Як зробити вогнетривкий (жаростійкий, жароміцний) бетон своїми руками — склад
Вогнетривкий бетон – жароміцний матеріал, який здатний протягом досить тривалого часу не змінювати своїх характеристик під впливом вогню та високих температур. Такий бетон застосовується в різних сферах, але завжди там, де є ризик займання або необхідність забезпечити стійкість конструкції до вогню, підвищеної температури.
Рівень вогнестійкості матеріалу визначається такими параметрами, як швидкість горючості, теплопередачі при змінних умовах (вентиляція, температура вогню, наявність/відсутність джерел палива в будівлі). Бетонні стінки зі звичайного матеріалу здатні протриматися до 4 годин. Горить бетон без виділення токсинів, рідких частинок, диму.
У приватному будівництві жароміцний бетон використовується рідко — лише окремих конструкцій. Властивості такого розчину є актуальними при зведенні тунельних аварійних виходів, конструкцій інфраструктури, виробництв, спеціальних споруд для порятунку членів уряду тощо.
Загальні відомості: матеріали та характеристики жаростійких бетонів
Жаростійкий бетон – особливий вид бетонного матеріалу, який здатний довго витримувати вплив температури в діапазоні +1580-1770С максимум без втрати експлуатаційних та механічних властивостей (вогнетривкий бетон, у свою чергу, витримує недовготривалий нагрівання і до температури максимум +200С).
Бетон використовують у будівництві житлових та промислових об’єктів. З вогнетривкого та жароміцного бетону роблять мангали, домашні опалювальні печі, сауни, лазні, димарі, каміни і т.д.
Після досягнення граничної температури і після певного часу жаростійкі бетони починають висихати, покриватися тріщинами, руйнуватися.
Основні характеристики вогнетривких бетонів:
- Високий рівень міцності
- Надійна термоізоляція
- Посилення експлуатаційних характеристик у процесі роботи
- Простота приготування (додатковий випал не потрібен)
- Зменшення витрат часу, фінансів, праці
Жаростійкий бетон може бути конструкційним та теплоізоляційним. За структурою буває легким поризованим, щільним, пористим.
Склад щільних вогнестійких розчинів
Щільний важкий жаростійкий бетон (склад може бути різним) зазвичай використовується у створенні вогнестійких конструкцій, а також у вигляді жаростійкого футерування в тих чи інших теплових агрегатах: на виробництвах хімічної промислової сфери, рекуператорів доменних печей, у спеціальних печах випалу цегли, у процесі будівництва димових труб.
Завдяки застосуванню важких сумішей вдається суттєво скоротити час виконання будівництва та ремонту теплових агрегатів, помітно знизити собівартість, зменшити обсяг трудовитрат.
В’яжучі
Жаростійкі бетони виробляються відповідно до ГОСТ 20910 90. Даний документ передбачає можливість використання різних в’яжучих у приготуванні розчину.
Види в’яжучого для виробництва:
- Рідке скло
- Глиноземний (сюди можна включити і високоглиноземний) цемент
- Шлакопортландцемент із спеціальними мікронаповнювачами
- Портландцемент із обов’язковим включенням до складу мікронаповнювача (тонкомолотої добавки)
У нейтральному/лужному середовищі зазвичай застосовують суміш на шлакопортландцементі та портландцементі. Для газового кислого середовища підійде рідке скло. Для водневого, фосфорного, вуглецевого середовища краще вибирати глиноземисті та високоглиноземисті цементи.
Можливе додавання мінеральних компонентів (доменний шлак у гранулах, бій шамотної/магнезитової цегли, лісоподібний суглинок, андезит тощо) з метою покращення структури та зміцнення складу.
Заповнювачі
Вогнетривкі бетони передбачають введення до складу не тільки спеціальних в’яжучих, але і правильних заповнювачів, які повинні рівномірно розширюватися і таким чином витримувати вплив вогню та високих температур. Прості заповнювачі гарантують стійкість при максимум +200С, далі вони стають менш міцними і при +600С повністю деформуються.
Коли готують вогнетривкий бетон, склад передбачає як заповнювач використання матеріалу, який не буде руйнуватися/розм’якшуватися при високих температурах, а також не стане причиною появи високих напруг у внутрішній структурі моноліту.
Вибір заповнювача відповідно до температури:
- +600 – 800С: гірські породи (діабаз, андезит, базальт), пористі матеріали з гірських вулканічних порід, це можуть бути доменні гранульовані шлаки, бій цегли, штучні пористі структури (спучений перліт, керамзит, підійде шлакова пемза тощо). д.).
- +1200 – 1700С: додають подрібнені вогнетривкі матеріали – хроміт, шамотну цеглу, магнезит, часто вибирають корунд, обпалений каолін.
- Можливо додати спеціальні матеріали, отримані за допомогою випалу при високій температурі суміші вогнетривкої глини та магнезиту – алюмосилікати, які відрізняються мінімальною деформацією, гарною вогнетривкістю.
