Изготовление жаростойкого бетона своими руками

Как работать

Цементная продукция с высокой термостойкостью стоит дороже, чем обычная, требует внимательного отношения при работе.

Пренебрежение к правилам, погрешности в работе могут привести к опрометчивой потере средств, получению ненадежного материала, ухудшающие возможности эксплуатации конструкции в целом.

Материал хорошо закрепляется на очищенной поверхности, поэтому нужно не экономить время и силы для проведения подготовительной работы.

Перед нанесением массы рабочую площадь следует тщательно убрать, пыль смести или снять пылесосом, сажу счистить, ее местонахождение отшлифовать, жировые пятна убрать растворителями.

Цементный порошок разводят в точном соответствии с указаниями из инструкции. Наиболее часто для цементной смеси используется пропорция: 1 часть цемента:3 части песка. Однако по технологии в раствор могут добавляться другие материалы (щебень, шамот, известь). При изменении пропорций компонентов результат может не соответствовать ожиданиям и обещаниям. В зависимости от массы раствора его можно перемешивать обычным мастерком или бетономешалками.

Воздействие высоких температур на бетон

Под воздействием высоких температур, в бетоне происходят различные негативные процессы:

250 – 300 градусов по Цельсию	Снижается прочность, что сопровождается процессом разложения гидрата кальция окиси.При этом разрушается структура цементного камня.
550 градусов по Цельсию	При такой температуре зерна кварца, которые имеются в песке и щебне для бетона, начинают растрескиваться и кварц переходит в другую инстанцию – тридимит. Растрескивание обусловлено увеличением кварцевых зерен в объеме. При этом в структуре пласта возникают микротрещины в местах соприкосновения цементного камня с наполнителем.
Свыше 550 градусов по Цельсию	При последующем увеличении температуры разрушаются и прочие структурные элементы бетона.

На фото — жаропрочный бетон

Огнестойкость ячеистых бетонов

Как уже было сказано выше, чем меньше плотность материала, тем он более устойчивый к воздействию пожара. Поэтому предел огнестойкости газобетонных блоков и других изделий из ячеистого бетона более высокий.

Согласно многочисленным исследованиям, которые были проведены шведским техническим университетом, а также и финским техническим центром, при нагревании,прочность ячеистого бетон аизменяется следующим образом:

• Повышение температуры до 400 градусов –прочность материала увеличивается до 85 процентов.
• Разогрев до 700 градусов – прочность снижается до первоначальных показателей.
• Разогрев до 1000 градусов –прочность падает на 86 процентов и этот показатель стабилизируется.

Таким образом, предел огнестойкости пенобетонных блоков составляет около 900 градусов. Для сравнения, обычный бетон при температуре около 400-700 градусов теряет основную часть своей прочности.

Пенобетонный блок

Поэтому данный материал получил широкое распространение при строительстве зданий, в которых планируется повышенный уровень пожароопасности.

Достоинства

Огнеупорные марки цемента имеют следующие достоинства:

• способность выдерживать действие открытого огня;
• стойкость при непродолжительном нагревании свыше 3000 ℃;
• высокая механическая прочность;
• увеличенная адгезия по сравнению со всеми остальными видами смесей;
• большая скорость полного затвердевания массы;
• инертность по отношению к агрессивному влиянию внешней среды.

Жаропрочный цемент мелко измельчают, после чего однородный порошок просеивают через сито №008, получая 90% материала. Фракция с зернами покрупнее составляет не больше 10 %. Цементная смесь с обычным содержанием глинозема окрашена в серые или светло-коричневые цвета; с повышенной концентрацией термостойкого компонента – в белые или светло-стальные цвета. Плотность огнеупорного порошка отличается: ее минимальный показатель составляет 2,8 г/см2, максимальный – 3,2 г/см2.

Продукт с улучшенными огнеупорными качествами готовят по стандартной технологии, используя обычное количество песка и воды. При этом застывания портландцемента приходится ждать от 1 до 3 суток, а огнеупорные марки затвердевает полностью за 10 часов даже во влажном окружении.

Из негативных аспектов, характеризующих термостойкий цемент, отмечают повышенную цену по сравнению с другими сортами, что вполне понятно. Некоторые авторы говорят о вредном влиянии на огнеупорный материал щелочей. Возможно, концентрированные щелочи в каких-то условиях могут вступать в реакции с определенной частью огнеупорного сырья, но на практике щелочных воздействий такого рода быть не может ни при каких ситуациях.

