Огнеупорный бетон

Применение жаропрочного бетона

В состав жаропрочного бетона входят специальные добавки и смеси, которые придают материалу значительную прочность при воздействии высоких температур.

В процессе эксплуатации огнеупорный бетон приобретает еще большую устойчивость к нагреву. Большим плюсом является тот факт, что жаропрочный бетон не требует дорогостоящего специального обжига, потому широко используется в строительстве.

По принципу работы он не отличается от обычного бетона и может гарантировать полную безопасность и защиту вашей конструкции от перегрева. К тому же, огнеупорный бетон может применяться как термоизоляционный материал.

В зависимости от области применения разделяют ячеистый, легкий или плотный бетон. Легким материал считается, когда в высушенном состоянии его вес не более 1500 кг/м3. К базовому сырью из шлакопортландцемента, портландцемента, глиноземистого цемента или жидкого стекла добавляются тонкомолотые примеси, вроде боя шамотного кирпича, кускового шамота, пемзы, боя магнезитового кирпича, андезита и других. Добавки способствуют затвердеванию огнеупорного бетона и формируют его огнеупорные качества.

Огнеупорные бетоны на фосфатной и силикатной связке

Существуют так называемый специальный огнеупорный бетон. Это когда помимо глиноземисто-цементной связки в его состав добавляют силикатную или фостфатную основу. Огнеупорный бетон на фосфатной связке лучше схватывается с другими огнеупорами, быстрее твердеет и имеет более высокую прочность в сравнении с бетоном на глиноземистом цементе. Отвердитлем выступает цемент, тальк, окись магния. Наполнителем служат высокотемпературные материалы: корунд, бой корундовых и высокоглиноземистых огнеупоров, хромиты и хромомагнезиты.

Огнеупорные бетоны на силикатной связке применяют в условиях кислотной среды. Для увеличения твердости добавляют силиката натрия, кремнефтористый натрий, фосфаты.

Заполнителем служит кварцевый песок, высококремнеземистый шамот. Благодаря повышенной устойчивости к кислотам огнеупорный бетон на силикатной связке принято использовать для дымохода в травильных ваннах, баках, футеровки труб.

Если вы решили построить из жаропрочного бетона мангал, камин или печь в доме своими руками, то с целью экономии при строительстве это можно легко сделать своими руками. Для этого используют готовую сухую смесь или смешивают ингредиенты по специальной технологии, схожей с приготовлением обычного бетона.

Заводские смеси изготовлены по всем стандартам и могут гарантировать качество продукции. Применяя готовую сухую смесь, внимательно прочтите на упаковке инструкцию и строго следуйте ей.

Технология изготовления жаропрочного бетона делится на два вида: если конструкция будет подвергаться влаге, не добавляйте жидкое стекло, если среда кислая и агрессивная не используйте портландцемент.

Определите площадку для работы, убедитесь в доступности воды и чистоте инструментов.

Изготовление огнеупорного бетона

В стандартный состав огнеупорного бетона входят: песок, гравий, гашеная известь, жаропрочный цемент. В пропорциях соответственно 3:2:2:0,5. Чистой фильтрованой воды требуется 7,7 л для 22,5 кг смеси. Лопатой как следует смешайте песок и гравий в тачке или используйте бетономешалку.

Затем заливайте смесь водой, пока она не наберет нужную консистенцию. Перенесите смесь в готовую форму или отливку, разровняйте поверхность шпателем и удалите лишний бетон. Чем быстрее вы будете работать, тем плотнее будет раствор.

Чтобы убрать пустоты и избавиться от пузырьков воздуха в огнеупорной смеси примените перфоратор или воспользуйтесь отбойным молотком. В деревянную часть формы вставьте сверло и работайте в течении одной минуты. Далее готовую смесь необходимо накрыть пленкой и оставить на пару дней, изредка сбрызгивая водой. Готовый огнеупорный блок перенесите в помещение и оставьте на 25 дней.

Чтобы сделать отливки можно воспользоваться фанерой. Для легкого извлечения огнеупорного блока на дно формы укладывают полиэтилен, или в лучшем случае смазанный жиром силикон, который не будет препятствовать испарению воды с поверхности блока.

Состав и свойства

Основа огнестойкого бетона – это огнеупорный цемент, являющийся вяжущим элементом, скрепляющим все другие компоненты в однородную, целостную структуру.

Бывают:

• Портландцементы высоких марок.
• Основа из портландцемента с добавлением зольных, металлургических шлаков, обладающая повышенной вязкостью.
• Глиноземная цементная основа с добавлением силикатов (жидкого стекла).
• Глиноземистый цемент (ГЦ) с содержанием оксида алюминия до 55 %, температура плавления которого доходит до 1500 ℃.
• Высокоглиноземистый цемент (ВГЦ), в котором содержание Al2O3 доходит до 70 %, с температурой плавления – до 1800 ℃.

