Жаростойкий бетон: приготовление своими руками

Особенности изготовления

Если вы решили изготовить огнеупорный бетон, то следует ближе ознакомиться с его составом. Материал выполняется на основе базовых компонентов и некоторых добавок, среди которых выступают:

• шамотный песок;
• магнезит;
• разные виды щебня;
• глиноземистый цемент.

Среди добавок следует выделить еще тонкомолотые и минеральные вещества, которые придают материалу прочность. Среди таких добавок:

• пемза;
• мелкоизмельченная хромитовая руда;
• доменный шлак.

Эти компоненты добавляются с целью повышения плотности не только готового изделия, но и сухого состава. Иногда заполнители для производства изготавливаются в условиях завода, но в некоторых случаях могут использоваться тугоплавкие горные породы и бой обожженного огнеупорного кирпича. Для получения разных марок бетона добавляются заполнители разных фракций. Если речь идет о крупнозернистом веществе, то его элементы могут иметь диаметр в пределах от 5 до 25 мм. Когда речь идет о мелкой фракции, то она равна пределу 0,15 и 5 мм. Среди таких ингредиентов следует выделить:

• магнезитовый кирпич;
• шамотный кирпич;
• бой обыкновенного кирпича;
• глиноземистый шлак;
• диабаз;
• базальт;
• отвальный доменный шлак.

Самым распространенным среди потребителей является огнеупорный бетон, который изготавливается с использованием шамота, ведь он отвечает всем запросам строительства. В качестве связующего звена выступают алюмофосфатные ингредиенты и жидкое стекло. Портландцементы, периклазовые и глиноземистые цементы и выполняют роль вяжущих компонентов. Если к ингредиентам добавляется жидкое стекло, то оно позволяет повышать эксплуатационные характеристики. Это особенно верно, если бетонный раствор используется для формирования штукатурного слоя.

Общие сведения: материалы и характеристики жаростойких бетонов

Жаростойкий бетон – особый вид бетонного материала, который способен долго выдерживать воздействие температуры в диапазоне +1580-1770С максимум без потери эксплуатационных и механических свойств (огнеупорный бетон, в свою очередь, выдерживает недолговременный нагрев и до температуры максимум +200С).

Бетон используют в строительстве жилых и промышленных объектов. Из огнеупорного и жаропрочного бетона делают мангалы, домашние отопительные печи, сауны, бани, дымовые трубы, камины и т.д.

Жаростойкий бетон может быть конструкционным и теплоизоляционным. По структуре бывает легким поризованным, плотным, ячеистым.

Состав плотных огнестойких растворов

Плотный тяжелый жаростойкий бетон (состав может быть разным) обычно используется в создании огнестойких конструкций, а также в виде жаростойкой футеровки в тех или иных тепловых агрегатах: на производствах химической промышленной сферы, рекуператоров доменных печей, в специальных печах обжига кирпича, в процессе строительства дымовых труб.

Вяжущие

Жаростойкие бетоны производятся в соответствии с ГОСТ 20910 90. Данный документ предполагает возможность использования различных вяжущих в приготовлении раствора.

Виды вяжущего для производства:

• Жидкое стекло
• Глиноземистый (сюда можно включить и высокоглиноземистый) цемент
• Шлакопортландцемент со специальными микронаполнителями
• Портландцемент с обязательным включением в состав микронаполнителя (тонкомолотой добавки)

В нейтральной/щелочной среде обычно применяют смесь на шлакопортландцементе и портландцементе. Для газовой кислой среды подойдет жидкое стекло. Для водородной, фосфорной, углеродной среды лучше выбирать глиноземистые и высокоглиноземистые цементы.

Заполнители

Огнеупорные бетоны предполагают введение в состав не только специальных вяжущих, но и правильных заполнителей, которые должны равномерно расширяться и таким образом выдерживать воздействие огня и высоких температур. Обыкновенные заполнители гарантируют стойкость при максимум +200С, дальше они становятся менее прочными и при +600С полностью деформируются.

Когда готовят огнеупорный бетон, состав предполагает в качестве заполнителей использование материала, который не будет разрушаться/размягчаться при высоких температурах, а также не станет причиной появления высоких напряжений во внутренней структуре монолита.

