СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЦЕМЕНТЫ

Цементы для жаростойких бетонов

Жаростойкие бетоны состоят из твердеющей при нормальной температуре связующей части и огнеупор­ных заполнителей. Они способны длительно выдержи­вать воздействие высоких температур и не отличаются по своим свойствам от обычных огнеупоров. Для изго­товления огнеупорных бетонов применяют портландце­мент, глиноземистый цемент, жидкое стекло, бариевый цемент. Прежде всего следует отметить, что затвердев­шие портландцемент, глиноземистый цемент и некоторые другие вяжущие, как известно, содержат воду различных видов: химически связанную (кристаллизационную), ад­сорбированную цементным гелем, капиллярную, сво­бодную. Вода из гидросиликатов, гидроалюминатов, гидроксида кальция и др. удаляется в определенном ин­тервале температур и практически полностью при высо­ких температурах. Дегидратация при быстром нагреве может вызвать нарушение структуры цементного камня.

Исследования К. Д. Некрасова и его сотрудников показали, что прочность бездобавочного портландцемен­та при дегидратации при температуре до 1173 К снизи­лась на 90% от первоначальной прочности, а у пуццо­лановых и шлакопортландцементов на 50—75%. Даль­нейшее повышение температуры до 1523—1623 К ведет к образованию плотного спекшегося цементного камня.

Установлено, что для получения качественных бето­нов на портландцементе в его состав вводят небольшое количество фосфорного ангидрида для стабилизации, C2S в p-форме и предупреждения его перехода в у-фор - му. Эффективность службы огнеупорного бетона повы­шается при введении в состав портландцемента тонко­молотой добавки, преимущественно огнеупорной, в виде хромита, магнезита, шамота обычно в количестве не более 10% массы цемента. Эта добавка при 873—■ 1273 К вступает в твердофазовую химическую реакцию с оксидом кальция, образовавшимся при дегидратации Са(ОН)2, а также с цементными дегидратированными и негидратированными соединениями. Реакции продол­жаются при 1473—1573 К и протекают уже с участием появившейся жидкой фазы, которая способствует уп­лотнению структуры и повышению прочности бетона.

Для некоторых видов огнеупорного бетона можно применять шлакопортландцемент. При использовании глиноземистого цемента необходимость ввода в его сос­тав тонкомолотой добавки отпадает, поскольку образую­щийся при гидратации цемента А1(ОН)3 и гидроалюми­наты кальция постепенно дегидратируются и прочность бетона при этом снижается в меньшей степени. Приме­няются также высокоглиноземистый цемент, отличаю­щийся повышенным (до 75%) содержанием глинозема, жидкое стекло с добавкой кремнефтористого натрия, тонкомолотого магнезитового кирпича, хромита, таль­ка или шамота. Употребляют периклазовый цемент, по­лучаемый путем затворегшя тонкоизмельченного магне­зитового кирпича на растворе сернокислого магния. Топкомолотые добавки в его состав не вводят.

В огнеупорном бетоне вяжущим могут служить сое­динения бария. Они придают ему огнеупорность и де­лают устойчивым против радиоактивного излучения. Ортосиликаты бария и кальция образуют ряд твердых растворов, плотность которых достигает 5,2 г/см3. Орто - силикат бария 2Ba0-Si02 гидратируется с образовани­ем гидроксида бария. Дегидратация этого соединения полностью заканчивается лишь при 1123 К.

Известны следующие соединения алюминатов бария, плавящиеся при высоких температурах без разложения:

3 Ва0-А1203 при 2023К;

ВаО-А120з » 2103К;

Ва0-6А1203 » 2173К (вяжущими свойствами не об­ладает) .

Возможно получение двухбариевого феррита, также обладающего вяжущими свойствами. Большой интерес для получения жаростойких бетонов представляет моно­алюминат бария. Если в качестве заполнителя приме­няется шамот, хромомагнезит, муллит и корунд, то бе­тоны на бариево-алюминатной связке отличаются высо­кими техническими свойствами. Прочность бетонов на алюминатно-бариевом цементе не снижается при нагре­ве до 1473 К, а при 1623 К она возрастает примерно в 2 раза. Положительные результаты получены при испы­тании барийсодержащего портландцемента. Оксид ба­рия (3—5%) в нем входит в виде твердого раствора преимущественно в состав белита. Жаростойкие бетоны, полученные на этом цементе, в состав которого вводи­лась тонкомолотая добавка шамота, характеризовались достаточной brneynopHocTbjo. Эффективным вяжущим для получения стойких бетонов является жидкое стекло.

Заполнителями бетона в этом случае должны быть преи­мущественно диабаз и андезит [92]. Наибольшей огне­упорностью обладают бетоны на высокоглиноземистых цементах, в состав которых введена тонкомолотая до­бавка корунда и особенно плавленого глинозема.

Важно отметить, что сушить и разогревать тепло­вые агрегаты из цементного бетона нужно очень медлен­но и осторожно, так как при быстром высушивании и разогреве в пусковой период работы агрегата возможно изменение структуры цементного камня, образование трещин в бетоне и даже его разрушение. Поэтому до­пустимы сушка и разогрев тепловых агрегатов из бето­на на портландцементе только 7-суточного, а на других цементах только 3-суточного срока твердения. В зави­симости от объема бетона общая продолжительность сушки и разогрева, включая подъем температуры от 973 К до рабочей, установлена в пределах 60—408 ч. Однако даже при соблюдении этих условий прочность бетона после сушки и разогрева снижается. Поэтому следует применять бетон самой высокой марки. Боль­шую прочность бетона можно получить при минималь­ном значении ВЩ, без увеличения удельного расхода цемента.

По нормативным документам допустимая остаточ­ная прочность после нагревания до 1073 К для бетона на портландцементе составляет 30—40%; на глино­земистом, высокоглиноземистом и периклазовом це­ментах— 30%; на жидком стекле — 50—90%. При применении барийсодержащего портландцемента с тонкомолотой добавкой шамота остаточная прочность достигает 43—68%.