Огнеупорные бетоны на жидком стекле. Огнеупорный бетон

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

Заполнитель	Тонкомолотая добавка		Огнеупорность, °C	Температура деформации под нагрузкой 2 кгс/см1 (0,02 к Н/см2)	Предельная температура службы при одностороннем нагреве,*С
4%-ного сжатия	разрушения
Высокоогнеуπорные бетоны
Выоокоглиноземистый шамот	Отсутствует	Высокоглиноземистый цемент
Бой магнезитохромитового кирпича		Периклазовый цемент
	Хромит и магнезит	Портландцемент I >1770
Корунд или высокоглиноземистый шамот	Гидрат глинозема
Тугоплавкиебетоны
	Отсутствует	Глиноземистый цемент
Хромит I Хромит	Жидкое стекло 1700
Бой магнезитового кирпича	Бой магнезитового кирпича
Тугоплавкие бетоны
Шамот класса ШБ	Шамот класса ШБ	Портландцемент
		Жидкое стекло с добавками

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.

В настоящее время существует огромное количество различных видов бетона, которые имеют свою область применения и дополнительные свойства, специально подобранные под конкретные нужды. Однако бывают такие ситуации, когда этом материал подвергается воздействию различных факторов в виде высокой температуры, которые не свойственны ему. Поэтому вопрос о том, как изготовить жаропрочный бетон своими руками очень интересует современных мастеров.

Виды материала по температурным режимам

Для начала стоит упомянуть о том, что существует много разновидностей подобных материалов. Все они обладают своими техническими характеристиками, главными из которых являются температурные параметры. Поэтому необходимо разобраться в их составе и методике изготовления.

Температурный режим до 800 градусов

Прежде всего, необходимо сказать о том, что состав жаропрочного бетона позволяет использовать данный материал при высоких температурах без изменения его основных свойств.

При этом можно получить различные марки такого раствора в зависимости от пропорции.

• Основную роль в подобных составах играет специальная добавка . Ее можно приобрести в специализированных магазинах или на рынках строительных материалов. Однако сразу стоит сказать, что нужна именно добавка для изготовления бетона, а не состав для краски или других веществ.
• Также необходимо использовать другие вяжущие реагенты . Говоря проще, на одну часть портландцемента добавляют столько же шлакопортландцемента. При этом оба этих вещества считаются за одну единицу измерений при подборе пропорций.

• Также состав жаростойкого бетона изменяют и в отношении наполнителей . Вместо обычного щебня используют кирпичный бой, доменные шлаки или горные породы. Отлично на эту роль подойдет керамзит, пемза, перлит, диабаз, андезит и диорит.
• Вместо песка в такой раствор лучше класть электрокорунд, но для данных температурных режимов это совершенно не обязательно .

Совет! Очень важно соблюдать указания инструкции, которые прилагаются к добавке. Они могут отличаться друг от друга в зависимости от марки.

Температурный режим до 1700 градусов

Данные виды материала должны сохранять свои свойства при очень высоких температурах, а значит, к их составу нужно подходить очень внимательно. Именно поэтому в качестве песка для них используют корунд, который желательно дополнительно очистить от различных примесей.

Также в такой другого типа, которые способны противостоять высокой температуре. Их цена может показаться слишком высокой, но они полностью оправдывают все затраты.

Важно упомянуть о том, что некоторые мастера рекомендуют использовать в качестве связующего другие материала вместо цемента. Они могут отличаться по своему составу и даже быть жидкими, но подбирать их нужно сугубо индивидуально.

Совет! Если область применения таких растворов требует строго определенного качества, то лучше всего заказывать их у производителя, который имеет соответствующий сертификат на свой товар и не нарушает технологических процессов при изготовлении.

Область применения

Важно упомянуть о том, что жароупорный бетон может иметь массу различных марок и обладать разной плотностью. Именно это и является основным критерием в определении области его применения.

Теплоизоляционный материал

В данной категории представлены составы, которые по своим характеристикам напоминают пеноблок или газоблок. Фактически они ими и являются, но только с включением специальной добавки и правильного подбора компонентов. Также к ним можно отнести керамзитобетонные изделия.

