Огнеупорный бетон. Как изготовить жаропрочный бетон своими руками

В кладке печей, каминов, дымовых труб не обойтись без термоустойчивых материалов. В жилищном и промышленном строительстве для этих целей применяется огнеупорный жаростойкий бетон. Его отличительное свойство – способность длительное время выдерживать воздействие сверхвысоких температур без потери формы и эксплуатационных качеств. Знакомство с термопрочной основой поможет узнать, как можно изготовить ее своими руками.

Предельная температура, которую способны выдержать самые качественные дорогостоящие сорта бетонов – 1500 °С. Хрупкий материал начинает крошиться, что негативно сказывается на всей конструкции.

Проблема низкой прочности цемента была решена благодаря технологиям, включающим в процесс производства введение различных наполнителей. Огнеупорный бетон содержит в себе молотый шамот, алюминиевый или бариевый цемент, жидкое стекло, керамзит, асбест и прочие компоненты. Присадки способствуют превращению твердеющего состава в монолитную основу. Добавление глинозема наделяет конечный продукт надежной устойчивостью к воздействию любых кислот.

Огнеупорный материал отлично переносит температурные перепады, поэтому вполне пригоден для возведения специализированных строений. Эксплуатационный терморежим выделяет три марки бетонов:

• жаропрочные – до 1500 °С;
• огнестойкие – до 1800 °С;
• сверхогнеупорные – от 1800 °С.

Совокупность технических показателей наделяет бетон особыми эксплуатационными свойствами:

• высокий уровень термостойкости;
• уверенная прочность;
• экономичная технология производства, исключающая дорогостоящий обжиг.

Кроме конструкционного назначения огнеупорный материал используют также в качестве надежного термоизолятора

Выбор состава для жаростойкого бетона

Основой может быть избрано любое вяжущее сырье:

• портландцемент;
• шлакопортландцемент;
• глиноземистый или периклазовый цемент;
• жидкое стекло.

К ним добавляют тонкомолотые присадки, составное количество которых оказывает влияние на объемный вес конечного изделия. Обычный огнеупор в высушенном состоянии имеет показатель 1500 кг/м3 и выше. В зависимости от предназначений различают три категории жаростойкого бетона:

• легкий ячеистый;
• тяжелый;
• особо тяжелый.

Выбор измельченных добавок и наполнителей определяется видом вяжущего вещества, температурным режимом и условиями эксплуатации готового огнеупорного изделия.

Для затвердения бетона, приготовленного на жидком стекле, рекомендовано введение нефелинового шлама, гранулированного шлака или кремнефтористого натрия. В смесь на основе периклазового цемента добавляется водный раствор сернокислого магния.

Приготовление своими руками

С целью оптимизации расходов процесс производства вполне возможно освоить в домашних условиях. Технология изготовления жаростойкого продукта сходна с обычным бетоном на цементной основе. Особенностью процедуры является тщательная поэтапная проработка.

В качестве примера рассмотрим смесь, из которой получается жаропрочный бетон с содержанием шамота:

• гравий;
• песок;
• огнеупорный состав (цемент М400, дробленый красный кирпич, кварцевый и шамотный песок в пропорциях 1:2:2,5:0,33);
• гашеная известь.

1. Приготовление раствора.

Сырье тщательно перемешивается сухим в соотношении 3:2:2:0,5 при помощи лопаты, затем помещается в бетономешалку. После добавляют воду и включают вращение. Готовность определяется практическим путем: если комок из огнеупорного бетона, слепленный вручную, не разваливается и сохраняет форму, значит, смесь достигла рабочей густоты.

Процедуру смешивания необходимо проводить в теплом помещении. Вода для бетона должна быть чистой и подогретой.

2. Формовка.

Готовую смесь заливают в опалубки или фанерные емкости, которые предварительно выстилают силиконовой пленкой, смазанной растительным жиром. Это помогает избежать пересыхания и облегчает последующую выемку готовых элементов. Чтобы в формах не оставались пустоты и воздушные пузырьки, при заполнении применяют перфоратор. Высокая плотность огнеупорного раствора требует быстрого проведения всех работ.

