Karsčiui atsparaus betono detalės: sudėtis, savybės ir taikymas

Ugniai atsparus betonas ir paprastas betonas turi panašius pavadinimus ir išvaizdą, tačiau abu turi esminių medžiagų sistemų, fizinių ir cheminių savybių, aptarnavimo aplinkos, funkcinės padėties ir inžinerinės taikymo logikos skirtumų. Nors ugniai atsparus betonas ir paprastas betonas patenka į „betono“ kategoriją, jų pobūdis iš esmės skiriasi: pirmoji yra funkcionali speciali medžiaga, kuriai būtina aukšta temperatūra, ji yra pagrįsta medžiagai būdingu atsparumu ugniai ir yra suprojektuota su kelių faktorių sujungimo sąlygomis kaip riba; pastaroji yra pagrindinė konstrukcinė medžiaga, kurios pagrindinis dėmesys skiriamas mechaninėms savybėms esant normaliai temperatūrai, garantuojamas ilgalaikis patvarumas ir pagal standartizuotą statybos kelią.

Kas sudaro ugniai atsparaus betono kompoziciją?

Ugniai atsparus betonas yra tipiška amorfinė ugniai atspari medžiaga, kurios šerdyje yra „aukštas temperatūrinis stabilumas“ ir „struktūrinis atsparumas“. Jo užpildai paprastai yra aukštos lydimosi mineralinės žaliavos, pvz., aukštos aliuminio oksido boksito klinkeris, lydytas aliuminio oksidas, mulitas, silimanitas arba silicio karbidas, kurie buvo kalcinuoti aukštoje temperatūroje. Dalelių dydžio pasiskirstymas yra griežtai sukurtas taip, kad subalansuotų tankį ir atsparumą šiluminiam smūgiui; miltelių medžiagos apima smulkius miltelius ir atitinkamų medžiagų aktyvius mikro-miltelius (pvz., aliuminio oksido mikro-miltelius, silicio dioksido mikro-miltelius), naudojamus užpildyti tuštumas ir sustiprinti sukepinimo veiklą.

Rišiklis yra raktas į kambario temperatūrą ir veikimą aukštoje temperatūroje. Įprasti tipai: didelio aliuminio oksido cementas (vandens-kietėjantis rišiklis, tinka vidutinės ir žemos temperatūros sąlygoms), natrio / kalio silikatas (sukietintas rūgštimi, tam tikras atsparumas šarminiam fosforo erozijai), fosfatas, sudarantis trimatę tinklo struktūrą, aukštoje temperatūroje virstantis keramine faze, pasižyminčios puikiomis karštosios būsenos stiprumo ir anti-skilimo savybėmis, ir pastaraisiais metais sparčiai besivystančios sol-gelinės rišikliai (pvz., aliuminio solas, silicio dioksidas). Skirtingos klijavimo sistemos atitinka skirtingus konstrukcijų laikymo periodus, kietėjimo režimus ir galutinius eksploatacinių temperatūrų diapazonus.

Ugniai atsparus užpildas yra ugniai atsparaus betono karkasas ir vaidina svarbų vaidmenį nustatant jo fizines ir mechanines savybes aukštoje temperatūroje. Jis turi daugybę veislių, o bet kokia žaliava, iš kurios galima gaminti ugniai atsparias plytas, gali būti naudojama kaip ugniai atsparus užpildas. Ugniai atsparūs milteliai gali pagerinti kai kurias cemento rišiklių savybes, sumažinti cemento kiekį, padidinti ugniai atsparaus betono mišinių apdirbamumą ir betono tankį bei pagerinti atsparumą ugniai.

Atsparumas temperatūrai ir terminis elgesys

Ugniai atsparaus monolitinio betono projektavimo tikslas - ilgą laiką atlaikyti aukštos temperatūrinės šilumines apkrovas. Pagal nacionalinį standartą GB/T 29921-2013 „Ugniai atsparūs liejiniai“ ir pramonės praktiką, ilgalaikė įprastinio aliuminatinio cemento-sujungto ugniai atsparaus betono eksploatavimo temperatūra yra 900-1250 °C, o trumpalaikė maksimali temperatūra yra iki 1350 °C.

Priešingai, fosfato-sujungimo sistema dėl dehidratacijos ir kaitinimo susidaro polikondensacijai. Aukšto lydymosi taško keramikos fazės, pvz., AlPO₄, gali išlaikyti ilgalaikę 1450-1650 °C eksploatacinę temperatūrą, o atsparumas paprastai viršija 1700 °C, o kai kurios chromo aliuminio oksido arba cirkonio aliuminio oksido sistemos net viršija 1800 °C.

