Жароупорные бетоны

Жаростойкие бетоны – это бетоны, способные сохранять в заданных пределах свойства, определяющие возможность их эксплуатации при длительном воздействии высоких температур.

В соответствии со СНиП 2.03.04-84:

- при температурах 200оС и менее (при повышенных температурах) рекомендуется использоваться обычные бетоны.

- при температурах более 200 оС должны использоваться жаростойкие бетоны.

Необходимость применения:

-Экраны биологической защиты в большинстве случаев работают при температурах менее 100 оС, поэтому использовать жаростойкие бетоны для экранов радиационной биологической защиты в большинстве случаев не требуется.

-Экраны радиационно-энергетической или радиационно-тепловой защиты могут эксплуатироваться при достаточно высоких температурах или кратковременно подвергаться воздействию достаточно высоких аварийных температур, поэтому применение в них жаростойких бетонов необходимо.

-Наиболее известно применение жаростойкого серпентинитового бетона в «сухой» защите и железо-серпентинитового бетона с карбидом бора в опорной ферме реакторов типа ВВЭР.

Характеристики:

Так как изменения при нагревании различных материалов компонентов, входящих в состав бетонов, обычно отличаются по величине, жаростойкость бетонов определяется главным образом видом и составом вяжущих веществ и заполнителей, используемых при их изготовлении, добавками, вводимыми в них, возрастом, водоцементным отношением.

Жаростойкость бетонов, прежде всего, характеризуется классом бетона по предельно допустимой температуре применения.

При этом классам И3, И6, И7, И8………, И18 соответствуют предельно допустимые температуры применения 300, 600, 700, 800 …….., 1800 оС.

Класс бетонов по предельно допустимой температуре применения определяют по остаточной прочности и температуре, соответствующей деформации 4%, 40% или разрушению под нагрузкой 0, 2 МПа.

Кроме предельной температуры для жаростойких бетонов основными показателями качества являются:

- прочность на сжатие;

- термостойкость - способность образцов бетона выдерживать резкие смены температур от предельно допустимой температуры применения до 20 оС;

- водонепроницаемость;

- морозостойкость;

- средняя плотность;

- усадка - изменения размеров образца бетона после нагрева до предельно допустимой температуры применения и до температуры эксплуатации

Кроме того характеристиками, определяющими возможность использования жаростойких бетонов в конструкциях при интересующей температуре являются:

- коэффициенты условия работы при сжатии gbt и растяжении gtt;

- коэффициент снижения модуля упругости gb;

- коэффициент упругости n;

- коэффициент линейной температурной деформации abt;

- коэффициент температурной усадки abt;

- коэффициент температурной усадки acs.

Вяжущие

Для жаростойких бетонов используются следующие вяжущие вещества:

- портландцемент без добавок – до 300 оС;

- портландцемент с тонкомолотыми добавками (микронаполнителями) – до 600÷ 1200 оС;

- шлакопортланцемент – до 300÷ 800 оС;

- жидкое стекло – до 600÷ 1600 оС;

- глиноземистый цемент – до 1000÷ 1400 оС;

- высокоглиноземистый цемент – до 1400÷ 1700 оС;

- фосфатные вяжущие – до 1100÷ 2600 оС.

Заполнители:

В соответствии с СНиП 2.03.04.84 [28] и ГОСТ 20910-90 [31] и для приготовления жаростойких тяжелых бетонов применяются следующие заполнители, обеспечивающие следующую предельную температуру применения бетонов на этих заполнителях при различных вяжущих:

- бескварцевые магматические горные породы (диориты, андезиты, габбро, базальты, диабазы и др.) – 300¸ 700 оС (для составов без тонкомолотой добавки) и 600¸ 700 оС (для составов с тонкомолотой добавкой);

- бой кирпича, шамот и шлаки – 800-1300 оС;

- бой феррохромитовой, муллито-корундовой, магнезиальной и другой керамики – 1200÷ 1400 оС.

В качестве микронаполнителя в количестве 30¸ 100% от массы цемента используется тонкомолотые добавки из боя глиняного кирпича, золы, шлака, шамота.

Для приготовления гидратных и особо тяжелых эффективных защитных жаростойких бетонов применяются следующие заполнители, обеспечивающие следующую предельную температуру применения бетонов на этих заполнителях:

- серпентинит – до 500 оС;

- гематитовые и магнетитовые руды, окалина – до 1100 оС;

- хромитовая руда – до 1100÷ 1700 оС.

В качестве микронаполнителя в количестве 30¸ 100% от массы цемента используется тонкомолотые добавки из серпентинита, гематитовой, магнетитовой и хромитовой руд.

Основой хромитовой руды является минерал хромит (FeCr2O4).

Плотность хромита - 4, 7÷ 5, 1 г/см3.

В связи с присутствием в хромитовой руде оливинов, серпентина и других минералов плотность руды составляет – 4÷ 4, 1 г/см3.

Плотность хромитовой руды несколько меньше, чем магнетитовой и гематитовой руды и она менее доступна (разрабатывается на Кимперсайском и Сарановском месторождениях), поэтому для особо тяжелых бетонов, не требующих повышенной жаростойкости, хромитовая руда не используется.

На хромитовой руде получают бетоны плотностью 3000÷ 3260 кг/м3.