Жаростойкие бетоны
Содержание
Введение
Материалы для производства
жаростойких бетонов
Требования к материалам для изготовления
жаростойких бетонов
Расчет состава жаростойкого бетона
Список использованной литературы
Введение
Жаростойкий бетон — это специальный
бетон, способный не изменять требуемые физико-механические свойства при длительном
воздействии высокой температуры (свыше 200°С). В зависимости от вяжущего вещества
различают жаростойкие бетоны на портландцементе и шлакопортландцементе, на высокоглиноземистом
и глиноземистом цементе и на жидком стекле.
Жаростойкий бетон предназначается
для промышленных агрегатов (облицовки котлов, футеровки печей и т.п.) и строительных
конструкций, подверженных нагреванию (например, для дымовых труб). При действии
высокой температуры на цементный камень происходит обезвоживание кристаллогидратов
и разложение гидроксида кальция с образованием СаО. Оксид кальция при воздействии
влаги гидратируется с увеличением объема и вызывает растрескивание бетона. Поэтому
в жаростойкий бетон на портландцементе вводят тонко измельченные материалы, содержащие
активный кремнезем.
Виды жаростойких бетонов
По предельно допустимой температуре
применения жаростойкие бетоны подразделяются на 14 классов:
|
Класс
|
Предельно допустимая температура применения,
°С:
|
|
3
|
300
|
|
6
|
600
|
|
7
|
700
|
|
8
|
800
|
|
9
|
900
|
|
10
|
1000
|
|
11
|
1100
|
|
12
|
1200
|
|
13
|
1300
|
|
14
|
1400
|
|
15
|
1500
|
|
16
|
1600
|
|
17
|
1700
|
|
18
|
свыше 1800
|
По прочности на сжатие жаростойких
бетонов в соответствии с СТ СЭВ 1406-78 установлены следующие классы: В1; В1,5;
В2; В2,5; В3,5; В5; В7,5; В10; В12,5; В15; В20; В25; В30; В35; В40.
Различают жаростойкие бетоны
следующих марок:
по средней плотности: D300;
D400; D500; D600; D700; D800; D900; D1000; D1100; D1200; D1300; D1400; D1500; D1600;
D1700; D1800;
по термической стойкости в
водных теплосменах (бетоны плотной структуры со средней плотностью 1200-2900 кг/м3):
Твд5, Твд10, Твд15, Твд25, Твд35, Твд40
по термической стойкости в
воздушных теплосменах: Твз5, Твз10, Твз15, Твз20, Твз25 (бетоны плотной структуры
500-1100 кг/м3) Твз5, Твз10 (бетоны ячеистой структуры 600-1000 кг/м3)
по морозостойкости (бетоны
плотной структуры со средней плотностью 1200-2900 кг/м3): F15, F25, F35,
F50, F75
по водонепроницаемости (бетоны
со средней плотностью 1200-2900 кг/м3): В2, В4, В6, В8
Для жаростойких бетонов марок
средней плотности D300-D1100 термическая стойкость в водных теплосменах, морозостойкость
и водонепроницаемость не нормируется. Для жаростойких бетонов марок по средней плотности
D300 и D400 не нормируется термическая стойкость в воздушных теплосменах.
В зависимости от способа укладки
и уплотнения бетонной смеси, различают жаростойкие бетоны: вибрированные, трамбованные,
прессованные, торкретированные (нанесение пневмо- или механическим способом).
Материалы для производства
жаростойких бетонов
Жаростойкий бетон изготовляют
на портландцементе с активной минеральной добавкой (пемзы, золы, доменного гранулированного
шлака, шамота).
Шлакопортландцемент уже содержит
добавку доменного гранулированного шлака и может успешно применяться при температурах
до 700°С. Портландцемент и шлакопортландцемент нельзя применять для жаростойкого
бетона, подвергающегося кислой коррозии (например, действию сернистого ангидрида
в дымовых трубах). В этом случае следует применить бетон на жидком стекле. Он хорошо
противостоит кислотной коррозии и сохраняет свою прочность при нагреве до 1000°С.
