕ БЕТОННЫЕ

Ко второй группе относятся материалы, которые создаются на основе клинкера из приволжских и центральных регионов Российской Федерации, Москвы и Сибири. Также на рынке доступны турецкие, финские, французские и польские смеси, обладающие массой эксплуатационных достоинств.

Огнеупорный бетон: особенности бетонных смесей, состав

Обзор материала

Именно особенности состава композита определяют его устойчивость, способность сохранять целостность массива при значительных температурах. До рассмотрения состава разберемся, почему разрушается обычный бетон:

• Это связано со значительным испарением при нагреве влаги, содержащейся в массиве.

В состав бетона входят базовые ингредиенты (цемент, наполнитель, вода) и добавки – они и определяют огнеупорные свойства конечного продукта

• В результате материал теряет эксплуатационную прочность из-за активной дегидратации.
• Из-за необратимости реакции невозможно сохранить стойкость массива, теряющего свойства в результате разрушения.

Именно поэтому, чтобы сохранить целостность композита, важно сохранить влагу внутри массива. Для этого добавляют вяжущие компоненты и специальные добавки. В качестве вяжущего вещества применяется:

• портландцемент высоких марок;
• шлакопортландцемент, обладающий высокой вяжущей способностью;
• цемент, отличающийся повышенной концентрацией глинозема.

Также, водятся жидкое стекло, обладающее вяжущими свойствами.

В качестве компонентов, повышающих температурную устойчивость массива, водятся измельченные ингредиенты:

• Керамзитный наполнитель.
• Кирпичный бой изделий, содержащих магнезит, шамот, доломит.
• Руда с высоким содержанием хромита.
• Зольная пыль.
• Пемза.
• Шлаки доменного производства в гранулированном или измельченном виде.

Присадки обеспечивают лучшее затвердевание состава и превращение в монолитную жаростойкую основу

Дополнительно водятся прочные минеральные материалы, включающие базальт и диабаз. В зависимости от особенности рецептуры состав может включать перлитовый наполнитель, туф или вермикулит. Размер фракции заполнителя зависит от назначения огнеупорного материала и составляет:

• для мелкого заполнителя не более 5 мм;
• для крупной фракции до 2,5 см.

При необходимости, может вводиться гравий в дробленом виде, что значительно повышает прочность, затрудняет обработку затвердевшего массива.

Главные характеристики материала

Эксплуатационные характеристики жаропрочных цементных смесей выглядят следующим образом:

1. Возможность эксплуатации под постоянным температурным воздействием до +3500°C. Устойчивость к прямому огню.
2. Улучшенные огнеупорные свойства и прочность, обусловленная особой технологией производства.
3. Повышенный коэффициент соединения с поверхностью и оптимальная вязкость.
4. Высокая скорость затвердевания. Конструкции, соединенные термостойкими компонентами, подлежат эксплуатации уже через 20 часов.
5. Отсутствие сложностей при самостоятельной подготовке смеси.
6. Стандартные пропорции для изготовления. Чтобы подготовить качественную смесь, достаточно использовать общепринятую рецептуру, как при производстве традиционных марок цемента.

Огнеупорный и жаростойкий бетон: состав, свойства, характеристики

Железобетонные конструкции кажутся нам надежными преградами огню, но обычные бетонные смеси, используемые при их создании, часто не выдерживают резкого нагрева до высокой температуры, становятся хрупкими, начинают быстро разрушаться. Поэтому при возведении ряда объектов, для защиты оборудования необходим жаропрочный бетон.

Жаростойкий, огнестойкий бетон, по определению ГОСТ 25192-2012, устанавливающего классификацию и технические требования ко всем видам бетонов – это бетон назначением которого является эксплуатация при высоких температурах в диапазоне 800-1800 ℃.

От других видов бетонных смесей этот специфический по назначению и применению вид строительных материалов отличается не только стойкостью к открытому огню, длительному воздействию высокотемпературных тепловых потоков, но и не снижением в этих жестких условиях основных эксплуатационных параметров – сохранением прочности, отсутствием деформации, поверхностного, глубокого разрушения структуры.

