Бетон жаростойкий BR

 

Бетон - искусственный каменный материал, получаемый в результате формования и затвердевания бетонной смеси. Бетонной смесью называют перемешанную до однородного состояния пластичную смесь, состоящую из вяжущего вещества, воды, заполнителей и специальных добавок, которая сравнительно легко принимает любую форму и затем самопроизвольно переходит в камневидное состояние. Таким образом, легко получают каменные конструкции и изделия любой заданной формы.

Состав бетонной смеси подбирают таким образом, чтобы при данных условиях твердения бетон обладал заданными свойствами (прочностью, морозостойкостью, плотностью и др.).

Бетон - один из древнейших строительных материалов. В Древнем Риме, например, из бетона на извести был построен ряд сложных инженерных сооружений. Существует мнение, что блоки внутренней части египетских пирамид также изготовлены из бетона, вяжущим в котором служила известь. Также бетон применялся при строительстве части Великой Китайской стены, ряде сооружений на территории Индии.

Однако широкое применение бетона начинается только во второй половине XIX века, после освоения промышленного производства портландцемента, который стал основным вяжущим веществом для бетонных и железобетонных конструкций. Исследования по разработке и теоретическим вопросам создания жаростойких бетонов были начаты в СССР в 1933-1934 гг. Особо актуальными работы по жаростойким бетонам были в годы Великой Отечественной войны. В это время впервые в мире были установлены теоретические основы получения жаростойких бетонов на основе портландцемента.

Современная строительная техника предъявляет к вяжущим материалам новые высокие требования. В корне изменилось производство бетонных смесей и бетонов.

В настоящее время главной задачей исследователей в этой области является создание новых, еще более эффективных видов жаростойких бетонов, производство которых позволило бы экономить дорогостоящее и дефицитное сырье, снизить расход топливно-энергетических ресурсов и затраты труда.

Современное строительство немыслимо без бетона - бетон стал основным строительным материалом. Это объясняется его экономичностью, технологичностью и доступностью основных сырьевых материалов.

Жаростойкие бетоны по праву заняли одно из главных мест в строительстве, нефтехимической и химической промышленности, энергетической отрасли, промышленности строительных материалов и др. Жаростойкие бетоны успешно применяют во многих тепловых агрегатах и строительных конструкциях, в том числе фундаментах тепловых агрегатов - фундаменты доменных и мартеновских печей, дымовых трубах, туннельных печах и вагонетках на предприятиях строительных материалов, в подземных наземных газоходах, коллекторах, пылевых камерах, различных реакторах, стеклоплавильных печах, газораспределительных решетках, печах нефтехимии, нефтепереработки и других промышленных печах.

Жаростойкие бетоны применяют для различных строительных элементов зданий и сооружений. Из них изготовляют панели для стен и перекрытий отстраиваемых зданий, пролетные строения мостов, фермы, плавучие средства. В общем объеме производства строительных конструкций из железобетона изделия из жаростойких бетонов на пористых заполнителях составляют в настоящее время около 10% и предусматривается дальнейшее увеличение их выпуска.

Применение изделий из жаростойких бетонов позволяет укрупнить монтажные элементы, уменьшить общую массу сооружения, улучшить качество строительства и повысить производительность труда. При уменьшении массы бетона на каждые 10% стоимость конструкции снижается примерно на 3%. Применение жаростойких бетонов дает возможность на 30...40% снизить массу зданий, примерно на 20% сократить трудоемкость их возведения, на 30...40% уменьшить транспортные расходы, не менее чем на 6...10% снизить общую стоимость строительства.

Товарами-аналогами в области применения могут выступать тяжелые бетоны, но они имеют значительный недостаток - повышенная масса изделий, что отрицательно отражается на проведении строительных работ, то есть возникает необходимость в привлечении дополнительных финансовых и трудовых ресурсов.

Бетоны классифицируют

-по назначению:

а) конструктивные;

б) специальные (жаростойкие, химически стойкие, декоративные);

-по условиям твердения;

-по способу порообразования;

-по видам вяжущих и кремнеземистых компонентов.

Жаростойкие бетоны подразделяют:

-по назначению - на конструкционные, теплоизоляционные;

-по структуре - на плотные тяжелые и легкие, ячеистые;

-по виду вяжущего - на портландцементе и его разновидностях (быстротвердеющем портландцементе, шлакопортландцементе), на алюминатных цементах (глиноземистом и высокоглиноземистом), на силикатных вяжущих (жидком стекле с отвердителем, силикат глыбе с отвердителем);

-по виду тонкомолотой добавки - с шамотной, кордиеритовой золошлаковой, керамзитовой, аглопоритовой, магнезиальной, периклазовой, алюмохромитовой;

-по виду заполнителя - с шамотным, муллитокорундовым, корундовым, магнезиальным, карборундовым, кордиеритовым, кордиеритомуллитовым, муллитокордиеритовым, шлаковым, золошлаковым, базальтовым, диабазовым, андезитовым, диоритовым, керамзитовым, аглопоритовым, перлитовым, вермикулитовым, из боя бетона.

