Жаростойкая бетонная смесь. Жаростойкость бетона


Жаростойкий бетон | Новости в строительстве

Жаростойкий бетон предназначается для промышленных агрегатов ( футеровка печей, облицовка котлов и т. п.) и строительных конструкций, подверженных нагреванию ( например для дымовых труб).В зависимости от применяемого вяжущего жаростойкие бетоны бывают следующих видов: бетоны на портландцементе, шлакопортландцемента, на глиноземистом цементе и жаростойкие бетоны на жидком стекле. Для повышения стойкости бетона при нагревании в его состав вводят тонкомолотые добавки из хромитовой руды, шамотного боя, магнезитового кирпича, андезита, гранулированного доменного шлака и др.

Тонкость помола добавки для бетона на портландцементе должна быть такой, чтобы через сито № 009 проходило не менее 70%, а для бетона на жидком стекле — не менее 50%, В качестве мелкого и крупного заполнителя применяют хромит, шамот, бой глиняного кирпича, базальт, диабаз, андезит и др. При правильно выбранных вяжущих и заполнителях бетон может длительное время выдерживать, не разрушаясь, действие температуры до 1200°С.

Выбор материалов производят в зависимости от условий и температуры его эксплуатации. Жаростойкие бетоны на портландцементе и глиноземистом цементе производят класса (марки) не менее В20 (250), а на жидком стекле — В12,5 (150). Бетоны на жидком стекле не применяют в условиях частого воздействия воды, а на портландцементе — в условиях кислой агрессивной среды.

При приготовлении бетонных смесей на портландцементе или глиноземистом цементе соблюдается такая последовательность:в смеситель заливают заданное количество воды, при включенном перемешивании загружают другие компоненты и перемешивают 2…3 мин. При изготовлении газобетона, в котором заполнители отсутствуют, после перемешивания загружают водно-алюминиевую суспензию и перемешивают дополнительно 1…2 мин.

Приготовление бетонных смесей на силикат-глыбепроизводят в шламбассейне, куда загружают дозированные по массе силикат глыбу, тонкомолотую добавку, едкий натр и воду. Полученный шлам перекачивают в ванну, подогревают до 30…35°С и подают в с меситель, в который при включенном перемешивающем механизме вводят дозированные по массе заполнитель, водо-алюминиевую суспензию и нефелиновый шлам. Смесь перемешивают 2…3 мин. Для формования изделий из ячеистого бетона применяют металлические формы. В форме смесь выдерживают 2…3 ч.

Твердение изделий на глиноземистом цементе происходит в течение 1 сут при температуре 18…20°С и влажности 90…100%,

на портландцементе твердение изделий проходит при температуре 80…90°С и влажности 90… 100%, а изделия на силикатглыбе твердеют в автоклаве. При приготовлении жаростойких бетонов стремятся ограничить количество воды и жидкого стекла. Осадка конуса должна быть не более 2 см, а жесткость — не менее 10 с.

Бетоны на портландцементе разных составов используются при одностороннем нагреве с предельной температурой 1700°С, на глиноземистом цементе и на жидком стекле — до 1400°С.

 

♦При действии высокой температуры на цементный камень происходит обезвоживание кристаллогидратов и разложение гидрата окиси кальция с образованием СаО. Окись кальция при воздействии влаги гидратируется с увеличением объема и вызывает растрескивание бетона. Поэтому в жаростойкий бетон на портландцементе вводят тонко измельченные материалы, содержащие активный кремнезем SiO2, который реагирует с СаО при температуре 700 — 900°С и в результате химических реакций, протекающих в твердом состоянии, связывает окись кальция.

Цементы

Жаростойкий бетон изготовляют на портландцементе с активной минеральной добавкой (пемзы, золы, доменного гранулированного шлака, шамота). Шлакопортландцемент уже содержит добавку доменного гранулированного шлака и может успешно применяться при температурах до 700°С. Портландцемент и шлакопортландцемент нельзя применять для жаростойкого бетона, подвергающегося кислой коррозии (например, действию сернистого ангидрида в дымовых трубах). В этом случае следует применить бетон на жидком стекле. Он хорошо противостоит кислотной коррозии и сохраняет свою прочность при нагреве до 1000°С.

Глиноземистый цемент можно применять без тонкомолотой добавки, поскольку при его твердении не образуется гидрат окиси кальция. Еще большей огнеупорностью (не ниже 1580°С) обладает высокоглиноземистый цемент с содержанием глинозема 65 — 80%; в сочетании с высокоогнеупорным заполнителем его применяют при температурах до 1700°С.

