Огнеупорный бетон в домашних условиях. Бетон огнеупорный

Который используется под долгим воздействием высокой температуры (не более 1580°С, до 1770°С), при этом не теряет свои механические и эксплуатационные качества.

Его используют в строительстве, как промышленных, так и жилых объектов. Из жаропрочного и огнеупорного бетона изготавливают домашние , мангалы, сауны, и дымовые трубы.

Отличие жаропрочного и огнеупорного бетона от обычного в том, что последний выдерживает лишь недолговременный нагрев температуры не выше 200°С.

При более высоком нагреве бетон высыхает, трескается и, в итоге, разрушается, что приводит к поломке всей конструкции.

Применяют в условиях кислотной среды. Для увеличения твердости добавляют силиката натрия, кремнефтористый натрий, фосфаты.

Заполнителем служит кварцевый песок, высококремнеземистый шамот. Благодаря повышенной устойчивости к кислотам огнеупорный бетон на силикатной связке принято использовать для дымохода в травильных ваннах, баках, футеровки труб.

Если вы решили построить из жаропрочного бетона мангал, или печь в доме своими руками, то с целью экономии при строительстве это можно легко сделать своими руками. Для этого используют готовую сухую смесь или смешивают ингредиенты по специальной технологии, схожей с приготовлением .

Заводские смеси изготовлены по всем стандартам и могут гарантировать качество продукции. Применяя готовую сухую смесь, внимательно прочтите на упаковке инструкцию и строго следуйте ей.

Технология изготовления жаропрочного бетона делится на два вида: если конструкция будет подвергаться влаге, не добавляйте жидкое стекло, если среда кислая и агрессивная не используйте портландцемент.

Определите площадку для работы, убедитесь в доступности воды и чистоте инструментов.

Изготовление огнеупорного бетона

В стандартный состав огнеупорного бетона входят: песок, гравий, гашеная известь, жаропрочный цемент. В пропорциях соответственно 3:2:2:0,5. Чистой фильтрованой воды требуется 7,7 л для 22,5 кг смеси. Лопатой как следует смешайте песок и гравий в тачке или используйте бетономешалку.

Затем заливайте смесь водой, пока она не наберет нужную консистенцию. Перенесите смесь в готовую форму или отливку, разровняйте поверхность шпателем и удалите лишний бетон. Чем быстрее вы будете работать, тем плотнее будет раствор.

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.

В бетоне на жидком стекле вяжущим является водный раствор сили-ката натрия при Na 2 O * nSiO 2 * mH 2 O, который в результате физико-химического взаимодействия с кремнефтористым натрием или другими до-бавками (реагентами твердения) разлагается с выделением Si(0H) 4 , коагулирует и склеивает между собой зерна заполнителей в монолитный конгломерат. Жидкое стекло обладает высокими адгезионными свойст-вами по отношению ко всем материалам, применяющимся в огнеупор-ной промышленности. Его клеящая способность в 3—5 раза выше, чем цементов, что обеспечивает получение на его основе высококачествен-ных жаростойких бетонов.

В отличие от бетонов на гидравлических вяжущих твердение бетона происходит не в результате гидратации минералов, а в результате образо-вания коллоидного клея Si (ОН) 4 , который приобретает максимальную прочность после высушивания и перекристаллизации в Si0 2 с выделе-нием воды. Бетон твердеет в воздушно-сухих условиях при температуре воздуха не ниже 15 °С. При более низких температурах процесс тверде-ния практически не происходит наиболее благоприятные температуры твердения 25—50 °С. Наиболее удовлетворительными свойствами обладает жидкое стекло, в котором кремнеземистый модуль (молярное отношение SiO 2 и Na 2 O) колеблется в пределах от 2,5 до 3. Кремнеземистый модуль называется также модулем стекла. Процесс схваты-вания и твердения бетона происходит только в момент выделения кремнегеля из коллоидного раствора:

Схватывание и твердение бетонов на жидком стекле с добавкой кремнефтористого натрия или других реагентов твердения представ-ляет собой сложный коллоидно-адсорбционный процесс, обусловленный коллоидно-химическим взаимодействием реагента твердения со щелоч-ным силикатом натрия. В упрощенном виде химическое взаимодействие кремнефтористого натрия со щелочным силикатом натрия, у которого силикатный модуль равен двум, можно выразить следующей схемой:

Na 2 SiF 6 + 2 (Na 2 О* 2SiO 2) + 10Н 2 О = 5Si (ОН) 4 + 6NaF;

Кремнефтористый натрий вследствие малой растворимости в воде (0,6 %) реагирует с жидким стеклом медленно.

