Материалы на основе минеральных вяжущих (бетоны)
Бетонами называют искусственные каменные материалы, получаемые в результате затвердевания тщательно перемешанной и уплотненной смеси из минерального или органического вяжущего вещества с водой, мелкого или крупного заполнителей, взятых в определенных пропорциях. До затвердевания эту смесь называют бетонной смесью.
Классификация бетонов
По плотности бетоны делят на следующие виды:
- особотяжелые с плотностью более 2500 кг/м3 (на тяжелых заполнителях – стальных опилках или стружках (сталебетон), железной руде (лимонитовый и магнезитовый бетоны) или барите (баритовый бетон);
- тяжелые – 1800-2500 кг/м3 (на плотных заполнителях из горных пород (гранит, известняк, диабаз и др.);
- легкие – 600-1800 кг/м3 (изготовляют на пористых заполнителях (керамзит, аглопорит, вспученный шлак, пемза, туф и т.д.);
- особо легкие – менее 600 кг/м3 ячеистые бетоны (газобетон, пенобетон), которые получают вспучиванием смеси вяжущего, тонкомолотой добавки и воды, и крупнопористый бетон на легких заполнителях. В ячеистых бетонах заполнителем по существу является воздух, находящийся в искусственно созданных ячейках.
По виду вяжущего различают бетоны цементные, силикатные, гипсовые, шлакощелочные, полимербетоны, полимерцементные, специальные, жаростойкие.
Наиболее целесообразным является применение жаростойких бетонов как для ремонта, так и для изготовления футеровок тепловых агрегатов различных отраслей промышленности. Применение жаростойких бетонов позволяет рекомендовать такие конструктивные решения элементов промышленных печей, которые неосуществимы при использовании штучных огнеупоров. Жаростойкие бетоны используют в черной и цветной металлургии, нефтехимической, машиностроительной и целлюлозно-бумажной промышленности, на предприятиях по производству строительных материалов, при обмуровке современных мощных котельных агрегатов. Жаростойкий бетон позволяет возводить конструкции теплотехнических сооружений индустриальными методами, при этом снижаются затраты труда и сроки строительства, снижается стоимость сооружений, повышается их долговечность. Жаростойкие бетоны могут заменить кладку из обычного глиняного кирпича, которые используют для конструкций, подвергаемых действию температур до 800 0С. Их успешно применяют взамен шамотных изделий, предназначенных для температур от 800 0С до 1400 0С. Жаростойкие бетоны находят все более широкое применение в футеровке тепловых агрегатов различных отраслей промышленности. Основным показателем жаростойких бетонов является их поведение при нагреве до высоких температур, т.е. изменение прочности бетона при нагревании. Жаростойкие бетоны в зависимости от требований к ним могут изготовляться на различных вяжущих: глиноземистом цементе, портландцементе с микронаполнителем, жидком стекле, других видах вяжущего. Весьма актуальным и перспективным при изготовлении жаростойких бетонов является применение вяжущих веществ фосфатного твердения. Изменение прочности некоторых тяжелых жаростойких бетонов на различных видах вяжущих показано на рисунке 1.
Бетоны на фосфатных связующих имеют высокие физико-термические показатели. Они не разупрочняются в большом интервале температур. Разработан способ ремонта футеровок тепловых агрегатов. Техническим результатом является повышение эксплуатационной прочности жаростойких бетонов, упрощение технологического процесса и снижение стоимости ремонта футеровки. Способ ремонта заключается в том, что поверхность футеровки обрабатывают 50-70 % раствором ортофосфорной кислоты или кислых фосфатов, затем наносят мелкозернистую смесь (табл. 4), после затвердевания которой полученный слой вновь пропитывают 50-70 % раствором ортофосфорной кислоты или кислых фосфатов с последующей термообработкой при первом пуске и выводе на режим теплового агрегата.
Рис. 1. Зависимость прочности жаростойких бетонов от температуры нагрева и вида вяжущего:
1 – фосфатные связующие; 2 – жидкое стекло; 3 – высокоглиноземистый цемент;
4 – глиноземистый цемент; 5 – портландцемент + ТМД
Таблица 4
Составы бетонов, кг/м3 |
Rсж после обжига при рабочей температура, МПа |
Rсж после обжига после пропитки Н3РО4 и обжига, МПа |
1) Портландцемент, ПЦ-400-Д-20 – 150; 2) Керамзитовая пыль, фр. 0,14-1,25 – 150; 3) Шамотный щебень, фр. 5-10 – 150; 10) Вода – 250
|
5,5 |
8,8 |
1) Отработанный алюмохромистый катализатор, ИМ–2201 – 300; 2) Глиноземистый цемент – 100; 3) Шамотный щебень, фр. 5-10 – 650; 4) Жидкое стекло (плотн. 1,36 г/см3) – 350 |
26,5 |
42,6 |