Конструкции из этого материала применяют в качестве утеплителя, который должен выдерживать высокие температуры, не давая воздуху остывать. При этом очень часто они располагаются внутри рабочих зон и подвергаются резким перепадам.

Подобные составы характеризуются как ячеистые и . Однако они обладают определенной теплопроводимостью и устойчивостью к интенсивному нагреву.

Совет! Важно помнить, что принудительно охлаждать такие материалы не стоит. Они в результате этого могут дать трещину.

Конструкционные материалы

Обычно инструкция по монтажу советует применять подобные марки бетона для создания опор, плит перекрытий или других элементов здания, которые подвергаются воздействию нагрева в процессе эксплуатации. Однако стоит отметить, что применять армирование с такими видами бетона не стоит. Дело в том, что при нагревании металл расширяется и может разрушить все изделие.

Вывод

Ознакомившись с видео в этой статье можно детально изучить данные виды бетона и область их применения. Также взяв за основу текст, представленный выше, стоит сделать вывод о том, что этот материал можно изготавливать и самостоятельно, но для ответственных участков лучше использовать продукцию проверенных производителей.

Строительство объектов разного назначения довольно часто предусматривает необходимость использования огнеупорных материалов. С их помощью можно защитить людей и конструкции. В качестве одного из таких материалов выступает огнеупорный бетон. Некоторые его разновидности способны претерпевать воздействие температуры до 1000 °C, при этом форма и полезные свойства сохраняются.

Основные свойства

Среди основных особенностей таких бетонов следует выделить:

• высокую огнеупорность;
• повышенные эксплуатационные свойства;
• прочность;
• отсутствие необходимости использования дорогостоящего процесса обжига при производстве.

На сегодняшний день огнеупорный бетон можно классифицировать по весу. Изготовить самостоятельно или заказать можно следующие разновидности описываемого материала:

• особо тяжелая;
• легкая;
• ячеистая;
• тяжёлая.

В итоге удается получить материал, который может выполнять конструкционную или теплоизоляционную функцию, что зависит от ингредиентного состава.

Особенности изготовления

Если вы решили изготовить огнеупорный бетон, то следует ближе ознакомиться с его составом. Материал выполняется на основе базовых компонентов и некоторых добавок, среди которых выступают:

• шамотный песок;
• магнезит;
• разные ;
• глиноземистый цемент.

Среди добавок следует выделить еще тонкомолотые и минеральные вещества, которые придают материалу прочность. Среди таких добавок:

• пемза;
• мелкоизмельченная хромитовая руда;
• доменный шлак.

Эти компоненты добавляются с целью повышения плотности не только готового изделия, но и сухого состава. Иногда заполнители для производства изготавливаются в условиях завода, но в некоторых случаях могут использоваться тугоплавкие горные породы и бой обожженного огнеупорного кирпича. Для получения разных марок бетона добавляются заполнители разных фракций. Если речь идет о крупнозернистом веществе, то его элементы могут иметь диаметр в пределах от 5 до 25 мм. Когда речь идет о мелкой фракции, то она равна пределу 0,15 и 5 мм. Среди таких ингредиентов следует выделить:

• магнезитовый кирпич;
• шамотный кирпич;
• бой обыкновенного кирпича;
• глиноземистый шлак;
• диабаз;
• базальт;
• отвальный доменный шлак.

Самым распространенным среди потребителей является огнеупорный бетон, который изготавливается с использованием шамота, ведь он отвечает всем запросам строительства. В качестве связующего звена выступают алюмофосфатные ингредиенты и жидкое стекло. Портландцементы, периклазовые и и выполняют роль вяжущих компонентов. Если к ингредиентам добавляется жидкое стекло, то оно позволяет повышать эксплуатационные характеристики. Это особенно верно, если бетонный раствор используется для формирования штукатурного слоя.