Выбор заполнителя в соответствии с температурой:

• +600 – 800С: горные породы (диабаз, андезит, базальт), пористые материалы из горных вулканических пород, это могут быть доменные гранулированные шлаки, бой кирпича, искусственные пористые структуры (вспученный перлит, керамзит, подойдет шлаковая пемза и т.д.).
• +1200 – 1700С: добавляют дробленые огнеупорные материалы – хромит, шамотный кирпич, магнезит, часто выбирают корунд, обожженный каолин.
• Возможно добавление специальных материалов, полученных посредством обжига при высокой температуре смеси огнеупорной глины и магнезита – алюмосиликаты, которые отличаются минимальной деформацией, хорошей огнеупорностью.

Технические требования

Марка огнестойкого бетона должна включать такие параметры:

• Тип бетона: жаростойкий обозначается буквами BR
• Вяжущее: алюминатный (А), портландцемент (Р), силикаты (S)
• Класс прочности на сжатие/растяжение – B1-В40
• Температура эксплуатации – ИЗ-И18

Что касается плотности, то материал с показателем 1100 кг/м3 применяют в качестве теплоизоляции для ограждающих конструкций ненагруженного типа, >1400 – для возведения ограждающих несущих конструкций общественных/жилых зданий. По уровню предельной температуры бетоны могут принадлежать к одному из 18 классов: И13-И18 используют лишь для ненесущих конструкций.

Если плотность бетона составляет 1500 кг/м3, он должен обладать водонепроницаемостью в диапазоне W-W8. Морозостойкость находится на уровне F-F75. Остаточная прочность и показатель температуры деформации при воздействии механической нагрузки напрямую зависят от вида вяжущих и точной температуры нагрева.

Что касается класса прочности, то для напряженных жаростойких конструкций показатель должен быть минимум В30, без нагрузки – допускается минимум В12.5.

Состав и свойства

Основа огнестойкого бетона – это огнеупорный цемент, являющийся вяжущим элементом, скрепляющим все другие компоненты в однородную, целостную структуру.

Бывают:

• Портландцементы высоких марок.
• Основа из портландцемента с добавлением зольных, металлургических шлаков, обладающая повышенной вязкостью.
• Глиноземная цементная основа с добавлением силикатов (жидкого стекла).
• Глиноземистый цемент (ГЦ) с содержанием оксида алюминия до 55 %, температура плавления которого доходит до 1500 ℃.
• Высокоглиноземистый цемент (ВГЦ), в котором содержание Al2O3 доходит до 70 %, с температурой плавления – до 1800 ℃.

Применение огнеупорного бетона в металлургии

Наиболее применяем ВГЦ, являющийся гидравлической связкой при производстве как тяжелых, так и легких (ячеистых) бетонов с высокой стойкостью к огню, сильному нагреву.

Глиноземистые цементы – это весьма распространенные компоненты сухих готовых смесей для получения огнестойкого бетона: торкрет-масс, кладочных растворов. К их положительным свойствам относят:

• Быстрое нарастание прочности – до 70 МПа после заливки, торкретирования.
• Выделение тепла при затвердевании, что позволяет проводить работы при отрицательной температуре без подогрева.
• Высокая плотность бетона огнеупорного, полученного на их основе – до 2 тыс. кг/м3.
• Устойчивость к агрессивному воздействию среды, что позволяет использовать их в качестве защитного слоя в аппаратах химических производств с высокой температурой технологического режима.
• При воздействии открытого пламени, высокотемпературных тепловых потоков происходит спекание бетона, изготовленного на основе глиноземистых марок огнеупорного цемента в однородную керамическую массу.

На эту тему ▼

Огнезащита металлических конструкций

Составы и способы

Второй неотъемлемый компонент огнеупорного бетона – это негорючий наполнитель, в качестве которого используют:

• Бой шамотного, магнезитового кирпича.
• Магнезит, андезит.
• Хромитовую руду.
• Металлургические шлаки.
• Золу тепловых станций.
• Базальт, диорит, корунд.
• Вулканическую пемзу.
• Обожженную каолиновую глину.

