Жаростойкий бетон: характеристики, применение



Изделию из термобетона найдётся применение и в частном хозяйстве
Изделию из термобетона найдётся применение и в частном хозяйстве

Жаростойкий бетон представляет собой специальный вид материалов, которые под воздействием высоких температур (до 1800°С) способны сохранять в установленных границах собственные физико-механические характеристики. Жаростойкие смеси с успехом применяются во всех сферах промышленного строительства, ни в чем не уступая мелкоштучным огнеупорным материалам.

Так, например, жаростойкие бетоны ГОСТ 20910–90, в сравнении с обычными огнеупорными материалами, не нуждаются в специальном предварительном обжиге. Термообработку (обжиг), жароупорный бетон, проходит при первом нагреве готовой конструкции, в момент пуска теплового агрегата.

Общие сведения, материалы и характеристики жаростойких бетонов

По функциональному назначению жаростойкие изделия делятся на теплоизоляционные и конструкционные, а по своей структуре на следующие виды жаростойкого бетона:

  • плотные;
  • легкие поризованные;
  • ячеистые.

Состав плотных огнестойких растворов

Материалы для термостойких смесей
Материалы для термостойких смесей

Плотные тяжелые жаростойкие бетоны применяются для изготовления огнестойких строительных конструкций, и в качестве жаростойкой футеровки в тепловых агрегатах: рекуператоров доменных печей, на предприятиях химической промышленности, в печах для обжига строительного кирпича, при строительстве дымовых труб и др. Применение тяжелых термостойких растворов позволяет значительно сократить сроки ремонта и строительства тепловых агрегатов, и при этом снизить себестоимость и трудоемкость процессов.

Вяжущие

Вяжущие для термобетонов
Вяжущие для термобетонов

Согласно ГОСТ 20910 90 — жаростойкие бетоны, с учетом требований документа и условий эксплуатации конструкций, могут изготавливаться на следующих видах вяжущих:

  1. Портландцемент с присутствием тонкомолотой добавки (микронаполнителя).
  2. Шлакопортландцемент с микронапонителями.
  3. Глиноземистый и высокоглиноземистый цемент.
  4. На жидком стекле.

В щелочной и нейтральной среде рекомендуется применять бетон на шлакопортландцементе и портландцементе; в кислой газовой среде — смеси на жидком стекле; углеродная, фосфорная и водородная среда требует применения растворов на глиноземистых и высокоглиноземистых цементах.

Бетон жаростойкий состав
Бетон жаростойкий состав

Для совершенствования структуры цементного состава и повышения прочности конструкций, в вяжущее добавляют минеральные компоненты (бой магнезитового или шамотного кирпича, андезит, доменный гранулированный шлак, лессовидный суглинок, золу-унос и др.), обладающие необходимыми показателями огнеупорности.

Заполнители

Огнестойкие заполнители
Огнестойкие заполнители

При нагревании железобетонных конструкций, деструктивные процессы протекают не только в цементных вяжущих, но и в применяемых заполнителях. Возникновение этих реакций объясняется неравномерным тепловым расширением минеральных заполнителей. Поэтому, нужно внимательно подходить к вопросу выбора заполнителей для конкретной марки жаростойкого бетона.

Обычные заполнители можно использовать при температуре не более 200°С. При повышении температуры более этого минимума, наблюдается снижение прочностных характеристик. А при температуре 600°С и выше, обычные заполнители распадаются.

Заполнители для жаростойких бетонов не должны размягчаться или разрушаться при продолжительном влиянии повышенных температур, и не должны служить источником высоких внутренних напряжений в структуре конструкций вследствие нагревания.

