Как сделать огнеупорный (жаростойкий, жаропрочный) бетон своими руками

Направления использования

Огнеупорные виды цемента можно применять для всех строительных работ. Учитывая экономические соображения, чаще всего его используют в ситуациях, когда конструкция постоянно подвергается высокому нагреву. Востребованность в огнеупорной цементной продукции возникает в промышленности и частных владениях.

Основные направления применения огнеупорного высокоглиноземистого цемента следующие:

• футеровка нагреваемого пространства в отопительных комплексах и агрегатах;
• изготовление жаростойких конструкций из железобетона;
• производство огнеупорных панелей, кирпичей, блоков, растворов;
• составление клеевых композиций для нефтяных и химических установок;
• изготовление печей для плавления стеклянных изделий;
• производство сооружений в теплоэнергетике;
• сооружение дымоходов, домашних печей, каминов.

Огнеупорные виды цемента востребованы в горной, металлургической промышленности, а также при строительстве тоннелей, подложек для мощных тепловых установок в любых сферах.

Область применения

Важно упомянуть о том, что жароупорный бетон может иметь массу различных марок и обладать разной плотностью. Именно это и является основным критерием в определении области его применения

Теплоизоляционный материал

В данной категории представлены составы, которые по своим характеристикам напоминают пеноблок или газоблок. Фактически они ими и являются, но только с включением специальной добавки и правильного подбора компонентов. Также к ним можно отнести керамзитобетонные изделия.

Конструкции из этого материала применяют в качестве утеплителя, который должен выдерживать высокие температуры, не давая воздуху остывать. При этом очень часто они располагаются внутри рабочих зон и подвергаются резким перепадам.

Подобные составы характеризуются как ячеистые и . Однако они обладают определенной теплопроводимостью и устойчивостью к интенсивному нагреву.

Конструкционные материалы

Обычно инструкция по монтажу советует применять подобные марки бетона для создания опор, плит перекрытий или других элементов здания, которые подвергаются воздействию нагрева в процессе эксплуатации. Однако стоит отметить, что применять армирование с такими видами бетона не стоит. Дело в том, что при нагревании металл расширяется и может разрушить все изделие.

Применение жаропрочного бетона

В состав жаропрочного бетона входят специальные добавки и смеси, которые придают материалу значительную прочность при воздействии высоких температур.

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.

В зависимости от области применения разделяют ячеистый, легкий или плотный бетон. Легким материал считается, когда в высушенном состоянии его вес не более 1500 кг/м3. К базовому сырью из шлакопортландцемента, портландцемента, глиноземистого цемента или жидкого стекла добавляются тонкомолотые примеси, вроде боя шамотного кирпича, кускового шамота, пемзы, боя магнезитового кирпича, андезита и других. Добавки способствуют затвердеванию огнеупорного бетона и формируют его огнеупорные качества.

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.

Заводские смеси изготовлены по всем стандартам и могут гарантировать качество продукции. Применяя готовую сухую смесь, внимательно прочтите на упаковке инструкцию и строго следуйте ей.

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.

Затем заливайте смесь водой, пока она не наберет нужную консистенцию. Перенесите смесь в готовую форму или отливку, разровняйте поверхность шпателем и удалите лишний бетон. Чем быстрее вы будете работать, тем плотнее будет раствор.

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.

Что это такое и назначение

Жаростойкий, огнестойкий бетон, по определению ГОСТ 25192-2012, устанавливающего классификацию и технические требования ко всем видам бетонов – это бетон назначением которого является эксплуатация при высоких температурах в диапазоне 800-1800 ℃.

На эту тему ▼

Огнезащитная штукатурка

Применение для обработки конструкции

От других видов бетонных смесей этот специфический по назначению и применению вид строительных материалов отличается не только стойкостью к открытому огню, длительному воздействию высокотемпературных тепловых потоков, но и не снижением в этих жестких условиях основных эксплуатационных параметров – сохранением прочности, отсутствием деформации, поверхностного, глубокого разрушения структуры.