Достигается это добавками в основу из огнестойких цементов различных связующих (специальных добавок) прошедших при получении высокотемпературный обжиг. Поэтому в процессе затвердевания огнеупорного бетона образуется прочная, подобная природному камню, структура, не требующая обжига перед эксплуатацией, но готовая к огневым, тепловым нагрузкам.

Соответственно, этот материал не используют при возведении типовых зданий, а применяют в виде товарных огнестойких бетонных смесей, готовых изделий – огнеупорных блоков, монолитных конструкций при строительстве особо важных объектов, в том числе транспортной инфраструктуры, например, автомобильных, железнодорожных тоннелей, подземных инженерных коммуникаций.

Используется также при возведении промышленного оборудования, работающего в высокотемпературном диапазоне – для монолитной футеровки котлов ТЭЦ, доменных, мартеновских печей, агрегатов обжига минеральных материалов; для облицовки ковшей транспортировки, розлива чугуна, стали, других расплавленных металлов.

Жаростойкий и огнеупорный бетоны – это строительные материалы, применяемые при возведении объектов, которые эксплуатируются при высоких температурах, а некоторые – под воздействием открытого пламени.

Этот вид бетона используется при сооружении тепловых агрегатов, работающих при одностороннем воздействии температур до 1800°C. Производство жаростойких бетонных смесей регламентируется ГОСТом 20910-90. Бетоны подразделяют по следующим параметрам:

• По назначению – теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные и конструкционные.
• По структуре – плотные тяжелые, ячеистые легкие.
• По типу вяжущего – на портландцементе и его видах, алюминатных цементах, силикатных вяжущих.
• По типу заполнителя – шамотный, базальтовый, диабазовый, шлаковый, керамзитовый, вермикулитовый, из бетонного боя.
• По виду мелкодисперсной добавки – с шамотной, аглопоритовой, золошлаковой, магнезиальной.

Жаростойкие бетоны, в отличие огнеупорных, дополнительно не обжигаются, поскольку этот материал проходит необходимую термообработку при первом пуске объекта в работу.

Тяжелые термостойкие смеси востребованы для футерования агрегатов, эксплуатируемых при высоких температурах, на предприятиях химиндустрии, при сооружении дымоходов. Конкретная область применения определяется компонентами смеси.

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

Читайте также: Классификация легких бетонов: обзор разновидностей группы материалов

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.

Предлагаем ознакомиться Крыша частного дома своими руками

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.

Марка, агрегатное состояние поставки	Основная сфера применения
АСБС. Сухая огнеупорная смесь. Включает в себя несколько подмарок: АСБС30, 70, 80,Л и П.	Металлургия и тепловая энергетика.
ВГБС. Высокоглиноземистая бетонная смесь.	Футеровка стен и пода печей, внутренней полости разливочных ковшей эксплуатируемых при температурах до 1 750 градусов Цельсия.
СБК. Огнеупорная бетонная смесь на основе корундового наполнителя.	Футеровка стен и пода печей, внутренней полости разливочных ковшей эксплуатируемых при температурах до 1 800 градусов Цельсия.
ТИБ. Теплоизоляционный бетон.	Футеровка теплового оборудования. Использование при ремонте футеровки в качестве торкрет массы.
СБС. Саморастекающаяся огнеупорная бетонная смесь.	Футеровка теплового оборудования и печей, работающих при температурах до 1 500 градусов Цельсия.
ШБ-Б. Сухая бетонная смесь на основе шамотного наполнителя.	Обустройство огнезащитного слоя на лазах, люках и амбразурах горелок работающих при температурах до 1 300 градусов Цельсия.
ССБА. Сухая огнеупорная арматурная смесь.	Футеровка печей и теплового оборудования работающего при температурах до 1 700 градусов Цельсия.

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.

Жаропрочный бетон на основе глиноземистого цемента своими руками

Чтобы изготовить огнестойкий бетон на основе глиноземистого цемента в домашних условиях, нужно подготовить следующие компоненты:

1. Вода.
2. Вяжущие и жаропрочные добавки.