Столь же высокой огнеупорности позволяют достигнуть фосфатные и алюмофосфатные связующие: фосфорная кислота (Н3РО4), алюмофосфаты Аl(Н2P04)з и магнийфосфаты Mg(h3P04)2. Жаростойкие бетоны на фосфатных связующих можно применять при температурах до 1700°С, они имеют небольшую огневую усадку, термически стойки, хорошо сопротивляются истиранию.

Заполнитель

Заполнитель для жаростойкого бетона должен быть не только стойким при высоких температурах, но и обладать равномерным температурным расширением. Бескварцевые изверженные горные породы как плотные (сиенит, диорит, диабаз, габбро), так и пористые (пемза, вулканические туфы, пеплы) можно использовать для жаростойкого бетона, применяемого при температурах до 700°С.

Для бетона, работающего при температурах 700 — 900°С, целесообразно применять бой обычного глиняного кирпича и доменные отвальные шлаки с модулем основности не более 1, не подверженные распаду. При более высоких температурах заполнителем служат огнеупорные материалы: кусковой шамот, хромитовая руда, бой шамотных, хроммагнезитовых и других огнеупорных изделий.Легкий жаростойкий бетон

Легкий жаростойкий бетон на пористом заполнителе имеет объемную массу менее 2100 кг/м3, его теплопроводность в 1,5 — 2 раза меньше, чем у тяжелого бетона. Применяют пористые заполнители, выдерживающие действие высоких температур (700 — 1000°С): керамзит, вспученный перлит, вермикулит, вулканический туф.

Ячеистый жаростойкий бетон отличается небольшой массой (500 — 1200 кг/м3) и малой теплопроводностью.

Сборные элементы и монолитные конструкции из жаростойкого бетона широко применяют в различных отраслях промышленности: энергетической, черной и цветной металлургии, в химической и нефтеперерабатывающей, в производстве строительных материалов. Жаростойкие ячеистые  бетоны  используют взамен полукислых и шамотных изделий, предназначенных для температур 800 — 1400°С, а также вместо высокоогнеупорных изделий при температуре выше 1400°С.

Замена только 150 тыс. м³ огнеупорной кладки жаростойким бетоном и железобетоном дает значительную экономию .

Большие работы по жаростойким бетонам проводятся под руководством Ю. П. Горлова, К. Д. Некрасова и др.

В МИСИ им. В.В. Куйбышева разработаны алюмосиликатные вяжущие цеолитовой структуры путем гидротермального омоноличивания кислых вулканических стекол: перлитов, обсидианов, липаритов, литоидной пемзы и других видов материалов а также жароупорные бетоны на их основе. Природные высококремнеземистые стекла по своему химическому составу (смотри таблицу №1) можно отнести к алюмосиликатным системам.

Читать далее на http://stroivagon.ru  жаростойкий шлакощелочной бетон

Таблица №1. Химический состав перлитов, %.

Химический состав перлитов, %.При дисперсности S уд=450 м² /кг перлитовые породы проявляют химическую активность вяжущего компонента. Такие виды вяжущих возможно легировать путем добавления в них  микро наполнителей, такие как корунд, тонкомолотый шамот, технический глинозем и другие виды. Это позволяет в широких пределах изменить химический и фазовый состав вяжущего, в частности соотношение основных оксидов SiO2  и Al2O3 а также соответственно термические свойства изделий.

Алюмосиликатные вяжущие обладают рядом существенных достоинств, обуславливающих техническую и экономическую целесообразность их применения при изготовлении жаростойких бетонов. Такие как:

1. Повышение прочности бетонов после нагрева на рабочую температуру.

2. Высокая реакционная способность при нагреве, позволяющая за счет использования специальных добавок управлять структурой синтезируемого вяжущего.

3. Возможность регулирования огнеупорности и термомеханических характеристик вяжущего изменения содержания щелочного и кремнеземистого компонентов.

На основе вяжущего (алюмосиликатное вяжущее,  силикатно-натриевом композиционном вяжущем) и использования различных видов огнеупорных заполнителей получены огнеупорные и жаростойкие бетоны с температурой использования до 1550 °С. Для приготовления жаростойкого бетона используют шамот, перлит, керамзит и другие виды (шамотный перлитобетон, легкий шамотный керамзито-перлитобетон, ячеистые виды бетонов, цирконовые, корундовые и другие виды бетонов).