3. Выдерживание бетона.

Чтобы предотвратить растрескивание поверхностей, их необходимо периодически увлажнять водой и накрывать полиэтиленом. Через пару суток пленку можно снять и дать раствору просохнуть еще 1-2 дня. После застывшие элементы вынимают из форм и дают выстояться в обогреваемом помещении 20-25 дней. За это время готовые блоки для печей набирают необходимую прочность и используются по назначению.

Средняя стоимость

Сегодня без труда можно сделать закупку огнеупорных изделий, сухих огнестойких смесей, присадок в любом регионе России. Все марки отвечают строгим требованиям ГОСТа, что подтверждается сертификатами соответствия качеству.

Среди крупных производителей отмечают ОАО «Магнитогорский цементно-огнеупорный завод», ОАО «НовосибТеплоСтрой», ОАО «СпецОгнеупорКомплект» (Екатеринбург), Сухоложский огнеупорный завод (Свердловская обл.), ООО «Бетонформат» (Москва), группу компаний «Монолит» (Санкт-Петербург) и другие.

Стоимость готовой продукции формируется в зависимости от марки, ожидаемых эксплуатационных нагрузок и технологической линии по производству жаробетона.

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 частном домостроении часто возникает вопрос использования бетона в средах повышенных температур: это сооружение каминов, дымовых труб, печей и очагов на открытом воздухе. Для этих целей целесообразно использовать именно жаропрочный бетон с добавками, придающих особые свойства стройматериалу.

Прежде чем говорить о составе и характеристиках материала, нужно отметить, что бетон это не нано материал, созданный по специальным технологиям. Главное свойство бетона это дешевизна и простота изготовления. Поэтому в качестве присадок для цементной смеси используются отходы различных отраслей промышленности: в основном горнодобывающей и металлургической. Поэтому не стоит удивляться, если вместо уникальных присадок, будут использоваться самые обычные отходы, вроде керамзитной крошки.

Еще один момент, который стоит прояснить – это количество присадок и жидкость для создания смеси. В составе цементной смеси редко присутствует больше одной присадки. Ее выбирают в зависимости от требуемых свойств будущего бетона. Нет смысла использовать более дорогую присадку для создания жароупорного бетона, если можно обойтись обычным наполнителем для жаропрочного. Все траты в строительстве должны быть целесообразными.

В состав любого бетона входит цементная основа, щебень разного дисперсного состава, песок и, по необходимости, присадки.

В качестве цементной основы может быть использован:

• Портландцемент или шлакопортландцемент
• Жидкое стекло
• Глиноземистый цемент

Как на обычной стройке, так и в условиях частного малоэтажного домостроения, наиболее приемлемыми являются различные марки портландцемента. Глиноземистый цемент производится далеко не во всех областях России, поэтому его доставка связана с дополнительными тратами, что значительно увеличивает цену материала.

Жидкое стекло это принципиально новый материал. Его использование связано с дополнительными тратами на оборудование, сырье и присадки. Поэтому его использование связано с куда большими тратами, нежели даже использование глиноземистых цементов. Цементы на основе жидкого стекла используют при строительстве зданий, к которым предъявляют повышенные требования прочности и надежности: научные учреждения, атомные и гидроэлектростанции, небоскребы повышенной высотности.

В зависимости от присадки формируется плотность конечного материала, но, вне зависимости от исходников, плотность жаропрочных составов бетона начинается от 1500 кг/м 3 .

Классификация жаростойкого бетона

Жаростойкий бетон из-за своих прочностных характеристик, используется не только по прямому назначению, но и в качестве теплоизолирующих материалов и как основа для несущих конструкций. Стройматериалы из жаростойкого бетона способны выдерживать давление от 200 до 600 МПа/см 2 , тогда как тот же показатель у обычного бетона в зависимости от качества начального сырья колеблется от 50 до 200. Поэтому было признано целесообразным классифицировать бетон по несколькими параметрам, чтобы облегчить выбор строительного материала для каждой конкретной задачи строительства.