Технологический процесс содержит массу нюансов. В первую очередь следует позаботиться о чистоте всех составляющих, а еще предотвратить вероятность загрязнения огнеупорных компонентов песком, гранитом или известняком.

Строители используют разные способы изготовления огнестойкого бетона. Наиболее простая технология подразумевает использование готовой сухой смеси, содержащей в своем составе жаропрочные добавки. Если состав изготовляется с нуля, понадобится грамотно составить пропорции компонентов и смешать их.

Специалисты рекомендуют останавливаться на первом варианте, поскольку готовые сухие смеси обладают требуемыми эксплуатационными характеристиками и произведены по заводскому технологическому процессу. Поэтому пользователю предоставляется цемент высшего качества, который нужно лишь разбавить водой или растворителем.

Начиная самостоятельное изготовление огнеупорной бетонной смеси, важно предусмотреть наличие таких добавок:

1. Хромитовая руда.
2. Магнезитовый цемент.
3. Андезит.
4. Шамотный бой.

Если правильно подобрать ингредиенты, конечная конструкция будет надежной и долговечной.

Все составляющие переносятся в бетономешалку и тщательно перемешиваются в пропорции 1:4 (цемент и песок). Когда получится однородная смесь, к ней можно добавить жидкость до появления тестообразной консистенции. В таком случае смесь получит требуемую степень вязкости и быстро станет твердой. Разбавляя ее водой, важно придерживаться рекомендаций специалистов и не отклоняться от рецептуры.

Готовый состав помещается в формы и заливается в опалубку или применяется для кирпичной кладки. При использовании глиноземистых наполнителей важно вовремя разбавлять их водой, чтобы предотвратить чрезмерно быстрое схватывание.

После выполнения всех действий необходимо провести очистку оборудования и избавиться от застывшего материала с инструментом. Если возникает желание сделать небольшое количество раствора на основе портландцемента, смешивание компонентов можно выполнять без бетономешалки. Для этой цели используются широкие емкости и ручной инструмент.

Жаростойкие свойства цемента.

Одним из важнейших показателей жаростойкости цементов является отношение цементного камня к воздействию повышенных температур. Процесс нагревания цементного камня сопровождается фазовыми превращениями, испарением воды, выделяющейся из кристаллогидратов, изменением пористости и, как следствие, снижением прочности. По степени снижения прочности, как правило, судят о жаростойкости цемента. В зависимости от температурных условий службы бетона используют различные цементы: портландцемент, глиноземистые цементы различного состава, жидкое стекло и т. д. Высокоглиноземистые цементы, обеспечивающие высокую огнеупорность бетона, являются наиболее перспективными.

Для организации производства высокоглиноземистого цемента на ОАО «Подольск-Цемент» была создана промышленная установка, состоящая из электродуговой печи — плазменного реактора и вспомогательного оборудования: сырьевых бункеров для различных видов специальных клинкеров, смесителя-утилизатора тепла, полых анода и катода, охладителя расплава для различных режимов охлаждения специальных клинкеров.

Плазменный реактор представляет собой металлический цилиндр, футерованный изнутри двумя слоями огнеупора (ШЦУи ВГЦ бетоном) и охлаждаемый снаружи циркуляционной водой. Днище и крышка плазменного реактора футерованы ВГЦ бетоном и охлаждаются через водяные кессоны циркуляционной водой. Средняя толщина футеровки подобрана экспериментально и составляет 250 мм.

Корпус плазменного реактора имеет ряд технологических отверстий для обеспечения загрузки шихты, слива расплава, отбора газов, розжига реактора, внутреннего осмотра реактора во время работы.

На созданной установке предприятие постоянно производит высокоглиноземистый цемент требуемого состава. Возможности установки велики — она способна выпускать любые высокоглиноземистые цементы от мономинерального до полиминерального состава с добавками различных веществ, повышающих огнеупорность цемента.