Такие виды жаростойких бетонов характеризуются несложностью технологии изготовления, низкой себестоимостью и энергоемкостью производства а также высокими термомеханическими эксплуатационными показателями. Достоинства таких видов бетонов являются:

1. Возможность форсированного первого разогрева на рабочую температуру со скоростью до 500 °С в час.

2. Отказ от предварительной сушки перед началом монтажа. Отказ обуславливается низкой влажностью изделий после автоклавной обработки.

3. Отсутствие снижения прочности для большинства изделий в интервале температур  600…900 °С.

4. Высокая прочность после разогрева на рабочую температуру.

Поэтому при получении алюмосиликатных жаростойких и огнеупорных бетонов применение природных вулканических стекол в качестве компонента вяжущего наиболее предпочтительно. Такие материалы приобретают эксплуатационные свойства в процессе первого разогрева на рабочую температуру когда происходит перерождение вяжущего в керамический черепок.

Жаростойкий шамотный перлитобетон

Получают из гидроалюмосиликатного вяжущего на основе кислых вулканических стекол и шамота ( смотри таблицу №2).Таблица №2. Состав шамотных перлитобетонов, % по массе

Состав шамотных перлитобетонов, % по массеОсновные физико-механические показатели жаростойкого шамотного перлитобетона изготовленного на основе сырьевой шихты оптимального состава при использовании в качестве затворителя 8 % -ного раствора NaOH и раствора силиката натрия Мс=2,8 приведены в таблицу №3.

Таблица № 3. Физико-механические свойства шамотных перлитобетонов.

Физико-механические свойства шамотных перлитобетонов.Из приведенных в таблицу данных следует что жаростойкий шамотный перлитобетон по всем показателям превосходит мелкоштучные керамические изделия (ГОСТ 390-83), которые применяют в качестве футеровки обжиговых вагонеток предприятий строительной керамики.

Мелкозернистый циркониевый перлитобетон

Получают такой бетон на основе циркониевого концентрата, которого используют как заполнитель , а также молотой перлитовой породы в количестве 8 % и обезжелезненного циркона в качестве добавки. В качестве затворителя используют раствор едкого натра  7,5 %-ной концентрации.

Физико-химические показатели жаростойкого цирконового перлитобетона:

Средняя плотность, кг/м³-3450…3500

Прочность при сжатии МПа:

после автоклавной обработки-28…30

после обжига при 1600 °С   -100…105

Пористость кажущаяся ,%   -8…9

Усадка огневая ,%  -0,2

Теплопроводность при средней температуре 800 °С, Вт/(м·°С)  -2,2

Коэффициент линейного термического расширения, 10‾6 · °С-1     -3,8

Температура начала деформации под нагрузкой 0,02 МПа, °С  -1580.

Циркониевый перлитобетон используют при футеровке индукционной печи для спекания металлических порошков вместо высокоглиноземистой керамики. Его применение позволило повысить давление прессования с 7 до 20 МПа и снизить количество брака по основному продукту и повысить  при этом экономический эффект от использования одной печи.

Блоки из жаростойкого циркониевого перлитобетона используют в качестве футеровки тигельных стекловаренных печей периодического действия вместо высокоглиноземистой керамики. использование этого бетона позволяет увеличить срок службы футеровки и улучшает качество выпускаемой продукции за счет повышения температуры варки стекла.

Жаростойкие бетоны на силикатно-натриевом композиционном вяжущем 

Такие жаростойкие виды бетонов получают на основе тонкоизмельченной силикат- глыбы и использования огнеупорных заполнителей. В процессе термообработки при довольно высокой температуре до 200 °С, происходит отверждение. На сегодняшний день успешно используется разработанная  несложная технология производства изделий с низким ( до 3 %) расходом вяжущего.

Вид вяжущего и огнеупорного заполнителя определяет предельно допустимую температуру применения, монтажную прочность , среднюю плотность и прочность при рабочей температуре жаростойкого бетона. От вида заполнителя и вяжущего используемых для изготовления бетона зависит его термическая стойкость а также стойкость во время эксплуатации в различных средах.

