Огнеупорный бетон для печей - приготовление на объекте. Огнеупорные бетоны

Строительный материал, сохраняющий свои механические и эксплуатационные свойства при длительном использовании в спектре экстремально высоких температур до 1700 °C – огнеупорный бетон. Одинаково успешно применяется в домашних условиях и промышленности. В особенности для печей, каминов, дымоходов невозможно представить возведение без жаростойкого бетона.

• высокая прочность;
• усиление эксплуатационных качеств во время работы;
• обеспечивает надежную термоизоляцию;
• относительная простота приготовления, без надобности дополнительного обжига.

Применяя жаропрочный бетон, уменьшаются стоимость работ, затраты на труд, сокращается рабочее время.

Компоненты огнеупорной бетонной смеси

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

Базовым сырьем выступают:

• глиноземистый или периклазовый цемент;
• шлакопортландцемент;
• жидкое стекло;
• портландцемент.

Введение в рецепт глинозема делает смесь невосприимчивой к действиям кислот.

Низкая прочность устраняется технологическим включением различных наполнителей. Присадки обеспечивают лучшее затвердевание состава и превращение в монолитную жаростойкую основу. Мелкодроблёные добавки и наполнители выбираются по следующим критериям:

1. тип вяжущего вещества;

2. температура при эксплуатации;

3. условия применения готового изделия.

Если бетон предполагается использовать в температурных пределах до 800 °C, применяются:

• кирпичный бой;
• тугоплавкие горные породы (андезит, диабаз, диорит);
• вулканические заполнители (перлит, шлаковая пемза, керамзит);
• доменные шлаки.

При эксплуатации в температурных режимах до 1700 °C, добавляют:

• обожженный каолин;
• магнезит;
• шамотный кирпич;
• хромит;
• корунд.

В рецепт бетона из периклазового цемента обязательно входит сернокислый магний. Для затвердения смеси из жидкого стекла в состав добавляются доменный гранулированный шлак, кремнефтористый натрий или нефелиновый шлам. Такая формула способствует повышению эксплуатационных качеств штукатурного слоя.

Приготовление огнеупорного жаростойкого бетона на основе жидкого стекла и портландцемента требует добавления тонкомолотых минеральных наполнителей. К ним можно отнести мелкоизмельченные материалы, такие как:

1. бой магнезитового кирпича;

2. бой шамотного кирпича;

3. кусковой шамот;

4. цемянка;

5. хромитовая руда;

6. зола-унос;

7. лессовый суглинок;

8. базальт;

9. хромитовая руда.

Допускается дополнительное введение пластификаторов в жароупорный состав.

Классификация жаробетона

1. В основной классификации выделяют 3 вида:

• легкий;
• ячеистый;
• тяжелый.

2. По способу применения огнеупорные блоки бывают теплоизоляционные и конструкционные.

3. В зависимости от температуры использования бетон подразделяется на:

• Жароупорный, до 1580 °C.
• Огнеупорный, от 1580 до 1770.
• Высокоогнеупорный, выше 1770.

4. По типу заполнителя могут быть: динасовые, кварцевые, корундовые.

Популярностью среди строителей пользуется и огнеупорная сухая бетонная смесь. Некоторые из таких усовершенствованных бетонных составов способны выдерживать температуру до 2300 °C. Единственный минус – такой полуфабрикат имеет короткий срок годности, поэтому нецелесообразна закупка больших партий.

Купить огнеупорные смеси и бетоны можно в любом специализированном строительном магазине, но гораздо меньшей стоимостью обойдется приготовление раствора самостоятельно.

Область применения

Материал широко используется при строительстве тепловых конструкций, дымоходов, коллекторов, фундаментов. Идеальным образом подходит для печей бытового и промышленного назначения, каминов, возведения различных сооружений.

Стоит отметить, что огнеупорный бетон значительно облегчает конструкции, так как имеет в своем составе пористые ингредиенты, что на 40 % снижает нагрузку на основание. Отсюда используется для стен, перекрытий, плавучих сооружений, пролетных мостов.

Как сделать своими руками?

Для выполнения материалом своих функций, гарантий безопасности и защиты в обязательном порядке соблюдается строгое соответствие технологическим требованиям при его приготовлении.

Чтобы изготовить жароупорный бетон своими руками, понадобятся следующие материалы и инструменты:

• бетономешалка либо иная емкость для разведения раствора;
• лопаты;
• вода;
• мастерок;
• распылитель;
• полиэтиленовая пленка;
• огнеупорный цемент;
• песок;
• гравий.