Применение того или иного вида заполнителей зависит от установленного температурного режима их эксплуатации:

  1. При температурном режиме от 600°С до 800°С, в роли заполнителей могут использоваться горные породы (базальт, андезит, диабаз), доменные гранулированные шлаки, пористые заполнители из вулканических горных пород, кирпичный бой, пористые искусственные заполнители (керамзит, вермикулит, вспученный перлит, шлаковая пемза и др.).
  2. Для эксплуатации бетонных конструкций в пределах 1200°С–1700°С, цементные жаростойкие растворы изготавливают с добавлением дробленных огнеупорных материалов (магнезит, шамотный кирпич, хромит, обожженный каолин, корунд).
  3. Кроме того, применяются специальные заполнители, изготовленные путем высокотемпературного обжига смеси магнезита и огнеупорной глины — алюмосиликаты магния, характеризующиеся низкой температурной деформацией, высокой огнеупорностью в широком интервале температур.

Технические требования к жаростойким растворам

Огнестойкий бетон
Огнестойкий бетон

Технологические требования к основным видам термостойких смесей, используемых в строительстве, и приготовленных на основе алюминатных (глиноземистых) цементов, шлакопортландцементе или портландцементе, жидком стекле, выглядят следующим образом:

  1. Марка бетона (согласно гост жаростойкие бетоны), должна включать следующие основные характеристики: тип бетона (BR — жаростойкий); тип вяжущих (Р — на портландцементе, А — алюминатный (глиноземистый) цемент, S — на силикатных вяжущих).
  2. Класс бетонов по прочности на растяжение–сжатие (Bl В40).
  3. Допустимая температура использования материала (ИЗ И18).

Подсказки: например: обозначение жаростойкого бетона на портландцементе класса прочности В20 с допустимой температурой использования 1200°С будет выглядеть так — BR Р В20 И12.

  1. Изделия со средней плотностью 1100 кг/м3 и ниже, применяются как теплоизоляционный материал для ненагруженных ограждающих конструкций.
  2. Изделия, плотностью >1400 кг/м3, используются для строительства несущих ограждающих конструкций жилых и общественных зданий.
  3. По предельной температуре использования бетоны делятся на 18 классов. Жаростойкие классы И13–И18 рекомендовано применять только для ненесущих конструкций.
Бетоны жаростойкие: классы, допустимая температура использования
Бетоны жаростойкие: классы, допустимая температура использования
  1. Для бетонов, средняя плотность которых составляет 1500 кг/м3, и определенных для изготовления бетонных конструкций, установлены следующие стандарты водонепроницаемости: W8, W6, W4 и W
  2. Бетонные изделия этих же марок должны обладать следующей морозостойкостью: F75, F50, F35, F25 и F
  3. Наравне с вышеперечисленными параметрами материалы классифицируются по остаточной прочности и температуре деформации под механической нагрузкой. Эти показатели зависят от температуры нагрева и вида вяжущих в составе материала.
  4. Для термостойких изделий предусмотрены следующие классы по прочности: B1–B Для предварительно напряженных жаростойких конструкций, применяемых в условиях действия высоких температур, класс прочности на растяжение–сжатие должен быть B30 и выше. Для конструкций без нагрузки — более B12,5.

Основные виды тяжелого огнестойкого бетона

Как уже говорилось, что в зависимости от материалов и назначения жаростойких конструкций, применяются различные виды огнестойких бетонов. Для примера рассмотрим несколько основных, наиболее распространенных видов огнеупорных материалов.

Термостойкий бетон на портландцементе и шлакопортландцементе

Портландцемент с микронапонителями
Портландцемент с микронапонителями

Бетонные растворы на шлакопорландцементе и портландцементе — самый первый и наиболее распространенный класс жаростойких бетонов. Сравнительно низкая цена, отработанные технологии производства строительных и промышленных конструкций термического назначения, достаточно высокие прочностные характеристики, позволяют им с успехом конкурировать с другими аналогичными материалами.

Шлакопортландцемент
Шлакопортландцемент

Термостойкие бетоны данного типа применяют для строительства тепловых агрегатов, дымовых труб, возведения огнестойких конструкций АЭС, и других сооружений с высокими температурными показателями.