Процесс схватывания и твердения в зависимости от количества добавляемого кремнефторида, от температуры и модуля жидкого стекла на-чинается через 30—60 мин. В течение этого времени свежеприготовлен-ная масса достаточно пластична и хорошо формуется. Количество кремнефтористого натрия должно обеспечивать нормальные сроки схватывания и твердения бетона, а также необходимую прочность бетона к моменту распалубки. При этом не следует забывать, что кремнефтористый натрий является сильно действующим плавнем, понижающим огнеупорные свойства бетонов на жидком стекле.

Кроме кремнефтористого натрия для твердения бетона на жидком стекле иногда применяют нефелиновый шлам, феррохромовые шлаки, обожженный серпентинит, который применяется также как заполнитель, обеспечивающий получение огнеупорного бетона с более быстрыми сроками твердения (10—30 мин.).

При нагревании затвердевшего жидкого стекла с добавкой кремнефтористого натрия, основная часть влаги (80 %) удаляется при 100 °С, при нагревании до 200 °С удаляется еще 12 % влаги. Остатки влаги (8 %) удаляются при нагревании до 300 °С, вследствие обезвоживания гелия кремниевой кислоты при кристаллизации Si0 2 . В результате удаления влаги в бетоне наблюдается усадка, которая при правильном подборе состава бетона не превышает 0,8 %, а при применении бетона с тонкомо-лотым магнезитом 0,25 %.

Нагревание до 800—900 °С приводит к частичному спеканию бетона. При введении огнеупорных тонкомолотых добавок спекание бетона происходит при более высоких температурах, его огнеупорность воз-растает.

Для приготовления тонкомолотых добавок используют шамот, маг-незит, хромит, хромомагнезит, кварц, дунит, серпентинит, тальк, анде-зит, диабаз и т.п. Степень измельчения всех видов добавок должна быть такой, чтобы через сито 0,09 мм (4900 отв/см 2) проходило не менее 50 % массы материала.

Выбор того или иного вида добавки зависит от требуемой огнеупор-ности бетона и условий службы футеровки. Применение тонкомолото-го магнезита и хромомагнезита в наибольшей степени повышает огнеу-порность.

Чем меньше плотность жидкого стекла, тем ниже прочность бетона, например, при использовании жидкого стекла плотностью 1,25 предел прочности составляет всего 50 % от прочности при сжатии высушенного бетона (25—30 Н/мм 2), приготовленного на жидком стекле плотностью 1,36 г/см 3 .

При увеличении расхода жидкого стекла увеличивается количество воды в бетоне, в результате чего повышается его пористость, а проч-ность снижается. Так, при увеличении содержания жидкого стекла с 400 до 500 кг на 1 м 3 бетона прочность при сжатии снижается пропор-ционально содержанию Na 2 O.

В результате обжига прочность бетона при сжатии изменяется незна-чительно по сравнению с прочностью высушенного бетона. Нагревание до 300—400 °С вызывает упрочнение его структуры за счет обезвожива-ния геля; при 400—600 °С наблюдается некоторые снижение прочности; с повышением температуры до 800—1000 °С прочность для большинства составов не изменяется или несколько повышается.

Виды тонкомолотых добавок влияют на прочность бетона при нагре-вании. Она наиболее высокая у бетона с тонкомолотой магнезитовой и шамотной добавками. Добавка тонкомолотого кварцита значительно снижает прочность вследствие его модификационного превращения при 575 °С.

Большое влияние на прочность бетона оказывают степень и методы его уплотнения. Для обеспечения подвижности бетона при уплотнении вибрированием в бетон с шамотными заполнителями необходимо вводить не менее 16 % жидкого стекла от общей массы бетона. Умень-шить расход жидкого стекла при этом методе уплотнения нельзя, так как бетон имеет большую вязкость и не уплотняется вибрированием.

Для получения высокопрочного безусадочного бетона с содержанием жидкого стекла 10—14 % необходимо применять трамбование пневматическими трамбовками. При этом крупность заполнителя в бетоне не должна превышать 5 мм, так как укрупнение приводит к измельче-нию трамбовкой и снижению прочности бетона.

При применении трамбования полусухих смесей предел прочности при сжатии бетона на жидком стекле увеличивается в 1,5—2 раза. При этом усадка в процессе сушки и нагревания почти не наблюдается, это имеет большое значение при футеровке индукционных плавильных печей для плавки алюминия.

