ОГРАЖДЕНИЯ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

ОГНЕУПОРНЫЕ И ЖАРОСТОЙКИЕ БЕТОНЫ

Широкое распространение жаростойких бетонов для обмуровки топочных камер н газоходов мощных котлов позволило в большинстве случаев избавиться от кирпич­ной кладки и дорогостоящих фасонных огнеупоров. При­менение бетонов значительно снизило стоимость моно­литных блоков, изготовляемых заблаговременно, трудо­затраты и сроки выполнения работ. Для ограждений современных мощных котлов с высокой степенью экрани­рования огнеупорность и жаростойкость шамотобетонов оказались вполне достаточными для длительной эксплуа­тации. Ввиду особой важности бетонов как основных ма­териалов для ограждений целесообразно остановиться на них более подробно. Бетонами называются камнеподоб - ные массы, которые состоят из смеси так называемых за­полнителей из щебенки и песка с вяжущими веществами. Крупным заполнителем является щебенка, изготавлива­емая дроблением основного огнеупорного материала, входящего в состав бетона, до размера фракций от 10 до 25 мм, а мелким — щебенка в виде песка из того же ма­териала с размером фракций до 5 мм. При затворении водой смеси определенного весового состава из заполни­телей с цементом или другим гидравлическим вяжущим масса схватывается и постепенно твердеет, превращаясь в монолит. Форма опалубки, в которую масса предвари­тельно укладывается, определяет требуемую конструк­цию изделия. Скорость отвердения зависит от вяжущего вещества и температуры. Наибольшее распространение для ограждений котлов получили шамотобетоны, состоя­щие из шамотных заполнителей и цемента в качестве вя­жущего вещества. Шамотобетоны иа обычных цементо - вяжуших веществах являются жаростойкими, так как их огнеупорность меиее 1580°С, а рабочая температура не превышает 1100—1300°С. В качестве вяжущего вещест­ва применяются цементы глиноземистый и портландский. Соответственно этим вяжущим бетоны называют «ша - мотобетон на глиноземистом цементе» и «шамотобетон на портландцементе».

Бетон на портландцементе

Портландцемент имеет в своем составе от 40 до 50% трехкальциевого силиката 3CaOSiC>2, который является основным вяжущим. Реакция гидратации происходит с выделением свободной окиси кальция (СаО):

3Ca0Si02 - f 5Н.20 = 2CaSi02-4H20 + Са(ОН)2.

Остальные компоненты при твердении свободного гидрата извести не выделяют. В дальнейшем при нагре­вании происходит потеря воды гидратом окиси кальция: Са (ОН)2->- СаО + Н20.

При остыванин бетона на его поверхности снова про­исходит гидратация окиси кальция за счет поглощения влаги нз воздуха. Так как известь СаО при гидратации резко увеличивает свой объем (до 2,5 раз), то происхо­дят растрескивание и разрушение бетона. Внутри бетона при образовании СаО из гидрата Са(ОН)2 происходят испарение воды, усадка цементного камня, в результате чего появляются трещины и разрывы. Эти процессы в бе­тоне происходят при сравнительно низких температу­рах— в пределах 550°С. Таким образом, применение ша - мотобетонов на портландцементах без особых мероприя­тий— введения в их состав специальных компонентов, устраняющих описанные процессы, исключается. Для предотвращения образования свободной извести СаО при нагревании бетона предложен способ связывания ее в твердой фазе. Для этого в состав бетона вводится тонко­молотая добавка из кремнезема или шамота, вследствие чего при нагревании происходит связывание СаО в ко­нечное соединение CaSi02. В интервале температур от 500 до 800°С реакция ндет медленно, при температуре более 800°С скорость реакции возрастает. Для обеспече­ния этих реакций в твердой фазе тонкость помола добав­ки должна соответствовать тонкости помола цемента, т. е. быть не более 40—60 мкм. Минимальное количество до­бавки практически должно составлять не менее 30% мас­сы цемента. Шамотобетоны на портландцементе с тонко­молотой добавкой уступают бетонам на глиноземистом цементе: максимальная рабочая температура их приме­нения не должна превышать 1100°С.

Уральским филиалом ВТИ предложен состає шамо - тобетоиа на портландцементе с введением в него 3—5% триполифосфата натрия (Na5P3Oio) взамен тонкомоло­той добавки. При наличии в составе бетона триполифос­фата натрия в нем происходят химические реакции, свя­зывающие свободную известь. Разработано два состава бетонов, которые называются ПФБТ'—тяжелый бетоне объемной массой 1,8 т/м3 и ПФБЛ—легкий с объемной массой 1,3 т/м3. Легкий бетой, помимо шамотного запол­нителя, имеет в своем составе около 10—12% асбеста. Наибольшая рабочая температура применения обоих бе­тонов не более 1200° С. Бетоны ПФБ удобны при приго­товлении и в укладке.