Применение огнеупорного бетона в металлургии

Наиболее применяем ВГЦ, являющийся гидравлической связкой при производстве как тяжелых, так и легких (ячеистых) бетонов с высокой стойкостью к огню, сильному нагреву.

Глиноземистые цементы – это весьма распространенные компоненты сухих готовых смесей для получения огнестойкого бетона: торкрет-масс, кладочных растворов. К их положительным свойствам относят:

• Быстрое нарастание прочности – до 70 МПа после заливки, торкретирования.
• Выделение тепла при затвердевании, что позволяет проводить работы при отрицательной температуре без подогрева.
• Высокая плотность бетона огнеупорного, полученного на их основе – до 2 тыс. кг/м3.
• Устойчивость к агрессивному воздействию среды, что позволяет использовать их в качестве защитного слоя в аппаратах химических производств с высокой температурой технологического режима.
• При воздействии открытого пламени, высокотемпературных тепловых потоков происходит спекание бетона, изготовленного на основе глиноземистых марок огнеупорного цемента в однородную керамическую массу.

На эту тему ▼

Огнезащита металлических конструкций

Составы и способы

Второй неотъемлемый компонент огнеупорного бетона – это негорючий наполнитель, в качестве которого используют:

• Бой шамотного, магнезитового кирпича.
• Магнезит, андезит.
• Хромитовую руду.
• Металлургические шлаки.
• Золу тепловых станций.
• Базальт, диорит, корунд.
• Вулканическую пемзу.
• Обожженную каолиновую глину.

Все виды наполнителей при производстве и подготовке к использованию измельчаются до необходимых по стандартам фракций, проходят термическую обработку, поэтому их свойства под воздействием огня, сильного нагрева неизменны, как и не происходит химических, физических изменений, влияющих на целостность, прочность структуры жаростойкого бетона.

В качестве пластификаторов легких (ячеистых) видов огнеупорного бетона в рецептуру добавляют перлит, вермикулит, керамзит.

Приготовление состава

Как же создать огнеупорный бетон, прибегая к изготовлению смеси своими руками? Для этого используется вода, вяжущие компоненты и различные жаропрочные наполнители. Процесс изготовления имеет свои отличительные особенности. Используемые составляющие должны отличаться особой чистотой. Кроме того, исключается засорение огнеупорных и тугоплавких составляющих песком, известняком или гранитом.

Допущение подобных промашек в технологии производства нередко приводит к быстрому разрушению материала.

Методики изготовления

Существует несколько способов производства жаропрочного бетона своими руками. Прежде всего, получить материал можно, используя готовую сухую смесь, которая обладает всеми нужными составляющими. Более сложный вариант предполагает самостоятельное смешивание компонентов в необходимых пропорциях.

Оптимальным решением является применение первой методики, поскольку при производстве жаропрочных смесей в заводских условиях используются наилучшие компоненты. К тому же в данном случае тщательно соблюдается технология изготовления. В результате потребитель получает возможность использовать готовую к применению смесь наивысшего качества. Достаточно лишь добавить растворитель или воду.

При самостоятельном изготовлении для приобретения материалом огнеупорных качеств в смесь целесообразно добавлять следующие компоненты тонкого помола: андезит, шамотный бой, хромитовую руду, магнезитовый цемент. Результатом правильного подбора ингредиентов и соблюдения пропорций становится материал, который выдерживает повышенные температуры, не разрушаясь.

Инструменты и материалы

Прибегая к собственноручному изготовлению огнеупорного бетона, можно заметно сэкономить, отказавшись от услуг мастеров. Однако прежде чем приступать к изготовлению смеси, рекомендуется подготовить необходимые инструменты и материалы. Здесь потребуется следующее:

• оборудование для смешивания компонентов бетона;
• лопатка-кельма;
• тачка для транспортировки материалов;
• совковая лопата;
• распылитель для воды;
• деревянная опалубка, формы для разливки;
• песок, гравий, гашеная известь, жаропрочные компоненты;
• портландцемент.

Особенности изготовления

При изготовлении огнеупорного цемента в бетономешалку помещаются предварительно подготовленные сухие компоненты (соотношение цемент-песок составляет 1:4). После формирования однородной смеси добавляется вода в количестве, необходимом для достижения тестообразной консистенции. Так как огнеупорные строительные основы отличаются специфическими характеристиками вязкости и быстро затвердевают, добавляя воду, лучше ориентироваться на рекомендации изготовителя цемента.