Классификация по предельно допустимой температуре применения

Классы по предельно допустимой температуре применения

Класс бетона по предельно допустимой температуре применения	Предельно допустимая температура применения, 0С	Класс бетона по предельно допустимой температуре применения	Предельно допустимая температура применения, 0С
И3	300	И12	1200
И6	600	И13	1300
И7	700	И14	1400
И8	800	И15	1500
И9	900	И16	1600
И10	1000	И17	1700
И11	1100	И18	1800

Классы бетонов по предельно допустимой температуре применения И13-И18 устанавливают только для не несущих изделий и конструкций.

Класс бетонов по предельно допустимой температуре применения определяют по значениям остаточной прочности и температуры деформации под нагрузкой.

Потребительские свойства жаростойких бетонов

Для жаростойких бетонов основными показателями качества являются: прочность на сжатие, предельно допустимая температура применения, термостойкость, водонепроницаемость, морозостойкость, средняя плотность и усадка.

. Прочность на сжатие - способность твердого тела сопротивляться разрушению при приложении к нему внешней силы при сжатии. Прочность зависит от структуры материала, вещественного состава, влажности, направления и скорости приложения нагрузки.

. Термостойкость - способность материала выдерживать без разрушений определенное количество резких колебаний температуры. Единицей измерения этого свойства, определяемого для многих теплоизоляционных и огнеупорных материалов, является количество теплосмен.

. Водонепроницаемость - свойство, характеризующее способность материала пропускать воду под давлением. Особенно важно это свойство при строительстве гидротехнических сооружений (дамб, плотин, молов, мостов), резервуаров, возведении стен подвалов при наличии грунтовых вод.

. Морозостойкость - способность материала сохранять свою прочность при многократном попеременном замораживании в водонасыщенном состоянии и оттаивании в воде. Для материалов, эксплуатируемых в условиях знакопеременных температур наружного воздуха (дорожные покрытия, стеновые материалы), морозостойкость является одним из важнейших свойств, обеспечивающих их долговечность. Способность материала противостоять морозному разрушению обусловлена в первую очередь присутствием в его структуре определенного объема замкнутых пор, в которые и отжимается часть воды под действием давления растущих кристаллов льда. Таким образом, главными факторами, определяющими морозостойкость материала, являются показатели структуры, от которых зависит степень насыщения водой и интенсивность образования льда в порах.

В строительстве морозостойкость материала количественно оценивают маркой F, то есть числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые выдерживают образцы без снижения прочности на 5…25% и массы на 3...5% в зависимости от назначения материала. Установлены следующие марки: тяжелый бетон - F50…F500, легкий бетон -F25…F500.

. Средняя плотность - масса единицы объема материала в естественном состоянии, с пустотами и порами. Средняя плотность природных и искусственных материалов колеблется в широких пределах - от 10 кг/м 3 у полимерной воздухонаполненной мипоры до 7850 кг/м3 у тяжелого бетона и 7850 кг/м3 у стали. Значения средней плотности используются пи подборе материала для изготовления строительных конструкций, расчетах транспортных средств, подъемно-транспортного оборудования. Средняя плотность характеризует прочностные свойства материала. При одинаковом составе, чем выше средняя плотность, тем прочнее материал.

. Усадка - уменьшение объема материала при его переходе из жидкого состояния в твердое. Усадка характеризует изменение объема бетона при твердении и связана с обезвоживанием пор цементного камня. Она обычно составляет 0,2-0,5 мм/м и возрастает с увеличением содержания цементного камня и начального водосодержания бетонной смеси. Усадка не нормируется, но должна учитываться при сооружении массивных объектов.

. Предельно допустимая температура применения - максимальная температура, за пределами которой данный продукт не может быть использован.

Технология производства жаростойких бетонов

Жаростойкие бетоны изготовляют из вяжущего (в которое в необходимых случаях вводится еще и минеральная тонкомолотая добавка), воды (или другого затворителя) и жаростойких заполнителей. Технология изготовления изделий из жаростойких бетонов имеет ряд особенностей, связанных с различием в свойствах исходных материалов и бетонных смесей.