Технічні вимоги
Марка вогнестійкого бетону повинна включати такі параметри:
- Тип бетону: жаростійкий позначається буквами BR
- В’яжуче: алюмінієвий (А), портландцемент (Р), силікати (S)
- Клас міцності на стиск/розтягування – B1-В40
- Температура експлуатації – ІЗ-І18
Приклад: жаростійкий бетон на базі портландцементу з міцністю В20, здатний витримувати +1200С, позначатиметься BR Р В20 І12.
Що стосується щільності, то матеріал з показником 1100 кг/м3 застосовують як теплоізоляцію для огороджувальних конструкцій ненавантаженого типу, 1400 – для зведення огороджуючих несучих конструкцій громадських/житлових будівель. За рівнем граничної температури бетони можуть належати до одного з 18 класів: І13-І18 використовують лише для конструкцій, що не несуть.
Якщо щільність бетону становить 1500 кг/м3, він повинен мати водонепроникність у діапазоні W-W8. Морозостійкість становить F-F75. Залишкова міцність та показник температури деформації при впливі механічного навантаження безпосередньо залежать від виду в’яжучих та точної температури нагріву.
Що стосується класу міцності, то для напружених жаростійких конструкцій показник повинен бути мінімум В30, без навантаження — допускається мінімум В12.5.
Основні види важкого вогнестійкого бетону
Склад вогнетривкого бетону може бути різним, що залежить від потрібних характеристик матеріалів і їх пропорцій. Тяжких бетонів існує кілька видів, нижче розглянуті основні з них.
Бетон на портландцементі та шлакопортландцементі
Це найпоширеніший вид жаростійких бетонів, що відрізняється невисокою вартістю, відпрацьованою технологією приготування та використання, гарною міцністю. Зазвичай такий бетон вибирають для спорудження димових труб, теплових агрегатів, створення вогнестійких конструкцій атомних електростанцій тощо.
Клас міцності має бути в діапазоні В15-В40. У приготуванні використовують цемент М400 і вище, додають лише активні мінеральні речовини (паливна зола, шамот, доменний шлак тощо). Найбільш міцний бетон виходить із включенням до складу шамотної добавки тонкого помелу.
У шлакопортландцементі передбачена технологією добавка металургійного доменного шлаку, тому суміш може застосовуватися для замішування бетонів з передбачуваним впливом температури не більше +700С.
На глиноземистому алюмінатному цементі
З цих речовин готують бетони з класом термостійкості в діапазоні І8-І18. Основною мінеральною складовою такого цементу є моноалюмінат кальцію, високоглиноземистого – діалюмінат кальцію. Якщо не вводити до складу жодних додаткових добавок, бетон витримає максимум +1300С, якщо включити заповнювач із корунду та оксиду алюмінію, можна підвищити температурний режим до +1650С та більше.
Основні властивості конструкцій із глиноземистих цементів:
- Мінімальна термічна усадка, невелике лінійне розширення в процесі нагрівання
- Високий показник механічної міцності
- Збереження стабільного стану при різких перепадах температури
- Теплопровідність мінімальна
- Вже за добу після заливання конструкції можуть експлуатуватися
Рідке скло як в’язкий бетон бетонів
До того, як приготувати жароміцний бетон із рідкого скла, необхідно ретельно вивчити склад суміші. Застосовують калієві/натрієві склади, завдяки яким вогнетривкі бетони можуть експлуатуватися за температури +800-1600С.
За структурою рідке скло може бути високомодульним (позначається буквою В), середньомодульним (Б) та низькомодульним (літера А).
Що важливо знати про рідке скло:
- Кращі показники натрієвого скла як в’язке для вогнетривкої суміші – при силікатному модулі 2.0-3.5, калієвого – 2.5-4.0.
- Рідне скло твердне довго, тому в суміш додають різні затверджувачі (сполука кремнієфториду натрію, фторсилікат лужних металів). Крім швидкого твердіння ці речовини сприяють підвищенню міцності, щільності розчину. Також для прискорення твердіння можна додавати ферохром, шлаки феромарганцю, нефеліновий шлам.
- Варто зазначити, що до складу сумішей можуть вводитися різноманітні пластифікатори, тонкомолоті добавки, регулятори, присадки для кращої зручності.
- На кубічний метр бетону потрібно приблизно 250-400 кг/м3 в’яжучого, затверджувача – 0.1-0.2 частин від ваги в’яжучого. Заповнювач знадобиться близько 0.12-0.3 ваги рідкого скла.
- Розчин на базі рідкого скла замішують на об’єкті, тому що заливати суміш потрібно протягом півгодини. Укладання проводиться при температурі мінімум +15С, вологість має становити максимум 70%.
Інші види бетонів, стійких до вогню
У виробництві легких пористих/поризованих бетонів використовуються ті ж в’язкі, але пористі заповнювачі або піноутворювачі, які зменшують вагу.
Легкі порізовані бетони
Тут як заповнювач використовують різного типу пористі матеріали, здатні витримувати вплив температури до +1000С: вулканічний туф, спучений перліт, керамзит. Легкі бетони відповідають маркам D300-1800.