Готовую смесь распределяют по формам, заливают в опалубку или используют в качестве вяжущего материала при кладке огнеупорного кирпича. Применяя глиноземистые наполнители, после добавления воды действуют крайне оперативно, что позволяет избежать преждевременного схватывания раствора.

https://youtube.com/watch?v=04jyMhBzxYo

В завершении работ рекомендуется тщательно очистить и вымыть оборудование. Соскрести застывший огнеупорный материал с инструментов на следующие сутки станет крайне непростой задачей.

При необходимости подготовки незначительных объемов раствора с использованием портландцемента смешивать компоненты можно вручную. Удобно использовать для этого широкие емкости – глубокие тазы, ванны, корыта.

Главные ингредиенты

Главная характеристика бетона – прочность на сжатие, измеряемая в мегапаскалях (МПа). Именно от нее зависит класс материала. Используя специальные добавки в определенных пропорциях, изготовить бетон своими руками будет довольно просто.

Цемент и песок

Основным компонентом бетона является цемент, так как именно он связывает все остальные ингредиенты в единую массу. Для изготовления бетонного раствора стоит выбрать портландцементы, отличающиеся высоким содержанием силикатов кальция. Однако в зависимости от решаемых задач могут использоваться и другие виды цемента. Например, при строительстве частных домов чаще всего применяется марка 500.

Портландцементы обладают не только хорошей адгезией, но также позволяют проводить строительные работы при низких температурах. Однако в такой ситуации предстоит использовать специальные добавки. Если строительство проходит в теплое время года, то стоит применять шлакопортландцемент

При покупке материала, обязательно нужно обратить внимание на его сыпучесть, и если цемент отсырел, то применять его нельзя

Песок является вторым важным компонентом для изготовления материала. Желательно, чтобы этот материал имел фракцию 1,5-5 мм. Оптимальным выбором станет речной песок. Хотя его стоимость и выше в сравнении с карьерным, размеры частиц отлично подходят для решения поставленной задачи. Если бетон создается для возведения фундамента, то допускается наличие в песке глины.

Щебень и гравий

Именно благодаря этим заполнителям бетон и приобретает основную прочность

Однако при выборе пород крайне важно учитывать их характеристики. Зачастую в строительстве применяют керамзит или другие аналогичные материалы. Размер щебня и гравия может находиться в пределах 8-35 мм

Более крупная порода иногда применяется в промышленном строительстве, но довольно редко. Чтобы сделать хороший бетон своими руками стоит использовать заполнитель, содержащий частицы разных размеров

Размер щебня и гравия может находиться в пределах 8-35 мм. Более крупная порода иногда применяется в промышленном строительстве, но довольно редко. Чтобы сделать хороший бетон своими руками стоит использовать заполнитель, содержащий частицы разных размеров.

Можно смешивать средний гравий с крупным. Это связано с тем, что у домашних мастеров не всегда есть профессиональный инструмент для утрамбовки бетона. Наличие в его составе частиц разных размеров позволит обеспечить их более плотное прилегание

Также во время приготовления бетона стоит уделить внимание выбору воды, в которой не должно содержаться кислотных либо щелочных включений

Специальные добавки

Иногда в бетон добавляют гашеную известь, чтобы раствор было проще укладывать. Однако следует помнить, что это вещество может помещать цементу нормально связываться с заполнителями и прочность материала в такой ситуации снизится. Изменить показатель текучести раствора можно с помощью пластификаторов. Однако если бетон планируется использовать для заливки фундамента, эти добавки можно не применять.

Некоторые добавки позволяют придать бетону уникальные свойства. Например, есть вещества, ускоряющие процесс набора прочности раствором в холодную погоду. Для увеличения показателя армированности в строительстве используются специальные добавки. Например, при создании тонкой стяжки в раствор добавляется поливинилхлорное либо полипропиленовое волокно. Это добавки довольно мягкие, они не отличаются особой прочностью, но позволяют избежать растрескивания бетона.

Легкие поризованные и ячеистые жаростойкие бетоны

Для производства поризованных и ячеистых легких бетонов могут использоваться те же вяжущие, что для изготовления тяжелых бетонов (в основном — портландцемент и глиноземистый цементы). При употреблении пористых специальных заполнителей получаются легкие жаростойкие бетоны, а при введении в состав бетонных смесей газообразователей или специальной пены — ячеистые бетоны.

Легкие поризованные бетоны

Поризованные легкие бетоны

В качестве заполнителей для таких бетонов применяют пористые материалы, устойчивые к воздействию повышенных температур (700°С—1000°С):

• вспученный перлит;
• керамзит;
• вулканический туф;
• вермикулит.