Достигается это добавками в основу из огнестойких цементов различных связующих (специальных добавок) прошедших при получении высокотемпературный обжиг. Поэтому в процессе затвердевания огнеупорного бетона образуется прочная, подобная природному камню, структура, не требующая обжига перед эксплуатацией, но готовая к огневым, тепловым нагрузкам.

Соответственно, этот материал не используют при возведении типовых зданий, а применяют в виде товарных огнестойких бетонных смесей, готовых изделий – огнеупорных блоков, монолитных конструкций при строительстве особо важных объектов, в том числе транспортной инфраструктуры, например, автомобильных, железнодорожных тоннелей, подземных инженерных коммуникаций.

Используется также при возведении промышленного оборудования, работающего в высокотемпературном диапазоне – для монолитной футеровки котлов ТЭЦ, доменных, мартеновских печей, агрегатов обжига минеральных материалов; для облицовки ковшей транспортировки, розлива чугуна, стали, других расплавленных металлов.

Характеристики, состав, технология изготовления

Чтобы получить качественный архитектурный бетон своими руками, надо знать требования, которым он должен соответствовать. Его характеристики зависят от технологии и от компонентов, использованных для производства. Для этого материала свойственна:

• белизна, она должна находиться в определенных пределах: от 68 до 85%;
• время схватывания смеси — максимум 15 часов до набора номинальной прочности;
• прочность на сжатие: после трех суток 39 МПа, через 4 недели — 59 МПа;
• морозостойкость: минимальная — F100.

Интересная особенность архитектурного бетона — большая прочность и скорость схватывания белых или цветных растворов.

Состав архитектурного бетона

Его состав от компонентов простой цементно-песчаной смеси отличается не слишком сильно.

1. Главный вяжущий ингредиент любого бетона — портландцемент. Для изготовления этой его разновидности используют белый либо светло-серый материал, но последний — гораздо реже. Марки — М400 либо М500. Серый цемент приобретать нежелательно: изделие получится блеклым. Примеси, комки не допускаются. В исключительных случаях используют белый цемент М600 либо М700.
2. Чаще в качестве наполнителя выступает кварцевый песок, иногда — мраморная, гранитная крошка или стеклянный порошок (5%). В самых крайних случаях добавляют мелкофракционный щебень определенного цвета, гальку, гравий, ракушки. Задача наполнителей — обеспечение нужного оттенка, фактуры, прочности.
3. Модификаторы. В роли присадок используют пластификаторы (0,5%), гидрофобизаторы, противоморозные добавки, замедлители/ускорители затвердевания.
4. Пигменты дают возможность получить изделие любого цвета. Их обычно вводят в состав бетона на этапе замешивания раствора.
5. Армирующие добавки, обычно фиброволокна (600 г на 1м3). Они значительно повышают прочность конструкций.
6. Вода, очищенная, без примесей.

На соотношение всех компонентов влияет вид будущих изделий, их требуемые качества, условия эксплуатации (помещение, улица), марка цемента, а также тип формовки. Пропорции, использующиеся чаще всего, таковы:

• цемент (М500) — 1 часть;
• вода — 2;
• песок — 3.

Процент содержания красителя — 2-5. Для получения насыщенного цвета добавляют максимальное количество (5%). Иногда пигменты вовсе не добавляют, а окрашивают уже готовые бетонные конструкции. Так делают, когда хотят обеспечить их максимальную прочность.

Различные модификаторы вводят в таком количестве, которое рекомендовано производителем используемого материала. Специальные сухие смеси для изготовления архитектурного вида бетона можно купить готовыми.

Архитектурный бетон своими руками

Если запланировано изготовление малых форм, которые не потребуют значительного количества смеси, то сделать архитектурный бетон своими руками можно без особых проблем. Технология изготовления этого строительного материала мало отличается от приготовления обычного серого раствора.

