Особенности огнеупорного бетона и его характеристики

Использование огнеупорного бетона

В состав огнеупорного бетона входят специализированные добавки и смеси, которые придают материалу большую прочность при влиянии больших температур.

Во время эксплуатации жаропрочный бетон приобретает еще значительную стойкость к нагреву. Хорошим положительным качеством считается тот момент, что огнеупорный бетон не просит очень дорогого особого обжига, потому повсеместно применяется в строительстве.

По фунционалу он не выделяется от простого бетона и может обеспечивать полную безопасность и защиту вашей конструкции от перегревания. Более того, жаропрочный бетон может использоваться как материал для термоизоляции.

В зависимости от сферы использования делят ячеистый, не тяжелый или плотный бетон. Не тяжёлым материал считается, когда в высушенном состоянии его вес не больше 1500 кг/м3. К базисному сырью из шлакопортландцемента, портландцемента, глиноземистого цемента или стекла жидкого прибавляются тонкомолотые примеси, вроде боя огнеупорного кирпича, кускового шамота, пемзы, боя магнезитового кирпича, андезита и прочих. Добавки помогают отвердеванию жаростойкого бетона и формируют его жаростойкие качества.

Жаростойкие бетоны на фосфатной и силикатной связке

Есть говоря иначе специализированный жаропрочный бетон. Это когда кроме глиноземисто-цементной связки в его состав добавляют силикатную или фостфатную основу. Жаропрочный бетон на фосфатной связке лучше схватуется с другими огнеупорами, быстрее затвердевает и имеет более большую прочность если сравнивать с бетоном на глиноземистом цементе. Отвердитлем выступает цемент, тальк, окись магния. Наполнением служат высокотемпературные материалы: корунд, бой корундовых и высокоглиноземистых огнеупоров, хромиты и хромомагнезиты.

Жаростойкие бетоны на силикатной связке используют в условиях кислотной среды. С целью увеличения твердости добавляют силиката натрия, кремнефтористый натрий, фосфаты.

Заполнителем служит кварц, высококремнеземистый шамот. Благодаря очень высокой стойкости к кислотам жаропрочный бетон на силикатной связке как правило применяют для дымоотвода в травильных ваннах, баках, футеровки труб.

Если вы пришли к выводу построить из огнеупорного бетона мангал, камин или печька в доме собственными руками, то для экономии во время строительства это можно легко изготовить собственноручно. Чтобы это сделать применяют сухую приготовленную смесь или перемешивают компоненты по особенной технологии, схожей с приготовлением простого бетона.

Фабричные смеси сделаны по всем нормам и могут обеспечивать качество продукции. Используя сухую приготовленную смесь, тщательно прочтите на упаковке инструкцию и жестко следуйте ей.

Производственная технология огнеупорного бетона делится на два варианта: если конструкция будет подвергаться влаге, не добавьте жидкое стекло, если среда кислая и опасная не примените портландцемент.

Установите рабочую площадку, удостоверьтесь в общедоступности воды и чистоте инструментов.

Изготовление жаростойкого бетона

В типовый состав жаростойкого бетона входят: песок, гравий, гашеная известь, огнеупорный цемент. В соотношениях исходя из этого 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 примените бетоньерку.

Потом заливайте смесь водой, пока она не наберет необходимую консистенцию. Перенесите смесь в готовую форму или отливку, выровняйте поверхность шпателем и уберите лишний бетон. Чем быстрее вы будете работать, тем плотнее будет раствор.

Дабы убрать пустоты и освободится от воздушных пузырьков в жаростойкой смеси используйте перфаратор или воспользуйтесь отбойным молотком. В древесную часть формы вставьте сверло и работайте в течении одной минуты. Дальше смесь которая уже готова к использованию нужно покрыть пленкой и оставить на несколько дней, иногда сбрызгивая водой. Готовый противопожарный блок перенесите в помещение и потом оставьте на 25 дней.

Чтобы выполнить отливки воспользуйтесь фанерой. Для легкого извлечения жаростойкого блока на днище формы кладут полимерный этилен, или как максимум смазанный жиром силикон, который не будет мешать испарению воды с поверхности блока.

Работа в условиях высоких температур

Обычные бетоны, не относящиеся к термостойким, способны выдержать температуру до 200-250 ℃. Этого достаточно, чтобы уцелеть строительным конструкциям, подвергшимся воздействию огня при начинающемся пожаре.