К технологии приготовления жаростойкого бетона предъявляются более жесткие требования, чем к технологии обычного бетона: требуется повышенная чистота заполнителя, не допускается засорение огнеупорных и тугоплавких заполнителей гранитом, известняком, песком, так как это приводит к разрушению бетона после его нагрева. Это необходимо учитывать при складировании материалов и изготовлении бетонных смесей.

Существуют два способа приготовления жаростойкого бетона - из отдельных составляющих и из готовых сухих бетонных смесей. Последний более предпочтителен, так как в заранее приготовленную в заводских условиях сухую бетонную смесь добавляют только воду или затворитель. Это гарантирует высокое качество жаростойкого бетона и исключает возможность его засорения.

Для приготовления сухих смесей заполнители сушат до влажности не более 0,1 %, дробят и рассеивают на фракции. Затем исходные компоненты дозируют, перемешивают с цементом в смесителе (без воды) и упаковывают в мешки.

Для повышения стойкости бетона при нагревании в его состав вводят тонкомолотые добавки из хромитовой руды, шамотного боя, магнезитового кирпича, андезита, гранулированного доменного шлака и др. В качестве мелкого и крупного заполнителя применяют хромит, шамот, бой глиняного кирпича, базальт, диабаз, андезит и др. При правильно выбранных вяжущих и заполнителях бетон может длительное время выдерживать, не разрушаясь, действие температуры до 1200°С. Уплотнение осуществляется вибрированием, трамбованием, прессованием и др.

Выбор материалов производят в зависимости от условий и температуры его эксплуатации. Бетоны на жидком стекле не применяют в условиях частого воздействия воды, а на портландцементе - в условиях кислой агрессивной среды.

При приготовлении бетонных смесей на портландцементе или глиноземистом цементе соблюдается такая последовательность: в смеситель заливают заданное количество воды, при включенном перемешивании загружают другие компоненты и перемешивают 2...3 мин. При изготовлении газобетона, в котором заполнители отсутствуют, после перемешивания загружают водно-алюминиевую суспензию и перемешивают дополнительно 1...2 мин.

Приготовление бетонных смесей на силикат-глыбе производят в шламбассейне, куда загружают дозированные по массе силикат-глыбу, тонкомолотую добавку, едкий натр и воду. Полученный шлам перекачивают в ванну, подогревают до ЗО...35°С и подают в смеситель, в который при включенном перемешивающем механизме вводят дозированные по массе заполнитель, водоалюминиевую суспензию и нефелиновый шлам. Смесь перемешивают 2...3 мин. Для формования изделий из ячеистого бетона применяют металлические формы. В форме смесь выдерживают 2...3 ч.

Твердение изделий на глиноземистом цементе происходит в течение 1 суток при температуре 18...20°С и влажности 90...100%, на портландцементе твердение изделий проходит при температуре 8О...9О°С и влажности 90...100%, а изделия на силикат-глыбе твердеют в автоклаве. При приготовлении жаростойких бетонов стремятся ограничить количество воды и жидкого стекла. Осадка конуса должна быть не более 2 см, а жесткость - не менее 10 с.

Бетоны на портландцементе разных составов используются при одностороннем нагреве с предельной температурой 1700°С, на глиноземистом цементе и на жидком стекле - до 1400° С.

Стандарты на жаростойкий бетон

На жаростойкие бетоны распространяются следующие стандарты:

ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия»

ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия» распространяется на жаростойкие бетоны, предназначенные для применения при эксплуатационных температурах до 1800°С.

Требования ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия» следует соблюдать при разработке новых, пересмотре действующих стандартов, технических условий, проектной и технологической документации и при производстве сборных бетонных и железобетонных изделий и конструкций, монолитных и сборно-монолитных сооружений из этих бетонов.

ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия» не распространяется на огнеупорные бетоны.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ по ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия»

Бетоны должны соответствовать требованиям ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия» и обеспечивать изготовление изделий, конструкций и возведение сооружений, удовлетворяющих требованиям стандартов или технических условий, нормам проектирования и проектной документации на эти изделия, конструкции и сооружения.

Основные параметры

Наименования бетонов должны включать основные признаки:

-вид бетона (BR -бетон жаростойкий);

-вид вяжущего (Р - портландцемент, А - алюминатный цемент, S - силикатное вяжущее),

-класс бетона по прочности на сжатие (Bl -B40) и класс бетона по предельно допустимой температуре применения (ИЗ-И18).

Примеры:

. BR A B35 И16 - бетон жаростойкий на алюминатном цементе, класса В35 по прочности на сжатие, температурой применения 1600°С.

. BR S B25 И13 - бетон жаростойкий на силикатном вяжущем, класса В25 по прочности на сжатие, температурой применения 1300°С.