Примерный состав растворов на портландцементе с минеральными лигатурами
Примерный состав растворов на портландцементе с минеральными лигатурами

Плотные жаростойкие смеси на шлакопортландцементе и портландцементе должны соответствовать классам прочности В15–В40.

Бетоны на основе портландцемента (марка цемента 400 и выше) изготавливают только с активными минеральными добавками (доменный шлак, шамот, топливная зола и др.). Самые высокие прочностные показатели удается получить при введении в состав бетонных растворов шамотной тонкомолотой добавки.

Прочностные свойства жаростойких бетонов на тонкомолотых огнеупорных добавках
Прочностные свойства жаростойких бетонов на тонкомолотых огнеупорных добавках

Шлакопортландцемент уже имеет в своем составе добавку доменного металлургического шлака, и может благополучно использоваться для приготовления бетонов, работающих при температурах, не превышающих 700°С.

Бетон на глиноземистом (алюминатном) цементе

Глиноземистый цемент
Глиноземистый цемент

На алюминатных, высокоглиноземистых и глиноземистых цементах, приготавливают бетоны высоких классов термостойкости (И8–И18). Высокая огнестойкость алюминатных цементов объясняется их минералогическим составом.

Главным минеральным компонентом глиноземистого цемента выступает моноалюминат кальция (СаО·Аl2O3). Высокоглиноземистых цементов — диалюминат кальция (СаО·2Аl2O3).

Химическая структура глиноземистых цементов
Химическая структура глиноземистых цементов

Жаростойкие бетонные конструкции на алюминатных цементах без специальных добавок способны выдерживать температуры до 1300°С, а при добавлении заполнителей из оксида алюминия и корунда, температурный режим повышается до 1600°С и более.

Основные характеристики изделий, приготовленных на глиноземистых цементах:

  1. Высокая механическая прочность.
  2. Стабильное состояние при резких изменениях температурного режима эксплуатации.
  3. Малая термическая усадка.
  4. Низкий показатель линейного расширения при нагреве.
  5. Низкая теплопроводность.
Свойства огнестойких бетонов на алюминатных цементах таблица
Свойства огнестойких бетонов на алюминатных цементах таблица

Огнестойкие конструкции, приготовленные с применением глиноземистых цементов, могут подвергаться воздействию высоких температур уже по истечению суток после изготовления. Оптимальные составы термостойких бетонов на алюминатных цементах приведены ниже в таблице (см. фото).

Глиноземистые цементы оптимальный состав огнестойких бетонов
Глиноземистые цементы оптимальный состав огнестойких бетонов

Жидкое стекло в качестве вяжущего жаростойких бетонов

Жидкое стекло
Жидкое стекло

Для производства огнеупорных бетонов с максимальной температурой использования 800°С–1600°С применяются натриевые или калиевые составы (жидкое стекло). Калиевое жидкое стекло изготавливают плотностью 1,4–1,56 кг/см3, натриевое жидкое стекло плотностью 1,36–1,45 кг/см3.

Жидкое стекло, в зависимости от своей структуры, разделяется на:

  • В — высокомодульное;
  • Б — среднемодульное;
  • А — низкомодульное.
Виды промышленного жидкого стекла
Виды промышленного жидкого стекла
  • Наилучшие показатели калиевого стекла, как основного вяжущего в составе бетона, проявляются при силикатном модуле, равным 2,5–4,0, а натриевого вяжущего — при 2,0–3,5.
  • Процесс твердения жидкого стекла в естественных условиях протекает очень медленно. Для ускорения твердения смесей, в его состав вводят отвердители: фторсиликат щелочных металлов и соединение кремнефторида натрия.
  • Взаимодействуя с жидким стеклом, отвердители понижают содержание щелочных реагентов. Они способствуют выделению кремниевой кислоты, при помощи которой происходит уплотнение бетонной смеси и повышение ее прочностных характеристик.
  • Для ускорения твердения жидкого стекла также могут вводиться продукты металлургической переработки — нефелиновый шлам, шлаки ферромарганца, феррохрома и др.
Состав бетона на жидком стекле
Состав бетона на жидком стекле