На силикатно-натриевом композиционном вяжущем получены жаростойкие бетоны с предельно допустимой температурой применения 900…1600 °С. Полученный бетон согласно ГОСТ 20910-82, относится к 16-му классу. По своим свойствам он не уступает, а по термической стойкости превосходит в 2,5 раза обжиговые высокоглиноземистые изделия.

Основные физико-механические показатели свойств жаростойкого бетона на силикатно-натриевом композиционном вяжущем и муллитокорундовом заполнителе:

Огнеупорность, °С -1800

Максимальная температура применения при одностороннем нагреве, °С -1600

Прочность при сжатии после сушки, не ниже , МПа:

при 200 °С        …..27

при 1500 °С   ….32

Плотность средняя, кг/м³   -2400

Усадка огневая, % -0,5

Пористость общая, % 19,5

Термический коэффициент линейного расширения, 10‾6 · °С-1   -5,6….6,2

Температура деформации под нагрузкой 0,2 МПа,°С:

начало деформации -1530

4 %-ная деформация 1560

разрушение -1600

теплопроводность,ВТ/(м·°С):

при 350 °С-1,14

при 610°С-0,96

при 800 °С-0,89

Просмотров: 370

РЕКОМЕНДУЕМ выполнить перепост статьи в соцсетях!

stroivagon.ru

Характеристики жаростойкого бетона

Жаростойкий бетон способен продолжительный временной период выдерживать достаточно ощутимое нагревание до температуры выше 1000 градусов по Цельсию.

Огнеупорный бетон незаменим при изготовлении жаростойких конструкций, он способен выдерживать температуру 1500 °С и выше.

В период нагревания обыкновенного раствора при температуре больше 100 градусов по Цельсию постепенно происходит снижение прочности материала в начале (150 … 400 градусов по Цельсию) вследствие дегидратации кальция алюминатов, а после (400 … 600 градусов по Цельсию) из-за дегидратации кальция гидроокиси.

Образцы же, которые были нагреты до 600 … 900 градусов по Цельсию, полностью разрушаются при дальнейшем их выдерживании в воздушно-сухих условиях из-за вторичной дегидратации кальция окиси.

Именно по этой причине обыкновенный тяжелый раствор цементный используют исключительно для производства конструкций строительных, которые подвергаются довольно длительному воздействию различных температур только лишь до 200 градусов по Цельсию.

При более же высоких рабочих температурах (200 … 1800 градусов по Цельсию) применяют жаростойкий.

Разделение по критериям

По разновидности вяжущего смеси подразделяется на глиноземистый и высокоглиноземистый;

Согласно ГОСТу 20910-90, жаростойкий подразделяется:

По собственному назначению на:

  • конструкционный;
  • теплоизоляционный.

По собственной структуре на:

  • плотный тяжелый;
  • плотный легкий;
  • ячеистый.

По разновидности вяжущего:

на портландцементе, его разновидностях, таких как быстротвердеющий портландцемент и шлакопортландцемент;на алюминатных цементах, таких как глиноземистый и высокоглиноземистый;на вяжущих силикатных, таких как жидкое стекло с отвердителем и силикат-глыба с отвердителем.

По разновидности добавки тонкомолотой на:

  • шамотный;
  • кoрдиеpитовый;
  • золoшлaковый;
  • кеpамзитовый;
  • аглoпоpитовый;
  • магнeзиaльный;
  • пepиклазовый;
  • алюмoхpомитовый.

По разновидности заполнителя на:

  • шaмoтный;
  • муллитoкоpундовый;
  • коpундoвый;
  • магнезиaльный;
  • кapборундовый;
  • кордиeритовый;
  • кoрдиеритомуллитовый;
  • муллитокoрдиеритовый;
  • шлaковый;
  • золoшлaковый;
  • бaзальтoвый;
  • диaбазoвый;
  • андезитoвый;
  • диopитовый;
  • кеpамзитoвый;
  • аглoпоpитовый;
  • пepлитовый;
  • вepмикулитовый;
  • из боя бетoнa.

Характеристика материала

Крупнозернистый жаропрочный бетон смешивается с водой в заданной пропорции и перемешивается механической мешалкой.

Современный рынок материалов для строительства готов предложить потребителю абсолютно любой требуемый бетон жаропрочный. Почти в любом строительном магазине и складе строительном представлен огромный спектр жаростойких материалов, открывает который легкий ячеистый жаропрочный, а закрывает бетон тяжелый, который по собственным прочностным качествам соответствует высокому классу В35.