Ugniai atsparaus betono vertės taip pat yra šiluminio smūgio stabilumas (atsparumas įtrūkimams ir skilimui, kai kartojamas greitas kaitinimas ir aušinimas), aukštos temperatūros tūrio stabilumas (liekamasis tiesinio pokyčio greitis reguliuojamas ±0,5 %) ir atsparumas dilimui ir erozijai esant aukštai temperatūrai dujų srautui.

Paprastas betonas visiškai netinka aukštai temperatūrai. Kai temperatūra pakyla iki maždaug 300 °C, hidratacijos produktuose esantis kalcio hidroksidas pradeda dehidratuoti; virš 400 °C C-S-H gelio struktūra labai pablogėja, o stiprumas smarkiai sumažėja; po 500 °C cemento akmuo iš esmės praranda savo sukibimą, akivaizdų miltelius ir skilimus. Jei jį veikia atvira liepsna arba staiga aukšta temperatūra, jis taip pat gali sprogti dėl staigaus garų slėgio padidėjimo, kurį sukelia vidinio laisvo vandens išgaravimas.

Klasifikacija pagal cheminį pobūdį ir darbo atmosferą

Ugniai atsparus betonas turi aiškią klasifikavimo sistemą, pagrįstą pagrindinių komponentų rūgštingumu arba šarmingumu ir jų reakcijos su krosnies dujomis aukštoje temperatūroje tendencijomis. Jis skirstomas į tris pagrindines kategorijas: rūgštinę (pvz., silicio dioksidas, pusiau-silicio dioksidas), neutralią (pvz., didelio aliuminio oksido, korundas, silicio karbidas) ir šarminę (pvz., magnezija, magnezijos-aliuminio spinelis, dolomitas).

Ši klasifikacija tiesiogiai aptarnauja sudėtingas ir kintamas darbo atmosferas pramoninėse krosnyse. Pavyzdžiui, kokso krosnies degimo kameroje, kur reikalingas atsparumas redukuojančioms dujoms (CO, H₂), pirmenybė teikiama neutralioms arba šarminėms sistemoms; stiklo lydymo krosnies regeneracinėje kameroje, kur susidaro labai oksiduojančios aukštos temperatūros dūmų dujos ir šarminiai garai, pirmenybė teikiama šarmams atsparioms cirkonio oksido arba lydyto mulito pagrindo medžiagoms; o spalvotųjų metalų lydymo krosnyse, kur kontaktas su sieros-turinčiomis ėsdinančiomis dūmų dujomis, būtini specialūs fosfatu-surišti aliuminio oksido lydiniai, atsparūs SO₂ erozijai.

Paprastas betonas yra stipriai šarminis (pH viršija 12,5), o jo hidratacijos produktai lengvai neutralizuojami su rūgštinėmis terpėmis (pvz., pramoninėmis rūgčių rūku, rūgštiniu lietumi), todėl ištirpsta kalcio druskos, padidėja poringumas ir sumažėja stiprumas. Jis taip pat neturi veiksmingo atsparumo koroziniams jonams, tokiems kaip chlorido ir sulfato jonai, ir nėra stabilus specialiose atmosferose, tokiuose kaip redukavimo, angliavandenių arba azotavimo sąlygos.

Funkcijos ir tipiniai panaudojimo scenarijai

Pagrindinė ugniai atsparaus betono vertė yra „šilumos barjero“ kūrimas aukštoje temperatūrinėje pramoninėje įrangoje. Jo funkcijos yra sudėtingos ir specializuotos: ji turi ne tik palaikyti pamušalo konstrukciją, bet ir atlikti daugybę užduočių, tokių kaip šilumos izoliacija ir konservavimas, atsparumas šlakų įsiskverbimui, apsauga nuo dujų srauto erozijos ir šiluminio įtempio poveikio buferis.

Tipiški panaudojimo scenarijai apima aukštakrosnių geležies sriegimo kanalą, išlydyto geležies kaušų darbinį sluoksnį, sferinę viršutinę dalį ir plieno pramonėje naudojamų karšto srauto krosnių plytų pagrindą; greitojo lydymo krosnies reakcijos bokštas, rotacinių anodinių krosnių dangtis ir šlako linija spalvotosios metalurgijos srityje; statybinių medžiagų pramonės cementinių rotacinių krosnių priekinės ir galinės krosnų žiotys ir skaidymo krosnių kūgiai; ir etileno krekingo krosnių spinduliuojančios dalies pamušalas bei katalizinio krekingo įrenginių regeneratorių vidinis pamušalas naftos chemijos pramonėje.