Все виды наполнителей при производстве и подготовке к использованию измельчаются до необходимых по стандартам фракций, проходят термическую обработку, поэтому их свойства под воздействием огня, сильного нагрева неизменны, как и не происходит химических, физических изменений, влияющих на целостность, прочность структуры жаростойкого бетона.

В качестве пластификаторов легких (ячеистых) видов огнеупорного бетона в рецептуру добавляют перлит, вермикулит, керамзит.

Применение жаропрочного бетона

В процессе эксплуатации огнеупорный бетон приобретает еще большую устойчивость к нагреву. Большим плюсом является тот факт, что жаропрочный бетон не требует дорогостоящего специального обжига, потому широко используется в строительстве.

По принципу работы он не отличается от обычного бетона и может гарантировать полную безопасность и защиту вашей конструкции от перегрева. К тому же, огнеупорный бетон может применяться как термоизоляционный материал.

Огнеупорные бетоны на фосфатной и силикатной связке

Существуют так называемый специальный огнеупорный бетон. Это когда помимо глиноземисто-цементной связки в его состав добавляют силикатную или фостфатную основу. Огнеупорный бетон на фосфатной связке лучше схватывается с другими огнеупорами, быстрее твердеет и имеет более высокую прочность в сравнении с бетоном на глиноземистом цементе. Отвердитлем выступает цемент, тальк, окись магния. Наполнителем служат высокотемпературные материалы: корунд, бой корундовых и высокоглиноземистых огнеупоров, хромиты и хромомагнезиты.

Огнеупорные бетоны на силикатной связке применяют в условиях кислотной среды. Для увеличения твердости добавляют силиката натрия, кремнефтористый натрий, фосфаты.

Заполнителем служит кварцевый песок, высококремнеземистый шамот. Благодаря повышенной устойчивости к кислотам огнеупорный бетон на силикатной связке принято использовать для дымохода в травильных ваннах, баках, футеровки труб.

Если вы решили построить из жаропрочного бетона мангал, камин или печь в доме своими руками, то с целью экономии при строительстве это можно легко сделать своими руками. Для этого используют готовую сухую смесь или смешивают ингредиенты по специальной технологии, схожей с приготовлением обычного бетона.

Технология изготовления жаропрочного бетона делится на два вида: если конструкция будет подвергаться влаге, не добавляйте жидкое стекло, если среда кислая и агрессивная не используйте портландцемент.

Определите площадку для работы, убедитесь в доступности воды и чистоте инструментов.

Изготовление огнеупорного бетона

В стандартный состав огнеупорного бетона входят: песок, гравий, гашеная известь, жаропрочный цемент. В пропорциях соответственно 3:2:2:0,5. Чистой фильтрованой воды требуется 7,7 л для 22,5 кг смеси. Лопатой как следует смешайте песок и гравий в тачке или используйте бетономешалку.

Чтобы убрать пустоты и избавиться от пузырьков воздуха в огнеупорной смеси примените перфоратор или воспользуйтесь отбойным молотком. В деревянную часть формы вставьте сверло и работайте в течении одной минуты. Далее готовую смесь необходимо накрыть пленкой и оставить на пару дней, изредка сбрызгивая водой. Готовый огнеупорный блок перенесите в помещение и оставьте на 25 дней.

Чтобы сделать отливки можно воспользоваться фанерой. Для легкого извлечения огнеупорного блока на дно формы укладывают полиэтилен, или в лучшем случае смазанный жиром силикон, который не будет препятствовать испарению воды с поверхности блока.

Производство в домашних условиях

Технология домашнего изготовления жаропрочных бетонных конструкций практически не отличается от описанной выше. При отсутствии механического приспособления для смешивания можно готовить раствор в лотке при помощи лопаты.

Раствор закладывают в формы лопатой или совком, хорошо его распределяют. Уплотнение производят с помощью перфоратора или отбивного молотка, погружая насадку непосредственно в толщу раствора (это поможет убрать лишний воздух).

Сбрызгивают поверхность изделия водой в течение трех суток, каждый раз прикрывая ее пленкой. Готовые блоки извлекают из формы через 25-28 дней.

