Свойства огнеупорного бетона, его состав и приготовление

Сегодня без огнеустойчивого бетона никак не обойтись. Он необходим при возведении каминов, печей, бань, а также при прокладке дымоходов. Дабы этот материал на высоком уровне выполнял своими функцией, нужно, чтобы в его составе были только высококачественные компоненты.

Кроме этого, необходимо четкое соблюдение пропорций во время изготовления. Только в таком случае он подойдет для строительства и будет гарантировать безопасность того или иного сооружения. Сегодня на строительных рынках можно встретить ячеистый, легкий и плотный жаростойкий бетон. Выбор зависит от типа постройки и его назначения.

Виды огнеупорных глиноземов

Для различных условий эксплуатации жаростойкий цемент производится нескольких видов. На упаковке маркировка наносится такими обозначениями:

1. ГЦ. Глиноземистый цемент, способный схватываться и набирать марочную прочности в воздухе и воде (без доступа кислорода). Материал с высоким содержанием Al₂О₃ (оксид алюминия). Порошок имеет оттенок от темно-коричневого до серо-зеленого.
2. ГЦ40 – ГЦ60. Эти составы находят применение в топливной, энергетической сфере, промышленном и дорожном строительстве. Широкое использование при создании специальных мертелей и сухих жароупорных смесей, монолитов. Незаменимы для бетонирования при низкой температуре.
3. ВГЦ 70 – ВГЦ 75, ВГЦI – ВГЦIII. Обозначение высокоглиноземистых марок, имеющих повышенные характеристики. При сильном нагреве не «газуют». Предназначаются для изготовления строительного быстротвердеющего бетона или раствора. По отношению к ГЦ их стоимость выше.

ВГКЦ-70-1 используется в черной и цветной металлургии, нефтеперерабатывающей, химической промышленности, производстве огнеупоров, футеровке печей обжига (стекло, цемент, керамика). Его применяют для изготовления камней и подложек из-за сочетания жаростойкости и прочности.

Как приготовить огнеупорный материал самостоятельно?

Жаростойкие свойства в частном строительстве потребуются цементу для печи, дымовых труб, основания и топки камина. В качестве добавки его можно выбирать при бетонировании, если температура воздуха на месте работ опустилась до -10°С. Усилить огнеупорные характеристики бетона на основе ПЦ выйдет включением в его рецепт асбестового порошка, жидкого стекла, глиноземного, периклазового или бариевого связующего.

Затворение состава с включением жидкого стекла проводится с добавлением доменного гранулированного шлака, кремнефтористого натрия, нефелинового шлама. При участии периклазового материала нужно применять водный раствор сернокислого магния.

Кроме специальных цементов целесообразно использование определенного наполнителя. Он придает жесткость застывшей массе, является теплоизолятором и удерживает форму, имея низкий коэффициент расширения, в зоне действия высоких температур.

В домашних условиях можно купить и добавить следующие виды огнеупорных заполнителей, отличающихся крупностью частиц:

• керамзит;
• бой шамотного кирпича;
• кусковый шамот;
• зола-унос;
• вермикулит;
• гранулированный доменный шлак;
• бой магнезитового кирпича;
• цемянка;
• перлит;
• пемза;
• андезит;
• хромитовая руда;
• лессовый суглинок;
• бой диатомового кирпича.

Компоненты смешивают в пропорциях 3:2:2:0,5, где гравия – 3 части, 2 огнеупорного связующего, 2 песка, 0,5 гашеной извести. Количество приготовленного состава не должна влиять на соотношение ингредиентов в рецепте. Портландцемент можно применять для работ на участках дымоходов, опорных и декоративных конструкций, удаленных от зоны горения, значительных перепадов температуры.

Купить качественный огнеупорную сухую смесь зимой выйдет дешевле, чем летом. Но в любом случае он должен иметь сертификат производителя.

Марка	Страна (производитель)	Количество, кг	Цена, рубли
GORKAL 40	Польша	50	1300
ГЦ-40	Украина	50	1300
ISIDAS 40	Турция	25	625
LAKKA TULENKESTAVA	Финляндия	25	1300
ВГЦ-50	Россия (Новосибирск)	20	1800
ГЦ-40	Россия (ООО Комбинат Строительных Материалов)	1000	23040
ГЦ-40	Россия (Пашинский ПМЦЗ)	50	37/1 кг
ВГЦ-2-25	Россия (ООО Огнеупоркомплект)	1	99
ВГМЦ-I-1700	Россия (ООО «ТЕХНОЦЕНТР)	1	127
ВГЦ-2	Россия (Собственное производство)	50	3900

Поведение во время пожара

Капиллярная и интерстициальная вода начинает испаряться при температурах вокруг точки кипения воды (100 ºC). Цементная матрица начинает меняться при температуре около 700 ° C. Влияние заполнителей в основном зависит от их происхождения и начинается при температуре около 600 ° C.