Еще большей огнеупорностью
(не ниже 1580°С) обладает высокоглиноземистый цемент с содержанием глинозема 65-80%;
в сочетании с высокоогнеупорным заполнителем его применяют при температурах до 1700°С.
Столь же высокой огнеупорности
позволяют достигнуть фосфатные и алюмофосфатные связующие: фосфорная кислота алюмофосфаты
и магнийфосфаты.
Жаростойкие бетоны на фосфатных
связующих можно применять при температурах до 1700°С, они имеют небольшую огневую
усадку, термически стойки, хорошо сопротивляются истиранию.
Заполнитель для жаростойкого
бетона должен быть не только стойким при высоких температурах, но и обладать равномерным
температурным расширением.
Бескварцевые изверженные горные
породы как плотные (сиенит, диорит, диабаз, габбро), так и пористые (пемза, вулканические
туфы, пеплы) можно использовать для жаростойкого бетона, применяемого при температурах
до 700°С.
Для бетона, работающего при
температурах 700-900°С, целесообразно применять бой обычного глиняного кирпича и
доменные отвальные шлаки с модулем основности не более 1, не подверженные распаду.
При более высоких температурах
заполнителем служат огнеупорные материалы: кусковой шамот, хромитовая руда, бой
шамотных, хроммагнезитовых и других огнеупорных изделий.
Требования к материалам для
изготовления жаростойких бетонов
1. Вяжущее
В табл. 1 приведены виды вяжущих для жаростойкого бетона, нормативные документы,
требованиям которых они должны отвечать, а также дополнительные требования, учитывающие
специфику их применения в жаростойком бетоне.
Таблица 1
|
№ п.п.
|
Вяжущее
|
Нормативный документ
|
Дополнительные требования
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
1
|
Портландцемент, портландцемент с минеральными
добавками, быстротвердеющий портландцемент
|
ГОСТ 10178
|
Марка цемента не ниже 400. Для бетонов
с предельно допустимой температурой применения выше 300 °С употребляют только
с тонкомолотой добавкой
|
|
2
|
Шлакопортландцемент
|
ГОСТ 10178
|
Марка не ниже 400. Необходимость введения
тонко молотой добавки определяется величиной остаточной прочности бетона, которая
должна быть не ниже требований табл. 9
|
|
3
|
Глиноземистый цемент
|
ГОСТ 969-77
|
Марка цемента не ниже 400
|
|
4
|
Высокоглиноземистый цемент
|
ТУ 21-20-60-84 и ТУ 6-03-339-78
|
Марка не ниже 400. Для бетонов, предназначенных
для работы в условиях агрессивной водородной среды, содержание оксида железа не
должно превышать 0,05 % и оксида кремнезема 0,1 %
|
|
5
|
Жидкое стекло силикат натрия растворимый
|
#"таблица_4">Таблица
4
|
№ п.п.
