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.

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.

Состав огнеупорного жаростойкого бетона

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.

Связующим звеном являются алюмофосфатные ингредиенты, жидкое стекло, другие материалы. Вяжущими компонентами выступают портландцементы, глиноземистые или периклазовый цементы. Бетонные смеси на жидком стекле позволяют существенно повышать эксплуатационные характеристики штукатурного слоя.

Для разных марок добавляются пластификаторы, феррохромовые шлаки или магнезиальные порошки. Лёгкие жаростойкие бетоны включают вспученные материалы: перлит, керамзит или вермикулит.

Производители предлагают изготовление огнеупорных бетонных смесей по заказу, основанному на проектных разработках. Здесь соотношение компонентов соответствует проекту заказчика. Состав смеси подбирается по предполагаемой эксплуатационной температуре, по условиям службы изделий.

Виды по заполнителю:

• динасовые;
• кварцевые;
• корундовые;
• готовые смеси.

По составу заполнителя огнеупорные бетоны очень разнообразны

Марки	Применение
АСБГ – сухая огнеупорная бетонная алюмосодержащая смесь.Включает несколько марок: АСБС-30, АСБС-70, АСБС-80, АСБС-П, АСБС-Л.	Чёрная и цветная металлургия, теплоэнергетика.
ВГБС – высокоглиноземистая огнеупорная бетонная смесь.	Монолитная футеровка (МФ), устройство днища, стен сталеразливочных ковшей, при t до 1 800 °C.
ССБА – сухая бетонная арматурная смесь высокоглиноземистого состава.	МФ для печей, для тепловых агрегатов, для устройства арматурного слоя, при t до 1 750 °C.
СБК – огнеупорная бетонная корундовая смесь.	Выполнение МФ для тепловых агрегатов, для устройства днища, стен сталеразливочных ковшей, при t до 1 800°C.
Марка ШБ-Б, класс Б – сухая бетонная смесь с шамотным составом.	Выполнение огневого слоя неэкранированных поверхностей, на лазах, амбразурах горелок в конструкции тепловых агрегатов, при t до 1 300°C.
ТИБ – легкий теплоизоляционный бетон.	Для выполнения футеровки, рабочего или теплоизоляционного слоя в конструкции тепловых агрегатов.Холодный и горячий ремонт футеровки в качестве торкретмассы.
СБС – кислотоупорная безусадочная саморастекающаяся бетонная смесь	МФ в конструкции тепловых агрегатов, для печей, для изготовления фундамента при агрессивной кислотной среде, при t до 1 500 °C.

Потребителям надо следить за появлением новинок: усовершенствованные сорта огнестойкого бетона выдерживают t до 2 300 °C . Они производятся на основе портландцемента, вяжущих и тугоплавких заполнителей.

Домашнее применение

Если предпочтение отдаётся покупке сухих смесей в мешках, до уделить внимание процессу замеса. Здесь следует учитывать, кроме отличного варианта для работы, короткий срок хранения. Тем не менее, российские умельцы стремятся купить такие составы для самостоятельного устройства домашних каминов, печей в загородных домах и банях. Для домашних работ бетон должен быть высокой плотности, крупной зернистости. Его приготовление осуществляется на своём строительном участке, в домашней мастерской, гараже, что существенно отличается от заводских условий и может соответственно отразиться на конечном качестве строения.

Раствор надо идеально перемешать с использованием механической бетономешалки. Даже сравнительно небольшую массу не получится перемешать вручную. Должна быть максимально точно выдержана технология приготовления. На каждом мешке указывается рекомендуемое количество воды, которое с первого взгляда кажется недостаточным. Однако здесь всё дело именно в тщательном перемешивании, после чего раствор хорошо укладывается на необходимое место.

Чтобы своими руками построить надёжную печь, надо следовать указаниям производителя. На каждой упаковке даны чёткие рекомендации: на мешок сухой смеси (около 22,5 кг), требуется около 7,7 л воды. Пропорции нарушать не рекомендуется, даже небольшой излишек воды может повредить качеству эксплуатации готового объекта.

Производители России

Многие компании организовали производство формованных или неформованных огнеупорных изделий, выпуск сухих составов, мастик, присадок. Все они отвечают требованиям ГОСТ, имеют сертификаты соответствия качеству. Большими объёмами производства отличаются ОАО «НовосибТеплоСтрой», ОАО «Магнитогорский цементно-огнеупорный завод». Есть активные производственные мощности в Московском регионе.

Высококачественная смесь МКБС производится на московском предприятии «Кругосвет», сертифицированные составы БОСС-200, БОССЛ-1300 выпускает «Сухоложский огнеупорный завод». Екатеринбургское ОАО «СпецОгнеупорКомплект» отличается инновационным инжинирингом, шеф-монтажом огнеупоров, теплоизоляции с высокотемпературными характеристиками.