Если же пожар не погасить, температура в помещениях будет повышаться, и превысив отметку в 300 ℃, начнёт разрушать материал. В этих условиях начинается изменение структуры цемента. При температуре до 500 ℃ начинается разрушение песка и щебня, происходит растрескивание материала и обнажение арматуры. При дальнейшем повышении температуры железобетонные элементы разрушаются вследствие потери огнестойкости.

Еще больший вред для прочности конструкций из железобетона наносится при тушении пожара холодной водой, которая быстро охлаждает их, делая хрупкими.

В обычных зданиях огнезащиту бетона совершенствуют путем нанесения на конструкции специальных покрытий или средств. Они представляют собой вспенивающиеся и затвердевающие негорючие массы, наносимые распылением на поверхность для создания теплоизоляционного слоя необходимой толщины. Такие мероприятия значительно повышают предел огнестойкости конструкций из бетона и увеличивают пожаробезопасность сооружений. Если же необходима эксплуатация в условиях постоянного воздействия высоких температур, применяются только огнеупорные составы.

Вилла в Сан-Тропе

Есть у известного певца и вилла в Сан-Тропе. Это большой дом, где Тимати проводит время своего отпуска. Вилла шикарно обставлена. Стильный дизайн и красивая мебель позволяет почувствовать себя как в шикарном отеле.

С балкона открывается красивая картина — вид на морскую гладь. Также на территории виллы есть бассейн, где Тимати любит проводить время.

На заметку!

В доме шикарная спальня и гостиная, где Тимати проводит время после тяжелого дня. Площадь виллы 900 кв. метров. Есть и тут и шикарная детская, игровая комната, где дочь Тимати проводит время. Дом находится под круглосуточной охраной. Стоимость особняка составляет более 5 млн. долларов.

Состав и свойства

Основа огнестойкого бетона – это огнеупорный цемент, являющийся вяжущим элементом, скрепляющим все другие компоненты в однородную, целостную структуру.

Бывают:

• Портландцементы высоких марок.
• Основа из портландцемента с добавлением зольных, металлургических шлаков, обладающая повышенной вязкостью.
• Глиноземная цементная основа с добавлением силикатов (жидкого стекла).
• Глиноземистый цемент (ГЦ) с содержанием оксида алюминия до 55 %, температура плавления которого доходит до 1500 ℃.
• Высокоглиноземистый цемент (ВГЦ), в котором содержание Al₂O₃ доходит до 70 %, с температурой плавления – до 1800 ℃.

Применение огнеупорного бетона в металлургии

Наиболее применяем ВГЦ, являющийся гидравлической связкой при производстве как тяжелых, так и легких (ячеистых) бетонов с высокой стойкостью к огню, сильному нагреву.

Глиноземистые цементы – это весьма распространенные компоненты сухих готовых смесей для получения огнестойкого бетона: торкрет-масс, кладочных растворов. К их положительным свойствам относят:

• Быстрое нарастание прочности – до 70 МПа после заливки, торкретирования.
• Выделение тепла при затвердевании, что позволяет проводить работы при отрицательной температуре без подогрева.
• Высокая плотность бетона огнеупорного, полученного на их основе – до 2 тыс. кг/м3.
• Устойчивость к агрессивному воздействию среды, что позволяет использовать их в качестве защитного слоя в аппаратах химических производств с высокой температурой технологического режима.
• При воздействии открытого пламени, высокотемпературных тепловых потоков происходит спекание бетона, изготовленного на основе глиноземистых марок огнеупорного цемента в однородную керамическую массу.

Второй неотъемлемый компонент огнеупорного бетона – это негорючий наполнитель, в качестве которого используют:

• Бой шамотного, магнезитового кирпича.
• Магнезит, андезит.
• Хромитовую руду.
• Металлургические шлаки.
• Золу тепловых станций.
• Базальт, диорит, корунд.
• Вулканическую пемзу.
• Обожженную каолиновую глину.

Все виды наполнителей при производстве и подготовке к использованию измельчаются до необходимых по стандартам фракций, проходят термическую обработку, поэтому их свойства под воздействием огня, сильного нагрева неизменны, как и не происходит химических, физических изменений, влияющих на целостность, прочность структуры жаростойкого бетона.

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.

Применение

Обычно огнеупорный и жаростойкий бетон актуален для использования в возведении химических, энергетических, металлургических сооружений. Материал подходит для сооружения плавилен, доменных печей, теплоцентралей.