Характеристики

Для бетонов конкретного назначения основными показателями качества являются:

-  прочность на сжатие;

-          предельно допустимая температура применения;

-          термостойкость (термическая стойкость);

-          водонепроницаемость;

-          морозостойкость;

-          средняя плотность;

-          усадка.

Прочность бетона в проектном возрасте характеризуют классом прочности на сжатие по СТ СЭВ 1406.

Для бетонов установлены следующие классы по прочности на сжатие: В1; В1,5; В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; BIO; B12.5; В15; В20; В25; ВЗО; В35; В40.

Класс по прочности на сжатие В назначают и контролируют во всех случаях.

При изготовлении сборных бетонных и железобетонных изделий, конструкций устанавливают отпускную прочность бетона, а при возведении монолитных конструкций и сооружений - прочность бетона в промежуточном возрасте.

Отпускная прочность бетона должна быть не менее 70% нормируемой, прочность бетона в промежуточном возрасте принимают по проектно-технической документации.

Для бетонов устанавливают следующие классы по предельно допустимой температуре применения согласно таблицы

бетон цемент жаростойкий

Классы по предельно допустимой температуре применения

Класс бетона по предельно допустимой температуре применения	Предельно допустимая температура применения, 0С	Класс бетона по предельно допустимой температуре применения	Предельно допустимая температура применения, 0С
И3	300	И12	1200
И6	600	И13	1300
И7	700	И14	1400
И8	800	И15	1500
И9	900	И16	1600
И10	1000	И17	1700
И11	1100	И18	1800

Классы бетонов по предельно допустимой температуре применения И13-И18 устанавливают только для не несущих изделий и конструкций.

Класс бетонов по предельно допустимой температуре применения определяют по значениям остаточной прочности и температуры деформации под нагрузкой, указанным в таблице

Класс бетонов по предельно допустимой температуре применения определяют по значения остаточной прочности и температуры деформации под нагрузкой

Класс бетона по предельно допустимой температура применения	Вид вяжущего	Остаточная прочность, %, не менее	Температура, соответствующая проценту деформации под нагрузкой, °С, не менее
			4	40 или разрушению
И3	Р	80	-	-
И6	S	80
	Р	50
И7		40
И8	Р. А	30	-	-
	S	70
И9	Р	30	900	950
И10	Р, А		1000	1050
	S	70	1000
И11	Р, А	30	1080	1150
	S	70	1080
И12	Р, А	30	1080	1250
	S	70	1080
И13	А	30	1270	1340
	S	50
И14	А	30	1360	1420
И15			1450
И16			1510
	S	70		-
И17	А	30	1600
И18			1650

Для бетонов классов ИЗ-И8 температуры деформации под нагрузкой не определяют.

Для бетонов классов И15-И18 определяют температуру 4%-ной деформации.

Остаточная прочность бетона зависит от вида вяжущего, температуры нагрева и характеризуется процентным отношением прочности бетона после нагрева до предельно допустимой температуры применения для бетонов классов ИЗ-И7 и после нагрева до температуры 800°С для бетонов классов И8-И18 к прочности бетона в проектном возрасте.

Для бетонов со средней плотностью 1500 кг/м3 и более, предназначенных для изготовления конструкций и изделий, к которым предъявляют требования по водонепроницаемости, устанавливают следующие марки по водонепроницаемости: W2, W4, W6, W8.

Для бетонов со средней плотностью 1500 кг/м3 и более, предназначенных для изготовления конструкций и изделий, к которым предъявляются требования по морозостойкости, устанавливают следующие марки по морозостойкости: F15, F25, F35, F50, F75.

Установленные значения марок по водонепроницаемости и морозостойкости должны быть обеспечены в возрасте, указанном в проектно-технической документации.

Для легкого бетона устанавливают следующие марки по средней плотности в сухом состоянии: D300, D400, D500 D600, D700, D800, D900, D1000, D1100, D1200, D1300, D1400, D1500, D1600, D1700, D1800.

Для бетонов устанавливают требования по предельным значениям усадки после нагрева до предельно допустимой температуры применения бетонов классов ИЗ-И12 и до температуры применения бетонов классов И13-И18, которые не должны превышать, %:

,0 - для бетонов плотной структуры со средней плотностью 1500 кг/м3 и более;

,5- для бетонов плотной структуры со средней плотностью менее 1500 кг/м3;

,0 - для бетонов ячеистой структуры.

Составы бетонов подбирают по методикам, пособиям и рекомендациям научно-исследовательских институтов, утвержденных в установленном порядке.