Увеличение содержания кремнефтористого натрия в бетоне снижает огнеупорность и прочность при высоких температурах, так как он является сильным плавнем.

Наибольшую температуру применения имеет бетон на жидком стекле с тонкомолотой добавкой и заполнителями из боя магнезитового кирпича (1300—1400 °С). Такой бетон начинает размягчаться под наг-рузкой 0,2 Н/мм 2 при 1250-1300 °С и разрушается при 1400-1450 °С.

Широкое применение в индукционных печах для плавки алюминия получил бетон на жидком стекле с тонкомолотым магнезитом и шамот-ными заполнителями. Этот бетон имеет высокую термостойкость и устойчив против восстановительного действия расплава алюминия благодаря тому, что шамотные зерна в этом бетоне покрыты оболочкой магнезитового цементного камня.

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.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Огнеупорными бетонами называют безобжиговые компо-зиционные материалы с огнеупорностью от 1580°С и выше, состоящие из огнеупорного заполнителя, вяжущего мате-риала, добавок и пор, затвердевающие при нормальной или повышенной температуре и обладающие ограниченной усадкой при температуре применения.

Огнеупорные мелкоштучные (нормальных размеров) изделия как массовые огнеупорные материалы, несмотря на высокие показатели свойств, имеют и свои специфичес-кие технико-экономические недостатки. Производство мел-коштучных огнеупорных изделий трудно поддается меха-низации и автоматизации, и в настоящее время уровень механизации на огнеупорных заводах составляет немного больше 50%. Механизация кладки различных промыш-ленных печей из нормальных изделий не превышает 5 % и, что особенно важно отметить, требует высококвалифи-цированного труда каменщиков и часто выполняется в не-благоприятных санитарно-гигиенических условиях. В ре-зультате развития техники строительства и эксплуатации печей выявилась целесообразность производства огнеупорных бетонов и замена ими мелкоштучных изделий. Такая замена позволяет полностью механизировать и автомати-зировать производство огнеупоров и индустриализировать строительство печей, заменив труд каменщика трудом мон-тажника.

Огнеупорный бетон по структуре является аналогом строительных бетонов. Он состоит из заполнителя и вяжу-щего и отличается от обычного строительного тем, что име-ет огнеупорность выше 1580 °С и сохраняет достаточную строительную прочность в службе, т.е. огнеупорный бетон изготовлен из огнеупорных материалов.

Огнеупорные бетоны отличаются от обычных огнеупо-ров тем, что в результате применения специальных вяжу-щих материалов образуется прочная камнеподобная струк-тура при нормальной или несколько повышенной темпера-турах, которая не разрушается при высоких температурах службы. Таким образом, при производстве огнеупорных бетонов отпадает необходимость высокотемпературного обжига. В этом отношении огнеупорные бетоны и безобжиговые мелкоштучные огнеупорные изделия аналогичны.

Огнеупорные бетоны имеют некоторые преимущества перед обожженными изделиями. При монолитной бетонной футеровке полностью отсутствуют швы в кладке. Обжиг изделий, как правило, происходит в окислительной атмо-сфере, и фазовый состав обожженных изделий характери-зуется соответственно оксидными формами тех или иных компонентов. Служат же эти огнеупоры во многих случа-ях в восстановительной среде или при температурах, ког-да оксидные формы становятся неустойчивыми, поэтому в обожженных изделиях любого типа в службе происходят изменения фазового состава, сопровождающиеся часто из-менением объема минералов, приводящим к разупрочнению изделий.

В технологии обожженных изделий, в процессе их ох-лаждения, происходит кристаллизация минералов из жид-кой фазы, образовавшейся при высоких температурах. В службе наблюдается обратный процесс — растворение этих минералов в жидкой фазе. Поскольку объемы жидко-го и твердого состояний различны (для оксидных веществ объем расплава примерно на 10—15 % больше, чем твер-дого состояния), то при кристаллизации образуется суб-микроскопическая пористость, обусловливающая повыше-ние свободной энергии огнеупора. Другими словами, струк-тура и фазовый состав обожженных изделий часто не соответствуют условиям службы. В огнеупорных бетонах
структура и фазовый состав в значительной степени созда-ются в службе и поэтому находятся в соответствии (равно-весии) с условиями службы.