Огнестойкость определена как способность структуры выполнить свои необходимые функции для определенной выдержки пожара и определенного периода (герметичности).

Огнестойкость относится к элементам здания, а не к самому материалу, но свойства материала влияют на производительность элемента, частью которого он является. В большинстве случаев температура огня быстро повышается в течение нескольких минут, что приводит к появлению взрывного споллинга, так как влага, присущая бетону, превращается в пар и расширяется.

Большинство бетонов содержат портландцемент или смешанный портландцемент, который начинает ухудшаться по отношению к температуре выше 300 °C и начинает терять структурные характеристики выше 600 °C. Конечно, глубина ослабленной бетонной стены может варьироваться от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в зависимости от продолжительности пожара и пиковых температур. Цемент глинозема, используемый для того, чтобы защитить тугоплавкие подкладки, достигая температуры 1 ‘600 °C, является лучшим возможным материалом в пожаре и обеспечивает превосходную жаростойкость при температуре около 1’ 000 ° C.

Влияние огня на бетон в значительной степени зависит от типа используемого грубого заполнителя. Бетон, содержащий карбонатные заполнители (включая известняк и доломит) и легкие заполнители (естественно происходящие или изготовленные путем расширения сланца, глины или шлака) сохраняют большую часть своей прочности на сжатие до 700 ° C. Однако бетон, содержащий кремнистые заполнители, такие как гранит, кварцит, сланцы и другие материалы, состоящие в основном из кремнезема, сохраняет только около 55% их прочности на сжатие при 700 ° C.

Повреждение бетона, вызванное пожаром, может варьироваться от незначительных косметических пятен до более серьезных повреждений, таких как внешнее растрескивание, расслоение и споллинг, внутренний микрокрак и химические изменения. Наиболее важным фактором является выбор компонентов.

Дифференциальное термальное движение между затиром цемента и композитом может стать причиной повреждения. Кварцит наиболее подвержен повреждению огнем путем растрескивания. Известняк показывает лучшую огнестойкость, подвергаясь воздействию пожара низкой температуры.

Выбор заполнителя будет влиять на тепловые напряжения, которые наблюдаются при нагреве бетонной конструкции в значительной степени. Элементы карбонатного типа, такие как известняк, доломит или лимерок, как правило, лучше сохраняются под воздействием огня, поскольку они кальцинируют при нагревании, освобождая CO2. Этот процесс требует тепла, поэтому реакция поглощает некоторую экзотермическую энергию огня. Элементы, содержащие диоксид кремния, как правило, сохраняются хуже в огне. Волокна полимера или полипропилена могут значительно внести вклад в уменьшение растрескивания и таким образом улучшить огнестойкость бетона.

В условиях, когда риск обрушения конструкции недопустим, проектировщики изучают другие способы защиты бетона от воздействия пожара. Альтернативы варьируются от локального утолщения бетона, облицовки с использованием тепловых экранов, покрытых специальной краской, использования систем защитных досок до распыления легких растворов. Назначение этих пассивных систем противопожарной защиты зависит от типа здания, а также защищаемой формы.

Жаропрочный бетон на основе глиноземистого цемента своими руками

Изготовление шлакоблоков своими руками: инструкция изготовления в домашних условиях
Чтобы изготовить огнестойкий бетон на основе в домашних условиях, нужно подготовить следующие компоненты:

1. Вода.
2. Вяжущие и жаропрочные добавки.

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

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

Начиная самостоятельное изготовление смеси, важно предусмотреть наличие таких добавок:

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

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

Все составляющие переносятся в бетономешалку и тщательно перемешиваются в пропорции 1:4 (цемент и песок). Когда получится однородная смесь, к ней можно добавить жидкость до появления тестообразной консистенции. В таком случае смесь получит требуемую степень вязкости и быстро станет твердой

Разбавляя ее водой, важно придерживаться рекомендаций специалистов и не отклоняться от рецептуры

Готовый состав помещается в формы и заливается в опалубку или применяется для кирпичной кладки

При использовании глиноземистых наполнителей важно вовремя разбавлять их водой, чтобы предотвратить чрезмерно быстрое схватывание.. После выполнения всех действий необходимо провести очистку оборудования и избавиться от застывшего материала с инструментом

Если возникает желание сделать небольшое количество раствора на основе портландцемента, смешивание компонентов можно выполнять без бетономешалки. Для этой цели используются широкие емкости и ручной инструмент

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

Замес в бетономешалке

Замес в бетономешалке

Бетономешалку устанавливают не далее, чем в 40 метрах от рабочей площадки, желательно рядом с песком и щебнем. Это позволит быстрее выполнять работу и облегчит процесс доставки раствора. Теперь можно приступать к замесу:

• в бетономешалку льют чуть меньше воды, чем нужно;
• засыпают необходимое количество цемента;
• добавляют песок и перемешивают около 3 минут;
• всыпают, если нужно, пластификаторы и другие добавки;
• последним всыпают щебень и перемешивают 10 минут.