|
Заполнитель
|
Нормативные документы и требования дополнительные
|
Содержание основных компонентов, %
|
Рекомендуется применять для бетона
|
|
с предельно допустимой температурой
применения, 0С, не более
|
с вяжущим
|
|
1
|
Из доменных отвальных шлаков
|
ГОСТ 5578
|
СаО и MgO -в сумме не более 48, в том числе MgO - не более 10, сульфатов в пере-счете
на SO3 -не более 5, свободных СаО и MgO -в сумме не более 2
|
700
|
Портландцемент, шлакопортландцемент
|
|
2
|
Аглопоритовые
|
ГОСТ 11991
|
Свободных СаО и MgO -в сумме не более 2, карбонатов - не
более 2
|
900
|
То же
|
|
3
|
Из боя глиняного кирпича
|
-
|
То же
|
800
|
“
|
|
4
|
Шлаковая пемза (средняя плотность не
более 750кг/м3)
|
ГОСТ 9760
|
Свободных СаО и MgO - в сумме не более 1, Fe2O3 - не более 5,5; сульфатов в пересчете
на SO3 - не более 0,3
|
800
|
“
|
|
5
|
Из топливных шлаков и золошлаковая смесь
|
ГОСТ 25592
|
SiO2 и Аl2О3 -в сумме не менее 75,
СаО - не более 4, Потери при прокаливании не более 8, сульфатов в пересчете на
SO3 -не более 3
|
800
|
Портландцемент, шлакопортландцемент
|
|
6
|
Из литого шлака (устойчивый против любого
вида распада)
|
ГОСТ 5578
|
СаО и MgO - в сумме не более 48, в том числе MgO -не более 10, сульфатов в пересчете
на SO3 - не более 5, свободных СаО и MgO - в сумме не более 2
|
800
|
То же
|
|
7
|
Гранулированный шлак
|
ГОСТ 5578
|
То же
|
600
|
“
|
|
8
|
Бетонный из лома жаростойких бетонов
с шамотным заполнителем на портландцементе
|
ТУ 49-80
|
СаО - не более 41, Аl2О3 - не менее 14
|
1100
|
Портландцемент
|
|
9
|
Бетонный из лома жаростойких бетонов
с шамотным заполнителем на жидком стекле
|
ТУ 15-76
|
Na2O - не более 4
|
1000
1200
|
Жидкое стекло с кремнефтористым натрием
Жидкое стекло с нефелиновым шламом или
саморассыпающимися шлаками
|
|
10
|
Шамотные кусковые или из боя изделий
или из вторичных шамотных огнеупоров (лом амотный)
|
ГОСТ 23037, ТУ 14-8-173 - 75
|
Аl2О3 - 28 - 45, Fe2O3 - не более 5,5
|
1000
1200
1300
1400
|
Жидкое стекло с кремнефтористым натрием
Жидкое стекло с нефелиновым шламом или
саморассыпающимися шлаками, портландцемент
Глиноземистый цемент
Высокоглиноземистый цемент, ортофосфорная
кислота 70 %-й концентрации
|
|
11
|
Из шлаков ферромарганца, силикомарганца
|
-
|
SiO2 - 29 - 35,
Al2O3 - 8 - 9, CaO - 42 - 45, MgO - 7 - 8, MnO - 4,5 - 8,
Fe2O3 - 0,7 - 1, SO3 - 2,5 - 2,7
|
800
|
Жидкое стекло с саморассыпающимися шлаками
|
|
12
|
Карборундовые
|
ТУ 14-261-73, ТУ 63-156-1-83
|
-
|
1100
|
Жидкое стекло с нефелиновым шламом или
саморассыпающимися шлаками
|
|
13
|
Из предельного феррохрома
|
-
|
SiO2 -26 -35
|
1200
|
Глиноземистый цемент
|
|
14
|
Кордиеритовый
|
ГОСТ 20419-83*
|
Содержание минерала кордиерит не менее
80, MgO - в пределах 12-14, Fe2O3 - не более 2,5
|
1100
|
Портландцемент, жидкое стекло с нефелиновым
шламом или саморассыпающимися шлаками
|
|
15
|
Титаноглиноземистый
|
-
|
Al2O3 - не менее 68, СаО - не более 17, ТiO2- не более 12
|
1400
|
Высокоглиноземистый цемент
|
|
16
|
Хромо глиноземистый шлак
|
-
|
А12Оз не менее
75, СаО - не более 10, MgO - не
более 2, Сг2О3 - не более 9
|
1600
|
То же
|
|
17
|
Периклазошпинельные
|
-
|
MgO - cв. 40 до 80, Al2O3 -15 -55
|
1600
|
Жидкое стекло с отвердителями