Класифікація порізованих бетонів у сфері експлуатації:
- Конструкційні – із щільністю 1400-1800 кг/м3, міцністю мінімум М50, будь-якою теплопровідністю.
- Теплоізоляційні – з щільністю максимум 500 кг/м3, міцністю в діапазоні М14-М25, теплопровідністю максимум 0.14 Вт/м*К.
- Теплоізоляційно-конструкційні – міцність мінімум М35, теплопровідність у межах 0.14–0.54 Вт/м*К, щільність дорівнює 500-800.
Легкі бетони, виготовлені на базі портландцементу або глиноземистого цементу, демонструють високий рівень вогнестійкості. Якщо використовувати керамзитовий щебінь як заповнювач, то морозостійкість зростає до F25-100.
Комірчасті бетони
Даний тип розчину застосовується в теплоізоляції і як жаростійкий матеріал. Нерідко пористі бетони вибирають для приватного будівництва у вигляді заводських конструкцій або блоків.
Види пористих бетонів:
- Для теплоізоляції – щільність до 500 кг/м3
- Теплоізоляційно-конструкційні – показник знаходиться в діапазоні 500-900 кг/м3
- Конструкційні – від 1000 до 1400
- Жаростійкі – до 1200 кг/м3, можуть використовуватися при температурі до +800С
Даний тип бетону може витримувати вплив відкритого вогню протягом 5-7 годин без зміни структури. При нагріванні до +400С відзначається підвищення міцності матеріалу до +1000С – руйнування структури.
Коли готується жароміцний бетон своїми руками, межу вогнестійкості пористого матеріалу можна підвищити за допомогою введення до складу алюмосилікатних лужних в’язких, металургійних шлаків, допускаються і паливні золи, вапняно-білітові склади.
Застосування
Зазвичай вогнетривкий і жаростійкий бетон є актуальним для використання у зведенні хімічних, енергетичних, металургійних споруд. Матеріал підходить для спорудження плавилень, доменних печей, теплоцентралей.
У побуті необхідність виготовлення термостійкого бетону виникає при будівництві печей, котлів опалення, камінів. Також із розчину роблять висновки труб, викладають опалювальні контури. У приватному будівництві бетон готують своїми руками, використовуючи спеціальні компоненти і точно дотримуючись інструкцій, дотримуючись зазначених пропорцій.
Нові конструкції вводяться в експлуатацію щонайменше після 3 діб (швидкотвердіючий цемент, глиноземистий, рідке скло), 7 діб (портландцемент) або після набору проектної міцності монолітом. До нагрівання конструкції просушують для повного видалення вільної води у складі. Розігрівають за спеціальними режимами, відповідно до технологічних інструкцій.
Виробництво в домашніх умовах
Найпростіше зробити жаростійкий бетон своїми руками — купити готову суміш і замісити розчин за інструкцією (зазвичай знаходиться на звороті тари). Все дуже просто: суха суміш висипається в бетонозмішувач, мішається протягом 1 хвилини, зачиняється звичайною водою або рідким склом.
Самостійне приготування бетону:
- Вибір оптимального складу матеріалів.
- Заливання в бетонозмішувач 90% потрібного об’єму води або рідкого скла (у розбавленому вигляді).
- Засипання тонкомолотої добавки, додавання половини заповнювача і цементу, перемішування, поступове додавання матеріалів, що залишилися, залишку води (або скла).
- Заміс повинен здійснюватися протягом щонайменше 5 хвилин.
- Відвантаження готової суміші безпосередньо на об’єкті, заливка.
Бетонні роботи в умовах сухого та жаркого клімату
В умовах спекотного, сухого клімату температура повітря може підніматися до +40С, вологість зазвичай не перевищує 25%, спостерігаються вітри та сильна сонячна активність. Все це погано позначається на бетонній суміші, що провокує швидке випаровування води, зниження міцності.
Як укладати бетон у жарких умовах:
- Правильно вибрати склад компонентів – як в’яже найкраще брати портландцемент, заповнювача – матеріали з ідентичним показником температурного розширення (близьким до цементу).
- Заповнювачі обов’язково зволожують.
- Використання пластифікаторів – для зниження водоцементного співвідношення та покращення рухливості.
- Збільшення часу змішування компонентів у середньому на 40-50%.
- Зміш до об’єкта можна транспортувати виключно в автобетономішалці, завантаживши в міксер лише сухі компоненти, а зачиняючи водою вже перед заливкою.
- Опалубка перед заливкою перевіряється на предмет герметичності та зволожується.
- Суміш подається на об’єкт з використанням спеціальної цегли або бетононасосу.
- Бетонування здійснюється із застосуванням глибинного вібратора.
- У процесі набору міцності сумішшю бетон потрібно накривати зволоженими матами із соломи, шматками рогожі, мішковини, потім кожні 3-4 години поливати водою всі 28 днів.
Приготований за всіма правилами жаростійкий або вогнетривкий бетон демонструватиме всі заявлені характеристики та дозволить реалізувати будь-який проект, гарантуючи високу якість та оптимальні властивості, надійність та довговічність конструкції.