Огнеупорные бетоны всегда более термостойки и ме-нее теплопроводны, чем соответствующие обожженные из-делия. Во многих случаях огнеупорные бетоны оказывают-ся лучше, чем обожженные изделия. Вместе с тем огне-упорные бетоны всегда менее прочны, особенно к истира-нию. Поэтому вообще нельзя противопоставлять огнеупор-ные бетоны обожженным изделиям.
Огнеупорные порошки называют заполнителями (круп-ный, мелкий, тонкомолотый).
В качестве огнеупорных заполнителей применяют мате-риалы, устойчивые в условиях воздействия высоких темпе-ратур и не образующие с вяжущим легкоплавких эвтектик. В принципе всякий огнеупорный безусадочный мате-риал может быть заполнителем. Размер зерен заполнителя находится в пределах 2—30 мм. Огнеупорные порошки, со-держащие все фракции, необходимые для производства бетона, и сухие вяжущие вещества, называют бетонными смесями. Смеси вместе с водой или жидкими затворителями называют бетонными массами.
Огнеупорные бетоны классифицируют по типу изделий: бетонные блоки, бетонные смеси, бетонные массы, и виду вяжущих.

ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ

Под вяжущим веществом огнеупорных бетонов понимают дисперсионную систему, состоящую из дисперсной фазы (огнеупорного материала крупностью ниже 0,09 мм — це-мента) и дисперсионной среды — химической связки.

Вяжущее(дисперсная система) = огнеупорный цемент(дисперсная фаза) + химическая связка (дисперсионная среда).

Таким образом, вяжущее для огнеупорных бетонов — это дис-персная система, состоящая из огнеупорного цемента и химической связки и обеспечивающая твердение бетонов при низких темпера-турах, сохранение прочности при средних температурах и формиро-вание износоустойчивой структуры вплоть до высоких темпера-тур с минимальным снижением огнеупорности.
К таким вяжущим предъявляются следующие требования: они должны обладать адгезионными свойствами, обеспечивать достаточ-ную прочность бетона при твердении; не разупрочняться при нагревании; способность формированию износоустойчивой структу-ры бетона; не снижать огневых свойств бетона.

Для каждого вида огнеупорных цементов существует свой, наиболее рациональный состав химической связки, обусловливаю-щий получение огнеупорных бетонов с наилучшими свойствами. Вы-бор рационального состава цемента и химической связки — один из основных вопросов в технологии огнеупорных бетонов.

Вяжущие для огнеупорных бетонов классифицируются на 5 видов: гидратационные, силикатные, фосфатные, сульфатно-хлоридные и органические. Каждый из этих видов вяжущих состоит из огнеупорного цемента и химической связки.

1. Гидратационные вяжущие представляют собой дисперсные системы, в которых дисперсная фаза представлена высокоглино-земистым, глиноземистым, барийалюминатным, периклазоалюминатным и портландским цементами, а дисперсионная среда — водой.

2. Силикатные вяжущие — дисперсные системы, в которых дис-персная фаза представлена различными огнеупорными цементами, а дисперсионная среда — щелочными силикатами, этилсиликатами, кремнезолем и другими растворами, содержащими золи кремнекислоты, стабилизированные различными (главным образом ще-лочными) добавками.

3. Фосфатные вяжущие — дисперсные системы, в которых в ка-честве дисперсной фазы используют различные огнеупорные цемен-ты, а в качестве дисперсионной среды — ортофосфорную кислоту (Н3РО4) или водные растворы фосфатов. Обычно в фосфатных вя-жущих используют растворы следующих фосфатов: Аl(H2РО4)3, А12(НРO4)3, AlPO4 — алюмофосфатные связки, (А1, Сr)2 (НРO4)3— алюмохромофосфатная связка, Mg(Н2РO4)2 — магнийфосфатная связка, Са(Н2РO4)2 —кальцийфосфатная связка, (NаРO3), — поли-фосфат натрия, Na5P3O10 — триполифосфат натрия. Кроме этих основных солей, используют технические смеси ортофосфорной кислоты с глиной (глинистофосфатная связка), с доломитом (доломитофосфатная связка) и др.

4. Сульфатно-хлоридные вяжущие — это дисперсные смеси, в ко-торых дисперсная фаза представлена преимущественно магнези-альными цементами, а дисперсионная среда — сульфатами или хлоридами магния, железа и алюминия. Кроме этих соединений, мо-гут быть использованы отработанные растворы травильных ванн.

5. Органические вяжущие — дисперсные системы, в которых дис-персная фаза представлена различными огнеупорными цементами, а дисперсионная среда — органическими соединениями — термореак-тивными смолами, пеками, СДБ и др.

Возможны комбинированные вяжущие, состоящие из смесей различных цементов и химических связок.