Если полученный бетон слишком густой, в оставшуюся воду добавляют немного цемента, хорошо перемешивают и вливают в бетономешалку. Мешать раствор больше 10 минут не рекомендуется, иначе цемент начнет схватываться. Готовый бетон выливают сразу на площадку или в тачку, если бетономешалка находится на расстоянии. Желательно вылить весь раствор сразу, но если так не получается, часть массы оставляют во включенной бетономешалке. Использовать ее следует как можно скорее.

Достоинства

Изготовление форм для литья из бетона

Огнеупорные марки цемента имеют следующие достоинства:

• способность выдерживать действие открытого огня;
• стойкость при непродолжительном нагревании свыше 3000 ℃;
• высокая механическая прочность;
• увеличенная адгезия по сравнению со всеми остальными видами смесей;
• большая скорость полного затвердевания массы;
• инертность по отношению к агрессивному влиянию внешней среды.

Жаропрочный цемент мелко измельчают, после чего однородный порошок просеивают через сито №008, получая 90% материала. Фракция с зернами покрупнее составляет не больше 10 %. Цементная смесь с обычным содержанием глинозема окрашена в серые или светло-коричневые цвета; с повышенной концентрацией термостойкого компонента – в белые или светло-стальные цвета. Плотность огнеупорного порошка отличается: ее минимальный показатель составляет 2,8 г/см2, максимальный – 3,2 г/см2.

Продукт с улучшенными огнеупорными качествами готовят по стандартной технологии, используя обычное количество песка и воды. При этом застывания портландцемента приходится ждать от 1 до 3 суток, а огнеупорные марки затвердевает полностью за 10 часов даже во влажном окружении.

Из негативных аспектов, характеризующих термостойкий цемент, отмечают повышенную цену по сравнению с другими сортами, что вполне понятно. Некоторые авторы говорят о вредном влиянии на огнеупорный материал щелочей. Возможно, концентрированные щелочи в каких-то условиях могут вступать в реакции с определенной частью огнеупорного сырья, но на практике щелочных воздействий такого рода быть не может ни при каких ситуациях.

Температурные режимы при бетонных работах

Физико-химические процессы в бетоне

Твердение бетонного камня происходит вследствие химического взаимодействия его компонентов.

Бетон представляет собой смесь из четырех основных компонентов, которые обеспечивают ему необходимые характеристики. Назначение и участие каждого из этих компонентов в тех или иных процессах рассмотрены в таблице:

Компонент	Назначение и процессы
Цемент	Необходим для связывания наполнителей и образования цементного камня. Участвует в реакции гидратации совместно с водой, при этом выделяется тепло в окружающее пространство
Вода	Является несущей средой для смешивания и равномерного распределения компонентов смеси по объему, а также она необходима для затворения цемента. Участвует в реакции гидратации совместно с цементом для образования цементного камня
Песок	Является мелким заполнителем, который необходим для заполнения пустот между зернами щебня. Участвует в процессе перераспределения нагрузок от внутренних напряжений при твердении цементного камня, играет роль мелкозернистого каркаса и защищает материал от образования трещин
Щебень	Является крупным заполнителем и используется для экономии цемента, а также для создания крупнозернистого каркаса, препятствующего растрескиванию смеси при твердении. Участвует в процессе распределения нагрузок от внутренних напряжений

Как видим, основные компоненты, обеспечивающие протекание реакции твердения (гидратации) — это вода и цемент.

Реакция взаимодействия воды и цемента протекает с выделением тепла.

Основой образования бетонного камня является реакция гидратации цемента, при которой сначала образуется цементное молоко, которое затем достаточно быстро схватывается и образует монолитную камнеподобную структуру. Песок и щебень здесь нужны для обеспечения физических процессов внутри смеси, связанных с перераспределением нагрузок и внутренних напряжений.

Бетон, приготовленный своими руками, твердеет по такому же принципу.

Оптимальный режим

На фото бетонировка происходит в летнее время, которое лучше всего подходит для этого вида работ.