По структуре

В зависимости от присадок меняется плотность цементной смеси, соответственно меняется вес 1 кубометра цемента и его характеристики. В связи с этим по структуре бетон разделяют на:

• Тяжелый
• Легкий
• Ячеистый

Тяжелый бетон подразумевает использование обожженные отходов горнодобывающей промышленности. Этот цемент отлично подходит для строительства высоких промышленных дымовых труб, опор многоэтажных зданий и строительства промышленных печей. В малоэтажном строительстве его применение нецелесообразно.

Легкий бетон создают в основном с помощью добавления в раствор керамзита, хотя допускается использование других обожженных синтетических присадок.

Ячеистый бетон содержит в своем составе пустоты с воздухом, что значительно увеличивает теплозащитные характеристики стройматериала, но уменьшает показатели прочности. В домашних условиях изготовить блоки жаростойкого бетона этого типа практически невозможно. Зато они находятся в свободной продаже на рынке строительных материалов. В качестве основы ограждающей или несущей конструкции этот материал не используют, зато он отлично подходит для ограждения стен от губительного воздействия открытого пламени или утепления конструкций.

По вяжущим компонентам

Как говорилось ранее, по вяжущим компонентам или цементной основе выделяют бетон на основе:

• Портландцемента
• Шлакопортландцемента
• Глиноземистых цементов
• Силикатного стекла

Конечно, идеальным вариантом для строительства стало бы силикатное стекло, но оно дорого в использовании. Портландцементы и шлакопортланд цементы практически одинаковы в своих эксплуатационных характеристиках. Но в шлакопортландцементы уже входят определенные добавки, которые могут затруднить использование присадок.

Для жаростойких бетонов более целесообразно использовать глиноземистую цементную основу, так как под воздействием высоких температур, этот материал не деформируется, только набирая прочность.

Но если термозащитные свойства таких блоков находятся на достаточно высоком уровне, то несущая способность куда меньше таковой у портландцемента.

Поэтому в условиях самостоятельного изготовления жаростойкого бетона, лучше использовать относительно универсальный портландцемент.

По способу применения

Сфера применения жаростойкого бетона достаточно велика, но конкретно способов применения раствора или блоков всего три:

• Для создания несущих конструкций стен или печей. Для малых печей, каминов и открытых очагов частных домов несущие характеристики различных подвидов жаростойкого бетона не критичны, но в условиях промышленного строительства, эта характеристика действительно важна. Поэтому дома можно использовать, например, легкие или ячеистые бетоны для формирования очага камина или печи. На большой стройке это недопустимо.
• Для внутренней облицовки камер сгорания. Существуют как огромные котлы, так и маленькие домашние печи. Что в первом, что во втором случае допускается создание несущей конструкции из не жаропрочных материалов с последующей облицовкой конструкций, соприкасающихся с открытым пламенем. Именно для облицовки этих внутренних пространств и используется жаропрочные бетоны.
• Для тепловой изоляции зданий. В этом случае облицовку проводят с внешней стороны ограждающих конструкций, и облицовка не соприкасается с пламенем. Для таких целей часто используют бетон с ячеистой структурой

По температурному режиму использования

Здесь стоит сказать о разнице в понятиях жаростойкого и жаропрочного бетона именно в зависимости от характеристики температурных режимов воздействия.

• Обычный бетон, не способный выдерживать температуру более 200 градусов без растрескивания и деформаций
• Жаростойкий бетон, выдерживающий температуру до 500 градусов. Этого типа вполне достаточно для домашнего камина, печи или открытого очага.
• Жароупорный выдерживает температуру до 1580 градусов.
• Огнеупорный 1580-1770 градусов
• Высокоогнеупорный способен выдерживать температуры свыше 1770 градусов.