Для исследования был взят высокоглиноземистый цемент, характеризующийся следующим содержанием (мас. %): моноалюминаткальция СА — 32, диалюминат кальция СA2 — 60, другие примесные соединения — 8. В качестве добавки использовали микрокремнезем и органическую кислоту.

Известно, что при гидратации высокоглиноземистого цемента образуются метастабильные гидроалюминаты кальция САН10, С2АН8, перекристаллизовывающиеся затем в кубическую форму С3АН6. Для определения степени их влияния на изменение структуры и прочности цементного камня при его нагревании до высоких температур на первом этапе были приготовлены различные гидроалюминаты по методике, опубликованной в литературе.

При нагревании САН10 в пределах 100 °С потеря кристаллизационной воды составляет 3 мол., при 150–170 °С удаляется 1,5 молекулы Н20, при 260–280 °С — 5 мол. Н20, и оставшиеся 0,5 молекулы удаляется при 800–900 °С. Фазовый анализ, по данным РФА, соответственно представлен в начале аморфной массой, а затем СА и Аl203.

Таблица №1: Результаты испытаний исследуемого цемента.

При нагревании С2АН8 теряет воду: при 100 °С — 1 %, при 170 °С — 1,5 % и при 300–320 °С — 5,5 %. При этом происходит постепенное изменение фазы от С2АН7 до С2АН4, полностью разлагающихся и превращающихся в аморфную массу. При 600 °С обнаруживается появление минерала С12А7 (d = 0,480, 0,263 нм).

При нагревании С3АН6 основная часть воды (4,5 мол. Н20) удаляется при 310–320 °С. Оставшиеся 1,5 мол. Н20 отщепляются при 500 °С. Нагревание образца до 600 °С сопровождается образованием С12А7 и СаО. Наличие свободной извести в цементном камне нежелательно, поскольку при циклическом нагревании и охлаждении возможно превращение Са(ОН)2 => СаО, что сопровождается деструкцией цементного камня, снижением прочности и даже, в определенных условиях, его разрушением.

Физико-химические исследования процесса гидратации и дегидратации высокоглиноземистого цемента с добавками и без добавок показали, что при 20 °С образуются в основном С2АН8 (бездобавочный ГЦ), перекристаллизовывающийся в С3АН6, в присутствии микрокремнезема — стерлингит С2АSH8, а органическая кислота способствует образованию САН10. При нагревании цементного камня до 200 °С степень гидратации всех цементов повышается за счет ускорения реакций взаимодействия компонентов с физически адсорбированной водой, находящейся в структуре цементного камня. Количество продуктов гидратации увеличивается, они заполняют поры в цементном камне, и прочность его повышается.

При этом состав продуктов гидратации в бездобавочном высокоглиноземистом цементе представлен кубическим гидроалюминатом кальция, в цементе с добавкой микрокремнезема — гидроалюмосиликатом кальция, а в цементе с добавкой органической кислоты — гексагональным гидроалюминатом кальция.

При дальнейшем повышении температуры нагрева происходит отщепление кристаллохимической воды из структуры гидратов, увеличение пористости и снижение прочности цементного камня. Степень снижения прочности зависит от состава цемента. Цементы с добавками показывают меньшую пористость и более высокую прочность по сравнению с бездобавочными.

Отмечено, что в присутствии добавок перекристаллизация первоначально образовавшихся гидро-алюминатов кальция замедляется и превалирует степень гидратации. Образующиеся гидраты заполняют поры и тем самым уменьшают снижение прочности цементного камня.

