Строительніе статьи 1996

Жаростойкие бетоны и возможности их использования для тепловых агрегатов

Одним из направлений решения тепловой защиты конструкций является использование новых видов огне­упорных материалов, среди которых наиболее перспек­тивными могут быть жаростойкие бетоны, так как в большинстве случаев по своим физико-техническим характеристикам они не уступают огнеупорам, а порой даже превосходят их, однако себестоимость производства бетонов значительно ниже ввиду отсутствия предвари­тельного высокотемпературного обжига.

Согласно научным прогнозам к 2000 г. производство жаростойких бетонов и изделий на их основе составит примерно 50 % от общего производства огнеупорных материалов. Например, в США и Японии, занимающих ведущие места по производству и применению огне­упорных материалов, выпуск жаростойких бетонов и изделий из них составляют: в США — более 50 %, в Японии — около 40 % от общего производства всех видов огнеупоров.

Жаростойкие бетоны отличаются от обычных огнеупо­ров тем, что в результате применения специальных вяжущих веществ образуется прочная камнеподобная структура при нормальной или несколько повышенной температуре, которая не разрушается при высоких температурах службы.

Многочисленными испытаниями бетонов на обычных заполнителях — кварцевом песке и гранитном щебне установлено, что с увеличением температуры прочность бетона изменяется. При нагреве существенное влияние на изменение прочности бетона при сжатии оказывает вид вяжущего. Изменение прочности при сжатии с повышением температуры происходит вследствие раз­личных физико-химических и физико-механических процессов, развивающихся в бетоне при его нагревании.

Характерные кривые изменения прочности при крат­ковременном нагружении бетонов, подвергнутых темпе­ратурному воздействию, для различных видов вяжущих приведены на рисунке. В нагретом состоянии прочность определялась на цилиндрах диаметром и высотой 5 см. Нагревание образцов производилось в специальных электропечах с подъемом температуры 100 °С в 1 ч, выдержка при заданной температуре составляла 4 ч.

В бетоне на портландцементе при нагревании до 200 °С под влиянием температуры и еще не ' удалившейся свободной воды происходит дополнительная гидратация

Температура, С°

Рис. 1. Изменение прочности бетонов ка различных вяжущих в зависимости от нагрева.

Минералов цементного камня, ускоренная кристаллиза­ция новообразований, что обусловливает повышение прочности. При нагревании до 250—300 °С протекает довольно быстро процесс дегидратации сульфатсодержа­щих и гидроалюминатных фаз цементного камня, вызывая его усадку. Происходит некоторое нарушение структуры бетона, и его прочность начинает снижаться.

Значительное падение прочности наблюдается при температурах 400—800 СС. В горячем состоянии бетон начинает размягчаться и переходит в термопластическое состояние. Его пластические деформации при этом сильно возрастают, прочность бетона снижается. Сни­жение прочности бетона вызывается также дальнейшим частичным распадом и перекристаллизацией кристалло­гидратов, гидросульфоалюмината кальция.

Бетон на глиноземистом цементе при нагреве до 300-500 °С характеризуется резким снижением прочно­сти. При этих температурах происходит полная дегидра­тация алюминатов в цементном камне, приводящая к снижению его прочности. Кроме того, к деструктивным процессам в бетоне приводит разность температурных деформаций заполнителей и цементного камня. При дальнейшем повышении температуры происходит незна­чительное снижение прочности бетона в нагретом состоянии. Применять этот бетон в конструкциях, работающих при стационарном нагреве до 800 °С, экономически нецелесообразно (стоимость глиноземи­стых и высокоглиноземистых цементов в 15-20 раз выше стоимости портландцементов марки 400-500) и техни­чески неоправданно, так как он имеет в этом интервале температур относительно низкую прочность.

Прочность бетона на жидком стекле с повышением температуры до 400 °С увеличивается. При дальнейшем нагреве происходит снижение прочности. Бетон на жидком стекле характеризуется наименьшим снижением прочности по сравнению с другими видами бетонов. Объясняется это тем, что частичное нарушение структуры бетона на жидком стекле вызывается главным образом разностью температурных деформаций заполнителя и затвердевшего вяжущего. Обезвоживание этого вяжуще­го при температурах свыше 200 °С не вызывает заметного изменения его прочности и в некоторой степени препятствует нарушению структуры бетона от разности температурных деформаций заполнителей и вяжущего. Кроме того, вяжущие при температурах свыше 300 °С приобретают некоторую пластичность. Благодаря этому структура бетона от разности расширения связки и заполнителя нарушается незначительно. Прочность при сжатии в горячем и охлажденном после нагревания состояниях до 800—900 °С примерно одинаковая. При более высоких температурах в бетоне образуется жидкая фаза и прочность при сжатии в горячем состоянии снижается, а в охлажденном состоянии образуется «черепок» и прочность повышается.

Необходимо отметить, что хотя относительное сниже­ние прочности бетона на жидком стекле в интервале температур до 900 °С в горячем состоянии меньше, чем у других видов бетона, но по абсолютной величине прочность этого бетона ниже прочности бетона на портландцементе марок 400—500.

Экспериментальные данные позволяют прогнозиро­вать поведение бетонов на различных вяжущих в тепловых агрегатах.

© В. В. Ремнее, 1996

ЭФ

В. П. БАЛДИН, А. Е. ГРУШЕВСКИЙ, кандидаты техн. наук, В. И. РЫНЗИН, Инж.

(ТОО «НПЦстром», Белгород)