По типу наполнителя

В качестве присадок может использоваться:

• Для обычного жаростойкого бетона используются доменные шлаки, измельченные пористые вулканические породы, керамзит и прочие искусственные измельченные заполнители. Перед запуском в продажу присадки обжигают и гранулируют.
• Для бетона с повышенными показателями жаропрочности используют обожженные и измельченные огнеупорные материалы: магнезит, корунд, шамотный кирпич.
• Для цементов из жидкого стекла используют продукты обжига глины и магнезита, называемые силикатами магния.

Технические требования к жаростойким растворам

• Способность выдержать температуру не менее 500 градусов
• Способность к сопротивлению на сдавливание от 200 МПа/см 2

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

Сфера использования

Жаростойкие бетоны используются для строительства заводов электропромышленности, металлургии и химической промышленности. Особенно хорошо этот стройматериал показал себя в последней, поскольку правильно подготовленный жаростойкий бетон сопротивляется не только высоким температурам, но и химическому воздействию

Производство огнестойких бетонов в домашних условиях

Наиболее простые вариации фольги могут быть созданы в домашних условиях. Сложные составы это удел исключительно промышленного производства. С другой стороны, сложно представить себе строительную задачу в пределах частного домостроения, для которой понадобился бы огнеупорный бетон. Жаростойкого состава будет вполне достаточно.

Подбор состава

В состав бетона должны входить тугоплавкие горные породы, но в домашних условиях проще использовать керамзит. Перед приготовлением его необходимо измельчить до состояния песчаной были. Максимальный размер частицы не должен превышать 1 мм.

Инструменты и материалы

Помимо добавки необходим гравий, песок, гашеная известь и непосредственно цемент

Необходимые инструменты:

• Мастерок
• Бетономешалка
• Виброинструмент, как минимум перфоратор. Для изготовления блоков лучше использовать виброоснование.
• Дробилка или ручная мельница
• Форма для блока или отмостка.

Поэтапное приготовление раствора

Разберем приготовление цемента по этапам:

1. Приготовление цементной смеси. Это измельчение добавки и добавление ее к цементу и песку. На одну часть цемента добавляют 4 части керамзита, 3 части песка.
2. После того, как цементная смесь станет однородной можно добавлять гравий: на 3 части цементного состава добавляют 2 части гравия и пол части гашеной извести.
3. После смесь разбавляется 2 частями воды и формуется. В процессе формовки форма должна быть установлена на виброоснование, а по бетону в опалубке лучше пройтись перфоратором,чтобы избавиться от пузырьков воздуха.
4. В течение суток после формовки состав набирает крепость. Еще три дня получившийся бетон нужно поливать водой, чтобы окаменевшая смесь не дала трещин.

Изготовление жаростойкого бетона в домашних условиях не самая сложная задача. Главное, трезво оценивать свои силы, правильно выбирать присадки и следовать инструкции.

