|
Жаростойкие бетоны состоят из
твердеющей при нормальной температуре связующей части и огнеупорных заполнителей.
Они способны длительно выдерживать воздействие высоких температур и не
отличаются по своим свойствам от обычных огнеупоров. Для изготовления
огнеупорных бетонов применяют портландцемент, глиноземистый цемент, жидкое
стекло, бариевый цемент. Прежде всего следует отметить, что затвердевшие
портландцемент, глиноземистый цемент и некоторые другие вяжущие, как
известно, содержат воду различных видов: химически связанную
(кристаллизационную), адсорбированную цементным гелем, капиллярную,
свободную. Вода из гидросиликатов, гидроалюминатов, гидроксида кальция и др.
удаляется в определенном интервале температур и практически полностью при
высоких температурах. Дегидратация при быстром нагреве может вызвать
нарушение структуры цементного камня.
Исследования К. Д. Некрасова и его сотрудников показали,
что прочность бездобавочного портландцемента при дегидратации при температуре
до 1173 К снизилась на 90% от первоначальной прочности, а у пуццолановых и
шлакопортландцементов на 50—75%. Дальнейшее повышение температуры до
1523—1623 К ведет к образованию плотного спекшегося цементного камня.
Установлено, что для получения качественных бетонов на
портландцементе в его состав вводят небольшое количество фосфорного ангидрида
для стабилизации, C2S в p-форме и предупреждения его перехода в 7-фор- му.
Эффективность службы огнеупорного бетона повышается при введении в состав
портландцемента тонко- молотой добавки, преимущественно огнеупорной, в виде
хромита, магнезита, шамота обычно в количестве не более 10% массы цемента. Эта
добавка при 873— 1273 К вступает в твердофазовую химическую реакцию с оксидом
кальция, образовавшимся при дегидратации Са(ОН)2, а также с цементными
дегидратированными и негидратированными соединениями. Реакции продолжаются
при 1473—1573 К и протекают уже с участием появившейся жидкой фазы, которая
способствует уплотнению структуры и повышению прочности бетона.
Для некоторых видов огнеупорного бетона можно применять
шлакопортландцемент. При использовании глиноземистого цемента необходимость
ввода в его состав тонкомолотой добавки отпадает, поскольку образующийся при
гидратации цемента А1(ОН)3 и гидроалюминаты кальция постепенно
дегидратируются и прочность бетона при этом снижается в меньшей степени.
Применяются также высокоглиноземистый цемент, отличающийся повышенным (до
75%) содержанием глинозема, жидкое стекло с добавкой кремнефтористого натрия,
тонкомолотого магнезитового кирпича, хромита, талька или шамота. Употребляют
периклазовый цемент, получаемый путем затворения тонкоизмельченного
магнезитового кирпича на растворе сернокислого магния. Топкомолотые добавки в
его состав не вводят.
В огнеупорном бетоне вяжущим могут служить соединения
бария. Они придают ему огнеупорность и делают устойчивым против
радиоактивного излучения. Ортосиликаты бария и кальция образуют ряд твердых
растворов, плотность которых достигает 5,2 г/см3. Орто- силикат бария
2Ba0-Si02 гидратируется с образованием гидроксида бария. Дегидратация этого
соединения полностью заканчивается лишь при 1123 К.
Известны следующие соединения алюминатов бария, плавящиеся
при высоких температурах без разложения:
3 ВаО• А120З при 2023К;
ВаО-А12Оз » 2103К;
Ва0-6А]203 » 2173К (вяжущими свойствами не обладает) .
Возможно получение двухбариевого феррита, также
обладающего вяжущими свойствами. Большой интерес для получения жаростойких
бетонов представляет моноалюминат бария. Если в качестве заполнителя
применяется шамот, хромомагнезит, муллит и корунд, то бетоны на
бариево-алюминатной связке отличаются высокими техническими свойствами.
Прочность бетонов на алюминатно-бариевом цементе не снижается при нагреве до
1473 К, а при 1623 К она возрастает примерно в 2 раза. Положительные
результаты получены при испытании барийсодержащего портландцемента. Оксид
бария (3—5%) в нем входит в виде твердого раствора преимущественно в состав
белита. Жаростойкие бетоны, полученные на этом цементе, в состав которого
вводилась тонкомолотая добавка шамота, характеризовались достаточной
brneynopHocTbjo. Эффективным вяжущим для получения стойких бетонов является
жидкое стекло.
Заполнителями бетона в этом случае должны быть
преимущественно диабаз и андезит [92]. Наибольшей огнеупорностью обладают
бетоны на высокоглиноземистых цементах, в состав которых введена тонкомолотая
добавка корунда и особенно плавленого глинозема.
Важно отметить, что сушить и разогревать тепловые агрегаты
из цементного бетона нужно очень медленно и осторожно, так как при быстром
высушивании и разогреве в пусковой период работы агрегата возможно изменение
структуры цементного камня, образование трещин в бетоне и даже его
разрушение. Поэтому допустимы сушка и разогрев тепловых агрегатов из бетона
на портландцементе только 7-суточного, а на других цементах только
3-суточного срока твердения. В зависимости от объема бетона общая
продолжительность сушки и разогрева, включая подъем температуры от 973 К до
рабочей, установлена в пределах 60—408 ч. Однако даже при соблюдении этих
условий прочность бетона после сушки и разогрева снижается. Поэтому следует
применять бетон самой высокой марки. Большую прочность бетона можно получить
при минимальном значении В/Ц, без увеличения удельного расхода цемента.
По нормативным документам допустимая остаточная прочность
после нагревания до 1073 К для бетона на портландцементе составляет 30—40%;
на глиноземистом, высокоглиноземистом и периклазовом цементах— 30%; на жидком
стекле — 50—90%. При применении барийсодержащего портландцемента с
тонкомолотой добавкой шамота остаточная прочность достигает 43—68%.
|