Реакция гидратации цемента неприхотлива и позволяет определить, при какой температуре можно бетонировать, в достаточно широком диапазоне – от 0 до 90 градусов Цельсия. Однако на практике для обеспечения адекватных условий твердения и возможности выполнения работ этот диапазон сокращается от 4 до 30 градусов.

Укладка в помещении является наиболее оптимальной.

Очевидно, что достичь таких условий можно только при стабильной летней погоде или в помещении. Именно поэтому при проведении наружных работ укладывать бетон всегда стараются в летнее время при сухой и не сильно жаркой погоде.

Нормальный режим

Строительство крупных объектов часто не укладывается в рамки одного сезона.

Практика строительства такова, что в реальных условиях далеко не всегда удается организовать работы таким образом, чтобы всегда соблюдались оптимальные условия бетонирования. Поэтому чаще всего приходится говорить о нормальном режиме, при котором возможна работа как в теплое, так и в холодное время года.

Холодным принято считать такое время, при котором температура воздуха опускается ниже +10 градусов. Сразу следует указать, при какой температуре нельзя бетонировать: без дополнительного обогрева нижний предел температуры составляет +4 градуса, с натяжкой можно сказать, что крайним значением является 0 градусов, хотя инструкция такие натяжки исключает.

Межсезонье – не лучшее время для работ.

Также следует учитывать, что для набора марочной прочности бетонное изделие должно простоять как минимум 28 дней при нормальной температуре, а если температура понижена, этот срок заметно возрастает. Поэтому если вы планируете сразу после заливки фундамента выполнять кладку стен, рекомендуем вам бетонировать не позже конца августа – середины сентября.

Работа в жаркое время также накладывает определенные условия: слишком активное испарение влаги приводит к ее недостатку и понижению качества изделия, а также влечет появление поверхностных трещин.

Для того чтобы избежать таких последствий, необходимо ухаживать за бетоном после укладки:

• увлажнять его;
• защищать от сухого ветра;
• прямых солнечных лучей.

Уход за бетоном особенно необходим в жаркое время.

Во время дождя следует следить за тем, чтобы в свежий бетон не попадало много воды, иначе будет нарушено водоцементное отношение и материал потеряет прочность. Для этого опалубку после заливки накрывают водонепроницаемой пленкой или другим материалом, препятствующим попаданию воды.

Во время дождя свежий бетон накрывают пленкой.

Разработки для критических температурных условий

Деревянный пресс для винограда. как сделать пресс для винограда своими руками: устройство, выбор материала и пошаговый процесс изготовления. изготовление винной сокодавки своими руками

На практике обычные бетонные смеси плохо переносят высокие температуры. Даже те варианты, которые считаются одними из самых качественных и дорогостоящих, не могут гарантировать сохранность при температуре, превышающей 150 градусов. Материал начинает крошиться, терять форму, вследствие чего страдает вся конструкция.

Именно поэтому специалисты разработали особые составы, сохраняющие свойства в условиях повышенных температур. На сегодняшний день существуют так называемые высокоогнеупорные бетоны, применяющиеся в условиях, где температура превышает 1770 градусов, огнеупорные варианты, которые работают с температурами от 1580 до 1770 градусов, и жаростойкие, их предел 1580 градусов.

Любой бетон жаростойкий состоит из основы и наполнителя, при изготовлении такого материала используются специфические элементы: жидкое стекло, алюминиевый цемент, керамзиты и другое.

Производство в домашних условиях

Проще всего сделать жаростойкий бетон своими руками – купить готовую смесь и замесить раствор по инструкции (обычно находится на оборотной стороне тары). Все очень просто: сухая смесь высыпается в бетономешалку, мешается в течение 1 минуты, затворяется обычной водой или жидким стеклом.

Самостоятельное приготовление жаростойкого бетона:

• Выбор оптимального состава материалов.
• Заливка в бетономешалку 90% нужного объема воды либо жидкого стекла (в разбавленном виде).
• Засыпка тонкомолотой добавки, добавление половины заполнителя и цемента, перемешивание, постепенное добавление оставшихся материалов, остатка воды (или стекла).
• Замес должен осуществляться на протяжении минимум 5 минут.
• Отгрузка готовой смеси непосредственно на объекте, заливка.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ ЖИДКОГО СТЕКЛА УСКОРЕННЫМ МЕТОДОМ

Среднюю пробу для производства анализа отбирают из верхнего отстоявшегося слоя жидкого стекла без перемешивания, предварительно сняв поверхностную пленку, затем приступают к определению содержания в нем оксида натрия. Для этого жидкое стекло разводят водой до плотности 1,38 г/см3. Затем навеску жидкого стекла массой около 1 г смывают горячей дистиллированной водой в химический стакан объемом 250-300 мл, тщательно перемешивают, накрывают часовым стеклом и кипятят в течение 10 мин.