Жаростойкий материал, имеющий в собственной основе глиноземистый цемент, характерен отличной стойкостью к агрессии кислотной, а нагревание до 1000 градусов по Цельсию ощутимо увеличивает кислотостойкость.

Жаростойкий более предпочтителен, нежели огнеупорная кирпичная кладка, потому что последняя имеет такое свойство, как расширение при нагревании, что требует обязательного устройства специальных швов температурных.

Бетон, в основе которого лежит глиноземистый цемент, может применяться как в монолитном, так и в сборном состоянии (со всеми стыками впритык) точно по необходимой форме и габаритам.

  1. Утрата жидкости при 1-ом нагревании, как правило, вызывает усадку, приблизительно равную по значению расширению (термическому). Во время охлаждения, вызванного, к примеру, приостановкой работ, стыки могут незначительно приоткрыться вследствие сжатия термического, но при нагревании повторном они опять закроются.
  2. При температурах ниже 950 градусов по Цельсию для обеспечения теплоизоляции можно применить легкий раствор на глиноземистом цементе и легком заполнителе.
  3. Подобный материал обладает плотностью от 480 до 960 кгс/м3.

Применение материала

При вибрации смесь выпускает воздух в виде пузырьков и плотно осядает в форме.

Подобную разновидность, как правило, используют в агрегатах тепловых, конструкциях строительных, которые подвержены достаточно длительному периоду нагревания.

  1. К примеру, для строительства фундаментов и различных воздухонагревателей для печей доменных; печей, предназначенных для того, чтобы сжигать серный колчедан на крупных предприятиях целлюлозно-бумажной и химической промышленных отраслей; печей туннельных, которые предназначены для того, чтобы обжигать строиты и диатомовые кирпичи.
  2. Подобный цемент используют для изготовления подогревателей трубчатых заводов нефтеперегонных, труб дымовых, футеровки окон рабочих, желобов сталевыпускных печей мартеновских.
  3. Такую разновидность широко применяют в облегченных обмуровках ультрасовременных котлоагрегатов, а также в сборных печах отопительных блочных и дымоходов жилых построек.

Как показывает практика, использование подобной разновидности существенно сокращает сроки капитальных ремонтных работ тепловых агрегатов, а также сроки их строительства, значительно понижает их стоимость и сокращает трудовые затраты.

Итак, бетон жаростойкий является прекраснейшим материалом для возведения, к примеру, дымоходов печей, потому что не разрушается при высокой температуре. Его можно, как приобрести в специализированном магазине либо складе, так и сделать собственноручно.

Этот материал сочетает в себе высочайшее качество и широчайший спектр применения, а также огромный выбор его разновидностей (от легкого до тяжелого).

o-cemente.info

Жаростойкая бетонная смесь

Изобретение относится к бетонам специального назначения и может быть использовано в производстве товарных жаростойких бетонов и конструкций тепловых агрегатов, подвергающихся длительному воздействию высоких температур и их резких перепадов. Жаростойкая бетонная смесь включает портландцемент М 400, песок и щебень фракции 5-20 мм, полученные дроблением боя шамотных огнеупоров с последующим их рассевом на фракции, тонкомолотый наполнитель - в виде шлама, полученного совместным мокрым помолом боя шамотных и высокоглиноземистых огнеупоров до размера частиц 30-200 нм с предварительным введением в воду натриевого жидкого стекла с плотностью 1,23 г/см3, при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент М 400 8-15, указанный наполнитель из боя шамотных огнеупоров 8-15, указанный наполнитель из боя высокоглиноземистых огнеупоров 3,7-5,9, указанный песок 24,5-26,4, указанный щебень 35-36,3, указанное жидкое стекло 0,2-0,35, вода - остальное. Технический результат - повышение плотности, прочности, термостойкости, снижение усадки и склонности к растрескиванию. 2 табл., 2 ил.

 

Изобретение относится к бетонам специального назначения и может быть использовано в производстве товарных жаростойких бетонов и конструкций тепловых агрегатов, подвергающихся длительному воздействию высоких температур и их резких перепадов.

В настоящее время известны и используются в строительстве тепловых промышленных объектов жаростойкие бетоны на разных видах заполнителей и добавок с повышенным расходом портландцемента для повышения начальной прочности бетонов (после сушки). Но портландцемент как гидравлическое вяжущее вещество, содержащее гидратированные клинкерные минералы, после обжига при температуре 800°С дает резкий сброс прочности, поэтому по ГОСТ 20910-90 [3] остаточная прочность после обжига при этой температуре допускается до 30%.

