Теплоизоляционный бетон на основе глиноземистого цемента
ОАО "Пашийский металлургическо-цементный завод"
,
Вопросы теории и практики жаростойких бетонов в нашей стране разработаны , , и их учениками, показавшими, что свойства жаростойкого бетона зависят как от вида вяжущего, так и заполнителя. Для футеровок тепловых агрегатов кроме тяжелого жаростойкого бетона необходим также легкий бетона, обладающий низким коэффициентом теплопроводности. Такой бетон должен обладать малой объемной массой, достаточной прочностью и выдерживать воздействие агрессивной среды. С применением глиноземистого цемента могут быть получены и тяжелый жаростойкий, и теплоизоляционный бетон. В данной статье рассматриваются результаты испытаний теплоизоляционного бетона.
Химический состав используемого цемента представлен (%): Al2O3 = 42; SiO2=10; CaO= 40; Fe2O3= 1,5; MgO= 1,5; Минералогический состав содержит 53% моноалюмината кальция СаО·Al2O3, 35% геленита и 12% минералов в виде алюмоферритов кальция, перовскита и других примесей. Тонкость помола характеризовался остатком на сите № 000, который составлял 8%.
В качестве заполнителей использовали глиноземистый шлак, из которого получали глиноземистый цемент, перлит, асбест, хорошо известный как заполнитель. Гранулометрический состав заполнителей приведен в табл.1
Таблица 1. Гранулометрический состав заполнителей
Наименование | Полный остаток (%) на ситах, мм | ||||
10 | 5 | 2,5 | 1,25 | 0?15 | |
Глиноземистый шлак | 10 | 52 | 77 | 90 | 99,2 |
Перлит | - | 39 | 62,5 | 77,3 | 97,3 |
Для асбеста определяли степень распушки, которая достигала 80%..
Составы исследуемых легких бетонов представлены в табл.2.
Таблица 2. Составы легких бетонов
Компоненты | Расход материалов в кг на 1 м3 бетона | ||
Номера бетонов | |||
1 | 2 | 3 | |
Глиноземистый цемент | 343 | 343 | 346 |
Шлак | 173 | 106 | 182 |
Перлит | 288 | 43 | 146 |
Перлитовая пыль | - | - | 372 |
Асбест | - | - | 82 |
Вода | 230 | 240 | 300 |
Объемная масса | 1250 | 1090 | 1026 |
Исследования показали, что объемная масса бетонной смеси при использовании вышеуказанных заполнителей колеблется в пределах 1026-1250 кг/м3
Значительно снижает объемную массу бетона введение в его состав перлитовой пыли (размер частиц менее 0,15 мм). Введение асбеста в бетон снижает объемную массу, но при этом повышается водопотребность бетонной смеси.
Одновременное введение глиноземистого шлака и перлита позволяет получать облегченные бетоны, а замена части перлита на перлитовую пыль приводит к объемной массе, равной 1090 кг/м3.
Определение прочности бетона производили через 3 сут. твердения при обычной температуре и после нагревания при 100, 800 и 1000 °С. Результаты представлены в табл. 3.
Таблица 3. Прочность при сжатии образцов бетона
№№ бетонов* | Прочность при сжатии, МПа/%, после нагревания при Т °С | |||
20 | 100 | 800 | 1000 | |
1 | 17 | 12/100 | 7,3/61 | 7,5/62 |
2 | 3,8 | 2.8/100 | 1.9/67 | 1,9/67 |
3 | 4,4 | 2,8/100 | 1,5/53 | 1,6/57 |
*номера бетонов соответствую номерам табл.2.
В процессе нагревания плотность бетонов изменяется в связи с обезвоживанием бетона. Испытания показали (табл.4), что применение асбеста в качестве добавок в заполнителе даже в небольшом количестве вызывает потерю массы при высушивании бетона почти на 30%.
Таблица 4. Изменение средней плотности легкого жаростойкого бетона
при нагревании (%)
№№ составов | 20° | 100° | 800° | 1000° |
1 | 100 | 91,4 | 78,4 | 78,1 |
2 | 100 | 77,4 | 75,4 | 78,4 |
3 | 100 | 76,4 | 66,3 | 69 |
Это объясняется следующим. Асбест имеет трубчатое строение и при замешивании бетонной смеси он быстро адсорбирует воду. При высушивании при 100 °С бетон с добавкой асбеста быстро теряет адсорбированную воду, что и отражается на потере массы бетона. Основная потеря массы всех бетонов происходит при 800 °С. При дальнейшем нагревании бетона плотность бетона на глиноземистом шлаке не изменяется. Для составов бетона на основе перлитового заполнителя наблюдается увеличение плотности, что связано со спеканием образцов. Огневая усадка легких бетонов находится в пределах 0,5%.
Деформация под нагрузкой бетона, определенная по ГОСТ 23521 " Конструкции и изделия бетонные и железобетонные из жаростойкого бетона. Общие технические условия", представлена в табл. 5.
Таблица 5. Деформация легких бетонов под нагрузкой
№№ | После высушивания | Температура, °С | |||
Плотность, кг/м3 | Прочность, МПа | начало размяг чения | 4% | 40% | |
1 | 1142 | 12 | 1200 | 1310 | 1370 |
2 | 832 | 2,8 | 1030 | 1145 | 1245 |
3 | 784 | 2,8 | 950 | 1185 | 1245 |
Как видно из данных табл.5, состав на основе глиноземистого шлака имеет температуру деформации при 1200 °С. Введение в состав бетона облегчающих добавок перлита и асбеста имеют более низкие показатели по температуре деформации. Эти результаты позволяют рекомендовать легкие бетоны на основе глиноземистого шлака применять при 1200 °С, бетон с применением перлита – до 1000 °С, а бетон с добавкой асбеста – до 900 °С.
Легкие бетоны, как правило, применяются как теплоизоляционные материалы. Для них одним из важнейших показателей является теплопроводность. Как известно, теплопроводность бетона зависит от теплопроводности заполнителя, строения его порового пространства, физико-химических процессов, протекающих в процессе нагрева материала.
Измерения коэффициента теплопроводности (КТ) производили на специальной установке, включающее нагревательную печь, тепломер, приборы для регулирования режима нагрева образцов. Определение КТ производили при нагревании образцов в диапазоне 300-700 °С. По результатам испытаний коэффициент теплопроводности КТ составляет 0,28-46 Вт/м⋅К.
Тепловая изоляция играет важную роль в развитии многих отраслей промышленности: химия, нефтехимия, металлургия, энергетика. Тепловая изоляция трубопроводов тем более эффективна, чем выше температура изолируемой поверхности. Так, применение бетонов на глиноземистом цементе для изоляции трубопроводов, транспортирующих воду ТЭЦ, потери тепла не превышают 2-3%. Этому способствуют высокие жаростойкие свойства глиноземистого цемента. Температура деформации под нагрузкой легкого бетона на глиноземистом цементе составляет 1200 °С, что на 200-300 °С выше, чем бетонов на обычном портландцементе.
Таким образом, на основе глиноземистого цемента могут быть получены качественные теплоизоляционные материалы для применения их при строительстве различных сооружений, трубопроводов. Высокая прочность глиноземистого цемента и быстрое ее нарастание в процессе твердения обеспечивает применение различных заполнителей для получения теплоизоляционного материала.
«Новости теплоснабжения», № 7 (71), июль, 2006, www. ntsn. ru