|
|
18
|
Муллитокордиеритовые
|
ГОСТ 20419-83**
|
Кордиерита не менее 15,
MgO -в пределах 3 -4,
Fe2O3 - не более 2,5
|
1300
|
Глиноземистый цемент
|
|
19
|
Муллитокорундовые
|
ГОСТ 23037 -78*
|
А12О3 св. 72-90,
Fe2O3 - не более 1,5
|
1500
1800
|
То же
Ортофосфорная кислота 70 %-й концентрации
|
|
20
|
Корундовые
|
ГОСТ 23037 -78*, ТУ 14-8-384-81
|
А12O3 - не менее 90
Fe2O3 -не более 1
|
1700
1800
|
Высокоглиноземистый цемент
Ортофосфорная кислота 70 %-й концентрации
|
|
21
|
Магнезитовые
|
ГОСТ 23037 -78*
|
MgO - не менее 80, СаО -не более 4
|
1400
|
Жидкое стекло с отвердителями
|
|
22
|
Из боя шамотных легковесных изделий
|
ГОСТ 23037 - 78*
|
-
|
1300
|
Ортофосфорная кислота 50 %-й концентрации
|
|
23
|
Вспученный перлит (средняя плотность
не менее 350 кг/м3)
|
ГОСТ 10832-83*
|
-
|
600
800
1100
|
Портландцемент
Жидкое стекло с отвердителями Глиноземистый
цемент, Высокоглиноземистый
цемент
|
|
24
|
Вспученный вер- микулит (содержание
недовспученных зерен вермикулита определяют по прил. 6)
|
#"таблица_5">
Таблица 5
|
Заполнитель
|
Огнеупорность, °С, не менее
|
|
Шамотный и из боя шамотных легковесных
изделий
|
1580
|
|
Титаноглиноземистый
|
1650
|
|
Хромоглиноземистый
|
1700
|
|
Периклазошпинельный
|
1800
|
|
Муллитокорундовый
|
1850
|
|
Корундовый
|
1900
|
|
Магнезитовый
|
Более 1900
|
Для заполнителей, применяемых
в бетоне со средней плотностью после сушки менее 900 кг/м3, средняя насыпная
плотность заполнителя должна быть не более величин, указанных в табл. 6
Таблица 6
|
Заполнитель
|
Средняя насыпная плотность, кг/м3
|
|
Перлит
Керамзит
Вспученный вермикулит
Из боя шамотных легковесных изделий
|
300-500
350-800
100-200
500-800
|
Рекомендуемый зерновой состав
заполнителей для жаростойкого бетона, кроме керамзита:
Таблица 7
|
Заполнитель
|
Максимальная крупность зерен, мм
|
Полный остаток, % массы, на сите с отверстиями
размером, мм
|
|
20
|
10
|
5
|
2,5
|
1,2
|
0,6
|
0,3
|
0,14
|
|
Мелкий
|
5
|
-
|
-
|
0,5
|
10-30
|
20-55
|
40-70
|
70-95
|
80-100
|
|
Крупный
|
20
|
0-5
|
30-60
|
90-100
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
“
|
10
|
-
|
0-5
|
90-100
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Рекомендуемый зерновой состав
керамзитового заполнителя:
Таблица 8
|
Размер отверстий сита в свету, мм
|
20
|
10
|
5
|
1,25
|
0,14
|
|
Полный остаток на ситах, % массы
|
0-5
|
25-40
|
45-65
|
70-75
|
80-100
|
Особое внимание следует уделять
чистоте заполнителя. Наличие в заполнителе включений известняка, доломита, гранита
и др. не допускается.
Заполнители для жаростойкого
бетона, получаемые кратковременным обжигом природных пород (перлит и вермикулит),
не должны содержать недовспученных зерен.
Для расчета определяют: активность
цемента; количество частиц менее 0,14 мм в мелком заполнителе; кажущуюся плотность
заполнителя (плотность в куске); оптимальную насыпную плотность смеси мелкого и
крупного заполнителей (без зерен мельче 0,14 мм) ; плотность материала.
Усредненные характеристики
заполнителей, которые можно использовать только для расчета ориентировочного расхода
материалов, приведены в таблице. Для получения более точных данных необходимо определять
опытным путем насыпную плотность и водопоглощение.