В быту необходимость приготовления термостойкого бетона появляется при строительстве печей, котлов отопления, каминов. Также из раствора делают выводы труб, выкладывают отопительные контура. В частном строительстве бетон готовят своими руками, используя специальные компоненты и точно следуя инструкции, соблюдая указанные пропорции.

Новые конструкции вводятся в эксплуатацию минимум после 3 суток (быстротвердеющий цемент, глиноземистый, жидкое стекло), 7 суток (портландцемент) или после набора проектной прочности монолитом. До нагрева конструкции просушивают для полного удаления свободной воды в составе. Разогревают по специальным режимам, в соответствии с технологическими инструкциями.

Эксплуатационные характеристики

Основные характеристики огнеупорных бетонов, кроме высокой огнестойкости:

• Надежная термоизоляция.
• Высокая прочность, неразрушимость даже при резких перепадах температуры.
• Усиление свойств в процессе эксплуатации.
• Отсутствие необходимости в обжиге после окончания работ по заливке, торкретированию.
• Снижение затрат при использовании готовых смесей, которые несложно довести до требуемой консистенции непосредственно на строительном объекте.

Часто у возникает вопрос – как сделать огнестойкий бетон своими руками?

Необходимо это для того, чтобы выполнить из него стационарную печь для барбекю, тандыр или камин.

Невзирая на советы «диванных гуру» из интернета, недостаточно добавить к обычной бетонной смеси специальные огнестойкие добавки, а также невозможно самостоятельно подобрать необходимые ингредиенты согласно заводской рецептуре огнеупорного бетона. В любом случае получившийся материал будет походить на желаемое лишь названием, не обладая требуемыми эксплуатационными характеристиками, но, изготовить жаропрочный бетон в домашних условиях все же возможно.

Монтаж печи с использованием огнеупорного бетона

Для этого необходимо:

• Приобрести сухую смесь заводского производства с необходимыми свойствами.
• Использовать для приготовления заливочного, кладочного раствора именно то количество воды на 1 кг смеси, как это указано в инструкции по применению.
• Для перемешивания нужно использовать лопастную бетономешалку с электроприводом, так как вручную невозможно получить однородную консистенцию бетонного раствора.
• При сушке необходимо сбрызгивать поверхностный слой водой для равномерной гидратации бетонной структуры, увеличения ее прочности.
• Не следует прежде установленных сроков окончательного отвердевания производить нагрев, эксплуатацию печей, каминов, где для заливки, кладки применялся огнеупорный бетон.

Кроме того, большинство готовых огнеупорных смесей обладают короткими сроками гарантийного хранения, поэтому стоит приобретать их незадолго до использования.

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.

Плюсы и минусы

Плюсов у этого материала достаточно много:

• Большой запас прочности
• Способность выдерживать высокотемпературный нагрев без деформации
• Хорошие теплоизолирующие качества
• Возможность использования, как в качестве скрепляющего вещества кладки, так и для изготовления строительных огнеупорных материалов.

Существует так же и ряд минусов:

• Чем выше целостность, тем ниже способность сопротивления высоким температурам и наоборот
• Уже готовая смесь не может храниться дольше 2-3 недель, иначе полученный бетон не может считаться жаростойким, так как не будет обладать требуемыми параметрами термозащиты

Жаростойкие и огнеупорные бетоны

Несмотря на разные названия, это практически один и тот же вид бетона. Используют его для футеровки котлов, печей, для изготовления фундаментов под оборудование, которое будет работать при высоких температурах. Несмотря на то, что бетоны всё-таки уступают по стойкости к высокой температуре некоторым глиняным обожженным материалам, их использование вполне оправдано, так как для изготовления таких изделий и конструкций не требуется обжиг. Это, в конечном счете, снижает и цену изделия.

Специальные вещества, вводимые в состав огнеупорных смесей, придают им качества, при которых они не только выдерживают тепло, а ещё и улучшают свои эксплуатационные свойства в процессе воздействия высокой температуры. Конструкции могут быть монолитными железобетонными или сборными из блоков.

В качестве вяжущего вещества в огнеупорных бетонах используют глиноземистые цементы, жидкое стекло и алюмофосфаты. В роли заполнителей – тугоплавкие огнеупорные породы. Это корунд, магнезит, шамот. Пластификаторами, участвующими в производстве, являются феррохромовый шлак или перлит.

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%.

Огнестойкость бетона

Кроме вида цемента на огнестойкость бетона оказывает влияние также род заполнителя.

