Жаростойкие бетоны

Содержание

Введение

Материалы для производства жаростойких бетонов

Требования к материалам для изготовления жаростойких бетонов

Расчет состава жаростойкого бетона

Список использованной литературы

Введение

Жаростойкий бетон -- это специальный бетон, способный не изменять требуемые физико-механические свойства при длительном воздействии высокой температуры (свыше 200°С). В зависимости от вяжущего вещества различают жаростойкие бетоны на портландцементе и шлакопортландцементе, на высокоглиноземистом и глиноземистом цементе и на жидком стекле.

Жаростойкий бетон предназначается для промышленных агрегатов (облицовки котлов, футеровки печей и т.п.) и строительных конструкций, подверженных нагреванию (например, для дымовых труб). При действии высокой температуры на цементный камень происходит обезвоживание кристаллогидратов и разложение гидроксида кальция с образованием СаО. Оксид 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.

Виды жаростойких бетонов

По предельно допустимой температуре применения жаростойкие бетоны подразделяются на 14 классов:

По прочности на сжатие жаростойких бетонов в соответствии с СТ СЭВ 1406-78 установлены следующие классы: В1; В1,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40.

Различают жаростойкие бетоны следующих марок:

по средней плотности: D300; D400; D500; D600; D700; D800; D900; D1000; D1100; D1200; D1300; D1400; D1500; D1600; D1700; D1800;

по термической стойкости в водных теплосменах (бетоны плотной структуры со средней плотностью 1200-2900 кг/м³): Твд5, Твд10, Твд15, Твд25, Твд35, Твд40

по термической стойкости в воздушных теплосменах: Твз5, Твз10, Твз15, Твз20, Твз25 (бетоны плотной структуры 500-1100 кг/м³) Твз5, Твз10 (бетоны ячеистой структуры 600-1000 кг/м³)

по морозостойкости (бетоны плотной структуры со средней плотностью 1200-2900 кг/м³): F15, F25, F35, F50, F75

по водонепроницаемости (бетоны со средней плотностью 1200-2900 кг/м³): В2, В4, В6, В8

Для жаростойких бетонов марок средней плотности D300-D1100 термическая стойкость в водных теплосменах, морозостойкость и водонепроницаемость не нормируется. Для жаростойких бетонов марок по средней плотности D300 и D400 не нормируется термическая стойкость в воздушных теплосменах.

В зависимости от способа укладки и уплотнения бетонной смеси, различают жаростойкие бетоны: вибрированные, трамбованные, прессованные, торкретированные (нанесение пневмо- или механическим способом).

Материалы для производства жаростойких бетонов

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.

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 алюмофосфаты и магнийфосфаты.

Жаростойкие бетоны на фосфатных связующих можно применять при температурах до 1700°С, они имеют небольшую огневую усадку, термически стойки, хорошо сопротивляются истиранию.

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.

Требования к материалам для изготовления жаростойких бетонов

1. Вяжущее

В табл. 1 приведены виды вяжущих для жаростойкого бетона, нормативные документы, требованиям которых они должны отвечать, а также дополнительные требования, учитывающие специфику их применения в жаростойком бетоне.

Таблица 1

2. Отвердители

Для обеспечения процессов твердения жаростойких бетонов на жидком стекле необходимо введение отвердителей, требования к которым приведены в табл. 2. Нефелиновый шлам является вторичным продуктом производства алюминия из нефелиновой породы и для употребления должен быть размолот до удельной поверхности, значения которой приведены в табл. 2. Шлаки, саморассыпающиеся в результате силикатного распада, так же являются вторичными продуктами ферросплавных и металлургических заводов и могут использоваться без дополнительного помола.