Таким образом, при повышенном расходе цемента сброс прочности может достигать 70%. При этом происходит значительная усадка бетона и повышается склонность его к растрескиванию. А термостойкость при резких перепадах температур не превышает 10 водных теплосмен. Это способствует снижению долговечности бетонов при длительном воздействии высоких температур и их резких перепадах.

Известна бетонная смесь на заполнителях из доменных шлаков [1], включающая, мас.%: портландцемент 16-22, гидрат глинозема, песок шлакопемзовый фр. 0-5 мм - 28-36, щебень шлакопемзовый фр. 5-20 мм - 15-29, суперпластификатор С-3 - 0,5-1,5, вода - остальное.

Недостатками этой смеси являются: повышенный расход цемента и дефицитного и дорогостоящего суперпластификатора, который при обжиге выгорает, снижая плотность затвердевшего бетона и его прочность и термостойкость. При обжиге клинкерные минералы обезвоживаются, что приводит к увеличению усадки и склонности к растрескиванию, а также к сбросу прочности, который может достигать 70% от прочности сухих образцов. Эти недостатки усугубляются и выгоранием органического суперпластификатора. Гидрат глинозема является дорогостоящим и дефицитным, требующим ввоза его из других регионов. Применение шлаковых заполнителей, имеющих пониженную температуру плавления, позволяет использовать такой бетон до температур службы не выше 1100°С.

При применении шамотных заполнителей и наполнителей жаростойкий бетон на портландцементе может применяться до 1200°С, а при пониженном расходе цемента и до 1300°С.

Технической задачей изобретения явилось повышение плотности, прочности, остаточной прочности после обжига при температуре 800°С и термостойкости жаростойкого бетона, снижение усадки и склонности к растрескиванию. Решение этой задачи достигается тем, что в составе предлагаемой жаростойкой бетонной смеси на портландцементе М 400, песка и щебня фракции 5-20 мм, полученных дроблением боя шамотных огнеупоров с последующим их рассевом на фракции, тонкомолотый наполнитель вводится в виде шлама, полученного совместным помолом боя шамотных и высокоглиноземистых огнеупоров до размера частиц 30 - 200 нм, с предварительным введением в воду натриевого жидкого стекла с плотностью 1,23 г/см, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

портландцемент М400 8-15
наполнитель из боя шамотных огнеупоров 8-15
наполнитель из боя высокоглиноземистых огнеупоров 3,7-5,9
песок 24,5-26,4
щебень 35-36,3
жидкое стекло 0,2-0,35
вода остальное.

Снижение расхода цемента за счет наноразмерных наполнителей позволяет уменьшить сброс прочности бетона и его усадку, а следовательно, и склонность к растрескиванию при действии высоких температур. Повышается термостойкость жаростойкого бетона при резких перепадах температур.

Введение наноразмерного наполнителя из боя высокоглиноземистых огнеупоров позволяет исключить использование дефицитного и дорогостоящего привозного гидрата глинозема и в то же время увеличить содержание глиноземистой составляющей, увеличивающей огнеупорность и термостойкость бетона. Наноразмерные наполнители из боя шамотных и высокоглиноземистых огнеупоров в смеси с цементом имеют повышенную активность, создавая комплексное наполненное связующее вещество за счет взаимодействия аморфных оксидов SiO2 и Al2O3 из огнеупоров с Са(OH)2, выделяющейся при затворении и твердении цементного камня с образованием нерастворимых низкоосновных силикатов кальция, заполняющих в нем поры и повышающих плотность цементного камня. Наноразмерные наполнители не раздвигают зерна крупного заполнителя, а только заполняют в нем поверхностные поры и повышают сцепление связующего с заполнителями. Кроме того, такие наполнители повышают пластичность и удобоукладываемость бетонной смеси, что позволяет отказаться от использования выгорающего дефицитного и дорогостоящего суперпластификатора С-3. Введение в состав бетона разжижителя натриевого жидкого стекла, который одновременно повышает подвижность и удобоукладываемость бетонной смеси при меньшем расходе воды и в то же время не выгорает при высоких температурах службы бетона, позволяет повысить плотность, прочность и огневые свойства затвердевшего бетона.