1. Сухие ингредиенты просеивают через сито с мелкими ячейками (1,5х1,5 мм). Цемент (в сухом виде) тщательно смешивают с песком.
2. Затем добавляют другой наполнитель, пигмент, модификатор, фиброволокно. Сухой состав перемешивают до получения абсолютной однородности.
3. В центре емкости делают углубление, в которое небольшими порциями вливают воду. Смесь доводят до требуемой консистенции.

Качество полученного раствора проверяют простым способом: берут немного раствора, затем сжимают его в кулаке. Если между пальцами появилась вода, то досыпают небольшое количество песка. Когда после разжимания кулака раствор кажется слишком рыхлым, или вовсе старается рассыпаться, маленькими порциями добавляют воду.

Приготовленный раствор заливают в формы. Чтобы предотвратить образование пустот, его уплотняют. Дальнейшие работы можно продолжать спустя 48 часов, однако для полного набора прочности бетону требуется не менее 28 суток.

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.

Основные виды тяжелого огнестойкого бетона

Состав огнеупорного бетона может быть разным, что зависит от нужных характеристик, используемых материалов и их пропорций. Тяжелых бетонов существует несколько видов, ниже рассмотрены основные из них.

Бетон на портландцементе и шлакопортландцементе

Это самый распространенный вид жаростойких бетонов, отличающийся невысокой стоимостью, отработанной технологией приготовления и использования, хорошей прочностью. Обычно такой бетон выбирают для сооружения дымовых труб, тепловых агрегатов, создания огнестойких конструкций атомных электростанций и т.д.

Класс прочности должен быть в диапазоне В15-В40. В приготовлении используют цемент М400 и выше, добавляют лишь активные минеральные вещества (топливная зола, шамот, доменный шлак и т.д.). Наиболее прочный бетон получается с включением в состав шамотной добавки тонкого помола.

В шлакопортландцементе предусмотрена технологией добавка металлургического доменного шлака, поэтому смесь может применяться для замеса бетонов с предполагаемым воздействием температуры не больше +700С.

На глиноземистом алюминатном цементе

Из этих веществ готовят бетоны с классом термостойкости в диапазоне И8-И18. Основным минеральным составляющим такого цемента является моноалюминат кальция, высокоглиноземистого – диалюминат кальция. Если не вводить в состав никаких дополнительных добавок, бетон выдержит максимум +1300С, если включить заполнитель из корунда и оксида алюминия, можно повысить температурный режим до +1650С и больше.

Основные свойства конструкций из глиноземистых цементов:

• Минимальная термическая усадка, небольшое линейное расширение в процессе нагрева
• Высокий показатель механической прочности
• Сохранение стабильного состояния при резких перепадах температуры
• Теплопроводность минимальная
• Уже через сутки после заливки конструкции могут эксплуатироваться

Жидкое стекло в качестве вяжущего жаростойких бетонов

До того, как приготовить жаропрочный бетон из жидкого стекла, необходимо тщательно изучить состав смеси. Применяют калиевые/натриевые составы, благодаря которым огнеупорные бетоны могут эксплуатироваться при температуре +800-1600С.

По структуре жидкое стекло может быть высокомодульным (обозначается буквой В), среднемодульным (Б) и низкомодульным (буква А).

Что важно знать о жидком стекле:

• Лучшие показатели натриевого стекла в качестве вяжущего для огнеупорной смеси – при силикатном модуле 2.0-3.5, калиевого – 2.5-4.0.
• Жидкое стекло твердеет долго, поэтому в смесь добавляют разные отвердители (соединение кремниефторида натрия, фторсиликат щелочных металлов). Кроме быстрого твердения, эти вещества способствуют повышению прочности, плотности раствора. Также для ускорения твердения можно добавлять феррохром, шлаки ферромарганца, нефелиновый шлам.
• Стоит отметить, что в состав смесей могут вводиться разнообразные пластификаторы, тонкомолотые добавки, регуляторы, присадки для лучшей удобоукладываемости.
• На кубический метр бетона нужно примерно 250-400 кг/м3 вяжущего, отвердителя – 0.1-0.2 частей от веса вяжущего. Заполнителя понадобится около 0.12-0.3 веса жидкого стекла.
• Раствор на базе жидкого стекла замешивают на объекте, так как заливать смесь нужно в течение получаса. Укладка производится при температуре минимум +15С, влажность должна составлять максимум 70%.