Таблица 2

3. Тонкомолотые добавки

Тонкомолотые добавки вводят в жаростойкий бетон на портландцементе для связывания свободного гидроксида кальция и обеспечения стойкости бетона в условиях воздействия высоких температур; в жаростойкий бетон на жидком стекле - для повышения температуры применения, улучшения удобоукладываемости бетонной смеси и обеспечения плотной структуры бетона; в жаростойкий бетон на ортофосфорной кислоте - для обеспечения твердения, улучшения удобоукладываемости бетонной смеси и обеспечения плотной структуры бетона. Тонкомолотые добавки могут быть промышленного изготовления или приготовлены размолом соответствующих материалов до удельной поверхности не менее 2500 см²/г, в которых содержание свободных оксида кальция СаО и оксида магния MgО в сумме не должно превышать 3 %, а карбонатов - не более 2 %.

Виды тонкомолотых добавок и основные требования к ним приведены в табл. 3.

Таблица 3

4. Заполнители

Заполнители, применяемые в жаростойких бетонах, могут быть промышленного изготовления или приготовлены на месте производства работ дроблением соответствующих материалов.

Виды заполнителей для жаростойких бетонов, нормативные документы и рекомендуемая область применения заполнителей приведены в табл. 4.

Кусковой шамот и шамот из вторичных огнеупоров должны иметь водопоглощение не более 12 % массы материала. Для боя шамотных изделий и других заполнителей водопоглощение не нормируется.

Таблица 4

Для заполнителей, используемых в бетоне с предельно допустимой температурой применения выше 1200 °С, огнеупорность должна быть не менее величин, указанных в табл. 5.

Таблица 5

Для заполнителей, применяемых в бетоне со средней плотностью после сушки менее 900 кг/м³, средняя насыпная плотность заполнителя должна быть не более величин, указанных в табл. 6

Таблица 6

Рекомендуемый зерновой состав заполнителей для жаростойкого бетона, кроме керамзита:

Таблица 7

Рекомендуемый зерновой состав керамзитового заполнителя:

Таблица 8

Особое внимание следует уделять чистоте заполнителя. Наличие в заполнителе включений известняка, доломита, гранита и др. не допускается.

Заполнители для жаростойкого бетона, получаемые кратковременным обжигом природных пород (перлит и вермикулит), не должны содержать недовспученных зерен.

Расчет состава жаростойкого бетона

Для расчета определяют: активность цемента; количество частиц менее 0,14 мм в мелком заполнителе; кажущуюся плотность заполнителя (плотность в куске); оптимальную насыпную плотность смеси мелкого и крупного заполнителей (без зерен мельче 0,14 мм) ; плотность материала.

Усредненные характеристики заполнителей, которые можно использовать только для расчета ориентировочного расхода материалов, приведены в таблице. Для получения более точных данных необходимо определять опытным путем насыпную плотность и водопоглощение.

Расход смеси мелкого и крупного заполнителей Р₃, кг на 1 м³ бетонной смеси, определяется по формуле

Р₃ = 1000/( + ) (1)

где Киз - коэффициент избытка вяжущего теста;

- кажущаяся плотность заполнителей, г/см³

- насыпная плотность заполнителей, г/см³,

- пустотность заполнителя.

б = 1-с_З/ с_З.К. (2)

Коэффициент избытка вяжущего теста К_из является одной из важнейших величин, обеспечивающих заданную удобоукладываемость бетонной смеси и влияющих на прочностные характеристики жаростойких бетонов.

Для жаростойких бетонов на жидком стекле коэффициент избытка определен экспериментальным путем и составляет 1,5.

Для жаростойких бетонов на цементных вяжущих для определения коэффициента избытка устанавливают водовяжущее отношение В/В_в, необходимое для обеспечения заданной прочности бетона, по формуле

В/В_В = nA_B/(R+ l,3nA_B) (3)

где n коэффициент качества заполнителя (см. таблицу) ; R - контрольная прочность на сжатие, МПа; А_B - активность вяжущего (0,5-0,75 А_Ц).

А_В = А_Ц/(1+д) (4)

где А_Ц - активность цемента, МПа; д - количество тонкомолотой добавки в частях массы цемента.

Коэффициент избытка вяжущего теста определяют по формуле

lgK_ИЗ = 0,64 - B/B_BlgЗy (5)

где у - удобоукладываемость бетонной смеси, с.