Для легких бетонов, с учетом средней плотности материала, устанавливают марки: D300…D1800.

По способу применения легкие поризованные бетоны подразделяются на следующие классы:

1. Теплоизоляционные. Плотность материала должна составлять 500 кг/м3 и ниже, теплопроводность максимум 0,14 Вт/м*К, прочность М14–М25.
2. Конструкционно-теплоизоляционные: плотность 500–800 кг/м3, теплопроводность — 0,14–0,54 Вт/м*К, прочность М35 и более.
3. Конструкционные — плотность должна соответствовать 1400–1800 кг/м3, прочность М50 и более. Теплопроводность для конструкционных бетонов не нормируется.

Легкие бетоны на глиноземистом цементе и портландцементе обладают высокой огнестойкостью, а при использовании в качестве заполнителя керамзитового щебня — значительно возрастает морозостойкость материала (F25–100).

Ячеистые бетоны

Ячеистые легкие бетоны

В масштабном строительстве ячеистые легкие бетоны применяют в основном для теплоизоляции (ввиду низкой теплопроводности) и как жаростойкие материалы. Их огнестойкость значительно выше данного показателя у обычных составов.

Ячеистые бетоны широко распространены в индивидуальном строительстве где применяются в качестве блоков (автоклавной и неавтоклавной обработки), и в качестве элементов бетонных конструкций заводского изготовления.

По своему назначению ячеистые легкие бетоны делятся на четыре категории:

• теплоизоляционные (до 500 кг/м3);
• теплоизоляционно-конструкционные (500–900 кг/м3);
• конструкционные (1000–1400 кг/м3);
• жаростойкие (800–1200 кг/м3), с температурой использования до 800°С.

Ячеистые бетоны (газобетоны, пенобетоны) в течении 3–7 часов способны выдерживать влияние открытого огня без видимых разрушений конструкций. При нагревании обычных изделий из газобетона до температуры 400°С наблюдается увеличение прочности материала, а вот при повышении температуры до 1000°С, наблюдалось полное разрушение структуры ячеистых бетонов.

Пожарные сертификаты на газобетон

При необходимости, предел огнестойкости ячеистых бетонных конструкций можно увеличить за счет применения следующих вяжущих:

• известково-белитовые (800°С);
• топливные золы и металлургические шлаки;
• щелочные алюмосиликатные вяжущие.

https://youtube.com/watch?v=C0r86LozCCk

Приготовление собственноручно

Схема бетономешалки для приготовления бетона. Жаростойкий бетон можно приготовить своими руками, однако он потом должен выполнять все возложенные задачи. Также при работе с жаропрочным бетоном нужно выполнять рекомендации и придерживаться инструкции, которая, в свою очередь, должна соответствовать требованиям и технологическим нормам. В результате изготовления огнеупорного компонента своими руками должен получиться бетон, который, так же как и заводской, устойчив к температурным перепадам, обладает термоизоляционными функциями. При нагревании он не должен утрачивать свои свойства и форму. Собственноручное приготовление жаростойкого бетона позволит уменьшить расходы на строительство.

Изготавливая жаростойкий материал в домашних условиях, нужно запастись жидким стеклом, бариевым цементом, асбестом. Эти компоненты придадут бетону те характеристики, которые позволят использовать материал при строительстве сооружений с высоким температурным режимом.

Чтобы сделать жаростойкий материал собственноручно, нужно поместить в мешалку для бетона цемент и песок в соотношении один к четырем. После тщательного перемешивания вливается вода до тех пор, пока консистенция не будет похожа на тесто. Получившийся раствор заливают в формы, а после — в опалубку. Чтобы удалить появившийся воздух, в растворе используют уплотнители.

Состав огнеупорного бетона

Конкретный состав материала может меняться в зависимости от его назначения. К примеру, термостойкие смеси для сооружения дымоходов могут быть не схожи по составу с растворами для предприятий химической индустрии.

Важно! Жаростойкий бетон производится согласно ГОСТу 20910-90 и содержит вяжущее, наполнитель и целевые добавки

Вяжущие вещества

Для производства огнестойкого бетона чаще всего используют портландцемент – самое популярное вяжущее вещество, которое не вызывает значительного удорожания смеси, характеризуется прочностью, надежностью, имеет годами отработанную технологию применения.

Огнеупорный бетон на основе цемента марки М400 и выше подходит для устройства дымовых труб, тепловых агрегатов. Класс его прочности соответствует В15-В40, а в состав обязательно включаются мелкозернистый наполнитель (тонкомолотая добавка) и активная минеральная составляющая – шамотная глина, доменный шлак.