Предлагаются два варианта приготовления жароупорного бетона: из сухой смеси или путем смешивания набора ингредиентов. Предпочтительнее первый вариант в силу своей надежности и пропорционального соответствия составляющих жаростойкого материала по технологии производства.

Если смешивание предстоит проводить самому, первоочередный этап – это подготовка опалубки или форм необходимой величины, которые уплотняются изнутри для препятствия испарения воды во время реакции. Легко извлечь отливки в домашних условиях поможет обработка емкостей растительным жиром или силиконом, допускается застелить полиэтиленом.

В традиционный рецепт входят: гравий, песок, жаропрочный цемент, гашеная известь в соотношении 3:2:2:0,5. Вода заливается из расчета 7,7 л на 22,5 кг смеси. Воду для замеса необходимо использовать фильтрованную.

Постепенно добавляются тонкомолотые компоненты. Весь состав тщательно перемешивается. Для достижения лучшего результата во время приготовления все ингредиенты должны быть комнатной температуры, оптимально 15-20 °C. Высокая плотность раствора обуславливает скорость проведения работ. Укладывается с помощью лопаты и выравнивается мастерком. Форма наполняется с избытком, излишки впоследствии убираются.

Для предотвращения образования пустот и пузырьков воздуха внутри блока применяют вибрирование. Перфоратор или отбойник в течение 1 минуты помещается сверлом в деревянную часть формы, емкость вибрирует, заставляя бетонную смесь садиться.

Залитый раствор плотно накрывается пленкой и оставляется для выдерживания в течение 2 суток. Периодически материал смачивается водой для недопущения растрескивания. После удаления полиэтилена нужно дать составу подсохнуть ещё 1 – 2 дня. После выемки из форм огнеупорные блоки выдерживают в отапливаемом вентилируемом помещении около 25 дней.

Стоимость

Цена готового продукта формируется с учетом рецепта, марки, эксплуатационных режимов и технологической линии производства.

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

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

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

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

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

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

Огнеупорные бетоны имеют некоторые преимущества перед обожженными огнеупорными изделиями:

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

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

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

В огнеупорных бетонах это явление отсутствует.

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

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

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

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

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

Тип изделий:

1. безобжиговые изделия;

2. крупные блоки;

3. монолитные футеровки из набивных или формуемых масс.

По виду используемых вяжущих различают:

По виду заполнителя огнеупорные бетоны различают:

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

4. корундовые;

Многообразие бетонов по составу заполнителя велико.

Всякий огнеупорный безусадочный материал может быть заполнителем.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ТАБЛИЦА 28. СОСТАВЫ И СВОЙСТВА ОГНЕУПОРНЫХ БЕТОНОВ

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

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

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

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

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

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

Mагнийфосфатные связки готовят аналогично алюмофосфатным.

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

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

1- жаростойкий бетон; 2- огнеупорная кладка

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

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.

Как правило, жаропрочный бетон используется при возведении дымовых труб, печей, как в промышленном, так и в жилищном строительстве. Изготовленный в соответствии со всеми требованиями технологии, материал обеспечивает высокую безопасность и надежную защиту. В зависимости от назначения строители используют разные варианты материала: легкий, плотный или ячеистый. Подобный бетон может использоваться и в качестве термоизоляционного материала. Работать с данным материалом необходимо так, как и с обыкновенным бетоном, ввиду чего затраты на проведение строительных работ заметно снижаются. Помимо этого, вы можете сделать такой бетон своими руками. Данный материал отлично выдерживает температурные перепады, не меняет своих качеств после нагревания, и поэтому является лучшим вариантом при строительстве разного рода специализированных объектов.

Особенности выбора термопрочного бетона

Для того чтобы сделать такой , в состав нужно добавить глиноземный цемент, асбест, бариевый цемент, а также жидкое стекло.

Добавки делают материал пригодным для применения в местах с повышенными температурами, к примеру, для строительства печи.

В состав обыкновенного стройматериала входят элементы, которые в процессе нагревания проходят процесс обезвоживания или дегидрадации. Подвергшаяся подобному испытанию конструкция ввесьма быстро трескается и разрушается, остановить процесс бывает почти невозможно. Чтобы избежать подобных неприятностей, в местах с высокой температурой необходимо использовать жаропрочный бетона.

Рассматривая состав такой смеси, можно отметить повышенное содержание разного рода примесей. Каждый элемент в составе смеси выполняет определенную роль, связывая материал при повышении температуры, повышая его прочность.