На основе проведенных исследований был изготовлен бетон с применением высокоглиноземистого цемента без и с добавкой указанных материалов. Как известно, свойства жаростойкого бетона зависят от природы заполнителя, который обеспечивает формирование контактной зоны между цементным тестом и заполнителем. Известны многочисленные исследования контактной зоны между заполнителем и цементным камнем. Согласно большинству из них, разрушение структуры бетона в основном зависит от степени сцепления заполнителя и цементного теста. В исследованиях показано, что главной составляющей контактной зоны является гидроксид кальция, который, главным образом, обусловливает связь «цемент–заполнитель». Эта связь обеспечивается за счет эпитаксиального роста кристаллов гидроксида кальция на поверхности заполнителя. Микроструктура контактной зоны, как правило, характеризуется большой пористостью и наличием крупных кристаллов гидроксида кальция. Однако эти данные характерны для бетонов на основе потландцемента. При гидратации высокоглиноземистого цемента, как показано выше, образуются гидроалюминаты кальция и гидроксид алюминия. Поэтому было целесообразно исследовать, как в этом случае формируется структура контактной зоны.

Для решения этой проблемы были проведены исследования с применением традиционного шамота как в качестве крупного, так и мелкого заполнителя. Для сравнения брали смесь, состоящую из шамота в качестве крупного компонента и микрокремнезем, как мелкий заполнитель. Образцы бетона нагревали при 100–1200 °С и затем исследовали методами РФА, ИКС и оптической микроскопии. Микроскопические исследования показали, что шамотные частицы окружены продуктами гидратации высокоглиноземистого цемента. Толщина контактной зоны составляет 10–15 мкм. Контактная зона образована благодаря эпитаксиальному росту кристаллов гидроалюминатов кальция на поверхности шамотных частиц. Контактная зона между микрокремнеземом и цементным тестом трудно просматривается из-за тонкого переплетения продуктов дегидратации цементных частиц. На поверхности частиц микрокремнезема наблюдается слой взаимных прорастаний продуктов его гидратации и цемента. При повышении температуры до 1200 °С, в результате реакции аморфизированных частиц, образовавшихся из дегидратированных компонентов высокоглиноземистого цемента и микрокремнезема, образуется муллит.

Исследования образцов, содержащих шамот в качестве заполнителя, показали, что микротрещины появляются вдоль зерен заполнителя, т. е. по контактной зоне. В случае образцов с микрокремнеземом формируется очень плотная контактная зона, простирающаяся как вдоль исходных негидратированных частиц, так и гидратированных фаз, что, видимо, является причиной высокой прочности бетона. Соответственно, пористость образцов очень низкая.

Таблица №2: Прочность бетонов при твердении в нормальных условиях и после нагревания.

Исследование образцов после их нагрева до 1200 °С показали значительно более высокуюостаточную прочность бетона со смесью шамота и микрокремнезема. Образцы имели высокую термостойкость — 30 циклов попеременного высушивания и увлажнения.

Таким образом, применение высокоглиноземистого цемента в сочетании с заполнителем, состоящим из шамота и микрокремнезема, весьма эффективно. Указанные высокоглиноземистый цемент и бетон на его основе рекомендуются для футеровки различных тепловых агрегатов.

Читайте также: После заливки шелушится бетон. Почему трескается бетон при застывании? Как не допустить растрескивания монолита

Отличие от других видов цемента

Основное отличие огнеупорных цементных смесей от остальных марок заключается в усиленной защите от высокотемпературного воздействия. Классическая продукция подвергается растрескиванию при нагреве до +250°C.

Если на материал будет воздействовать температура свыше +500°C, бетон начнет деформироваться, массив потеряет целостность и станет непригодным для дальнейшего использования.

В отличие от традиционных марок цемента, жаропрочные аналоги сохраняют устойчивость к нагреву до +2000°C.

Сфера применения

Жаростойкий бетон, благодаря повышенной температурной устойчивостью, используется в различных областях. Он незаменим для выполнения следующих задач:

• сооружения промышленных отопительных систем и конструкций теплового назначения;
• строительства печей, каминов, предназначенных для бытовой эксплуатации;
• формирования внутренней поверхности камер сгорания;
• изготовления коллекторов и термостойкой керамики.

Применение огнеупорного композита позволяет осуществить:

• Возведение фундаментов.
• Сооружение мостов.
• Изготовление плавучих сооружений.
• Строительство перекрытий.

Использование при изготовлении ячеистых наполнителей значительно расширяет область применения огнестойкого композита.