Расход смеси мелкого и крупного заполнителей (сумма объемов) на 1 м³ бетонной смеси находится в пределах 0,9 -1,4 м³.

Для тяжелых и облегченных бетонов расход заполнителя составляет 0,9 1,1 м³ , для легких - 1 - 1,4 м³.

Примечание. Коэффициент n является эмпирическим и учитывает влияние вида и прочности заполнителя на прочность бетона

Расход мелкого Р_З.М и крупного - Р_З.К заполнителей для бетона на цементных вяжущих определяют по формуле

Р_З.М = Р_З.К = Р_З/2 (6)

где Р_З - см. формулу (1).

Расход мелкого и крупного заполнителей для бетона на жидком стекле определяют по формулам:

Р_З.К = Р_З/1,65 (7)

Р_З.М = Р_З - Р_З.К (8)

Расход глиноземистого и высокоглиноземистого цементов и шлакопортландцемента вычисляют по формуле

Р_Ц = (1000 - Р_З/с_З.К)/(0,33 + В/В_В) (9)

где Р_З, с_З.К - см. формулу (1).

Количество глиноземистого и высокоглиноземистого цементов и шлакопортландцемента на 1 м³ тяжелых и облегченных бетонов составляет 400-600 кг, легких - 200-350 кг.

Расход портландцемента Р_Ц, кг, и тонкомолотой добавки Р_Д, кг, для бетонов на портландцементе вычисляют по формулам:

Р_Ц = (1000 - с_З/ с_З.К/ 0,33 + д/с_Д + (1 + д)·В/В_В (10)

P_Д = Р_Ц · д (11)

где Р_З; с_З.К - см. формулу (1), д - см. формулу (4), с_Д - плотность тонкомолотой добавки, г/см³.

Количество портландцемента на 1 м³ тяжелых и облегченных бетонов составляет 300-500 кг, легких 200-350 кг.

Количество тонкомолотой добавки всех видов (кроме силикат-глыбы) в жаростойком бетоне на портландцементе составляет 0,3 частей по массе, силикат-глыбы - 0,1 частей по массе цемента.

Расход воды Р_В, кг (л), на 1 м³ бетонной смеси на цементных вяжущих определяют по формуле

Р_В = P_ЗW/100 + (Р_Ц + Р_Д) В/В_В (12)

где Р_З - см. формулу (1); W - водопоглощение заполнителя, %; Р_Ц - см. формулу (9); Р_Д - см. формулу (11).

Расход жидкого стекла вычисляют по формуле

Р_С.Ж = Р_З б с_З.Ж (К_ИЗ - 0,3)/ с_З (13)

где Р_З, б, К_ИЗ, с_З - см. формулу (1); с_З.Ж - плотность жидкого стекла, г/см³.

Расход тонкомолотой добавки определяют по формуле

Р_Д = 0,6V_С.Ж·с_Д (14)

где V_С.Ж - объем жидкого стекла, который вычисляется по формуле (15)

V_С.Ж = Р_С.Ж/с_С.Ж (15)

где с_Д - плотность материала, из которого изготовлена тонкомолотая добавка, г/см³

Расход отвердителя Р_О зависит от расхода жидкого стекла по массе и составляет: для кремнефтористого натрия - 0,1-0,12 частей по массе для бетонов со всеми тонкомолотыми добавками (кроме магнезита) и бетона с тонкомолотым магнезитом - 0,08-0,1 частей по массе.

Для нефелинового шлама, саморассыпающегося шлака со всеми (кроме магнезита) тонкомолотыми добавками - 0,3 частей по массе с тонкомолотой добавкой из магнезита - 0,12 частей по массе.

Ориентировочно количество жидкого стекла на 1 м³ бетона составляет 250-400 кг.

Список использованной литературы

1. Пособие к СНИП 3.09.01 3.03.01

2. Технология бетонов. Учебник Ю. М. Бженов - М.: издательство АСВ, 2002.