Бетон иа глиноземистом цементе

По химическому составу глиноземистый цемент отли­чается от пор^глаидского высоким содержанием глинозе­ма А1203 и малым содержанием окиси кальция СаО. Ос­новной вяжущей частью является однокальциевый алю­минат СаО ■ АЬОг, второстепенной — двухкальциевый силикат 2Ca0-Si02, при затвореиии происходит следую­щая реакция:

2(Са0-А1203) + 10Н20 = 2СаОА12Оя ■ 7НгО + 2А1(ОН):1.

В глиноземистом цементе не содержится трехкальци - евый силикат, поэтому свободная известь почти не выде­ляется, и он не имеет недостатков бетона на портланд­цементе. Жаростойкий шамотобетон на глиноземистом цементе для своего приготовления не требует ВВОДИТЬ В его состав каких-либо дополнительных компонентов. Та­кой бетон удобен в работе, быстро затвердевает и при­меняется при температурах до 1300°С. При нагревании До 300°С его прочность почти не меняется, в интервале от 400 до 600°С прочность составляет 50% прочности при 110°С, которая принимается за 100%, при темпера­туре более 900°С прочность бетона увеличивается. Сни­жение прочности до 50% в процессе нагревания ие ис­ключает его применения в обмуровке ограждений, так как при нормальной прочности бетона 100—110 кгс/см2 даже сниженная на 50% прочность оказывается доста­точной. Кроме того, шамотобетон на глиноземистом це­менте имеет более удовлетворительную структуру. По­этому при сушке и первом разогреве бетона не возникает трещин и разрывов в обмуровке, которые часто имеют место у бетонов на портландцементе (см. гл. 12). Шамо­тобетон на глиноземистом цементе применяется с 1950 г. и зарекомендовал себя наилучшим образом, особенно при ремонтных работах, когда требуются быстрое за­твердение и нарастание прочности. Практически уже че­рез сутки его прочность достигает примерно 70% конеч­ной и позволяет укладывать иа него последующие слои других материалов. Эти свойства шамотобетона на гли­ноземистом цементе позволяют его рекомендовать как вполне проверенный и надежный жаростойкий материал.

Бетон на шлакопортландцементе

К группе шамотобетонов на портландцементе отно­сятся бетоны на шлакопортландцементе. Эти бетоны об­ладают низким качеством и применяются при темпера­туре до 600—700"С. Несмотря иа недостатки, шамотобе - тоиы на шлакопортландцементах иногда находят приме­нение при низких рабочих температурах, однако этого следует избегать.

Бетон на жидком стекле

Бетоны на жидком стекле имеют в своем составе ша­мотный заполнитель и в качестве вяжущего жидкое нат­риевое стекло Na2Si03. Максимальная рабочая темпера­тура применения для бетона иа жидком стекле составля­ет примерно 900°С. Установлено, что затвердевание бетона иа жидком стекле по всему массиву происходит только в присутствии кремнефторнстого натрия NaaSiFe. Оптимальное количество кремиефтористого натрия дол­жно составлять около 12% массы жидкого стекла. Для обеспечения затвердевания бетона на жидком стекле не­обходима точная дозировка Na2SiFe по всей массе, а сам крем нефтористый натрий должен быть качественно чис­тым.

Затвердевание бетона происходит - только в теплой воздушно-сухой атмосфере. Оптимальной температурой затвердевания является температура 30—40°С. Необхо­димые условия затвердевания для бетона на жидком стекле на монтажных площадках обеспечить не всегда возможно, по этим причинам применение таких бетонов в ограждениях котлов не получило распространения. Преимуществом бетона на жидком стекле является по­вышение его прочности с увеличением температуры.

Высокотемпературные бетоны

В связи с необходимостью применения жаростойких бетонов для рабочих температур выше 1300°С, например для футеровки горелочиых амбразур, предложены и раз­работаны иовые составы бетоиов, которые проходят про­мышленное освоение. Такими бетонами являются:

1. Высокотемпературный бетон для применения при рабочих температурах до 140(^0 с шамотным заполните­лем на связке с ортофосфорной кислотой.

2. Бетон для рабочей температуры до 1500°С с вы­сокоглиноземистым заполнителем и цементом.

3. Хромомагиезитовый бетон для рабочей температу­ры до 1600°С со связкой на жидком стекле с добавлени­ем кремнефторнстого натрня. Этот бетон устойчив по от­ношению к шлакам, содержащим в избытке основные окислы.

Прн выборе этих бетонов следует иметь в виду дефи­цитность высокоглиноземнстого цемента н таких же за­полнителей. При назначении рецептуры (состава) этих бетонов и технологии выполнения из них футеровки не­обходимо в каждом случае получать указания от специа­лизированных организаций (НИИЖБ, ОРГРЭС и др.).