При температуре выше 600° не следует применять заполнители, содержащие кварц (песчаник, кварцит, гранит), так как кварц при таком нагревании значительно увеличивается в объеме. Лучше использовать известняк, но при температуре не выше 900°.

Прочность обычного бетона при длительном нагревании

Прочность обычного бетона при длительном нагревании начиная с температуры 70°, понижается и при 200° падает до 50%. Это понижение не является катастрофическим, так как со временем оно ие увеличивается, но все же следует предохранять бетон от воздействия температуры выше 70° и учитывать при проектировании составов бетона неизбежную потерю прочности.

При действии постоянной температуры выше 200° бетон необходимо изолировать теплоизоляционной штукатуркой, засыпкой, кирпичом и т. п. При нагревании выше 500° и последующем увлажнении обычный бетон разрушается вследствие дегидратации Са(ОН)2 и дальнейшего гашения свободной извести.

Область применения

Пожаростойкий, огнеупорный бетон востребован в следующих отраслях промышленного производства, строительства:

• На предприятиях черной, цветной металлургии при возведении, ремонте доменных, мартеновских печей, индукционных печей выплавки алюминия, меди, цинка; для футеровки транспортных, разливочных ковшей, отливочных форм.
• Как носитель химических катализаторов технологических процессов по переработке углеводородного сырья, в органическом синтезе.
• Для футеровки котлов тепловых, технологических теплоэлектростанций.
• Для термоизоляции подов, корпусов, сводов промышленного оборудования.
• Для печей, каминов в качестве заливочного, кладочного раствора, в том числе при устройстве дымоходов, труб, противопожарных разделок, отступок.
• При производстве малоразмерных огнеупорных изделий.

А также в других случаях, когда к бетонным конструкциям предъявляются требования по стойкости к огню, постоянному сильному нагреву, перепадам температуры, с сохранением прочности, физической, химической стабильности используемого материала в таких жестких условиях.

Испытание бетона на огнестойкость

На огнестойкость бетон испытывается имитированием условий реального пожара на модельном устройстве. Во время испытания возможно контролировать огонь и наблюдать, как бетон реагирует на различные изменения. В экспериментальном здании устанавливаются температурные датчики, которые фиксируют внутреннюю и внешнюю температуру строения.

Получаются данные в режиме реального времени, измеряются: временной промежуток, за который здание выдержит максимальную возможную при реальном пожаре температуру; и температура плавления бетона в градусах (также теплопроводность жаростойкого и ячеистого бетона).

Бетон состоит из нескольких веществ, и каждый отдельный компонент плавится при разных условиях. Например:

• керамзит – при температуре 1100-1150 °С;
• полевые шпаты поддаются огню в 1300-1500 °С;
• кремнезем – 1700-1710 °С;
• глинозем способен противостоять температурному воздействию до 2000-2050 °С.

Состав

Все цементы – это минеральные композиции на основе известняка, глины и гипса. Может сложиться впечатление, что такое сырье заведомо обладает огнеупорными свойствами.

Известняк и гипс, действительно, хорошо выдерживают нагревание, в то время как термостойкость глины в большой степени зависит от ее природы.

Существует 5 разновидностей цементных смесей, из которых в обычной практике наибольшее распространение получил портландцемент с максимальной термической устойчивостью до 600 ℃.

Нагревание уже до 250 ℃ провоцирует появление первых трещин, по которым может распространяться дым и огонь. При более высоких температурах портландцемент начинает разрушаться, что чревато серьезными последствиями при пожарах.

Таблица. Содержание оксидов в высокоглиноземистых составах

Вид цемента	Содержание оксидов нижеуказанных элементов , %
Оксид кальция СаО	Оксид железа Fe2O3	Оксид кремния SiO2	Оксид магния               MgO	Оксид серы     SO3	Диоксид титана             ТiO2	Оксид алюминия Аl2О3
ВГЦ I	32%	1.0%	3.0%	1.5%	2.0%	0.05%	60%
ВГЦ II	28%	1.0%	1.5%	1.0%	2.0%	0.05%	70%

Огнеупорный цемент, сделанный на основе специальных видов глины с преобладанием глиноземистого и высокоглиноземистого сырья, благополучно выдерживает достаточно длительное нагревание до 1480 ℃, особые сорта – до 1750 ℃. Повышенная термостойкость обусловлена большими концентрациями оксида алюминия, которые варьируются от 55 % до максимального содержания, равного 70 %.

Это интересно: Основные отличия пенобетона от газобетона — читайте во всех подробностях