В качестве мелкого и крупного заполнителей рекомендуется использовать бой шамотных огнеупоров, получаемых при ремонтах футеровок тепловых агрегатов и очищенных от примесей шлаков и металла. Эти материалы являются отходами металлургической промышленности, недорогие и недефицитные. Их применение в составах жаростойких бетонов способствует оздоровлению окружающей среды промышленной зоны этих производств.

В предлагаемом составе по сравнению с известными составами жаростойких бетонов на основе шамотных заполнителей пониженное содержание песка обеспечивает заполнение пустот в крупном заполнителе без раздвижки зерен щебня. Это способствует обеспечению максимально плотной упаковки зерен минеральной смеси, повышению плотности затвердевшего бетона и не требует повышенного расхода цемента на обволакивание мелких зерен песка.

Составы исследованных бетонов по предлагаемому изобретению, по известному изобретению [1] и по прототипу [2] представлены в таблице 1.

Таблица 1
Составы исследованных бетонов.
Наименование исходных материалов Расход материалов, мас.% / в кг на 1 м5 бетонной смеси
В предлагаемых составах В известном составе По прототипу
1 2 3 4
Портландцемент М400 8/176 9/198 12/264 15/330 22 / 484 19,2/422
ТМД шамотн., 30-200 нм 15/330 14/308 11 / 242 8/176 - -
То же фр. <0,14 мм - - - - - -
То же из доменного шлака - - - - - 5,8/125
То же из боя высокоглиноз. огнеуп. Фр. 30-200 нм 3,7/81 4/88 4,8/106 5,9/130 - -
Гидрат глиноз. фр.<0,14 мм - - - - 20 / 440 -
Песок фр. 0-5 мм шамотн. 26,4/581 26,2/577 25,6/563 24,5/539 - 30,8/679
То же из доменных шлаков - - - - 30 /660 -
Щебень фр.5-20 мм из боя шамотных огнеуп. 36,3/800 36,0/792 35.4/779 35.0/770 - 30,8/679
То же из домен шлаков - - - - 15/330 -
Пластификатор С-3 - - - - 1,5/33 -
Натриевое жидкое стекло 0,2/4,3 0,3/6,5 0,3/6,5 0,35/7,7 - -
Вода 10,4/ 228,8 10,5/ 231 10,9/ 240 11,25/ 247,3 11,5/253 13,4/295
Ср. плотность бет. смеси, кг/м3 2201 2201 2201 2201 2200 2200

Для определения свойств жаростойких бетонов предлагаемых составов предварительно осуществляли дробление и рассев боя очищенных шамотных огнеупоров для получения заданных размеров фракций песка и щебня. А для получения наполнителей с наноразмерными частицами до 200 нм осуществляли совместный мокрый помол отсева боя шамотных и высокоглиноземистых огнеупоров, взятых в указанном в таблице 1 соотношении. В воду для мокрого помола вводили добавку разжижителя - жидкого стекла, что позволяло снизить количество воды до 15% от массы сухих материалов, не снижая текучести шлама. Слив шлама после помола осуществлялся через сито 0,063 мм, что позволяло отделить частицы крупнее 200 нм и вернуть их в мельницу на повторный помол. За счет повышенной текучести шлама удалось снизить удобоукладываемость бетонной смеси при меньшем водосодержании.

Размеры наночастиц наполнителей определены с помощью сканирующего зондового микроскопа марки Solver NT-MDT, выпускаемого Зеленоградским физико-технологическим институтом нанотехнических и микроскопических исследований. Форма и размеры частиц наполнителей из боя шамотных и высокоглиноземистых огнеупоров после совместного мокрого помола под микроскопом представлены на фиг.1 и 2.

Анализ данных этих фигур позволяет сделать вывод, что после мокрого помола смеси шамотных и высокоглиноземистых огнеупоров зерна шлама имеют размеры не более 200 нм, указанных в заявке. Поверхность частиц и высота рельефа также не превышает указанных размеров. Такая форма и размеры наполнителей способствуют достижению поставленной цели: снижения расхода цементного вяжущего и одновременно повышения физико-механических и огневых свойств жаростойких бетонов на портландцементе. Одновременно решаются и вопросы утилизации отходов металлургических производств.