Расход смеси мелкого и крупного
заполнителей Р3, кг на 1 м3 бетонной смеси, определяется по
формуле
Р3 = 1000/(  +  ) (1)
где Киз - коэффициент избытка
вяжущего теста;
 - кажущаяся плотность заполнителей, г/см3
 - насыпная плотность заполнителей, г/см3,
 - пустотность заполнителя.
α = 1-ρЗ/
ρЗ.К. (2)
Коэффициент избытка вяжущего
теста Киз является одной из важнейших величин, обеспечивающих заданную
удобоукладываемость бетонной смеси и влияющих на прочностные характеристики жаростойких
бетонов.
Для жаростойких бетонов на
жидком стекле коэффициент избытка определен экспериментальным путем и составляет
1,5.
Для жаростойких бетонов на
цементных вяжущих для определения коэффициента избытка устанавливают водовяжущее
отношение В/Вв, необходимое для обеспечения заданной прочности бетона,
по формуле
В/ВВ = nAB/(R+ l,3nAB) (3)
где n коэффициент качества заполнителя (см. таблицу) ; R - контрольная прочность
на сжатие, МПа; АB - активность
вяжущего (0,5-0,75 АЦ).
АВ = АЦ/(1+д) (4)
где АЦ - активность
цемента, МПа; д - количество тонкомолотой добавки в частях массы цемента.
Коэффициент избытка вяжущего
теста определяют по формуле
lgKИЗ = 0,64 - B/BBlgЗy (5)
где у - удобоукладываемость
бетонной смеси, с.
Расход смеси мелкого и крупного
заполнителей (сумма объемов) на 1 м3 бетонной смеси находится в пределах
0,9 -1,4 м3.
Для тяжелых и облегченных
бетонов расход заполнителя составляет 0,9 1,1 м3 , для легких - 1 - 1,4
м3.
|
Заполнитель
|
Насыпная плотность г/см3
|
Кажущаяся плотность (плотность в куске),
г/см3
|
Плотность, г/см3
|
Водопоглощение, %
|
Коэффициент качества заполнителя n
|
|
Из боя обыкновенного глиняного кирпича
|
1,2
|
1,7
|
2,53
|
15-20
|
0,35
|
|
Керамзитовый и аглопоритовый
|
0,3-0,8
|
0,6-1,7
|
2,55
|
-
|
0,3-0,4
|
|
Шамотный
|
1,4
|
2-2,25
|
2,65
|
5-15
|
0,4
|
|
Муллитовый
|
1,8
|
2,3-2,6
|
2,9-3,1
|
2-5
|
0,6
|
|
Муллитокорундовый
|
2,2
|
2,45-3
|
3,1-3,6
|
2-5
|
0,6
|
|
Корундовый
|
2,7
|
2,8-3,1
|
3,6-4
|
0,8-5
|
0,6
|
|
Кордиеритовый
|
1,3
|
1,85
|
2,6
|
7
|
0,4
|
|
Магнезитовый
|
2
|
2,7
|
3,4-3
|
4-9
|
-
|
|
Периклазошпинельный
|
2,8
|
3,3
|
3,7
|
4-9
|
-
|
|
Из доменных литых, отвальных и гранулированных
шлаков
|
0,6-2,2
|
1,8-2,7
|
2,75
|
2-12
|
0,5
|
|
Шлаковая пемза
|
1,2
|
1,7
|
-
|
-
|
-
|
|
Из шлаков титаноглиноземистых (ферротитана)
|
1,7
|
2,3
|
2,9
|
0,1-1
|
0,6
|
|
Базальтовые
|
1,8
|
3
|
3,1
|
0-1
|
0,6
|
|
Диабазовые
|
1,8
|
3
|
3,1
|
0-1
|
0,6
|
|
Андезитовые
|
1,7
|
2,9
|
3
|
0-1
|
0,6
|
|
Диоритовые
|
1,7
|
2,9
|
3
|
0-1
|
0,6
|
|
Бетонные из лома жаростойких бетонов
с шамотным заполнителем
|
1,4
|
2
|
2,65
|
10-15
|
0,4
|
Примечание. Коэффициент n является эмпирическим и учитывает влияние вида и прочности заполнителя
на прочность бетона
Расход мелкого РЗ.М
и крупного - РЗ.К заполнителей для бетона на цементных вяжущих определяют
по формуле
РЗ.М = РЗ.К
= РЗ/2 (6)
где РЗ - см. формулу
(1).