Gamybos, apdirbimo ir kietėjimo ypatumai

Nors abiejų tipų betone naudojami įprasti procesai, tokie kaip priverstinis maišymas maišytuve, siurbimas ar liejimas rankiniu būdu ir vibracinis tankinimas, techniniai valdymo taškai yra gana skirtingi. Ugniai-atsparus betonas yra labai jautrus įpilamo vandens kiekiui: per didelis vandens kiekis padidins poringumą, sumažins atsparumą aukštai temperatūrai ir padidins įtrūkimų riziką kepimo stadijoje; per mažai vandens sukels nepakankamą sklandumą ir sunku pasiekti tankų sutankinimą.

Faktinėje konstrukcijoje apdirbamumas dažnai reguliuojamas pridedant didelio-efektyvumo vandens reduktorių ir lėtintuvų, o srutų takumo vertė (tokią, kokia nustatoma atliekant nuosėdų bandymą) ir pradinis bei galutinis stingimo laikas yra griežtai stebimi. Po formavimo jis turi praeiti du svarbius etapus: pirma, natūralų džiūvimą (paprastai ne trumpesnį kaip 24-48 val.), kad laisvas vanduo lėtai išeitų ir išvengtų paviršiaus susitraukimo įtrūkimų; tada įgyvendinamas sistemingas kepimo režimas - su pakopiniais kaitinimo greičiais (pvz., mažiau nei 15 °C per valandą), pastovios temperatūros platformomis (pvz., 300 °C, 600 °C ir 900 °C palaikymu kelias valandas) ir galutine tiksline temperatūra. Bendras laikotarpis paprastai yra ne trumpesnis kaip 7 dienos, kad būtų užtikrintas visiškas rišiklio konvertavimas, kruopštus drėgmės pašalinimas ir viso keraminio sujungimo tinklo susidarymas. Ugniai atsparus betonas, kuris nebuvo iškeptas standartiškai, po eksploatacijos gali suskilti ar net sugriūti.

Kita vertus, įprasto betono konstrukcija orientuota į efektyvumą ir valdomumą: tokie parametrai kaip vandens-cemento santykis, nuosmukis ir pelėsių temperatūra turi aiškias ribas; vibracija siekiama pašalinti korinius ir duobėtus paviršius bei užtikrinti tankumą; standartinis kietėjimas atliekamas esant uždengtam drėgmės sulaikymo, pastovios temperatūros (20±2 °C) ir prisotintos drėgmės (≥95%) sąlygomis, o po 28 dienų gali pasiekti daugiau nei 95% suprojektuoto stiprumo laipsnio.

Praktiniai mišinių tipai ir pavyzdiniai receptai

Yra daug mišinių ir specialių sprendimų, atitinkančių įvairias sąlygas. Populiariausi ugniai atsparaus betono mišiniai: Sausas ABS mišinys (daug VGBS aliuminio oksido) - skirtas dengti vidinius kibirų paviršius ir krosnies dugno pamušalui; mišinys su dideliu kiekiu korundo užpildo SBK - betonas su šilumą izoliuojančiais priedais; SBS mišinys (savaime išsisklaidantis) - naudojamas iki 1500 °C; ShB-B mišinys su šamoto užpildais - dengti degiklių dalis; sausas mišinys SSBA - plokštėms sutvirtinti. Taip pat populiarūs ShB-B, TIB ir VGBS mišiniai.

GORKAL cementų pavyzdžiai rodo, kad skirtingi aliuminatiniai cementai naudojami specifiniams darbams: GORKAL 40 (iki +1300 °C), GORKAL 50+ (iki +1450 °C), GORKAL 70 (greitas stingimas), GORKAL 80 (chemiškai grynas, aukštas aliuminio kiekis). Pavyzdinė parinkta kompozicija (masės %): aliuminatinis cementas (Al2O3 >70 %) 4-6; silicio dioksido mikrodulkės 4-6; boksito užpildas (Al2O3 75-90%, fr. 0-1 ir 1-3) 60-70; reaktyvusis Al2O3 20-25; ceolitinė medžiaga 1-2 %; nano-SiO2 0,4-1,6 %; mišrus deflokuliantas 0,1-0,25; vanduo ≤ 5.

Naujo ugniai atsparaus betono, išdegto 100 °C, 1100 °C ir 1200 °C temperatūrose, gniuždomasis stipris rodė aukštą vertę - pvz., 151,5; 213,3; 205,1 MPa; poringumas ~20 %, susitraukimo vertės ne daugiau nei 0,2 %, aukštas terminis atsparumas ciklais (950 °C) - 8. Tokių kompozicijų privalumas - geros technologinės savybės, užtikrinančios kokybiško betono pagaminimą.