Стоит отметить, что огнеупорный бетон значительно облегчает конструкции, так как имеет в своем составе пористые ингредиенты, что на 40 % снижает нагрузку на основание

Этот особенный стройматериал производится на основе базовых компонентов со специальными добавками, которыми могут быть корунд, магнезит, шамотный песок, разные виды щебня, глинозёмистый цемент. Есть ещё тонкомолотые минеральные добавки, которые играют свою роль для высокой прочности, это пылевидная или мелкоизмельченная хромитовая руда, пемза, доменный шлак, многие другие компоненты, цель которых – повысить плотность сухого состава или готового изделия.

Заполнители могут производиться заводским способом, но зачастую используются бой обожжённых огнеупорных изделий, тугоплавкие горные породы. Для разных марок жаропрочного бетона употребляются крупный 5-25 мм или мелкий 0,15-5 мм заполнители. Это шамотный, магнезитовый кирпич, глиноземистый шлак, бой обыкновенного кирпича, базальт, диабаз, отвальный доменный шлак. Наиболее популярным у потребителей является жаропрочный бетон с содержанием шамота, который полностью отвечает запросам строительства.

https://youtu.be/vy4V7r4PdLc

Стоимость продукции разных марок

Цена жаростойких материалов зависит от разных факторов, включая сезонный. Если они выпускаются в летний период, их стоимость повышается, поскольку объемы строительных работ стремительно растут. Зимой цемент более дешевый и продается как в розницу, так и оптом.

Таблица стоимости выглядит таким образом:

1. 50 кг цемента ГЦ-40 обойдется по цене 1,3-1,4 тыс. рублей.
2. 50 кг цемента Gorkal 40, производимого польской компанией, будут стоить 1,4-1,5 тыс. рублей.
3. Российский цемент ВГЦ-50 продается по цене 1,8 рубля за 20 кг.

Перед тем как приобрести смесь, нужно ознакомиться с наличием сертификатов качества и ее маркой.

Огнеупорный и жаростойкий бетон: состав, свойства, характеристики

Жаростойкий бетон обладает высокими эксплуатационными характеристиками. Главные свойства:

• Повышенная устойчивость к воздействию открытого огня и повышенной температуры.
• Высокие прочностные характеристики (до 500 мПа/см²), позволяющие использовать состав в качестве конструкционного материала.
• Улучшение рабочих свойств массива в процессе эксплуатации.
• Доступность технологического процесса изготовления, исключающего стадию высокотемпературного обжига.

Неоспоримые достоинства огнестойкого композита позволяют применять материал в различных областях.

Идеальным образом подходит для печей бытового и промышленного назначения, каминов, возведения различных сооружений

Предельная возможность сохранять заданные технические параметры – это основное свойство огнеупорных материалов, которые сначала при затвердевании становятся подобны камню, а в эксплуатации выдерживают длительное воздействие сверхвысокой температуры. С такими характеристиками выпускается огнеупорный бетон – особая марка стройматериала, который применяется для нестандартных работ.

Особенности жаропрочных бетонов:

• высокая огнеупорность;
• прочность;
• повышение эксплуатационных свойств в процессе работы;
• отсутствие в технологии производства сложного, дорогостоящего процесса обжига.

Выделяются три категории огнеупорного бетона:

1. особо тяжёлый;
2. тяжёлый;
3. лёгкий ячеистый.

Назначение жаропрочных материалов бывает двух направлений:

1. конструкционное;
2. теплоизоляционное.

По эксплуатационному температурному режиму выделяются бетоны:

• Жароупорные, с режимом эксплуатации до 15 80 °C.
• Огнеупорные, с работой в режиме от 1 580 до 1 770 °C.
• Высокоогнеупорные, с эксплуатацией выше 1 770 °C.

› Виды Бетона

15.05.2019

Огнеупорный бетон – жаропрочный материал, который способен на протяжении достаточно длительного времени не менять своих характеристик под воздействием огня и высоких температур. Такой бетон применяется в самых разных сферах, но всегда там, где есть риск воспламенения или необходимость обеспечить стойкость конструкции к огню, повышенной температуре.

