Огнеупорные бетоны

Замятин C.Р., Пургин А.К. и др.

Металлургия, 1982 г.

ТРЕБОВАНИЯ К ОГНЕУПОРНЫМ БЕТОНАМ

К огнеупорным бетонам в отличие от строительных предъявляются специальные требования, связанные со службой их в условиях высоких температур. Формирование свойств бетона происходит не только при твердении, но и при нагревании, включая спекание. В различных температурных интервалах в бетоне протекают разные физико-химические процессы, связанные с дегидратацией вяжущего, образованием новых химических соединений, полиморфными превращениями, каталитической или термической полимеризацией, диффузионным или жидкостным спеканием. При этом термомеханические и теплофизические свойства бетона изменяются.

При одностороннем нагреве по толщине огнеупорной футеровки из-за наличия градиента температур создаются термические напряжения. Известно, что величина этих напряжений в значительной степени зависит от структуры материала, которая характеризуется модулем упругости. Из рис. 3 видно, что различным температурным интервалам бетона соответствует определенный модуль упругости, следовательно, определенная структура; В обожженных огнеупорных изделиях, имеющих в начальный период службы одинаковую структуру, в отличие от бетонов при нагревании неизбежны большие температурные напряжения по толщине кладки.

Термомеханические и теплофизические свойства огнеупорных бетонов должны соответствовать условиям службы. Основными требованиями ко всем огнеупорным бетонам являются: постоянство объема, оптимальная прочность в температурном интервале службы, ограниченная деформация при спекании.

Постоянство объема—основное требование к огнеупорным бетонам. Наиболее опасны для бетона усадочные явления. При этом бетон работает на разрыв, а величина предела прочности бетона на растяжение значительно меньше, чем на сжатие. По усадке определяют максимальную температуру службы бетонов. Величина усадки при этой температуре в течение 5 ч должна быть не более 1 % для плотных бетонов и 2 % для теплоизоляционных. Рост бетона при максимальной температуре допускается до 3 %. Известны случаи успешной работы кремнеземистого бетона при более значительном росте, например в цилиндрической футеровке сталеразливочного ковша, в которой в процессе службы происходит «самоуплотнение» структуры. Не следует допускать значительного роста вяжущего, так как это может привести к нарушению связи между зернами заполнителя и разрушению бетона в целом.

Другим основным показателем огнеупорных бетонов является предел прочности при сжатии

При разработке технологии получения бетонов необходимо подбирать составы, обеспечивающие достаточную прочность при различных температурных условиях их эксплуатации, и учитывать изменение прочности при трех взаимосвязанных процессах:

1) твердении, происходящем при относительно низких температурах (примерно до 600 °С);

2) разупрочнении (300—1000°С), связанном в основном с дегидратацией вяжущего;

3) спекании (>1000°С). Только совместное изучение этих процессов позволяет разработать наиболее износоустойчивые огнеупорные бетоны.

Если при получении строительных бетонов стремятся, чтобы их прочность после твердения была максимальной, то прочность огнеупорных бетонных изделий должна быть достаточной для их транспортирования и монтажа. Предел прочности огнеупорных бетонов при сжатии после твердения должен составлять 13—30 МПа.

Процесс твердения огнеупорных бетонов обусловлен одним из следующих определяющих процессов: химическим взаимодействием огнеупорных цементов и связок, перекристаллизацией образующихся химических соединений или образованием гидратов в огнеупорных цементах:

Разупрочнение огнеупорных бетонов в области средних температур (600—1000 °С) связано с потерей химически связанной воды, разрушением кристаллизационно-конденсационной структуры и превращением ее в кристаллизационную структуру. Степень разрушения огнеупорных бетонов определяется коэффициентом разупрочнения (упрочнения), представляющим собой отношение разности пределов прочности бетона после твердения и после обжига при 800 °С к пределу прочности бетона после твердения:

Степень разупрочнения огнеупорных бетонов должна быть минимальной для предотвращения скалывания их в процессе службы.

Нагревание бетона сопровождается твердофазным и жидкостным спеканием. При этом минимальные усадка и деформация обеспечиваются подбором состава бетона.