При следовании технологии жаростойкий бетон прослужит не один десяток лет, не снижая своей прочности и других эксплуатационных свойств.

Классификация

Существует несколько видов жаропрочного бетона, который еще называют огнеупорным или жароустойчивым. В состав материала входят специальные огнеупорные добавки. Основным вяжущим компонентом при производстве жаропрочного бетона выступает портландцемент. В качестве наполнителей здесь могут использоваться: доменные шлаки, отсевы горных пород (диабаз, андезит, пористые породы вулканического происхождения, диорит, искусственные наполнители), доменные шлаки.

Разделяют материал на отдельные классы согласно:

1. Структуре (тяжелый, легкий, пористый).
2. Назначению (теплоизоляционный, конструкционный).
3. Характеру наполнителей.
4. Используемым вяжущим компонентам.

Технические характеристики

Приготовленный с использованием портландцемента в качестве связующей основы огнеупорный бетон обладает классическим индексом прочности. При проведении теста на сдавливание граничными оказываются показатели в пределах от 200 до 600 МПа/см2.

Проявления термической стабильности наблюдаются при достижении температур не более 500 оС. Продолжительное воздействие на материал открытого пламени или длительный контакт с раскаленными поверхностями значительно снижает прочностные показатели цемента и нередко вызывает возникновение дефектов.

Наиболее огнеупорные бетоны, приготовленные на основе глинозема, способны выдерживать любые бытовые температуры. Насыщенные по составу глиноземистые покрытия отличаются термической стабильностью порядка 1600 оС и выше. Постепенное повышение температуры приводит в данном случае к увеличению жаропрочности, поскольку происходит преобразование цементной массы в керамическое состояние.

Впрочем, несмотря на высокую устойчивость к воздействию повышенных температур, глиноземистый огнеупорный бетон обладает сравнительно низкой прочностью. Материал, изготовленный с использованием таких компонентов, выдерживает давление механического характера на уровне до 25-35 МПа/см2.

Особенности изготовления жаростойкого бетона

В процессе изготовления огнеупорных смесей стремятся достичь таких характеристик внутренней структуры, с которыми находящаяся внутри влага не сможет испариться под влиянием повышенных температур в течение продолжительного времени. Надо понимать, что подразумевается не та вода, которую вливают во время замешивания, а эксплуатационная влажность.

Чтобы добиться необходимого эффекта, используют определенные добавки, благодаря которым повышаются свойства теплоизоляции и теплопроводности бетона. Они не дают сооружению перегреться и разрушиться из-за температурных перепадов. А добавленные мелкодисперсные компоненты удерживают влагу внутри материала.

Элементы, за счет которых бетон становится термически стабильным:

• доменный шлак, пемза и другие пористые компоненты;
• битый обожженный кирпич – предпочтение отдается материалу, содержащему магнезит либо шамот;
• андезит, базальт и прочие хромитосодержащие породы либо руды;
• зольные добавки.

У всех распространенных наполнителей есть одно общее свойство – ранее они уже подвергались интенсивной температурной обработке во время формовки либо производства. По этой причине добавки уже не будут изменяться химически или морфологически при новых жестких термических воздействиях.

Стандартный производственный цикл сводится к последовательности:

• подбор состава бетона;
• замешивание смеси;
• выкладка;
• просушивание.

Чтобы тонкодисперсные фракции вымешивались полностью, применяют лопастные мешалки. Также с этой целью внимательно следят за пропорциями компонентов и проводят сушку в строго регламентированных условиях.

Использование огнеупорного бетона

В состав огнеупорного бетона входят специализированные добавки и смеси, которые придают материалу большую прочность при влиянии больших температур.

Во время эксплуатации жаропрочный бетон приобретает еще значительную стойкость к нагреву. Хорошим положительным качеством считается тот момент, что огнеупорный бетон не просит очень дорогого особого обжига, потому повсеместно применяется в строительстве.

По фунционалу он не выделяется от простого бетона и может обеспечивать полную безопасность и защиту вашей конструкции от перегревания. Более того, жаропрочный бетон может использоваться как материал для термоизоляции.