Для футеровки топок в конструкциях газоходов, дымовых труб при строительстве тепловых электростанций, в элементах защитных стен и перекрытий АЭС применяют жаростойкие бетоны. Обычный тяжелый цементный бетон пригоден для изготовления строительных конструкций, подвергающихся длительному воздействию температуры лишь до 200° С. В зависимости от предельно допустимой температуры применения жаростойкие бетоны разделяют на классы - от 3 до 16 (предельная температура применения соответственно от 300 до 1600). Их также классифицируют:
- по огнеупорности - на жароупорные с огнеупорностью ниже 158СС, огнеупорные - от 1580 до 1770°С и высокоогнеупорные - свыше 1770°С;
по плотности в высушенном состоянии - на тяжелые с ро> 1500 кг/м3 и легкие- ро< 1500 кг/м3;
по виду применяемого вяжущего - на портландцементе, шла-копортландцементе, глиноземистом цементе, жидком стекле, периклазовом цементе, алюмофосфатной связке и др. На портландцементе, быстротвердеющем цементе и шлако-портландцементе изготавливают бетоны классов от 3 до 12 в зависимости от вида заполнителей и тонкомолотых добавок.
В качестве тонкомолотых добавок применяют целый ряд дисперсных материалов, обладающих активностью по отношению к СаО, - на основе золы-уноса, глиняного кирпича, доменного гранулированного шлака, шамота. Тонкомолотые добавки вводят в бетонные смеси обычно, когда максимальная температура службы бетона превышает 350°С, количество их назначается, как правило, не менее 30% массы смешанного вяжущего - 100- 150кг/м3, но при применении чистоклинкерного портландцемента и повышении температуры эксплуатации бетона может достигать 600 - 700 кг/м3. Реакционная способность добавок по отношению к СаО при повышенных температурах возрастает, когда кремнезем или другие оксиды (глинозем, оксид хрома) в добавках находятся в аморфном или стекловидном состоянии. Так, реакция взаимодействия между СаО и аморфным кремнеземом идет уже при 500 - 600°С, а для кристаллического кварца она только начинается при 600 °С. Использование добавок, содержащих кварц, нежелательно и из-за способности его к полиморфным превращениям, вызывающим нарушение структуры. Нежелательно также использование таких добавок как глины, диатомит и других, приводящих к значительному увеличению усадочных явлений. Для повышения огнеупорных свойств бетонов применяют соответствующие добавки из огнеупорных материалов - хромита, магнезита, хромомагнезита. Степень измельчения добавок должна быть примерно такая же, как и цемента, от нее в значительной мере зависит их реакционная способность.
На рис. 8.27. приведены по данным К. Д. Некрасова кривые изменения прочности при сжатии цементного камня в зависимости от вида тонкомолотой добавки. Введение тонкомолотой добавки уменьшает, как правило, сброс прочности особенно после воздействия температуры 600°С. Лучшие результаты получены при введении тонкомолотого шамота. Введение в цемент тонкомолотых добавок, не содержащих компонентов способных связывать оксид кальция и улучшать жаростойкие свойства цементного камня, приводит к резкому падению прочности.
Огнеупорность портландцемента в зависимости от минералогического состава находится в интервале 1700- 1750°С. Введение тонкомолотых добавок приводит к значительному снижению огнеупорности за счет образования эвтектик. Только такие добавки как тонкомолотый хромит не образуют эвтектик и повышают огнеупорность.
Предельная рабочая температура жаростойких бетонов определяется температурой деформации (размягчения) под нагрузкой 0,2 МПа. Температура начала размягчения портландцемента без тонкомолотых добавок находится в пределах от 970 до 1130°С, а температура 40%-ной деформации от 1370 до 1480°С. Тонкомолотые добавки повышают температуру размягчения, если образуют при нагревании с цементом соединения, обладающие высокой огнеупорностью и незначительной растворимостью в расплаве. К таким добавкам относятся хромит и магнезит. Цементный камень без тонкомолотой добавки разрушается под действием нагрузки 0,2 МПа при температуре 1460°С, тогда как образцы с 3 мае.ч. магнезита при температуре более 1700°С.