После весовой дозировки всех компонентов из жаростойких бетонных смесей предварительно смешивали портландцемент с наполнителем и водой, а затем вводили заполнители, перемешивали до однородности и готовили образцы-кубы размерами 100×100×100 мм и 70×70×70 мм. Влага, содержащаяся в наполнителях мокрого помола, учитывалась при дозировке воды, взятой для затворения бетонной смеси каждого состава. Натриевое жидкое стекло, вводимое с наполнителем, повышало подвижность и удобоукладываемость бетонной смеси при меньшем расходе воды. Расход жидкого стекла с плотностью 1,23 г/см3 рассчитывали в процентах от массы сухих материалов, загружаемых в мельницу. Расход воды составлял 15% от массы сухих материалов. При этом текучесть шлама была достаточной для перекачивания его насосами и подачи по трубопроводу.

Уплотнение образцов-кубов осуществлялось на виброплощадке с частотой 3000 об/мин и амплитудой 0,3 мм до достижения слитного состояния (1-1,5 мин). Твердение образцов происходило при пропаривании по режиму 3+6+3 часа с последующим высушиванием до постоянной массы. Жаростойкие бетоны по ГОСТ 20910-90 [3] при таких условиях твердения набирают 100% прочности.

Результаты испытаний исследованных составов сведены в таблицу 2.

Таблица 2
Свойства жаростойких бетонов
Наименование свойств Величины свойств в составах
1 2 3 4 известн. прототип
Средняя плотность, кг/м3, сухих бетонов 2050 2070 2085 2100 2060 1970
То же обожженных при 800°С, кг/м3 1990 2000 2010 2025 1980 1760
Прочность при сжатии сухих бетонов, МПа 41,4 42,0 43,2 45,8 37,4 25,7
То же обожженных при 800°С, МПа 30,6 30,7 30,7 31,1 24,7 8,87
Остаточная прочность, % 73,9 73,1 71,1 67,9 66 34,5
Термостойкость, число водных теплосмен 27 25 24 22 21 10

Анализ результатов этой таблицы позволил сделать следующие выводы.

1. Предлагаемые составы жаростойких бетонов, несмотря на пониженный более чем в 2 раза расход цемента по сравнению с известными составами, не уступают и даже превосходят их по прочности при сжатии как в сухом, так и в обожженном при температуре 800°С состоянии. При этом следует отметить, что с уменьшением расхода цемента остаточная прочность бетонов повышается.

2. Средняя плотность предлагаемых составов значительно выше известного состава на шамотных заполнителях, что свидетельствует о более плотной упаковке зерен, способствующей снижению усадки в обжиге и повышению термостойкости. Почти такая же плотность известного состава на шлаковых заполнителях достигнута только за счет более тяжелых шлаковых заполнителей и не может служить доказательством максимально плотной упаковки зерен.

3. По сравнению с известным составом на шамотных заполнителях остаточная прочность после обжига при температуре 800°С у предлагаемых составов более чем в 2 раза выше, что свидетельствует о большей долговечности бетонов при длительном воздействии высоких температур.

4. Термостойкость бетонов предлагаемых составов также в 2 раза превышает известный состав на шамотных заполнителях, что свидетельствует о большей устойчивости их к резким перепадам температур. Почти такая же термостойкость бетонов на шлаковых заполнителях объясняется более высоким коэффициентом термического расширения шлаковых заполнителей по сравнению с шамотными, а не достижением максимально плотной упаковки зерен в бетоне.

Использованные источники

1. Патент RU 2272013, С04В 38/08, С04В 28/04, опубл 20.03.2006, БИ №8.

2. Справочное пособие к СНиП 3.09.01-85 Технология изготовления жаростойких бетонов. М.: Стройиздат, 1991. Приложение 6.

3. ГОСТ 20910-90. Бетоны жаростойкие. Технические условия.

Жаростойкая бетонная смесь, включающая портландцемент М 400, песок и щебень фракции 5-20 мм, полученные дроблением боя шамотных огнеупоров с последующим их рассевом на фракции, тонкомолотый наполнитель - в виде шлама, полученного совместным мокрым помолом боя шамотных и высокоглиноземистых огнеупоров до размера частиц 30-200 нм с предварительным введением в воду натриевого жидкого стекла с плотностью 1,23 г/см3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

портландцемент М 400 8-15
указанный наполнитель из боя шамотных огнеупоров 8-15
указанный наполнитель из боя
высокоглиноземистых огнеупоров 3,7-5,9
указанный песок 24,5-26,4
указанный щебень 35-36,3
указанное жидкое стекло 0,2-0,35
вода остальное

www.findpatent.ru


Смотрите также