В зависимости от сферы использования делят ячеистый, не тяжелый или плотный бетон. Не тяжёлым материал считается, когда в высушенном состоянии его вес не больше 1500 кг/м3. К базисному сырью из шлакопортландцемента, портландцемента, глиноземистого цемента или стекла жидкого прибавляются тонкомолотые примеси, вроде боя огнеупорного кирпича, кускового шамота, пемзы, боя магнезитового кирпича, андезита и прочих. Добавки помогают отвердеванию жаростойкого бетона и формируют его жаростойкие качества.

Жаростойкие бетоны на фосфатной и силикатной связке

Есть говоря иначе специализированный жаропрочный бетон. Это когда кроме глиноземисто-цементной связки в его состав добавляют силикатную или фостфатную основу. Жаропрочный бетон на фосфатной связке лучше схватуется с другими огнеупорами, быстрее затвердевает и имеет более большую прочность если сравнивать с бетоном на глиноземистом цементе. Отвердитлем выступает цемент, тальк, окись магния. Наполнением служат высокотемпературные материалы: корунд, бой корундовых и высокоглиноземистых огнеупоров, хромиты и хромомагнезиты.

Жаростойкие бетоны на силикатной связке используют в условиях кислотной среды. С целью увеличения твердости добавляют силиката натрия, кремнефтористый натрий, фосфаты.

Заполнителем служит кварц, высококремнеземистый шамот. Благодаря очень высокой стойкости к кислотам жаропрочный бетон на силикатной связке как правило применяют для дымоотвода в травильных ваннах, баках, футеровки труб.

Если вы пришли к выводу построить из огнеупорного бетона мангал, камин или печька в доме собственными руками, то для экономии во время строительства это можно легко изготовить собственноручно. Чтобы это сделать применяют сухую приготовленную смесь или перемешивают компоненты по особенной технологии, схожей с приготовлением простого бетона.

Фабричные смеси сделаны по всем нормам и могут обеспечивать качество продукции. Используя сухую приготовленную смесь, тщательно прочтите на упаковке инструкцию и жестко следуйте ей.

Производственная технология огнеупорного бетона делится на два варианта: если конструкция будет подвергаться влаге, не добавьте жидкое стекло, если среда кислая и опасная не примените портландцемент.

Установите рабочую площадку, удостоверьтесь в общедоступности воды и чистоте инструментов.

Изготовление жаростойкого бетона

В типовый состав жаростойкого бетона входят: песок, гравий, гашеная известь, огнеупорный цемент. В соотношениях исходя из этого 3:2:2:0,5. Чистой фильтрованой воды требуется 7,7 л для 22,5 кг смеси. Лопатой как следует смешайте песок и гравий в тачке или примените бетоньерку.

Потом заливайте смесь водой, пока она не наберет необходимую консистенцию. Перенесите смесь в готовую форму или отливку, выровняйте поверхность шпателем и уберите лишний бетон. Чем быстрее вы будете работать, тем плотнее будет раствор.

Дабы убрать пустоты и освободится от воздушных пузырьков в жаростойкой смеси используйте перфаратор или воспользуйтесь отбойным молотком. В древесную часть формы вставьте сверло и работайте в течении одной минуты. Дальше смесь которая уже готова к использованию нужно покрыть пленкой и оставить на несколько дней, иногда сбрызгивая водой. Готовый противопожарный блок перенесите в помещение и потом оставьте на 25 дней.

Чтобы выполнить отливки воспользуйтесь фанерой. Для легкого извлечения жаростойкого блока на днище формы кладут полимерный этилен, или как максимум смазанный жиром силикон, который не будет мешать испарению воды с поверхности блока.

Компоненты

Смесь из четырёх основных компонентов, у каждого из них свои задачи. Иногда присутствуют добавки. Изучим их, чтоб разобраться, как правильно сделать бетон.

Связующие

Цемент и вода – основные реагенты, связующие все компоненты в единый монолит. От марки и количества цемента напрямую зависит марка бетона. Даже после случайного взаимодействия с водой цемент схватывается и твердеет «в камень». Казалось бы, результат достигнут. Однако технические характеристики далеки от желаемых. Их значительно повышает применение наполнителей.