В состав бетонных смесей на жидком стекле, кроме отвердителей могут включаться: тонкомолотые добавки, пластификаторы, заполнители, регуляторы процесса твердения. А так же — прочие компоненты, улучшающие удобоукладываемость бетонного раствора, и повышающие конечные эксплуатационные свойства готовых конструкций.

Примерный расход вяжущего на 1м3 бетонной смеси составляет 250–400 кг/м3. Объем отвердителя зависит от объема жидкого стекла, и в среднем составляет 0,1–0,2 частей от массы вяжущего. Расход заполнителей — 0,12–0,3 частей от расхода жидкого стекла.

Бетонные растворы на жидком стекле обычно готовят по месту применения, так как время заливки смеси в конструкцию не должно превышать 30 мин. Процесс укладки бетона в естественных условиях должен проходить при температуре воздуха не менее 15°С, и влажности не более 70%.

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
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
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
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.

Применение термостойких бетонов

Жаростойкие бетоны применяются в основном в промышленном строительстве для возведения специальных огнестойких конструкций. Для сооружения конструкций из жаропрочного бетона применяются сборные изделия, произведенные на специализированных предприятиях, либо бетонные жаростойкие смеси изготовленные по месту применения огнеупорных конструкций.

Штучные огнеупорные изделия из жаростойкого бетона
Штучные огнеупорные изделия из жаростойкого бетона

Ввод в эксплуатацию новых бетонных конструкций происходит после достижения жаростойким бетоном проектной прочности — но не ранее 3 суток для изделий на быстротвердеющем цементе, жидком стекле, глиноземистом цементе; и не менее 7 суток для изделий на портландцементе.

Перед нагревом конструкций котлов и агрегатов из жаростойкого бетона, затвердевшие смеси просушивают с целью удаления из их состава свободной воды. А последующий разогрев, в зависимости от вида вяжущих, проводят по специальным режимам, предусмотренным технологической инструкцией для каждого агрегата.

Производство огнестойких бетонов в домашних условиях

В индивидуальном строительстве жаропрочный бетон применяется при сооружении печей, каминов, дымовых труб и других конструкций, подвергающихся постоянно или временно воздействию высоких температур.

Садовая печь из сборного жаростойкого бетона
Садовая печь из сборного жаростойкого бетона

Поэтому, выбрав одну из перечисленных выше конструкций для обустройства своего жилища, можно столкнуться с таким вопросом: как приготовить жаростойкий бетон своими руками. Первый и самый простой способ изготовления огнестойких растворов — это использование готовых сухих, устойчивых к высоким температурам смесей, которые свободно можно приобрести в строительных магазинах любого города.

Огнеупорная сухая смесь
Огнеупорная сухая смесь

Инструкция по приготовлению таких бетонов обычно расположена на упаковке приобретенного вами продукта. А сам принцип заключается в следующем: готовую сухую смесь высыпаем в бетоносмеситель и перемешиваем (1 мин). Затем, в зависимости от состава будущей смеси, затворяем раствор разбавленным жидким стеклом или обычной водой.

Приготовление жаростойких бетонов из отдельных компонентов тоже не представляет особой сложности, и сводится к следующим операциям:

  1. Оптимальный состав материалов для приготовления бетонной смеси на портландцементе, сверяем по таблице «Примерный состав бетонов на портландцементе с минеральными лигатурами», размещенной выше по тексту статьи, в главе: «Термостойкий бетон на портландцементе и шлакопортландцементе».
  2. Вначале, в бетоносмеситель, заливаем 90% необходимого количества воды или разбавленного жидкого стекла.
Заливаем воду в бетоносмеситель
Заливаем воду в бетоносмеситель
  1. Засыпаем тонкомолотую добавку. Далее добавляем, половину от общего объема, заполнитель и цемент. Тщательно перемешиваем загруженную смесь, и не выключая бетономешалку, постепенно загружаем оставшееся количество заполнителя, и доливаем остаток воды или жидкого стекла.
Перемешиваем смесь
Перемешиваем смесь
  1. Время замеса смеси не должно быть менее 5 минут.