Уровень огнестойкости материала определяется такими параметрами, как: скорость горючести, теплопередачи при переменных условиях (вентиляция, температура огня, наличие/отсутствие источников топлива в здании). Бетонные стены из обыкновенного материала способны продержаться до 4 часов. Горит бетон без выделения токсинов, жидких частиц, дыма.

В частном строительстве зданий жаропрочный бетон используется редко – лишь отдельных конструкций. Свойства такого раствора актуальны при возведении туннельных аварийных выходов, конструкций инфраструктуры, производств, специальных сооружений для спасения членов правительства и т.д.

Жаростойкий бетон – особый вид бетонного материала, который способен долго выдерживать воздействие температуры в диапазоне 1580-1770С максимум без потери эксплуатационных и механических свойств (огнеупорный бетон, в свою очередь, выдерживает недолговременный нагрев и до температуры максимум 200С).

Бетон используют в строительстве жилых и промышленных объектов. Из огнеупорного и жаропрочного бетона делают мангалы, домашние отопительные печи, сауны, бани, дымовые трубы, камины и т.д.

Главные свойства огнеупорных бетонов:

• Высокий уровень прочности
• Надежная термоизоляция
• Усиление эксплуатационных характеристик в процессе работы
• Простота приготовления (дополнительный обжиг не нужен)
• Уменьшение затрат времени, финансов, труда

Жаростойкий бетон может быть конструкционным и теплоизоляционным. По структуре бывает легким поризованным, плотным, ячеистым.

Плотный тяжелый жаростойкий бетон (состав может быть разным) обычно используется в создании огнестойких конструкций, а также в виде жаростойкой футеровки в тех или иных тепловых агрегатах: на производствах химической промышленной сферы, рекуператоров доменных печей, в специальных печах обжига кирпича, в процессе строительства дымовых труб.

Вяжущие

Жаростойкие бетоны производятся в соответствии с ГОСТ 20910 90. Данный документ предполагает возможность использования различных вяжущих в приготовлении раствора.

Предлагаем ознакомиться Какой стороной ложится пароизоляция на стены

Виды вяжущего для производства:

• Жидкое стекло
• Глиноземистый (сюда можно включить и высокоглиноземистый) цемент
• Шлакопортландцемент со специальными микронаполнителями
• Портландцемент с обязательным включением в состав микронаполнителя (тонкомолотой добавки)

В нейтральной/щелочной среде обычно применяют смесь на шлакопортландцементе и портландцементе. Для газовой кислой среды подойдет жидкое стекло. Для водородной, фосфорной, углеродной среды лучше выбирать глиноземистые и высокоглиноземистые цементы.

Заполнители

Огнеупорные бетоны предполагают введение в состав не только специальных вяжущих, но и правильных заполнителей, которые должны равномерно расширяться и таким образом выдерживать воздействие огня и высоких температур. Обыкновенные заполнители гарантируют стойкость при максимум 200С, дальше они становятся менее прочными и при 600С полностью деформируются.

Когда готовят огнеупорный бетон, состав предполагает в качестве заполнителей использование материала, который не будет разрушаться/размягчаться при высоких температурах, а также не станет причиной появления высоких напряжений во внутренней структуре монолита.

Выбор заполнителя в соответствии с температурой:

• 600 – 800С: горные породы (диабаз, андезит, базальт), пористые материалы из горных вулканических пород, это могут быть доменные гранулированные шлаки, бой кирпича, искусственные пористые структуры (вспученный перлит, керамзит, подойдет шлаковая пемза и т.д.).
• 1200 – 1700С: добавляют дробленые огнеупорные материалы – хромит, шамотный кирпич, магнезит, часто выбирают корунд, обожженный каолин.
• Возможно добавление специальных материалов, полученных посредством обжига при высокой температуре смеси огнеупорной глины и магнезита – алюмосиликаты, которые отличаются минимальной деформацией, хорошей огнеупорностью.