Что это такое и назначение

Жаростойкий, огнестойкий бетон, по определению ГОСТ 25192-2012, устанавливающего классификацию и технические требования ко всем видам бетонов – это бетон назначением которого является эксплуатация при высоких температурах в диапазоне 800-1800 ℃.

На эту тему ▼

Огнезащитная штукатурка

Применение для обработки конструкции

От других видов бетонных смесей этот специфический по назначению и применению вид строительных материалов отличается не только стойкостью к открытому огню, длительному воздействию высокотемпературных тепловых потоков, но и не снижением в этих жестких условиях основных эксплуатационных параметров – сохранением прочности, отсутствием деформации, поверхностного, глубокого разрушения структуры.

Достигается это добавками в основу из огнестойких цементов различных связующих (специальных добавок) прошедших при получении высокотемпературный обжиг. Поэтому в процессе затвердевания огнеупорного бетона образуется прочная, подобная природному камню, структура, не требующая обжига перед эксплуатацией, но готовая к огневым, тепловым нагрузкам.

Соответственно, этот материал не используют при возведении типовых зданий, а применяют в виде товарных огнестойких бетонных смесей, готовых изделий – огнеупорных блоков, монолитных конструкций при строительстве особо важных объектов, в том числе транспортной инфраструктуры, например, автомобильных, железнодорожных тоннелей, подземных инженерных коммуникаций.

Используется также при возведении промышленного оборудования, работающего в высокотемпературном диапазоне – для монолитной футеровки котлов ТЭЦ, доменных, мартеновских печей, агрегатов обжига минеральных материалов; для облицовки ковшей транспортировки, розлива чугуна, стали, других расплавленных металлов.

Плюсы и минусы

Плюсов у этого материала достаточно много:

• Большой запас прочности
• Способность выдерживать высокотемпературный нагрев без деформации
• Хорошие теплоизолирующие качества
• Возможность использования, как в качестве скрепляющего вещества кладки, так и для изготовления строительных огнеупорных материалов.

Существует так же и ряд минусов:

• Чем выше целостность, тем ниже способность сопротивления высоким температурам и наоборот
• Уже готовая смесь не может храниться дольше 2-3 недель, иначе полученный бетон не может считаться жаростойким, так как не будет обладать требуемыми параметрами термозащиты

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.

Сфера применения

Огнеупорный бетон пользуется популярностью не только в строительной сфере, но и в специальных областях. В зависимости от вида выпущенного производителем материала определяется направленность применения изделия.

• Смесь сухая АСБС. Востребована в тепловой энергетике и для сборки помпейских печей в металлургии.
• Бетонная смесь с содержанием большого количества глинозема ВГБС. Предназначена для покрытия внутренних поверхностей ковшей, которые занимаются разливом горючих материалов. А также выступает в роли футеровки пода печей. Особенность заключается в том, что материал способен пережить воздействие температуры в 1800 градусов по Цельсию.
• Смесь с большим количеством корундового заполнителя СБК. Применение такое же, как у второго варианта.
• Бетон, в составе которого присутствуют теплоизолирующие добавки. Востребован для футеровки тепловых установок в промышленной сфере.
• Смесь СБС, особенностью которой является саморастекание. Применяют при возведении конструкций, подвергающихся воздействию температур до 1500 градусов по Цельсию. В основном это печи и тепловые установки.
• Смесь ШБ-Б, в составе которой присутствует шамотный наполнитель. Предназначена для покрытия частей горелок, эксплуатация которых проходит при высоких температурах. Величина температур достигает 1300 градусов по Цельсию.
• Сухая смесь ССБА для армирования плиты. Применение такое же, как во втором варианте.