4. Алюмосиликатные и кремнеземистые огнеупорные бетоны
В качестве вяжущих в таких бетонах рационально применять жидкостекольные, фосфатные композиции с соответствующими по химсоставу наполнителями и заполнителями. При изготовлении монолитных футеровок и крупноразмерных изделий алюмосиликатные огнеупорные бетоны можно получать, используя высокоглиноземистый цемент. Высокоглиноземистый цемент получают спеканием или плавлением клинкера при температуре выше 1700°С. По химсоставу цемент состоит из двух оксидов Al2O3 и CaO, примерное содержание которых равно соответственно 72-75 и 20-25%. Дороговизна сырья и высокая температура получения клинкера является причиной высокой стоимости высокоглиноземистого цемента, которая выше стоимости портландского и глиноземистого цементов соответственно в 10-15 и 2-3 раза. В тоже время оксид кальция высокоглиноземистого цемента уже при температуре 1325°С образует с рядовыми алюмосиликатными наполнителями и заполнителями значительное количество эвтектического расплава, вследствие чего преимущество по огневым свойствам алюмосиликатных бетонов на высокоглиноземистом цементе по сравнению с глиноземистым сводятся практически к нулю. Поэтому на основе высокоглиноземистого цемента рационально изготавливать бетоны с использованием высокоглиноземистых наполнителей и заполнителей, содержащих не менее 70% Al2O3. Стоимость таких заполнителей соизмерима со стоимостью высокоглиноземистого цемента. Поэтому использовать такие бетоны необходимо тогда, когда им нет альтернативы со стороны бетонов на жидкостекольных и фосфатных вяжущих, стоимость которых может быть значительно ниже.
Огнеупорные жидкостекольные вяжущие алюмосиликатного состава могут быть получены при использовании в качестве наполнителя высокоглиноземистых материалов.
Жидкое стекло и его отвердители являются сильными плавнями, снижающими огнеупорность алюмосиликатных материалов. Для получения бетонов с минимально достаточной исходной прочностью 5-10 МПа в виброуплотняемые бетоны в составе жидкого стекла и, например, шлаковых отвердителей вводится 1,5-2% Na2O и 1-3% CaO. Оба эти оксида снижают огнеупорность алюмосиликатов примерно одинаково – 1% оксида-плавня уменьшает огнеупорность на 10-20°С. Компенсировать это уменьшение можно увеличением содержания Al2O3 в вяжущем из расчета 2-3% Al2O3 на 1% оксидов плавней. Таким образом, для получения бетона с исходной прочностью 5-10 МПа и с предельной температурой службы, равной температуре применения заполнителей, необходимо в качестве наполнителя вяжущего использовать материал, содержание Al2O3 в котором будет на 5-15% выше, чем в заполнителях.
Влияние оксидов Na2O и CaO на основе свойства кремнеземистых огнеупорных материалов иное. Если введение Na2O снижает огнеупорность кремнезема примерно пропорционально массе оксида (около 20°С на 1% Na2O), то содержание СаО до 10% практически не сказывается на огнеупорности.
В металлургии кремнеземистые (динасовые) бетоны на жидком стекле нашли наиболее широкое применение. Предельная температура службы бетонов 1650°С, исходная прочность при сжатии 5-30Мпа. Примерные составы бетонов, % массы:
кварцит фр. 0,16-10 мм или динас фр. 0,16-20 мм 80;
тонкомолотый кварцит фр. менее 0,08 мм 10-20;
отвердитель (кремнефторид натрия, металлургические шлаки в тонкомолотом виде) 0,5-10;
жидкое стекло плотностью 1,15-1,35 г/см3 (сверх 100%) 10-20
Фосфатные вяжущие представляют собой различные композиции наполнителей, фосфорной кислоты либо водных растворов солей фосфорной кислоты и отвердителей. В качестве последних для алюмосиликатных бетонов используют гидрат глинозема – Al(OН)3, огнеупорные глины. В кремнеземистых бетонах в качестве отвердителей применяют молотые металлургические шлаки, магнезит, хромит. Недостатком фосфатных вяжущих является высокая температура твердения (100-600°С). Однако в большинстве рационально подобранных композиций фосфатные вяжущие не влияют, или оказывают незначительное влияние на огневые свойства бетонов, т.к. оксиды фосфора испаряются при температуре выше 600°С до практически их полного удаления. Наиболее рациональной областью применения бетонов фосфатного твердения являются горячие ремонты теплоагрегатов путем нанесения футеровки торкретированием. Предельная температура службы бетонов практически равна предельной температуре применения заполнителей.