После охлаждения в раствор добавляют 3-4 капли 0,2 %-го раствора метилоранжа и титруют 0,1 нормальным раствором НСl до перехода окраски жидкости из желтой в бледно-розовую.

Модуль жидкого стекла определяют по формуле

Мсж = 162dι- 2,5,

где d — навеска жидкого стекла, ι- объем 0,1 раствора НCl, затрачиваемого при титровании, мл; 162 и 2,5 — эмпирические коэффициенты.

ПРОВЕРКА КАЧЕСТВА ОТВЕРДИТЕЛЯ

Для проверки качества отвердителя (кроме кремнефтористого натрия) от каждой партии из нескольких мест, но не менее чем из трех, отбирают пробу около 5 кг и методом квартования уменьшают ее до 0,5-1 кг. Далее материал высушивают до постоянной массы при температуре 100-110 °С и определяют тонкость помола и химический состав. Для контроля тонины помола берут навеску материала массой 100 г и просеивают ее сквозь сито № 008. Химический состав всех отвердителей (кроме кремнефторстого натрия) определяют по ГОСТ 2642.0-86.

Для проверки качества отвердителя — кремнефтористого натрия отбирают среднюю пробу, высушивают ее до постоянной массы при температуре 100-110 °С и измельчают в ступке.

Навеску материала массой около 1 г растворяют в 100 мл горячей воды, свободной от углекислоты и титруют 0,5 нормальным раствором NaOH с содержанием двух-трех капель фенолфталеина до появления слабо-розового окрашивания. После этого раствор нагревают до кипения и снова титруют до тех пор, пока окраска не перестает обесцвечиваться. Слегка розовое окрашивание при кипячении указывает на конец титрования. Процентное содержание кремнефтористого натрия в техническом продукте вычисляют по приближенной формуле

m = 0,0235/K·V·100,

где 0,0235 — количество Na2SiF6, соответствующее 1 мл 0,5 нормального раствора NaOH; V

— объем 0,5н раствора NaOH, затраченного на титрование, мл;
К
— навеска технического кремнефтористого натрия, г.

Для определения активности отвердителей смешивают 200 г тонкомолотого шамота и 100 г отвердителя (нефелинового шлама, саморассыпающегося шлака, фосфорного шлака) или 30 г отвердителя (кремнефтористого натрия), затворяют жидким стеклом до получения теста нормальной густоты, из полученной смеси изготовляют лепешку, которую сразу же заворачивают в полиэтиленовую пленку. После выдерживания лепешки в пленке при температуре не ниже 20 °С в течение 24 ч ее вынимают и разламывают.

Качественный отвердитель обеспечивает хорошее твердение и прочность лепешки по всему сечению.

Основные характеристики

Бетонные огнеупоры по своим параметрам подразделяются на несколько групп, материалы каждой из них отличаются своими техническими параметрами:

• Жароупорный. Бетоны стабильно выдерживают нагрев до +700 градусов С, и кратковременное превышение – до 1500 градусов С. Для замеса используется шлакопортланцементы или портландцементы.
• Огнеупорный. Материал предназначен для сооружения объектов, которые нагреваются до +1000 градусов С. Возможно временное увеличение – до 1800 градусов С. В них часто добавляют жидкое стекло для стойкости к коррозийным процессам и глиноземные компоненты.
• Высокоогнеупорный. Этот огнеупор потребуется для объектов, которые эксплуатируются при чрезвычайно высоких температурах – свыше 1800 градусов С. В них добавляют дробленный шамотный кирпич, портландцементы, диатомовой бой, глинозем и другие компоненты.

Основные параметры

Классификация огнеупорных бетонов

Огнестойкие бетоны классифицируются по различным признакам:

1. максимальной температуре эксплуатации;
2. назначению материала;
3. виду наполнителя;
4. типу вяжущего компонента.

Требования нормативных документов (норм)

Изложены в следующих государственных стандартах:

• ГОСТ 28874-2004 – о классификации огнеупоров, дающий определение огнеупорной бетонной массе, как смечи огнеупорного цемент, наполнителей, добавок и жидкости, готовой к использованию.
• ГОСТ Р 52541-2006 – о регламенте подготовки образцов огнеупорных бетонов для сертификационных испытаний.
• ГОСТ 24830-81 – о применении ультразвукового метода контроля качества огнеупорных бетонных изделий.

Кроме того, с 01.04.2019 года вступит в действие ГОСТ 34470-2018, который установит технические условия для огнеупорных бетонов.