При нагревании обычных цементных бетонов деструктивные процессы происходят не только в цементном камне, но и в заполнителях. Такие процессы обусловлены неравномерным температурным расширением полиминеральных кристаллических пород, каковыми являются, например, граниты. Непригодны в качестве заполнителей бетонов, работающих в условиях нагревания, материалы, содержащие свободный кварц (песчаник, кварцевые пески, кварциты и др.). Наиболее опасным является превращение (3-кварца в а-кварц при 573 °С, связанное с уменьшением плотности зерен и, соответственно, эффектом объемного расширения.
Обычные заполнители используют при температуре до 200"С. Известняки и доломиты, широко применяемые как заполнители для тяжелого бетона, начинают разлагаться примерно при 600°С, однако их нагрев уже до 200"С приводит к снижению прочностных характеристик бетона.
Выбор заполнителей для жаростойких бетонов зависит от максимальной температуры их эксплуатации. Заполнители из таких излившихся изверженных пород, не содержащих свободного кварца, как андезиты, диабазы, базальты, вулканические лавы, туфы, пеплы, пемза при введении в бетонные смеси тонкомолотых добавок могут использоваться в условиях температуры до 700 - 800°С. В таком же диапазоне температуры используются нераспадающиеся доменные отвальные шлаки с модулем основности не более 1, а также топливные шлаки и бой обыкновенного глиняного кирпича.
Для легких жаростойких бетонов используют в качестве заполнителей керамзит, перлит, вермикулит.
Наибольшее распространение как заполнитель жаростойких бетонов получил шамот. К шамотным относятся материалы с содержанием А12О3+ТЮ2 от 30 до 45%. Их получают обжигом огнеупорных глин и каолинов до спекания. Обожженный продукт сортируют, измельчают и рассеивают по фракциям.
Для жаростойких бетонов с наиболее высокой температурой применения в качестве заполнителей используют бой магнезитовых, хромомагнезитовых, корундовых и других огнеупоров.
Тяжелые жаростойкие бетоны на портландцементе изготавливают обычно классов В15 - В40.
Легкие жаростойкие бетоны имеют прочность, соответствующую классам В2,5 - В15 и плотность 500 - 1200 кг/м3. Минимально допустимая остаточная прочность бетонов после нагревания до 800°С составляет 30 - 50% начальной прочности.
При работе тепловых агрегатов жаростойкие бетоны подвергаются резким колебаниям температуры, что является одной из основных причин появления трещин и отколов на футеровке. Термическая стойкость бетонов зависит от вида вяжущих, заполнителей и тонкомолотых добавок, водовяжущего отношения. Для пор-тландцементных бетонов с шамотным заполнителем при нагреве до 800°С уже через 10- 15 циклов появляется волосяные, а 20- 25 циклов открытые трещины. Для повышения термостойкости бетонов применяют дисперсное армирование температуростойкими волокнами из асбеста, базальта и др. Для повышения термической трещиностойкости необходимо подбирать состав бетона с минимальным различием температурных деформаций крупного заполнителя и растворной части. Нагрев жаростойкого бетона на портландцементе желателен не ранее чем через 7 суток нормального твердения.
Важным показателем трещиностойкости жаростойких бетонов является усадка. Она обусловлена в основном усадкой цементного камня, которая возрастает не только с увеличением водоцемент-ного отношения, но и с повышением температуры нагрева. Усадка бетонов при сушке составляет 0,04-0,07%. При 800- 1100"С линейная усадка жаростойкого бетона возрастает до 0,2 - 0,7%. Величина усадки увеличивается с повышением расходов цемента и тонкомолотой добавки.
Коэффициент термического расширения жаростойкого бетона в основном зависит от расширения заполнителя и колеблется в интервале 4-11106. Качество жаростойких бетонов в значительной мере зависит от режима сушки и первого нагрева.
Жидкое стекло в качестве вяжущего для жаростойких бетонов применяют с модулем от 2,4 до 3,0 и плотностью от 1,36 до 38 г/см3. Ускорение твердения жидкого стекла и повышение прочности бетонов достигается введением добавки отвердителя - кремнефтористого натрия. Отвердителями жидкого стекла служат также нефелиновый шлам, феррохромовый шлак, технический глинозем, глиноземистый шлак, клинкерный портландцемент.
Бетоны на основе жидкого стекла используют при температурах 600 - 1600 °С, начальная прочность их на сжатие обычно не превышает 10 - 20 МПа, однако остаточная прочность после нагревания до 800°С значительно выше, чем для портландцементных бетонов - 50 - 90%. Эти бетоны при применении соответствующих заполнителей в условиях высоких температур стойки к кислотам (кроме НР), расплавам солей, другим агрессивным средам. Однако для ряда составов не допускается воздействие пара и воды.

