Жаростойкие бетоны на быстротвердеющих цементах
Современные темпы строительства и ремонта тепловых агрегатов требуют быстрого ввода их в эксплуатацию. Поэтому наиболее перспективными для жаростойкого бетона являются вяжущие вещества с быстрыми сроками твердения. К таким вяжущим можно отнести глиноземистый цемент и быстротвердеющий портландцемент.
Глиноземистый цемент позволяет получить высокую прочность бетона уже через сутки после изготовления, а через трое суток она уже равняется 28-суточной прочности бетона на портландцементе.
Футеровка или конструкция из жаростойкого бетона на глиноземистом цементе не требует длительного режима сушки и первого нагревания перед эксплуатацией.
Химический и минералогический состав глиноземистого цемента ближе к широко распространенным заполнителям из алюмосиликатных материалов. Поэтому бетоны на этих заполнителях имеют более высокую температуру применения, чем на портландцементе, жидком стекле и периклазовом цементе.
Вследствие высокой экзотерики при твердении глиноземистого цемента бетоны на его основе могут твердеть при температурах от 4-5 до —0°С.
В НИИЖБе были проведены исследования по изучению основных свойств жаростойких бетонов на глиноземистом цементе. В табл. 1 приведены основные характеристики бетонов.
Чем меньше содержание цемента, тем выше огнеупорные свойства бетона и, следовательно, выше температура его применения. Чем больше содержание в бетоне цемента и меньше водопоглощенке заполнителя, тем выше прочность бетона.
Установлены коэффициенты качества заполнителей п в зависимости от прочности бетона. Этот коэффициент входит в основное уравнение, связывающее прочность бетона и качество вяжущего, и, как известно, в общем виде выражается формулой
При одном виде цемента коэффициент п зависит только от вида заполнителей (табл. 1). Значения коэффициента п приняты с таким расчетом, чтобы фактические прочности бетона были на 10—15% выше расчетных.
Жаростойкие бетоны на глиноземистом цементе применяются в подинах вагонеток туннельных печей для обжига кирпича, стройфаянса, труб и других керамических изделий, в печах нефтехимической промышленности, в печах для обжига эмалировочных ванн, ,в тарелочных блоках форсунок и в ряде других объектов.
Экономическая эффективность применения жаростойкого бетона составляет примерно 20—40 руб. на каждом кубометре бетона по сравнению с кладкой из соответствующих огнеупорных обжиговых изделий, не считая большую долговечность бетона по сравнению с кладкой, швы которой во многих случаях являются -очагами ее разрушения.
Исследования, проведенные в НИИЖБе, показали возможность и целесообразность использования быстротвердеющего портландцемента как вяжущего для жаростойкого бетона. Этот портландцемент имеет высокие марки и характеризуется интенсивным нарастанием прочности.
По химико-минералогическому составу быстротвердеющий портландцемент отличается от обычного повышенным содержанием алитовой фавы, что также свидетельствует о целесообразности применения его в жаростойком бетоне. Изучение поведения при нагревании отдельных гидратированных материалов портландцемента показало, что наилучшими жаростойкими свойствами обладает гидратированный алит. Он имеет высокую начальную прочность и почти не снижает ее при нагревании до температуры 1200°С, в то время как прочность гидратированного белита после нагревания до 600— 300°С уменьшается почти вдвое.
В табл. 2 приведены данные по изменению прочности после нагревания жаростойкого бетона в зависимости от вида портландцемента. В качестве вяжущих были использованы обычный портландцемент завода «Гигант» с содержанием C3S 48%, быстротвердеющий портландцемент Воскресенского завода с C3S 65% и особо быстротвердеющий портландцемент ЗДолбуновского завода с содержанием фазы алита 61%. Необходимо отметить, что относительная прочность жаростойкого бетона на быстротвердеющем портландцементе после нагревания до 800°С составляет 40—60%, в то время как у бетона на обычном цементе при данной тем- тературе сохраняется лишь 30—38% первоначальной прочности.
При температуре применения жаростойкого бетона на быстротвердеющем портландцементе ниже 800°С решающее значение на величину прочности оказывает расход цемента. Это объясняется тем, что при средних температурах в достаточной мере сохраняется цементная гидравлическая связка, а реакции в твердой фазе протекают весьма медленно. Поэтому в жаростойкие бетоны с температурой службы менее 800°С рекомендуется вводить 0,3 вес. ч. тонкомолотого шамота.
Бетоны с повышенным количеством тонко-молотой добавки целесообразно использовать при температурах применения выше 800°С, когда гидравлическая связка значительно ослаблена и упрочнение бетона происходит за счет интенсивно протекающих реакций взаимодействия в твердой фазе между составляющими цемента и тонкомолотой добавкой.
Использование быстротвердеющего цемента вместо обычного в жаростойком бетоне позволяет значительно сократить срок твердения бетона в естественных условиях до его сушки. Приведенные в табл. 3 данные говорят о том, что жаростойкий бетон -на быстротвердеющем портландцементе можно подвергать нагреванию через 1 —3 сут.: после изготовления.
Определение температурных деформации показывает, что их величина существенно зависит от количества свободной воды в бетоне (см. рисунок). Образцы, нагретые сразу после влажного твердения, претерпевают большие усадочные деформации по сражению с бетоном, испытанным после сушки.
Усадочные деформации до 200°С связаны с удалением свободной воды, уплотнением тоберморитового геля и дегидратацией этт.рингита. Незначительное увеличение усадки при 400°С вызвано разложением гидроалюминатов кальция. При температурах 500—600°С усадка вновь возрастает. Причина — разложение гидроокиси кальция и удаление воды.
Жаростойкий бетон на быстротвердеющем портландцементе под нагрузкой 2 кгс/см2 имеет температуры деформации в °С:
По результатам испытания жаростойкий бетон на быстротвердеющем портландцементе с шамотным заполнителем в не несущих конструкциях можно применять до температуры 1200°С.