Цена жаростойкого бетона напрямую зависит от марки и предполагаемых эксплуатационных нагрузок, может варьироваться в зависимости от используемого на производстве оборудования. Средняя цена на огнеупорный бетон составляет 35 000 за тонну.

Потребность в применении огнеупорных материалов довольно часто возникает при строительстве объектов. В дальнейшем это позволяет защитить конструкции и людей от неприятных последствий случайных возгораний. Одним из таких материалов выступает жаропрочный бетон, который способен противостоять воздействию высоких температур до 1000 оC. При этом он сохраняет полезные качества и не теряет форму.

Классификация

Существует несколько видов жаропрочного бетона, который еще называют огнеупорным или жароустойчивым. В состав материала входят специальные огнеупорные добавки. Основным вяжущим компонентом при производстве жаропрочного бетона выступает портландцемент. В качестве наполнителей здесь могут использоваться: доменные шлаки, отсевы горных пород (диабаз, андезит, пористые породы вулканического происхождения, диорит, искусственные наполнители), доменные шлаки.

Разделяют материал на отдельные классы согласно:

1. Структуре (тяжелый, легкий, пористый).
2. Назначению (теплоизоляционный, конструкционный).
3. Характеру наполнителей.
4. Используемым вяжущим компонентам.

Технические характеристики

Приготовленный с использованием портландцемента в качестве связующей основы огнеупорный бетон обладает классическим индексом прочности. При проведении теста на сдавливание граничными оказываются показатели в пределах от 200 до 600 МПа/см2.

Проявления термической стабильности наблюдаются при достижении температур не более 500 оС. Продолжительное воздействие на материал открытого пламени или длительный контакт с раскаленными поверхностями значительно снижает прочностные показатели цемента и нередко вызывает возникновение дефектов.

Наиболее огнеупорные бетоны, приготовленные на основе глинозема, способны выдерживать любые бытовые температуры. Насыщенные по составу глиноземистые покрытия отличаются термической стабильностью порядка 1600 оС и выше. Постепенное повышение температуры приводит в данном случае к увеличению жаропрочности, поскольку происходит преобразование цементной массы в керамическое состояние.

Впрочем, несмотря на высокую устойчивость к воздействию повышенных температур, глиноземистый огнеупорный бетон обладает сравнительно низкой прочностью. Материал, изготовленный с использованием таких компонентов, выдерживает давление механического характера на уровне до 25-35 МПа/см2.

В первую очередь огнеупорный материал применяется в сфере изготовления тепловых конструкций, печей промышленного и бытового назначения, фундаментов, коллекторов, камер сгорания. Впрочем, нельзя сказать, что такой бетон используется лишь в конструкциях, которые поддаются термическим воздействиям.

Так, специфический состав огнеупорного бетона способствует его широкому применению в химической промышленности, при производстве стройматериалов, для удовлетворения потребностей энергетической сферы.

Жаростойкий материал используют при сооружении перекрытий, плавучих конструкций, прогонных мостов. Отдают предпочтение данной строительной основе ввиду необходимости облегчения сооружений, учитывая высокие показатели прочности и надежности. Огнеупорный состав дает возможность снизить вес конструкций примерно на 40%. Объясняется это применением в смеси значительного объема пористых наполнителей.

Приготовление состава

Как же создать огнеупорный бетон, прибегая к изготовлению смеси своими руками? Для этого используется вода, вяжущие компоненты и различные жаропрочные наполнители. Процесс изготовления имеет свои отличительные особенности. Используемые составляющие должны отличаться особой чистотой. Кроме того, исключается засорение огнеупорных и тугоплавких составляющих песком, известняком или гранитом.

Допущение подобных промашек в технологии производства нередко приводит к быстрому разрушению материала.

Методики изготовления

Существует несколько способов производства жаропрочного бетона своими руками. Прежде всего, получить материал можно, используя готовую сухую смесь, которая обладает всеми нужными составляющими. Более сложный вариант предполагает самостоятельное смешивание компонентов в необходимых пропорциях.

Оптимальным решением является применение первой методики, поскольку при производстве жаропрочных смесей в заводских условиях используются наилучшие компоненты. К тому же в данном случае тщательно соблюдается технология изготовления. В результате потребитель получает возможность использовать готовую к применению смесь наивысшего качества. Достаточно лишь добавить растворитель или воду.

При самостоятельном изготовлении для приобретения материалом огнеупорных качеств в смесь целесообразно добавлять следующие компоненты тонкого помола: андезит, шамотный бой, хромитовую руду, магнезитовый цемент. Результатом правильного подбора ингредиентов и соблюдения пропорций становится материал, который выдерживает повышенные температуры, не разрушаясь.