Сфера применения

Область использования материала не ограничивается только изготовлением устойчивых к термическому воздействию конструкций: камер сгорания, домашних либо промышленных печей, коллекторов и фундаментов. Благодаря включению в состав специфических ингредиентов, материал широко используется и в производстве строительных материалов, химической промышленности, энергетической сфере.

Жаропрочный бетон применяется также и для возведения плавучих конструкций, перекрытий, мостов — в сооружениях, требующих высокой прочности материала при малом весе. Относительно небольшая масса бетона обусловлена добавлением пористых наполнителей.

Тяжелый жаростойкий бетон: применение и состав

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

Портландцемент и шлакопортландцемент с микродобавками

Такой материал устойчив в нейтральных и щелочесодержащих средах. Это наиболее востребованная группа жаростойких бетонов. Популярность объясняется сравнительно невысокой стоимостью сырьевых материалов, отработанной технологией изготовления, хорошими эксплуатационными характеристиками готового продукта. Такие бетонные смеси востребованы при сооружении теплоагрегатов, труб атомных электростанций и других объектов, эксплуатируемых при повышенных температурах.

Таблица составов жаростойких бетонов на портландцементе и шлакопортландцементе

Расход материалов, т/м3	Тонкомолотая добавка	Заполнители	Максимальная рабочая температура, °C
Цемент	Тонкомолотая добавка	Заполнители
Мелкий	Крупный
0,35	0,12	0,5-0,9	0,6-1,0	Зола-унос, пемза, глиняный кирпич, доменный шлак в гранулах	Андезитовый, базальтовый, диоритовый, диабазовый, туфовый, доменный шлак	700
0,35	0,12	0,5	0,6	Топливный шлак	Топливный шлак	800
0,35	0,12	0,5	0,6	Бой глиняного кирпича	Бой глиняного кирпича	900
0,35	0,12	0,65	0,6	Зола-унос, шамот класса В	Шамот класса В	1000-1100
0,35	0,7	0,65	0,65-0,75	Шамот класса В	Шамот класса В	1100-1200

Самые высокие прочностные характеристики имеет материал с шамотными тонкомолотыми компонентами.

Алюминатный, глиноземистый и высокоглиноземистый цемент

Смеси на их основе используются в углеродной, водородной и фосфорной средах. Классы термостойкости – И8-18. Жаростойкие конструкции на основе алюминатного цемента без специальных добавок устойчивы к температурам до +1300°C, с добавками – до +1700°C.

Для конструкций из глиноземистых и высокоглиноземистых жаростойких бетонов характерны:

• хорошие механические свойства;
• стабильность характеристик при резких температурных перепадах;
• невысокая термическая усадка;
• малое линейное расширение;
• низкий коэффициент теплопроводности.

Жидкое стекло

Востребовано для бетонных смесей, устойчивых к кислым газообразным средам. Для изготовления огнестойких бетонов, предназначенных для эксплуатации при температурах +800…+1600°C, используется калиевое или натриевое стекло.

Максимальная температура применения, °C, допустимая при одностороннем нагреве	Тонкомолотая добавка	Мелкий и крупный заполнители	Состав, т/м3
Жидкое стекло	Минеральная добавка	Песок	Щебень
+1400	Магнезит	Битый магнезитовый кирпич	0,35	0,6	0,6	1,15
+1000	Хромит	Хромит	0,3	0,7	0,8	1,25
+900	Шамот	Шамот	0,4	0,5	0,5	0,75
+600	Шамот, андезит, диабаз	Диабаз, андезит, базальт	0,35	0,5	0,7	0,9

Твердение смесей на силикатах – процесс медленный. Для повышения его интенсивности в состав вводят кремнефторид натрия и фторсиликаты щелочных металлов. Эти отвердители инициируют выделение кремниевой кислоты, которая способствует уплотнению и упрочнению бетона. Ускорить твердение бетонной смеси могут: нефелиновый шлам, ферромарганцевые и феррохромовые шлаки.

Это интересно: Характеристики жаростойкого бетона — рассмотрим тщательно

Марки огнеупорных бетонов применяющиеся в РФ

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

Состав и характеристики

Классификация бетонов осуществляется согласно ГОСТ 25192-2012.

• Наиболее распространенными видами являются следующие:
• тяжелые конструктивные;
• легкие и ячеистые;
• гидротехнические;
• дорожные;
• жаростойкие;
• кислотостойкие.

Конструктивные применяют при изготовлении колонн, стен, балок и ферм, плит перекрытия. Их изготавливают на основе цементного вяжущего с добавлением большого количества крупного заполнителя высокой прочности, песка и специальных добавок, улучшающих свойства бетонной смеси.