Бетоны на основе глиноземистого и высокоглиноземистого (не менее 75% А12О3) цементов эксплуатируются при температурах 1300- 1700°С. При их изготовлении не требуются тонкомолотые добавки, заполнителями служат обычно хромит, электрокорунд и другие высокоглиноземистые материалы. Поскольку твердение глиноземистого цемента характеризуется высокой экзотермией при применении его в конструкциях, толщина которых превышает 400 мм, необходим интенсивный отвод тепла. Температура в толще бетона в первые сутки твердения не должна превышать 40°С, прочность бетонов на глиноземистом цементе соответствует классам В20 - В40 и достигается через 3 суток нормального твердения.
Огнеупорные бетоны, обладающие высокой термической стойкостью и сопротивляемостью истирающим воздействиям, получают с применением фосфатных вяжущих. Ими служит ортофос-форная кислота или ортофосфаты различной степени замещения. Тонкомолотыми добавками в таких бетонах являются обычно высокоглиноземистые (не менее 62% АI2О3) порошки. При нагревании ортофосфорная кислота вступает в реакцию с АI2О3, образуя высокоогнеупорные алюмофосфатные связки. Бетоны на алю-мофосфатных связках применяют при температурах нагрева до 1600 - 1800°С. Их прочность на сжатие достигает 70 МПа. После нагревания до 800 °С снижения прочности не наблюдается. Термическая стойкость - 39 - 60 водных теплосмен при начальной температуре 800"С. В отличие от жаростойких бетонов на других вяжущих алюмофосфатные бетоны вместо огневой усадки после нагревания до максимальной температуры характеризуются расширением (до 0,2%).

Потребность в применении огнеупорного бетона возникает при обустройстве или ремонте тепловых агрегатов: печей, котлов, дымовых труб и других объектов, чаще всего промышленного назначения. Верхний температурный предел у обычных марок не превышает 300 °C, при эксплуатации в условиях постоянных и повышенных термических воздействий используются только специализированные составы: жароупорные, высокопрочные, с неизменными или улучшающимися при нагреве рабочими характеристиками, не требующие сложной защиты или обжига. В промышленном строительстве выбираются исключительно заводские смеси, самостоятельное приготовление таких бетонов допускается лишь в частных целях.

В данном случае необходимы особые типы вяжущего: шлакопортландцемент, глиноземистые, периклазовые марки, жидкое стекло. Портландцемент высоких сортов смешивается с тонко размолотым боем шамотного или магнезитового кирпича, пемзы, андезита, лессовых суглинков, доменных шлаков или золы-уноса, хромитовой руды. В качестве наполнителя также используются муллиты, керамзит, перлит, тугоплавкие породы, корунд. Размер зерен при приготовлении имеет принципиальное значение: у мелкофракционного он варьируется от 0,15 до 5 мм, у крупного – в пределах 5-25.

Состав бетона подбирается с учетом ожидаемых условий эксплуатаций: смеси на основе портландцемента не подходят для использования в кислых средах (дымовые трубы), а растворы с повышенной долей жидкого стекла не выдерживают частого воздействия влаги. Устойчивость к агрессивным факторам зависит от процентного содержания алюминатов кальция и силикатов, чем оно выше, тем лучше.

Также компоненты определяют основные рабочие характеристики жароупорных бетонов:

1. Открытую пористость, варьирующеюся от 15 до 25 %. Этот показатель классифицирует бетонные огнеупоры как плотные (10-16 %), уплотненные (16-20) и среднеплотные (20-30) и косвенно влияет на усадочность смесей.

2. Температуру применения. Бетоны, выдерживающие нагрев до 1580 °С, относятся к жароупорным, от 1580 до 1770 – к огнеупорным, свыше – к высокоогнеупорным.

3. Удельный вес материала. Все марки условно разделяются на легкие (содержание перлит и аналогичные добавки), тяжелые и особо тяжелые, в среднем, стандартная плотность у второй и третьей группы превышает 1500 кг/м3.

