Бетон — огнестойкий материал. Поэтому он идет на изготовление железобетонных дымовых труб, некоторых частей печей, их фундаментов, сборных отопительных печей. Его огнестойкость имеет большое значение при пожарах, когда температура, действующая на железобетонные конструкции, может достигать 1000°
Разрушение материала происходит послойно за счет ослабления прочности и давления паров, проникающих в поры конструкции. Структура видоизменяется вследствие высокой температуры в различных диапазонах:
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 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.
Жаростойкий бетон изготовляют применяя глиноземистый, шлаковый или обыкновенный портландцемент; к последнему добавляют 25% молотой добавки; заполнители изготовляют из огнестойких, тугоплавких или огнеупорных материалов. Такой бетон может служить при температуре до 1250° в сухой среде и не разрушаться, хотя и теряет от 25 до 60% прочности.
Молотые добавки и заполнители для бетона, подвергающегося нагреванию до 900°, изготовляют из кирпичного боя или доменного шлака; до 1250° — из шамота, огнеупорной глины и хромистого железняка. С этими же заполнителями можно изготовлять жаростойкий бетон на растворимом стекле с добавкой кремнефтористого натрия (так же как и кислотоупорный бетон.
Жаростойкий бетон предложен и разработан К. Д. Некрасовым и др. Он применяется частично при возведении промышленных печей, труб, обмуровке котлов и т. п
Жаростойкий бетон
Жаростойкие бетоны марок 100—700 являются безобжиговьш материалом, сохраняющим в заданных пределах при длительном воздействии высоких температур свои физико-механические свойства. Вследствие этого их применяют в промышленных тепловых агрегатах и строительных конструкциях, подвергающихся длительному нагреванию.
Бетоны приготовляют на гидравлических, воздушно-твердеющих вяжущих и на химическом связующем. К первым относятся бетоны на портландцементе (шлакопортландцементе), глиноземистом и высокоглиноземистом цементах, ко вторым — на жидком стекле или периклазовом цементе и к третьим — на фосфатной связке.
Высокоглиноземистый цемент— гидравлическое вяжущее, содержащее не менее 75% окиси алюминия (АlОз). Периклазовым цементом называют воздушновяжущее, получаемое тонким измельчением высокообожженного рекристаллизованного при спекании магнезита, не содержащего свободной окиси кальция, и затворяемое водным раствором сернокислого магния.
Жаростойкие бетоны, в зависимости от степени огнеупорности, подразделяют
Требуемая степень жароупорности бетона достигается выбором вида вяжущего, тонкомолотой минеральной добавки и заполнителей. В соответствии с объемным весом жаростойкие бетоны делятся на тяжелые и легкие; бетоны с объемным весом в высушенном состоянии менее 1500 кг/мг называются легкими.
В результате работ проф. К. Д. Некрасова были созданы эффективные жаростойкие бетоны.
Для получения жаростойкого бетона при эксплуатационной температуре до 350° с прочностью 100—200 кг/см2 вместо обычного заполнителя применяют бой глиняного кирпича, отвального доменного шлака, артикского туфа, а с прочностью до 250 кГ/см2 заполнителями служат известняк, андезит, базальт, диабаз.
Для получения бетона, работающего при температуре до 700—800°, к портландцементу добавляют тонкомолотые цемянки, доменный гранулиновый шлак, пемзу и т. п., а в качестве заполнителей— указанные выше материалы. При температуре до 1200° в качестве вяжущего применяют смесь портландцемента с тонкомолотым шамотом (в пропорции 1:0,3 по весу). Шамот служит также мелким и крупным заполнителем.
Способ получения жаростойкого бетона на портландцементе с тонкомолотыми минеральными добавками основан на том, что последние, взаимодействуя со свободной окисью кальция цементного камня, способствуют сохранению необходимой прочности и структуры затвердевшего цементного камня при его нагревании и после охлаждения. Кроме того, введение минеральной добавки повышает прочность цементного камня в интервале температур от 100 до 200°. Заполнителями служат достаточно огнеупорные материалы.
Жаростойкие бетоны на портландцементе, в зависимости от вида добавки и заполнителя, применяют при эксплуатационной температуре до 1700°.
Прочность бетона после первого нагревания до температуры 800—1000° уменьшается, но последующего заметного снижения ее после длительного нагревания не происходит и бетон сохраняет необходимые свойства.
Технология изготовления жаростойкого бетона такая же, что и обычного. Для ускорения твердения бетона можно применять электропрогрев, пропаривание и запаривание в автоклавах.
При гидратации глиноземистого цемента гидрат окиси кальция Са(ОН)2 в свободном состоянии не выделяется. Это позволяет на основе такого цемента приготовлять жаростойкий бетон без введения тонкомолотой добавки, ограничиваясь пылевидными фракциями, содержащимися в заполнителях. Прочность такого бетона после первого нагревания также снижается.
Бетон на глиноземистом цементе с различными огнеупорными заполнителями весьма стоек к высоким температурам, порядка 1300—1400°. Применять его при эксплуатационной температуре ниже 800° технически нецелесообразно и экономически невыгодно.
При температуре выше 1400° С можно применять бетоны на высокоглиноземистом цементе с огнеупорными заполнителями (обожженным каолином, хромитом, силлиманитом, корундом, карборундом). Этот цемент имеет более высокую огнеупорность (не ниже 1800°), повышенную температуру деформации под нагрузкой, незначительную усадку и малый коэффициент термического расширения.
Бетоны на этом цементе способны выдерживать температуру до 1700°.
Бетон на жидком стекле обладает не только жаростойкими свойствами, но и достаточной стойкостью во многих агрессивных средах (кислая среда, кроме плавиковой кислоты, расплавов натриевых и других солей).
Вяжущим служит жидкое стекло, обычно с оптимальной добавкой кремнефтористого натрия, обеспечивающего нормальные сроки схватывания и твердения. Наибольшую термическую стойкость имеет бетон с шамотным заполнителем; при менее термостойких заполнителях (магнезите, хромите или дуните) термостойкость бетона понижается.
В зависимости от вида тонкомолотой добавки и заполнителя прочность бетона на жидком стекле при сжатии составляет от 100 до 300 кГ/см2, и такие бетоны применяют при температуре до 1400°С.
Бетон на периклазовом цементе приготовляют из высокорекристаллизованного спекшегося магнезита, не содержащего свободной окиси кальция, и смесь затворяют раствором сернокислого магния.
Структурные изменения магнезиально-бетонных блоков при высоких температурах обусловлены усадкой периклазового цемента (вследствие его спекания) и ростом объема зерен заполнителей (в результате образования шпинели и твердого раствора магнезиальных шпинелей), компенсирующих усадку цемента и затрудняющих спекание бетона. Это обеспечивает постоянство объема жаростойкого бетона блоков в промышленных печах и позволяет применять его при температуре до 1700°.
Бетон на алюмофосфатной связке, в которой используется белый электрокорунд, затворенный ортофосфатной кислотой, выдерживает температуру до 1800°, имеет высокую прочность и начинает применяться в промышленности.
Легкие жаростойкие бетоны подразделяют на теплоизоляционные с объемным весом 600—1000 кг/м3, конструктивные (неармированные) с объемным весом свыше 1000 и до 1500 кг/м3 и с прочностью при сжатии до 250 кг/см2. В таких бетонах вяжущим служит портландцемент, глиноземистый цемент или жидкое стекло, а заполнителем — керамзит, вспученный перлит или вермикулит.