Легкие ячеистые применяют для изготовления ограждающих конструкций в каркасных зданиях. В малоэтажных зданиях из этого материала допускается возведение стен, колонн. К легким ячеистым бетоном относятся газобетоны и пенобетоны. Они могут быть изготовлены только на производстве и поставляются к месту использования в виде блоковых форм. К изделиям из легкого бетона относятся и керамзитобетонные блоки, в которых в качестве крупного заполнителя используют керамзитовый щебень.

Гидротехнические бетоны используют для строительства сооружений или некоторых их конструкций, которые постоянно или периодически контактируют с водой – платины, дамбы, бассейны, очистные сооружения. Такие материалы должны обладать высокой плотностью, обеспечивающей водонепроницаемость и хорошие морозостойкие свойства. В состав вводят специальные пластификаторы, облегчающие уплотнение смеси и исключающие появление многочисленных пор.

Дорожные бетоны применяют для изготовления покрытий автотрасс и аэродромов. Такие материалы должны быть прочными, а также обязаны противостоять воздействию большого количества циклов замораживания и размораживания. Кроме этого, они должны быть стойкими к воздействию различных масел и других агрессивных жидкостей.

Кислотостойкие применяют, как понятно из названия, для сооружений, работающих под влиянием кислых сред. Их изготавливают из кварцевого песка, растворимого стекла, кислотоупорного заполнителя.

Разделение по составу

Состав огнеупорного бетона отличается от обычного высокой концентрацией пористых и тонкодисперсных веществ. Они обеспечивают процесс гидратации бетона, препятствуя его обезвоживанию.

Вяжущие вещества представляют дисперсионную систему из мелкозернистого цемента и химического связующего.

Силикатный вид бетона

В зависимости от вида вяжущего вещества различают:

1. гидратационные бетоны, твердеющие при добавлении к огнеупорному цементу воды;
2. силикатные – в них связующим веществом является не вода, а соединения кремниевой кислоты с щелочными добавками;
3. фосфатные, в которых для связки используются водные растворы солей ортофосфорной кислоты;
4. сульфатно-хлоридные – смесь магнезиальных цементов и солей Mg, Fe, Al;
5. органические, где связующими выступают смолы или продукты их перегонки.

Для улучшения характеристик огнеупорного бетона в его состав вводят армирующие добавки из стекла, асбеста, стали. На рынок поступают готовые сухие смеси, содержащие все необходимые компоненты.

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.

Основные виды тяжелого огнестойкого бетона

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

Бетон на портландцементе и шлакопортландцементе

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

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

В шлакопортландцементе предусмотрена технологией добавка металлургического доменного шлака, поэтому смесь может применяться для замеса бетонов с предполагаемым воздействием температуры не больше +700С.

На глиноземистом алюминатном цементе

Из этих веществ готовят бетоны с классом термостойкости в диапазоне И8-И18. Основным минеральным составляющим такого цемента является моноалюминат кальция, высокоглиноземистого – диалюминат кальция. Если не вводить в состав никаких дополнительных добавок, бетон выдержит максимум +1300С, если включить заполнитель из корунда и оксида алюминия, можно повысить температурный режим до +1650С и больше.

Основные свойства конструкций из глиноземистых цементов:

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

Жидкое стекло в качестве вяжущего жаростойких бетонов

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

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

Что важно знать о жидком стекле:

• Лучшие показатели натриевого стекла в качестве вяжущего для огнеупорной смеси – при силикатном модуле 2.0-3.5, калиевого – 2.5-4.0.
• Жидкое стекло твердеет долго, поэтому в смесь добавляют разные отвердители (соединение кремниефторида натрия, фторсиликат щелочных металлов). Кроме быстрого твердения, эти вещества способствуют повышению прочности, плотности раствора. Также для ускорения твердения можно добавлять феррохром, шлаки ферромарганца, нефелиновый шлам.
• Стоит отметить, что в состав смесей могут вводиться разнообразные пластификаторы, тонкомолотые добавки, регуляторы, присадки для лучшей удобоукладываемости.
• На кубический метр бетона нужно примерно 250-400 кг/м3 вяжущего, отвердителя – 0.1-0.2 частей от веса вяжущего. Заполнителя понадобится около 0.12-0.3 веса жидкого стекла.
• Раствор на базе жидкого стекла замешивают на объекте, так как заливать смесь нужно в течение получаса. Укладка производится при температуре минимум +15С, влажность должна составлять максимум 70%.

Делаем жаропрочный бетон на основе глиноземистого цемента

Точные пропорции расхода материалов для приготовления бетонной смеси определяются проектом производства работ, либо специалистами строительной лаборатории. Но типовой состав для изготовления 1 м3 жаропрочного бетона такой:

• глиноземистого цемента – 300 кг;
• хромитового или шамотного щебня – 1200 кг;
• хромитового или шамотного песка – 750 кг;
• вода – примерно 170л.