Виды и сфера применения

В зависимости от целевого назначения огнеупорный жаростойкий бетон разделяют на конструкционный и теплоизоляционный, вторая разновидность имеет более низкий коэффициент теплопроводности и предназначена для печей и других объектов с повышенными требованиями к сохранению температурного режима. По виду заполнителя выделяют динасовые (кремнезем и известь), корундные (кристаллические глиноземы) и кварцевые смеси, этот же фактор определяет область применения.

Огнеупорные и жаростойкие марки востребованы:

• В черной и цветной металлургии (рекомендуемый бетон – АСБГ).
• При проведении монолитной футеровки теплоагрегатов (ССБА, СБК, СБС) и сталеразливочных ковшей (ВГБС).
• При теплоизоляции вышеупомянутых объектов (ТИБ)
• При монтаже огневого слоя без проведения обжига (бетоны на основе шамота).
• При приготовлении малоформатных огнеупорных изделий.

В частном строительстве материалы востребованы при обустройстве печей и каминов, прокладке дымоходов. Смеси при этом могут использоваться как в качестве кладочных, таки для и для создания жаропрочных изделий в домашних условиях.

Как сделать огнеупорный бетон своими руками?

Растворы, предназначенные для эксплуатации при повышенных температурах, замешивают исключительно механизированным способом. Предпочтение отдается готовым смесям, воду вводят строго по указанным в рецепте дозах, ее доля стремится к минимуму. Крайне важно учесть дату выпуска, составы быстро теряют свои полезные свойства. При желании приготовления жароупорного бетона своими руками придерживаются следующей схемы действий:

• Подбор рецепта, подготовка компонентов: измельчение, дробление и обязательная сушка. Самому выполнить этот этап сложно, при больших объемах потребуются дробильные аппараты.
• Тщательное перемешивание смеси в сухом состоянии лопатой.
• Загрузка ее в бетономешалку, добавление воды, вращение до достижения однородного состояния. Этот этап проводят в теплом помещении, жидкость для затворения рекомендуется слегка подогреть.
• Заливка в формы, уплотнение с применением виброоборудования. Все огнеупорные и жаростойкие составы имеют низкую удобоукладываемость, выгон воздуха и распределение раствора с помощью виброинструментов обязательны, но этот процесс не затягивают, при чрезмерных усилиях тяжелые фракции в бетоне осядут.
• Вызревание. Заводские смеси затвердевают за сутки, приготовленные самостоятельно – за 2-3, оба варианта увлажняют и вынимают из форм через 3 дня, после чего изделия нуждаются в выдержке в прогреваемом помещении до 25 дней.

Рекомендуемый рецепт бетона включает 3 части гравия, 2 – крупнозернистого кварцевого песка, 2 – подготовленного огнеупорного состава или специального цемента, 0,5 гашеной извести. В ряде случаев для улучшения термостойкости вводится до 0,25 частей тонкомолотой пемзы, шлаков или золы. Минимальная марка прочности цемента – М400, пропорции вяжущей основы помимо него включают дробленку огнеупорного или шамотного кирпича (1:2). При выборе вариантов с жидким стеклом используются обычные компоненты, но с вводом клея от 15 до 25 % от общей массы одновременно с водой, такие растворы расходуются как можно быстрее.

Стоимость заводских огнеупорных сухих бетонных смесей

Данную продукцию предлагают многие отечественные производители: СпецОгнеупорКомплект (Екатеринбург), Сухоложский огнеупорный завод (Свердловская область), НовосибТеплоСтрой, Алитер-Акси (Санкт-Петербург). Хорошие отзывы имеет белорусские жаропрочные составы Парад и польский Rath. Проще всего купить огнеупорные смеси и бетоны в бигбегах, оптовые партии обходятся дешевле. Большинство из указанных производителей также реализует цемент для самостоятельного приготовления жаростойких растворов в домашних условиях, средняя стоимость одного 50 кг мешка – 1500 рублей.