Жаростойкий бетон своими руками: подбор состава

Вы можете изготовить такой бетон своими руками на основе одного из следующих вяжущих: шлакопортландцементе или портландцементе, глиноземистом, высокоглиноземистом или периклазовом цементах, а также на жидком стекле. В жидкое стекло и портландцемент вводятся различные тонкомолотые добавки. В зависимости от показателя объемного веса жаростойкий бетон делится на легкий и обычный (к легким относятся материалы с объемным весом в высушенном состоянии не более 1500 кг/м3).

Для затворения жаропрочного бетона на периклазовом цементе используется водный раствор сернокислого магния. Для обеспечения твердения термостойкого бетона на жидком стекле при нормальной температуре нужно вводить кремнефтористый натрий и прочие материалы, к примеру, нефелиновый шлам (отходы глиноземного производства) либо доменный гранулированный шлак.

В качестве тонкомолотых добавок используются пылевидные или тонкоизмельченные материалы: бой шамотного или магнезитового кирпича, хромитовая руда, цемянка, куковой шамот, гранулированный доменный шлак, пемза, андезит, зола-унос, лессовый суглинок. Для легких жаропрочных смесей используется бой диатомового или шамотного кирпича, керамзит, зола-унос и цемянка.

В качестве крупного (5-25 мм) и мелкого (0,15-5 мм) заполнителей используются дробленые материалы: дунит, титано-глиноземистый шлак, бой магнезитового магнезитохромитового, хромитовая руда, шамотного или высокоглиноземистого кирпича, бой обыкновенного глиняного, талькового и полукислого кирпича, кусковый шамот, диабаз, базальт, доменный отвальный шлак, артикский туф, андезит. В легких жаростойких бетонах используются вспученные перлит или вермикулит, керамзит. Заполнители и тонкомолотая добавка подбираются в соответствии с видом вяжущего вещества, температурой и условиями службы бетона.

Использование жаропрочного бетона позволяет сократить сроки строительства тепловых агрегатов, уменьшает затраты труда и снижает стоимость работ.

Пошаговая инструкция по приготовлению жаропрочного бетона

Подготовьте инструменты для работы:

1. Мастерок.
2. Лопату.
3. Тачку или бетономешалку.
4. Гравий.
5. Опалубку.
6. Огнеупорный цемент.
7. Песок.
8. Распылитель.
9. Гашеную известь.
10. Пластиковый лист.
11. Шланг или другие водоснабжения.

Доставьте тачку или бетономешалку в области работы. У вас должен быть доступ к воде, которую можно будет легко добавить в строительный состав, промыть инструменты и площадку и т.д.

Огнеупорный цемент очень сильно впитывает влагу, его надо держать только в сухом помещении.

Материалы смешиваются в пропорции 3:2:2:0,5, т. е. вы берете 3 части гравия на 2 части печка, 2 части огнеупорного цемента и на 0,5 части гашеной извести. Придерживайтесь данного соотношения вне зависимости от необходимого объема теплопрочного состава.

Поместите песок и гравий в тачку, корыто или бетономешалку. Добавьте гашеную известь и огнеупорный цемент поверх гравия и песка. Смешайте сухие ингредиенты при помощи лопаты. Смешивайте до тех пор, пока не будет достигнуто равномерное распределение ингредиентов.

Добавьте в смесь воду. Сухая смесь и вода перемешиваются. Воды необходимо добавить столько, пока смесь не станет нужной консистенции. Продолжайте добавлять воду в смесь до тех пор, пока бетон не наберет рабочую густоту. Проверить это очень просто — слепите из смеси ком, как будто снежок, и если он не разваливается и не расплывается, значит, воды достаточно.

С помощью лопаты заполните опалубку или форму, предназначенную для заполнения, бетонным раствором. При помощи шпателя необходимо соскрести излишки бетона. Выровняйте поверхность.

Поверхность необходимо периодически сбрызгивать водой. Это предотвратит слишком быстрые влагопотери в процессе отверждения материала и позволит избежать его растрескивания. Можете накрыть влажный бетон полиэтиленовой пленкой на двое суток.

Спустя двое суток удалите полиэтиленовую пленку. Дайте бетону высохнуть в течение как минимум 2 суток перед попыткой удалить опалубку. Теперь останется лишь подождать, пока бетон наберет прочность (около 3 недель). После этого поверхность можно будет использовать.