Состав которого описывается в статье, может иметь определенную марку. Каждая разновидность предполагает добавление своего пластификатора, магнезитовых порошков и феррохромовых шлаков. Если есть цель приготовить легкий бетон, то следует использовать вспученные материалы по типу:

• вермикулита;
• керамзита;
• перлита.

Если вы решили заказать изготовление смеси у профессионала, то соотношение компонентов они подберут сами, в соответствии с вашим проектом. Состав подбирается по эксплуатационной температуре и условиям службы.

Дополнительно о составе по виду заполнителя

Если вы решили изготовить огнеупорный бетон своими руками, то вами могут использоваться разные заполнители, а именно:

• динасовые;
• корундовые;
• кварцевые;
• готовые смеси.

Рассматривая бетоны по составу, следует выделить марки. Например, АСБГ представляет собой огнеупорную сухую алюмосодержащую смесь, которая используется в цветной и черной металлургии, а также теплоэнергетике. Высокоглиноземистая бетонная смесь с огнеупорными характеристиками обозначается аббревиатурой ВГБС и предназначается для создания монолитной футеровки сталеразливочных ковшей, стен и при устройстве днища.

Эксплуатироваться такой состав может при температуре до 1800 °C. Арматурная сухая высокоглиноземистая смесь обозначается буквами ССБА. Она предназначается для тепловых агрегатов, печей, а также устройства арматурного слоя. Воздействующая температура может достигать отметки в 750 °C.

Сушка бетона

Сушка огнеупорного бетона может осуществляться после завершения этапа отвердевания. При этом используется воздух, а температура окружающей среды не должна оказаться ниже +10 °C. Перед начальным нагревом бетон следует выдержать в течение суток или больше, чтобы добиться устойчивого состояния. Операция сушки позволяет снизить объем свободной воды в бетоне, который мог бы вызвать химическую реакцию между атмосферой и поверхностью футеровки.

После отвердевания футеровка оставляется на влажном воздухе без сушки. После завершения отверждения следует просушить футеровку. Если это невозможно, то бетон оставляется в замкнутой влажной среде. Важно обеспечить хорошую вентиляцию или оставить футеровку в хорошо проветриваемой зоне. Если вы задались вопросом о том, как сделать огнеупорный бетон, то должны быть знакомы еще и с особенностями его подготовки к эксплуатации. Например, этап сушки может проходить с использованием подходящего вентилятора или воздуходувки, которая будет подавать горячий воздух.

Особенности замешивания

Перед тем как сделать огнеупорный бетон своими руками, состав раствора необходимо очень тщательно подобрать. Об этом было сказано выше. Что же касается особенностей замешивания, то для этого рекомендуется использовать Она предпочтительна для теплоизоляционных бетонов, а вот для плотных растворов и вовсе необходима, так как позволяет равномерно и правильно замешивать материал с добавлением меньшего объема воды. Что касается бетономешалки, то этого эффекта добиться будет весьма сложно.

Данная рекомендация актуальна еще и по той причине, что для плотного бетона содержание влаги может оказаться критичным. Ведь для описываемых материалов максимальная прочность требуется наряду с оптимальной плотностью. По своей природе теплоизоляционные бетоны мягче, чем плотные, поэтому важно, чтобы они замешивались с использованием требуемого количества воды. Ее излишек может стать причиной снижения прочности и плотности, тогда как недостаток повлечет уменьшение текучести.

Пропорции огнеупорного бетона

Приготовление огнеупорного бетона должно вестись с соблюдением определенных пропорций. Если с использованием материала планируется возвести камин, то раствор после затвердевания должен будет выдерживать температуру в пределах 1200 °C. Из смеси можно изготовить камин и топливник. Для проведения работ понадобится 1 часть бетона марки М-400, 2 части песка из столько же частей крошки из боя кирпича, а также 0,33 части пылевидной шамотной добавки.