Шамотная глина КБС 20 кг

Прочие разновидности вяжущих веществ для жаропрочного бетона:

1. Шлакопортландцемент. Кроме портландцемента включает небольшое количество доменного шлака. Используется для приготовления бетонов, которые выдерживают максимальную температуру до +700 градусов.
2. Жидкое стекло (натриевые или калиевые составы). Готовый огнеупорный бетон с таким вяжущим может эксплуатироваться при температурах в пределах +800…+1600 градусов, а также в нагревающейся газовой среде. По структуре жидкое стекло бывает высокомодульным, среднемодульным, низкомодульным. Оно долго отверждается, поэтому в бетонный раствор дополнительно вводят ускорители реакции: кремниефторид натрия, фторсиликат щелочных металлов, феррохром, ферромарганец, нефелиновый шлам.
3. Глиноземистый или высокоглиноземистый цемент. Применяется в качестве вяжущего, если жаростойкий бетон будет эксплуатироваться в водородной, углеродной, фосфорной среде при температурах до +1300 градусов. Основной минеральной составляющей данного типа бетона должен выступать моно- или диалюминат кальция. При дополнительном введении корунда, оксида алюминия термостойкость бетона возрастет до +1650 градусов. Конструкции на основе глиноземистого цемента отличаются минимальной усадкой, малым линейным расширением при нагреве, большой прочностью, стабильностью при температурных перепадах. Для еще большего упрочнения их структуры в состав дополнительно вводят андезит, шамотную крошку, доменный шлак.

Повысить жаростойкость бетона можно путем замены части вяжущего вещества на силикатные или фосфатные составы. Готовый раствор будет лучше схватываться с основанием, быстрее затвердевать и обретать окончательную прочность. Кроме того, он лучше подходит для применения в условиях кислотной среды.

Заполнители

Большую роль в обретении стойкости к действию высоких температур при изготовлении бетона играют наполнители.

Важно! Они должны быть правильно подобраны: равномерно расширяться при повышении и снижении температур, выдерживать действие огня. Обычные наполнители переносят нагрев максимум до +200 градусов, а уже при +600 полностью разрушаются

Шлак гранулированный доменный

Для жаростойкого раствора подходят лишь специальные заполнители, которые не размягчаются под действием высоких температур и не вызывают излишнего напряжения в монолите. Таковыми могут быть:

• базальт, андезит, диабаз (выдерживают до +600…+800 градусов);
• кирпичный бой, керамзит, перлит, шлаковая пемза, доменный шлак в гранулах (не портятся при температурах до +1200…+1700 градусов).

В качестве наполнителей можно использовать шамотный кирпич, корунд, обожженный каолин, хромит, хромомагнезиты, алюмосиликаты.

Область применения

Важно упомянуть о том, что жароупорный бетон может иметь массу различных марок и обладать разной плотностью. Именно это и является основным критерием в определении области его применения

Теплоизоляционный материал

В данной категории представлены составы, которые по своим характеристикам напоминают пеноблок или газоблок. Фактически они ими и являются, но только с включением специальной добавки и правильного подбора компонентов. Также к ним можно отнести керамзитобетонные изделия.

Конструкции из этого материала применяют в качестве утеплителя, который должен выдерживать высокие температуры, не давая воздуху остывать. При этом очень часто они располагаются внутри рабочих зон и подвергаются резким перепадам.

Подобные составы характеризуются как ячеистые и . Однако они обладают определенной теплопроводимостью и устойчивостью к интенсивному нагреву.

Конструкционные материалы

Обычно инструкция по монтажу советует применять подобные марки бетона для создания опор, плит перекрытий или других элементов здания, которые подвергаются воздействию нагрева в процессе эксплуатации. Однако стоит отметить, что применять армирование с такими видами бетона не стоит. Дело в том, что при нагревании металл расширяется и может разрушить все изделие.

Производство в домашних условиях

Технология домашнего изготовления жаропрочных бетонных конструкций практически не отличается от описанной выше. При отсутствии механического приспособления для смешивания можно готовить раствор в лотке при помощи лопаты.

Раствор закладывают в формы лопатой или совком, хорошо его распределяют. Уплотнение производят с помощью перфоратора или отбивного молотка, погружая насадку непосредственно в толщу раствора (это поможет убрать лишний воздух).

Сбрызгивают поверхность изделия водой в течение трех суток, каждый раз прикрывая ее пленкой. Готовые блоки извлекают из формы через 25-28 дней.

При следовании технологии жаростойкий бетон прослужит не один десяток лет, не снижая своей прочности и других эксплуатационных свойств.