Подсказки: при изготовлении бетонного жаростойкого раствора на жидком стекле, рекомендуется вначале проводить замес тонкомолотой добавки и отвердителя.

  1. Готовую бетонную смесь выгружают из бетономешалки и транспортируют для укладки в подготовленные формы или опалубку.

Производство бетонных работ в условиях сухого и жаркого климата

Бетонирование в условиях жаркого климата характеризуется температурой воздуха 35–40°С и относительной влажностью 10–25%, частыми ветрами и высокой солнечной активностью.

При производстве бетонных работ в таких условиях, все эти факторы негативно влияют на состояние бетонной смеси и приводят к обезвоживанию (осушению) бетона, что замедляет процесс гидратации цемента. Прочность бетона в этом случае снижается до 50% в сравнении с бетонными смесями, твердеющими в стандартных температурных условиях.

Укладка бетона в жаркую погоду
Укладка бетона в жаркую погоду

Заливка бетона в жару ухудшает капиллярную структуру твердеющей бетонной смеси, что значительно влияет на качество изделия, а впоследствии и на долговечность готовых бетонных конструкций. Резкое обезвоживание бетонных растворов приводит к образованию усадочных трещин, а в период эксплуатации — к шелушению бетонных поверхностей.

Для качественной укладки бетонных смесей в жаркую погоду (см. видео в этой статье), необходимо применять технологические меры по сохранению необходимой консистенции бетонного раствора — вплоть до укладки его в опалубку.

А именно:

  1. В первую очередь, необходимо внимательно отнестись к выбору всех компонентов бетонной смеси. В этих условиях, в качестве вяжущего рекомендуется использовать портландцемент.
  2. В качестве заполнителей должны применяться материалы с одинаковым температурным расширением, и близкие по параметрам к применяемому цементу.
  3. Заполнители перед применением необходимо подвергать влажной обработке.
  4. Для увеличения подвижности бетонной смеси и снижения водоцементного соотношения, в бетонную смесь добавляют пластификаторы.
  5. Время замеса бетонного раствора необходимо увеличить на 35–50%.
  6. Транспортировку готовой бетонной смеси осуществлять только автобетоносмесителями. Причем, в миксер загружают сухую бетонную смесь, а разбавление ее водой происходит только в момент укладки в опалубку. Это снижает риск обезвоживания смеси в период доставки ее на строительный участок.
  7. Перед укладкой бетона необходимо проверить герметичность опалубки, и увлажнить ее внутреннюю поверхность.
  8. Для подачи бетонной смеси к месту укладки, целесообразно использовать бетононасосы или специальные бадьи.
  9. Бетонирование при жаркой погоде обязательно проводить с использованием глубинных вибраторов.
  10. В период набора прочности бетон накрывают увлажненными: мешковиной, рогожей, соломенными матами и др. Каждые 3–4 часа бетонную поверхность поливают водой, а с учетом жаркого климата, время поливки бетона увеличивается до 28 суток.
Уход за бетоном в условиях жаркого климата
Уход за бетоном в условиях жаркого климата

Бетоны жаростойкие, приготовленные согласно стандартным технологическим требованиям и установленным нормам, обеспечат вашему жилищу надежную пожарную безопасность и долголетие.






Добавить комментарий
Подпишитесь на новости
И будьте всегда в курсе всех строительных новинок. Следите за предложениями заводов, успевайте заключить самые выгодные контракты