Расход мелкого и крупного
заполнителей для бетона на жидком стекле определяют по формулам:
РЗ.К = РЗ/1,65 (7)
РЗ.М = РЗ
- РЗ.К (8)
Расход глиноземистого и высокоглиноземистого
цементов и шлакопортландцемента вычисляют по формуле
РЦ = (1000 - РЗ/ρЗ.К)/(0,33
+ В/ВВ) (9)
где РЗ, ρЗ.К
- см. формулу (1).
Количество глиноземистого
и высокоглиноземистого цементов и шлакопортландцемента на 1 м3 тяжелых
и облегченных бетонов составляет 400-600 кг, легких - 200-350 кг.
Расход портландцемента РЦ,
кг, и тонкомолотой добавки РД, кг, для бетонов на портландцементе вычисляют
по формулам:
РЦ = (1000 - ρЗ/
ρЗ.К/ 0,33 + д/ρД + (1 + д)·В/ВВ (10)
PД = РЦ · д (11)
где РЗ; ρЗ.К
- см. формулу (1), д - см. формулу (4), ρД - плотность тонкомолотой добавки, г/см3.
Количество портландцемента
на 1 м3 тяжелых и облегченных бетонов составляет 300-500 кг, легких 200-350
кг.
Количество тонкомолотой добавки
всех видов (кроме силикат-глыбы) в жаростойком бетоне на портландцементе составляет
0,3 частей по массе, силикат-глыбы - 0,1 частей по массе цемента.
Расход воды РВ,
кг (л), на 1 м3 бетонной смеси на цементных вяжущих определяют по формуле
РВ = PЗW/100 + (РЦ + РД) В/ВВ (12)
где РЗ - см. формулу
(1); W - водопоглощение заполнителя, %; РЦ
- см. формулу (9); РД - см. формулу (11).
Расход жидкого стекла вычисляют
по формуле
РС.Ж = РЗ
α ρЗ.Ж (КИЗ - 0,3)/ ρЗ (13)
где РЗ, α,
КИЗ, ρЗ - см. формулу (1); ρЗ.Ж - плотность жидкого стекла, г/см3.
Расход тонкомолотой добавки
определяют по формуле
РД = 0,6VС.Ж·ρД (14)
где VС.Ж - объем жидкого стекла, который вычисляется
по формуле (15)
VС.Ж = РС.Ж/ρС.Ж (15)
где ρД - плотность
материала, из которого изготовлена тонкомолотая добавка, г/см3
Расход отвердителя РО
зависит от расхода жидкого стекла по массе и составляет: для кремнефтористого
натрия - 0,1-0,12 частей по массе для бетонов со всеми тонкомолотыми добавками (кроме
магнезита) и бетона с тонкомолотым магнезитом - 0,08-0,1 частей по массе.
Для нефелинового шлама, саморассыпающегося
шлака со всеми (кроме магнезита) тонкомолотыми добавками - 0,3 частей по массе с
тонкомолотой добавкой из магнезита - 0,12 частей по массе.
Ориентировочно количество
жидкого стекла на 1 м3 бетона составляет 250-400 кг.
Список использованной литературы
1. Пособие к СНИП 3.09.01 3.03.01
2. Технология бетонов. Учебник Ю. М. Бженов
– М.: издательство АСВ, 2002.
Похожие работы на - Жаростойкие бетоны
| |