Марка огнестойкого бетона должна включать такие параметры:

• Тип бетона: жаростойкий обозначается буквами BR
• Вяжущее: алюминатный (А), портландцемент (Р), силикаты (S)
• Класс прочности на сжатие/растяжение – B1-В40
• Температура эксплуатации – ИЗ-И18

Что касается плотности, то материал с показателем 1100 кг/м3 применяют в качестве теплоизоляции для ограждающих конструкций ненагруженного типа, {amp}gt;1400 – для возведения ограждающих несущих конструкций общественных/жилых зданий. По уровню предельной температуры бетоны могут принадлежать к одному из 18 классов: И13-И18 используют лишь для ненесущих конструкций.

Если плотность бетона составляет 1500 кг/м3, он должен обладать водонепроницаемостью в диапазоне W-W8. Морозостойкость находится на уровне F-F75. Остаточная прочность и показатель температуры деформации при воздействии механической нагрузки напрямую зависят от вида вяжущих и точной температуры нагрева.

Что касается класса прочности, то для напряженных жаростойких конструкций показатель должен быть минимум В30, без нагрузки – допускается минимум В12.5.

Состав огнеупорного бетона может быть разным, что зависит от нужных характеристик, используемых материалов и их пропорций. Тяжелых бетонов существует несколько видов, ниже рассмотрены основные из них.

Это самый распространенный вид жаростойких бетонов, отличающийся невысокой стоимостью, отработанной технологией приготовления и использования, хорошей прочностью. Обычно такой бетон выбирают для сооружения дымовых труб, тепловых агрегатов, создания огнестойких конструкций атомных электростанций и т.д.

Класс прочности должен быть в диапазоне В15-В40. В приготовлении используют цемент М400 и выше, добавляют лишь активные минеральные вещества (топливная зола, шамот, доменный шлак и т.д.). Наиболее прочный бетон получается с включением в состав шамотной добавки тонкого помола.

Из этих веществ готовят бетоны с классом термостойкости в диапазоне И8-И18.

Основным минеральным составляющим такого цемента является моноалюминат кальция, высокоглиноземистого – диалюминат кальция.

Если не вводить в состав никаких дополнительных добавок, бетон выдержит максимум 1300С, если включить заполнитель из корунда и оксида алюминия, можно повысить температурный режим до 1650С и больше.

Основные свойства конструкций из глиноземистых цементов:

• Минимальная термическая усадка, небольшое линейное расширение в процессе нагрева
• Высокий показатель механической прочности
• Сохранение стабильного состояния при резких перепадах температуры
• Теплопроводность минимальная
• Уже через сутки после заливки конструкции могут эксплуатироваться

До того, как приготовить жаропрочный бетон из жидкого стекла, необходимо тщательно изучить состав смеси. Применяют калиевые/натриевые составы, благодаря которым огнеупорные бетоны могут эксплуатироваться при температуре 800-1600С.

По структуре жидкое стекло может быть высокомодульным (обозначается буквой В), среднемодульным (Б) и низкомодульным (буква А).

Что важно знать о жидком стекле:

• Лучшие показатели натриевого стекла в качестве вяжущего для огнеупорной смеси – при силикатном модуле 2.0-3.5, калиевого – 2.5-4.0.
• Жидкое стекло твердеет долго, поэтому в смесь добавляют разные отвердители (соединение кремниефторида натрия, фторсиликат щелочных металлов). Кроме быстрого твердения, эти вещества способствуют повышению прочности, плотности раствора. Также для ускорения твердения можно добавлять феррохром, шлаки ферромарганца, нефелиновый шлам.
• Стоит отметить, что в состав смесей могут вводиться разнообразные пластификаторы, тонкомолотые добавки, регуляторы, присадки для лучшей удобоукладываемости.
• На кубический метр бетона нужно примерно 250-400 кг/м3 вяжущего, отвердителя – 0.1-0.2 частей от веса вяжущего. Заполнителя понадобится около 0.12-0.3 веса жидкого стекла.
• Раствор на базе жидкого стекла замешивают на объекте, так как заливать смесь нужно в течение пол