Бетонную смесь следует готовить такими порциями, чтобы ее можно было выработать за короткое время. Для этого используем мобильную бетономешалку, либо подручные средства: корыто или бункер, строительный миксер или перфоратор с насадкой в виде мешалки. На крайний случай перемешивать состав можно штыковой лопатой.

Сначала в емкость или барабан бетономешалки загружаем расчетное количество сухих компонентов, перемешиваем их. Не переставая мешать, постепенно вливаем воду в том количестве, которое понадобится для получения смеси нужной пластичности.

Из полученного состава можно изготовить блоки для возведения печи или камина, для чего перемещаем его в заранее подготовленную оснастку, уплотняем, выравниваем верхнюю поверхность. Заформованные изделия накрываем пленкой и оставляем на два- три дня, периодически орошая их водой. Готовые блоки складируем на стеллажи в проветриваемом помещении и храним до полного созревания 20-25 дней.

Сфера применения

Производство огнеупорных бетонов началось в период возникновения доменных печей. Они использовались для футеровки воздухонагревателей и передних стенок мартенов.

Их производство велось, в основном, на металлургических предприятиях, но со временем выделилось в отдельную отрасль с широкой сферой применения.

Применение огнеупорного бетона в металлургии

Достоинства материала заключаются:

1. в доступности составляющих компонентов;
2. высоких термоизоляционных свойствах;
3. устойчивости к резким перепадам температур;
4. усилении прочностных характеристик в процессе эксплуатации;
5. отсутствии необходимости в обжиге после заливки.

Изделия из огнеупорного бетона используются во всех сферах, где возможны высокие температурные нагрузки:

• при создании несущих конструкций промышленных печей на металлургических заводах;
• в процессах органического синтеза при переработке углеводородов;
• печах для обжига кирпича;
• при сооружении каминов и очагов в частных коттеджах;
• для внутренней облицовки котлов;
• тепловой изоляции строящихся объектов;
• возведении плавучих сооружений, требующих небольшого веса при высокой прочности.

Это интересно: Добровольная пожарная охрана — задачи и порядок создания

Материалы и инструменты

Для производства огнеупорных бетонных блоков потребуется подготовить следующие инструменты:

• тачку;
• бетономешалку;
• шланг;
• опалубку;
• мастерок;
• виброинструмент (например, перфоратор);
• распылитель;
• лист пластика;
• огнеупорный цемент;
• гашеную известь;
• гравий.

Также отнюдь не лишним является и использование добавок:

• асбеста;
• бариевого цемента;
• жидкого стекла.

Эти присадки придадут бетону все необходимые характеристики, позволяющие использовать его при возведении конструкций, которые будут эксплуатироваться при высоких температурах.

Жаростойкий бетон изготавливается своими руками следующим образом:

1. В бетономешалку насыпается цемент и песок в пропорции 1:4.
2. При перемешивании в смесь постепенно заливается вода (желательно фильтрованная) и тонкомолотые компоненты до получения тестообразной консистенции.

Полезно! Для улучшения результата рекомендуется использовать ингредиенты комнатной температуры — 15-20 °С.

Заливка смеси

Приготовленную бетонную смесь необходимо залить в опалубку либо формы, предварительно смазанные жиром или силиконом для недопущения потери влаги и упрощения извлечения застывшего блока.

Работа должна выполняться оперативно, так как раствор отличается высокой плотностью и быстро застывает. Раствор укладывается лопатой с небольшим запасом, излишки при этом убираются мастерком.

Уплотнение

Уплотнение бетонной смеси производится при помощи различных трамбовочных механизмов: погружных либо поверхностных вибраторов. Рабочая часть инструмента помещается в наполненную смесью форму и на протяжении минуты производится усадка раствора.

Основная цель уплотнения — устранение пузырьков воздуха, негативно влияющих на характеристики материала, а также снижающих его качество и эксплуатационные свойства.

Выдержка и увлажнение

По окончании уплотнения раствор оставляется для затвердевания. При естественном твердении из смеси испаряется влага, что может привести к растрескиванию блоков. Поэтому раствор необходимо периодически увлажнять, обрызгивая его водой.

В первые 48 часов затвердевающие блоки укрываются полиэтиленовой пленкой. Через два дня пленка убирается, блоки извлекаются из форм и переносятся в теплое помещение на 28 суток, требующихся для окончательного набора прочности.

На завершающем этапе изготовления материала, следует промыть, применявшееся оборудование и удалить с него остатки смеси. Лучше очищать инструменты сразу после их использования, чтобы цементный раствор не успех засохнуть.

Источник: furnilux.ru