Строительніе статьи 1996

Модифицированный жаростойкий бетон

Применение жаростойкого бето­на и железобетона при использова­нии индустриальных методов стро­ительства позволяет возводить Теп­лотехнические сооружения любых конструктивных решений. При Этом значительно сокращаются сроки стро­ительства, снижается стоимость, по­вышается надежность их работы, дол­говечность и ремонтоспособностъ.

Жаростойкие бетоны на жидком стекле отличаются не только хоро­шей адгезией к различным матери­алам, высокими термическими свойствами, но и достаточной стой­костью в некоторых агрессивных средах (кислой, кроме плавиковой кислоты, расплавленных натриевых солях и др.). Твердение бетонов и растворов на жидком стекле обес­печивается введением отвердителей

— кремнефтористого натрия, отхо­дов металлургической и химической промышленности, содержащих в своем составе различные силикаты щелочноземельных металлов.

Наиболее эффективными и неде­фицитными являются силикаты кальция. На этой основе были раз­работаны жаростойкие бетоны с отвердителями: нефелиновым шла­мом, а также с саморассыпающими - ся шлаками ферросплавных произ­водств. Эти бетоны успешно прошли промышленную проверку и показа­ли по сравнению с бетонами на кремнефтористом натрии лучшую водо - и морозостойкость.

Недостатком указанных жаро­стойких бетонов является быстрое схватывание бетонной смеси (10—

15 мин.). Это затрудняет ее транс­портировку, качественную укладку и уплотнение, что оказывает отрица­тельное влияние на требуемые свой­ства жаростойкого бетона при обыч­ной и высокой температуре эксплу­атации. Поэтому регулирование про­цессов схватывания и твердения жаростойкого бетона на жидком стекле без снижения его эксплуата­ционных характеристик является весьма важной задачей.

В ходе проведенных исследований разработана бетонная смесь с улуч­шенными технологическими свойст­вами, осадка конуса которой 20—25 см, жизнеспособность 50 мин. Ука­занный эффект достигается за счет применения в бетоне недефицитной добавки «К». Поведение такого бетона при воздействии высоких температур характеризует табл.1.

Из составов 1, 4, 7 жаростойкого бетона (табл. 2) были изготовлены образцы-кубы с ребром 7 см. После 28 суг. нормального твердения кубы по­мещали на 40 мин в разогретую до требуемой температуры печь. Затем кубы извлекали и подвергали охлажде­нию струей воздуха из вентилятора. Через каждые 5 мин кубы поворачивали на 90° к потоку воздуха. Охлаждение кубов осуществлялось до температуры © Д. В. Лустовалов, В. В. Ремнев, 1996
20 + 5 "С, после чего образцы испы­тывали На прочность при сжатии.

. Прочностные характеристики бе­тона носят нелинейный характер на всем принятом интервале темпера­тур от 110 До 1200 "С. После воздейстбия температур 100—400 °С наблюдается линейный характер повышения прочности бетона у всех исследуемых составов. Температуры 400—600 °С приводят к снижению прочности, что вызвано нарушени­ем структуры вяжущего вследствие обезвоживания геля силиката на трия. Воздействие температу р 600— 800 °С вызывает значительное по­вышение прочности, которое на­блюдается вплоть до 1000—1100 "С. Такое повышение прочности вызы­вается Появлением новообразова­ний. Очевидно, что прочность мате­риала, получаемого и процессе вы­сокотемпературного спекания ком­понентов бетона с участием продук­тов твердения жидкого стекла. Вы­сокотемпературные процессы, про­исходящие в силикатной связке при высоких температурах, включают удаление адсорбционной воды (во­ды, связанной гелем кремнекисло - ты), дегидратацию гидросиликатов натрия и гидросиликатов кальция, а также образование натриево-каль­циевых силикатов и, вероятно, низ­коосновных силикатов кальция. При температуре свыше 1000 °С в сис­теме появляется расплав, при ох­лаждении образующий стеклосвяз - ку. Высокотемпературные процессы, происходящие в системе «жидкосте­кольная связка - огнеупорный на­полнитель», значительно более сложны. Огнеупорный наполнитель в тонкодисперсном состоянии всту­пает в заметное взаимодействие с продуктами твердения жидкого стекла при температуре свыше 600°С. Продукты этого взаимодей­ствия, как правило, не являются равновесными фазами в соответст­вующих системах (например, в си­стемах АЬОэ-^гО-БЮг и др.) и представляют собой в ряде случаев аморфные фазы переменного соста­ва, различные полупродукты, конг­ломераты трудноидентифицируемых соединений и прочее. Известно, что прочность жаростойкого бетона на жидком стекле по - сравнению с обычными бетонами в меньшей степени зависит от прочности за­полнителей, так как в большинстве случаев при нагревании нарушение структуры бетона начинается с по­вреждения связующих оболочек в контактах между зернами заполни­теля. Таким образом, увеличение прочности бетонных образцов с повышением температуры можно объяснить изменениями свойств матрицы. Экспериментальные исс­ледования по подбору состава бето­на, стендовые испытания газокисло­родной горелкой и плазменным генератором показали, что прочно­стные характеристики, жаростой­кость, долговечность бетона с до­бавкой «К» такие же как и для бетона без добавки.

На основании полученных данных разработана следующая технология укладки жаростойких бетонов в кон­струкцию. В небольшие расходные контейнеры, объемом на один замес имеющегося в наличии бетоносме­сителя, дозировались сухие состав­ляющие бетона: тонкомолотый ша­мот, отвердитель — феррохромовып шлак, шамотные песок и щебень. Требуемое в смену количество рас­ходных контейнеров складирова­лось в непосредственной близости от бетоносмесителя принудительно­го перемешивания. Приготовление бетонной с меси осуществлялось в следующей последовательности: вначале перемешивали стане со­ставляющие, затем добавляли жид­кое стекло с добавкой «К». Из бетоносмесителя смесь подавали в пневмобетононасос пли бадью и укладывали в сооружение. При этом подвижность бетонной с. месн со­ставляла 25 см осадки конуса, А Жизнеспособность до 60 мин. Уп­лотнение смеси осуществлялось на­весными и глубинными вибратора­ми. Кладка бетонной смеси в густо - армированную конструкцию соору­жения производилась при темпера­турах наружного воздуха + 10 до - 30 °С. Жаростойкие бетоны имеют проч­ность при сжатии 18—20 МПа, тем­пературная усадка после нагревания до 1200 °С не превышает 0,4 %.

Таким образом, проведенные ис­следования позволили получить мо­дифицированный жаростойкий бе­тон с улучшенными технологически­ми характеристиками, что дало воз­можность осуществить качествен­ную укладку бетонном смеси ь густоармированную конструкцию теплового агрегата без снижения прочностных и огнестойких харак­теристик бетона.

В. В. РЕМНЕВ, канд. техн. наук (ЦНИИ N26 МО РФ)