Инструменты и материалы

Прибегая к собственноручному , можно заметно сэкономить, отказавшись от услуг мастеров. Однако прежде чем приступать к изготовлению смеси, рекомендуется подготовить необходимые инструменты и материалы. Здесь потребуется следующее:

• оборудование для смешивания компонентов бетона;
• лопатка-кельма;
• тачка для транспортировки материалов;
• совковая лопата;
• распылитель для воды;
• деревянная опалубка, формы для разливки;
• песок, гравий, гашеная известь, жаропрочные компоненты;
• портландцемент.

Особенности изготовления

При изготовлении огнеупорного цемента в бетономешалку помещаются предварительно подготовленные сухие компоненты (соотношение цемент-песок составляет 1:4). После формирования однородной смеси добавляется вода в количестве, необходимом для достижения тестообразной консистенции. Так как огнеупорные строительные основы отличаются специфическими характеристиками вязкости и быстро затвердевают, добавляя воду, лучше ориентироваться на рекомендации изготовителя цемента.

Готовую смесь распределяют по формам, заливают в опалубку или используют в качестве вяжущего материала при кладке огнеупорного кирпича. Применяя глиноземистые наполнители, после добавления воды действуют крайне оперативно, что позволяет избежать преждевременного схватывания раствора.

При необходимости подготовки незначительных объемов раствора с использованием портландцемента смешивать компоненты можно вручную. Удобно использовать для этого широкие емкости – глубокие тазы, ванны, корыта.

Огнеупорный бетон, как следует из названия, применяется там, где конструкция может испытывать значительные температурные нагрузки. Свойства этого материала позволяют ему выдерживать нагрев до высоких температур без потери прочности, и потому он незаменим при обустройстве дымоходов, кладке печей и т.д. Да и для обычных конструкций устойчивость к огню лишней не будет.

На какие группы делятся огнеупорные бетоны, что входит в их состав и как приготовить такой раствор самостоятельно – расскажем в нашей статье.

Путем добавления в раствор различных компонентов можно многократно повысить его устойчивость к воздействию высоких температур

Обзор материала

Бетоны и железобетоны сами по себе являются достаточно прочными и огнестойкими материалами. Это может подтвердить и такой процесс, как алмазное бурение отверстий в бетоне: даже при значительном нагреве от трения застывший раствор не плавится и не теряет своих свойств.

В различных печах активно используются детали на основе огнестойкого цемента

Однако низкая теплопроводность бетона «срабатывает» только при кратковременном нагреве. Если путем длительного воздействия довести конструкцию до 250 0С, она начнет разрушаться, а при 200 0С – утратит свою прочность на 25-30%. Это может привести к самым печальным последствиям, и потому в ряде случаев рекомендуется использовать огнестойкие и жаростойкие составы.

По своим свойствам бетоны делятся на несколько групп. Их краткие характеристики можно увидеть в таблице:

Обратите внимание!
Жаростойкие и огнеупорные составы плотностью менее 1500 кг/м3 относят к категории легких бетонов.

Инструкция рекомендует применять подобные материалы везде, где конструкция испытывает периодическое или постоянное воздействие высоких температур. Также задействование жаропрочных смесей оправдано в том случае, если разрушение несущих элементов при пожаре может привести к трагическим последствиям (несущие основания цехов, жилых и общественных зданий и т.п.).

Упаковка смеси фабричного производства

Методика изготовленияОсобенности состава

Для кладки печей и каминов, обустройства дымоходов и решения аналогичных задач нам может понадобиться материал, способный без потери прочности выдержать нагрев до 1000 — 1200 0С. Цена готовых фабричных смесей довольно велика, потому можно попробовать изготовить раствор самостоятельно.

Последствия воздействия высокотемпературного пламени

Чтобы понять, какие вещества следует добавить в качестве модификаторов, стоит разобраться, что же происходит с отвердевшим цементом при горении:

• Как известно, за отвердение цемента в бетоне во многом отвечает вода, которая вступает в реакцию с гранулами материала.
• При повышении температуры основная масса жидкости испаряется, происходит дегидратация цемента, и он утрачивает прочность.
• Этот процесс является необратимым, потому восстановить свойства материала хотя бы частично не получится.

Следовательно, чтобы избежать разрушения бетона, нам нужно удержать воду внутри путем добавления вяжущих добавок.

В этой роли обычно выступают:

• Портландцемент/шлакопортландцемент .
• Периклазовый цемент .
• Цемент с высоким содержанием глинозема .
• Жидкое стекло .