Rankinis gaminimas ir praktinės gairės

Jei norite, didelio atsparumo ugniai betono mišinį galite pasigaminti ir patys, jei pasirinksite tinkamus ingredientus ir užpildus. Pirma, cemento pagrindas yra minkomas. Virimas vyksta dėkle arba betono maišyklėje. Norėdami sukurti mišinį, turėsite paruošti vandenį, smėlį ar žvyrą. Taip pat gali prireikti mentele ir ugniai atsparaus mišinio, kad pagrindas būtų reikalingas.

Klasikinis būsimo pagrindo proporcijų santykis yra 3 dalys žvyro, 2 dalys smėlio ir 2 dalys ugniai atsparaus cemento. Tada įpilkite užpildų, kad suminkytumėte ugniai atsparią medžiagą. Pasirengimą galite patikrinti paėmę iš mišinio gabalėlį. Būtina atkreipti dėmesį į tai, kad pagrindo maišymo procese svarbu pasiekti vienalytį tirpalą. Kaip rodo praktika, statybiniame dėkle geriau minkyti klasikiniu kastuvu.

Kalbant apie medžiagos džiūvimą, šio proceso metu būtina stebėti, kaip pasiskirsto konstrukcijoje susidariusi drėgmė. Norint užtikrinti vienodą betono džiūvimą, reikės organizuoti kokybišką vėdinimą. Tuo pačiu metu džiovinimo metu rekomenduojama uždaryti konstrukciją, kad drėgmės išsiskyrimo iš medžiagos procesas būtų tolygesnis ir ne toks greitas.

Vis dėlto svarbu laikytis GOST ir kitų norminių dokumentų reikalavimų. Jei į procesą žiūrėsite neatsakingai, nebus jokių garantijų, kad pavyks gauti norimus medžiagos parametrus. Jei nesate tikri, kad betono mišinį galėsite pasigaminti patys, geriau pirmenybę teikti sertifikuotiems patikimų gamintojų sprendimams. Gamykloje sukurta medžiaga nėra pigi, tačiau kartu atsižvelgiama į statybos normų reikalavimus. Gamykloje pagamintos betoninės konstrukcijos tikrai tarnaus ilgai.

Privalumai, trūkumai ir inžinerinis sprendimas

Ugniai atsparus betonas turi aiškius privalumus: procesas yra paprastas, medžiaga lengvai formuojama ir turi gerą vientisumą. Pagrindinė jo vertė yra gebėjimas sukurti šilumos barjerą ir apsaugoti įrangos konstrukciją ekstremaliomis sąlygomis. Tačiau šios medžiagos gamyboje reikalingas griežtas technologinis valdymas, kontrolė dėl vandens kiekio, džiovinimo bei kepimo režimų, ir specifinių rišiklių bei užpildų parinkimas.

Inžinerinėje praktikoje būtina atlikti specializuotą atranką ir schemų projektavimą, bendradarbiaujant ugniai atsparių medžiagų inžinieriams ir konstrukcijų inžinieriams, remiantis visapusiškais veiksniais, tokiais kaip įrangos darbo temperatūra, atmosferos savybės, šilumos apkrovos charakteristikos, mechaninis atsparumas dilimui ir priežiūros reikalavimai. Empirizmas, taikymas pagal analogiją arba supaprastinimas ir pakeitimas yra griežtai draudžiami.

Dažnai naudojami rišikliai ir papildai

• Aukšto aliuminio oksido cementai (aliuminatiniai cementai) - greitas stingimas, didelis terminis atsparumas.
• Fosfatiniai rišikliai - sudaro trimatę tinklo struktūrą, aukšto temperatūrinio stabilumo keraminės fazės (pvz., AlPO₄).
• Natrio / kalio silikatai (skystas stiklas) - kaip rišiklis arba priedas, rečiau aliuminio oksido medžiagos.
• Plastifikatoriai ir deflokuliantai - pagerina apdirbamumą esant mažam vandens kiekiui.
• Nano ir mikro užpildai (nano-SiO2, mikrodulkės) - mažina poringumą, didina tankį ir sukepinimo veiklą.

Taikymo sritis

• Krosnys, krosnys ir krosnelių pamušalai pramonėje.
• Liejyklos: tigliai, kaušai ir kita įranga, veikiama aukštos temperatūros ir korozinių dujų.
• Deginimo krosnys ir atliekų perdirbimo įrenginiai.
• Naftos chemijos įranga: reaktoriai, reformatoriai, regeneratoriai.
• Energijos sektoriaus ir cementų pramonės aukštos temperatūros dalys.

tags: #karsciui #atsparaus #betono #detales