Бетонные смеси в соответствии с ГОСТ 7473-94 «Смеси бетонные. Технические условия» и в зависимости от степени готовности подразделяют на готовые к употреблению и сухие.

Бетонные смеси для бетонов плотной структуры приготовляют по ГОСТ 7473-94 «Смеси бетонные. Технические условия», а для бетонов ячеистой структуры - по ГОСТ 25485-89 «Бетоны ячеистые. Технические условия».

Бетонные смеси для бетонов, кроме ячеистых, должны соответствовать маркам по удобоукладываемости Ж1-Ж4 ГОСТ 7473-94 «Смеси бетонные. Технические условия», принимаемым по технологической документации.

В бетонную смесь, приготовленную на портландцементе, допускается введение пластифицирующих добавок при условии сохранения заданных свойств бетона. При этом, марка по удобоукладываемости бетонной смеси должна быть не более ПЗ по ГОСТ 7473 «Смеси бетонные. Технические условия».

Бетонную смесь, приготовленную на портландцементе и высокоглиноземистом цементе, а также бетонную смесь, приготовленную на жидком стекле и глиноземистом цементе при температуре наружного воздуха не выше 20°С, транспортируют в соответствии с требованиями ГОСТ 7473-94 «Смеси бетонные. Технические условия».

Время от приготовления бетонной смеси на основе жидкого стекла и глиноземистого цемента до ее укладки не должно превышать 30 мин.

Бетонную смесь на основе жидкого стекла и глиноземистого цемента при температуре наружного воздуха выше 20°С приготовляют на месте укладки.

На сегодняшний день жаростойкие бетоны признаны одним из основополагающих и экономически выгодных строительных материалов. Главным свойством жаростойких бетонов, предназначенных для промышленных и строительных конструкций, является их способность при длительном воздействии высоких температур сохранять свои физико-механические свойства.

Экономическая эффективность использования жаростойкого бетона при строительстве тепловых агрегатов и других конструкций обусловлена следующим:

производство жаростойкого бетона в большинстве случаев дешевле производства соответствующих огнеупорных изделий;

сооружение тепловых агрегатов из крупноразмерных блоков увеличивает производительность труда в 2-5 раз;

из жаростойкого железобетона можно изготавливать несущие конструкции, что позволяет экономить металл;

жаростойкий бетон позволяет разработать любые конструкции печей и тем самым создать условия для более эффективных технологий, отличающихся высокой производительностью;

применение жаростойкого бетона значительно увеличивает срок службы агрегата и, следовательно, сокращает затраты на ремонтные работы;

на основе местных исходных материалов могут быть разработаны более дешевые составы жаростойких бетонов с заданными свойствами;

использование жаростойкого бетона для фундаментов под строительные конструкции дает возможность более рационально и компактно размещать оборудование во вновь строящихся цехах.

В настоящее время продолжаются работы по исследованию и внедрению в производство новых, еще более экономичных видов жаростойкого бетона. Результаты испытаний в промышленных условиях показали высокие эксплуатационные свойства корундового жаростойкого бетона на безводных силикат-натриевых композиционных вяжущих. Разработанные бетоны не содержат в своем составе цементов, а также других традиционных вяжущих и представляют собой безводные силикат-натриевые композиции. Применение этого вида жаростойких бетонов, взамен используемого сегодня корундового мелкоштучного огнеупора, позволит увеличить межремонтную кампанию тепловых агрегатов в 1,5-2 раза, снизить трудозатраты при ремонте печей и срок ремонта, существенно уменьшить энергозатраты на единицу футеровочного материала за счет исключения обжига.

В связи с разработкой ядерных реакторов нового поколения большой интерес представляет разработка состава и исследования технологии устройства теплоизоляции шахты реактора из легких жаростойких бетонов. В связи с тем, что в настоящее время проектируются новые экологически безопасные реакторы, в которых роль тепловой и биологической защиты отводится теплоносителю - расплавленному свинцу, соответственно коренным образом меняется назначение жаростойких бетонов: они должны выполнять роль теплоизоляции, позволяющей уменьшить температуру нагрева обычного тяжелого бетона с 450°С (температура расплавленного свинца) до 100°С.

Таким образом, современное строительство немыслимо без использования как бетонов в целом, так и в частности бетонов жаростойких, которые представляют собой отвечающий всем современным требованиям строительный материал. Состав и технология производства жаростойких бетонов продолжают совершенствоваться, появляются новые виды жаростойких бетонов, которые обладают уникальнейшими свойствами и характеристиками; расширяется сфера применения жаростойких бетонов, улучшается их качество. Это свидетельствует о том, что жаростойкие бетоны являются перспективным строительным материалом, который широко используется сейчас и будет использоваться в будущем.