Цемент, глинозем, жидкое стекло и т.д. способствуют удержанию воды

Кроме того, для улучшения термостойкости в состав материала вводят тонкомолотые добавки:

• Бой кирпича (магнезитового, доломитового, шамотного).
• Пемзу.
• Хромитовые руды.
• Шлак доменный (размолотый и гранулированный).
• Керамзит.
• Золу.

В качестве заполнителя также используются фрагменты огнеупорного кирпича, доменный шлак и осколки прочных горных пород: диабаз, базальт, туф и т.д. Легкие огнестойкие растворы делают на перлите или вермикулите.

Обратите внимание!
Засыпка дробленого гравия из плотных горных пород делает практически невозможной обработку застывшего раствора.
Так что при необходимости используется резка железобетона алмазными кругами или сверление с применением аналогичных инструментов.

Самостоятельное производство

Самому изготовить огнеупорные бетонные смеси вполне можно.

Для обеспечения приемлемого качества стоит действовать по такому алгоритму:

• В бетономешалке смешиваем три части гравия (дробленый базальт или туф), две части песка, две части огнеупорного цемента и половину части извести.

Смешиваем все ингредиенты в сухом виде

• Для улучшения термостойкости можно внести 0,25 части тонкомолотых веществ — золы, доменного шлака или пемзы.
• Добавляем воду небольшими порциями, доводя раствор до оптимальной консистенции.

В любом случае действуем так:

Пластиковая форма для бетонных элементов печи

• Из фанеры, пластика или металла делаем достаточно прочную опалубку.
• Заливаем в опалубку раствор, стремясь не делать пропусков и пустот.
• Тщательно уплотняем материал, удаляя все пузырьки воздуха.

Обратите внимание!
Длительная вибрационная обработка приводит к тому, что гравийный наполнитель оседает на дно опалубки.
Вот почему уплотнять раствор нужно очень непродолжительное время.

Излишки раствора удаляем мастерком.

После этого переходим к сушке материала:

• Бетоны, отличающиеся огнестойкостью, более чувствительны к режиму гидратации. Наличие в их составе извести позволяет длительное время поддерживать повышенную температуру внутри смеси, что обеспечивает эффективный набор прочности бетонных изделий.
• Чтобы этот процесс не замедлялся, необходимо тщательно накрыть опалубку, минимизировав теплопотери и уменьшив скорость испарения воды.

В принципе, технология позволяет демонтировать опалубку сразу после остывания смеси. Однако для обеспечения максимальных механических характеристик специалисты рекомендуют выдерживать раствор в форме не менее трех суток, а после ее демонтажа – увлажнять все поверхности еще три-четыре дня подряд.

Фото готовой детали, отлитой в опалубке

Если речь идет о небольших объемах (например, для возведения дымохода или кладки камина), то сделать огнеупорный бетон своими руками может каждый. Для освоения методики будет достаточно приобрести необходимые компоненты, а также следовать советам, приведенным на видео в этой статье.

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

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

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

Огнеупорные бетоны имеют некоторые преимущества перед обожженными огнеупорными изделиями:

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

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

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

В огнеупорных бетонах это явление отсутствует.

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

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

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

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

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

Тип изделий:

1. безобжиговые изделия;

2. крупные блоки;

3. монолитные футеровки из набивных или формуемых масс.

По виду используемых вяжущих различают:

По виду заполнителя огнеупорные бетоны различают:

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

4. корундовые;

Многообразие бетонов по составу заполнителя велико.

Всякий огнеупорный безусадочный материал может быть заполнителем.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ТАБЛИЦА 28. СОСТАВЫ И СВОЙСТВА ОГНЕУПОРНЫХ БЕТОНОВ

Заполнитель	Тонкомолотая добавка		Огнеупорность, °C	Температура деформации под нагрузкой 2 кгс/см1 (0,02 к Н/см2)	Предельная температура службы при одностороннем нагреве,*С
4%-ного сжатия	разрушения
Высокоогнеуπорные бетоны
Выоокоглиноземистый шамот	Отсутствует	Высокоглиноземистый цемент
Бой магнезитохромитового кирпича		Периклазовый цемент
	Хромит и магнезит	Портландцемент I >1770
Корунд или высокоглиноземистый шамот	Гидрат глинозема
Тугоплавкиебетоны
	Отсутствует	Глиноземистый цемент
Хромит I Хромит	Жидкое стекло 1700
Бой магнезитового кирпича	Бой магнезитового кирпича
Тугоплавкие бетоны
Шамот класса ШБ	Шамот класса ШБ	Портландцемент
		Жидкое стекло с добавками

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

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

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

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

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

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

Mагнийфосфатные связки готовят аналогично алюмофосфатным.

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

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

1- жаростойкий бетон; 2- огнеупорная кладка

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

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.