Если вы планируете выстраивать монолитный очаг, то на него в процессе эксплуатации отопительного оборудования постоянно будет воздействовать открытое пламя. Для этого требуется приготовить раствор со следующими пропорциями: 2,5 части щебня, часть бетона, 0,33 части шамотного песка. Что касается щебня, то он может быть выполнен из кварцевого или красного кирпича, в качестве альтернативного решения иногда используется тонкомолотый красный кирпич.

Заключение

Особенности приготовления раствора для создания огнеупорного бетона схожи с теми, которые используются при затворении обычного цементного раствора. Если предполагается осуществлять заливку в опалубку, то движение должны быть направлены по часовой стрелке. Иногда для формирования изделий используются формы из фанеры.

Для того чтобы исключить испарение воды в процессе затвердевания, формы после изготовления следует уплотнить. Это способствует более легкому извлечению отливок. Наиболее простой способ уплотнения - полиэтилен, но для того чтобы добиться лучшего результата, следует использовать силикон, который предварительно смазывается растительным жиром.

Нашел, сохранил все-таки.

Цементный раствор, жаростойкие бетонные смеси
Цементный раствор - самый прочный, он твердеет на воздухе и в воде. Приготавливается из цемента, песка и воды. Применяется для кладки фундаментов в сырых местах или на грунтах, насыщенных водой, а также труб выше кровли. Цементный раствор быстро схватывается (начало схватывания - 45 мин, конец - не позднее 12 ч). Применяется не позже часа с момента приготовления, при более длительных сроках снижает свою прочность. Марка, или прочность раствора на сжатие, бывает разная и зависит от количества составляющих материалов, а также марки цемента. Составы раствора - от 1:1 до 1:6.

Для приготовления раствора цемент и песок просеивают через сито с отверстиями 3х3 мм, отмеривая их объемными дозами. Нужное количество песка насыпают тонким слоем и сверху посыпают цементом, перемешивают до полной однородности, а иногда дополнительно просеивают через сито. В сухую смесь льют воду до нужной густоты.

Сложный раствор приготавливают из двух вяжущих и одного заполнителя: цемента, известкового теста и песка. Применяется для кладки фундаментов во влажном грунте и труб выше кровли. На одну часть цемента берут от одной до трех частей известкового теста и от шести до пятнадцати частей песка.

Раствор приготавливают двумя способами. Из цемента и песка готовят сухую смесь, затем известковое тесто разводят водой до густоты сметаны. Эти материалы предварительно отмеривают точными объемными дозами. В разведенное известковое тесто добавляют приготовленную порцию цементной смеси, все тщательно перемешивают. Для получения раствора нужной густоты добавляют воду и еще раз перемешивают.

Другой способ: из отмеренного количества песка и известкового теста приготавливают раствор, насыпают в него порцию цемента и все тщательно перемешивают. Цемент можно предварительно смешать с водой до сметанообразного состояния. Такой раствор пластичнее цементного, но он ниже по прочности. Его необходимо запасать в таком количестве, чтобы употреблять в дело за час с момента приготовления.

Жаростойкие бетонные смеси используют для изготовления монолитных очагов открытого огня или блоков для кладки печей и топливников. Технология приготовления - как и цементно-песчаного раствора. Применение бетона, как правило, требует сооружения опалубки и выдерживания его до 28 суток во влажном режиме. Свежеуложенный бетон (в опалубке) закрывают рогожами или стружками и обильно смачивают водой, особенно в течение первых трех - пяти дней. Хорошие результаты дает использование в этих целях полиэтиленовая пленка (паровой эффект).

Составы жаропрочных (огнестойких) бетонов в объемных частях:

Для очагов открытого огня
Цемент марки не ниже 400.1
Щебень из красного кирпича...2-2,5
Кварцевый песок или тонкомолотый красный кирпич...2-2,5
Тонкомолотый (пылевидный) шамотный песок..0,33

Для топливников
Цемент марки не ниже 400.1
Щебень из шамотного кирпича.2
Песок.2
Тонкомолотый (пылевидный) шамотный песок.0,33

В последнем рецепте меня лично настораживает "песок", у него коэффициент теплового расширения сильно отличается от цемента, возможно имелось в виду "шамотный песок".

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.