Наполнители

Идеально, когда в бетонной смеси крупный наполнитель – щебень, дополняется средним – меньшего размера. А свободное пространство меж ними заполняет мелкий наполнитель – песок. Это оптимальная структура способная снизить усадку, многократно увеличить прочность, но при этом ощутимо удешевить конечный продукт, например – фундамент дома. Раз уж заговорили об условиях масштабных работ – пропорции бетона для фундамента в ведрах – наиболее удобная для восприятия формулировка.

Для улучшенного результата желательно чтоб прочность наполнителя была примерно в 2 раза выше расчётной прочности бетона. Ведь она набирается через 28 суток и со временем растёт. При этом прочность самого наполнителя остаётся прежней. А такой подход разницу между ним и связующим более-менее уравнивает. Получается запас прочности при оптимальной стоимости.

Основные виды щебня:

• Известняк. С некоторыми видами удаётся получить достаточно прочный бетон. Но низкая влагостойкость и морозоустойчивость ограничивает область применения. Он хорошо себя чувствует в закрытом от осадков пространстве, а ещё лучше в отапливаемых помещениях. На улице такой материал относительно быстро разрушается.
• Гравий. Самый популярный в индивидуальном строительстве наполнитель. Прочность для него более чем достаточна, работать с ним значительно проще, а стоимость невелика. Поэтому существует довольно спорное мнение, что самый правильный бетон своими руками на основе гравия.
• Гранит. Прочный наполнитель с низким водопоглощением и высокой морозостойкостью.

Химдобавки

Специфические свойства, необходимые для каких-то конкретных условий, бетону придают добавки – пластификаторы и модификаторы:

• Пластифицирующая добавка увеличивает подвижность смеси, поэтому воды на замес нужно чуть меньше. Следовательно, проектная прочность достигается с меньшим количеством цемента – это экономия. Однако добавки влияют на время твердения и начального набора прочности.
• Противоморозные добавки не дёшевы. Цена дозировки, позволяющей работать до -20 °C сопоставима цене самого бетона. Он при минусовой температуре через 28 суток должен набрать не менее 30% проектной прочности. Остальное достаточно быстро наберёт при плюсовой температуре.

Важно: как правильно замешивать бетон без дорогостоящих химдобавок? В быту пластификатором хорошо работает любой концентрированный мыльный раствор. Клей ПВА повышает прочность, а жидкое стекло гидроизоляционные свойства. Если жизненно необходимо бетонирование при небольшой отрицательной температуре, можно добавить поваренную соль

Но это «на свой страх и риск», незначительный объём в неответственном месте. Морально подготовившись и понимая, что потеряем часть прочности. Качественная альтернатива – устройство прогрева.

Если жизненно необходимо бетонирование при небольшой отрицательной температуре, можно добавить поваренную соль. Но это «на свой страх и риск», незначительный объём в неответственном месте. Морально подготовившись и понимая, что потеряем часть прочности. Качественная альтернатива – устройство прогрева.

В обычных условиях – 15-20 °C за 3 дня бетон окрепнет примерно на 30% от расчётной прочности, за 7 дней – на 70%, через 28 дней будет 100%. С понижением температуры снижается динамика набора прочности. Полную прочность он конечно наберёт, но этот период затянется.

Виды огнеупорного бетона

Разработано и успешно применяется несколько видов огнеустойчивого бетона.

По основной классификации термостойкий материал бывает:

• тяжелый;
• легкий;
• ячеистый.

По температуре применения материал разделяется на:

• жароупорный, способный выдерживать температуру до 1580 °С;
• огнеупорный, выдерживающий воздействие температуры от 1580 до 1770 °С;
• высокоогнеупорный, противостоящий температуре свыше 1770 °С.

По виду использования бетонные блоки могут быть конструкционными и теплоизоляционными.

Популярен сухой огнеупорный состав, некоторые модификации которого могут противостоять воздействию температур до 2300 °С. Существенным недостатком сухих смесей является небольшой срок годности, потому приобретение крупной партии полуфабриката нецелесообразна.