Особенности набора прочности бетонными конструкциями

Наиболее экономически оправданный метод. Часто применяется совместно с разными методами обогрева, увеличивая их эффективность и снижая расходы. При определенных условиях может быть использован без прогрева. Добавки в укладываемый бетон при минусовых температурах можно разделить на:

Понижающие точку замерзания воды в растворе.

Способствуют кристаллизации при низких температурах. Используются соли кальция, натрия или калия. Наиболее распространенный реагент – поташ.

Увеличивающие скорость твердения.

К таким реагентам относится поташ, смеси солей кальция с мочевиной, нитрит-нитратом кальция и т.д.

Поташ – популярная добавка для зимнего бетонирования.

Чтобы уточнить, при какой температуре воздуха можно заливать цементную смесь, нужно разобраться с процессом отвердевания. В готовом растворе происходит реакция между компонентами цемента и воды – гидратация. Процесс протекает в два этапа:

• схватывание при участии алюминатов СЗА. Внутри бетона генерируются кристаллы-иголки, связывающиеся друг с другом. Через 6-10 часов образуется своеобразный скелет смеси;
• твердение с участием клинкерных минералов C3S и C2S. Во время твердения бетона формируется силикатная мелкопористая масса из мелких кристаллов.

При какой средней летней температуре начинать строительство? Теплое время года – от 15 до 30 градусов подходит для строительных работ. Заливка бетона летом допустима. Единственное условие – защита свежеуложенного монолита от дождя.

В осеннее время погода отличается непредсказуемостью, поэтому важно знать, при какой температуре можно заливать бетон осенью. Оптимальная температура воздуха составляет от 20 до 5°, поэтому начинать устройство основания рекомендуется в сентябре-октябре до заморозков

В процессе обустройства фундамента важно учитывать, до какой отметки на градуснике нужно выполнить работы перед похолоданием. Она должна равняться 10 градусов по Цельсию

Оптимальная температура воздуха составляет от 20 до 5°, поэтому начинать устройство основания рекомендуется в сентябре-октябре до заморозков

В процессе обустройства фундамента важно учитывать, до какой отметки на градуснике нужно выполнить работы перед похолоданием. Она должна равняться 10 градусов по Цельсию

Заливка монолита будет качественной, если учесть несколько моментов:

• температура воздуха. При каких показателях температуры можно заливать бетон осенью, чтобы начать строить дом? Нормальный показатель – плюс 16°. В этот период раствор затвердевает медленно, что обеспечивает качество постройки. Заморозки припадают на конец октября, поэтому лучше заняться строительством в середине сентября;
• характеристики влажности. Сырая погода и влажный грунт способствуют процессу отвердевания. Свежеуложенный раствор не нужно регулярно сбрызгивать водой, а медленное высыхание обеспечивает повышение прочности;
• наличие осадков. Если вы разобрались, при каких оптимальных температурах можно заливать основание, то нужно учесть и наличие дождя. Переувлажнение монолита приводит к вымыванию цементного молочка;
• уровень грунтовых вод. На болотистых участках осенью меньше воды, что позволяет сделать свайное основание. Проверить, поднялась ли вода, можно путем выкапывания траншеи. Если в ней поднялась вода, фундамент заливать нельзя.

Строительная практика отмечает две технологии работ  – использование морозостойких составов и искусственное повышение устойчивости теста к холодам.

Цемент марки М400 в морозных условиях набирает более 30 % своей максимальной прочности.

Раствор готовится в стандартных пропорциях:

• 1 часть цемента;
• 2,5 части песка;
• 8-10 частей воды.

При известковании количество компонентов изменяется:

• 1 часть цемента;
• 2,5-4 части песка;
• 1,3:10 извести;
• 8-10 частей воды.

Для приготовления марки бетона М400 также используют пластификаторы и антифризы.

При какой минимальной температуре можно заливать бетон с подогревом монолита, вы уже разобрались. Строители рекомендуют в процессе замеса повышать и температуру раствора до 35-40 ° путем разогрева воды до 90 °,  щебня и песка – до 60 °. Сухой цемент не греют, а оставляют в помещении до набора комнатной температуры.

Вода прогревается в железной емкости, а добавки при помощи обдува воздухом. Для этого внутрь кучек стройматериалов от печи протягивается трубопровод. Укладку после нагрева осуществляют за один раз, подавая смесь непрерывно.

Особенности состава

Именно особенности состава композита определяют его устойчивость, способность сохранять целостность массива при значительных температурах. До рассмотрения состава разберемся, почему разрушается обычный бетон:

Это связано со значительным испарением при нагреве влаги, содержащейся в массиве.

В состав бетона входят базовые ингредиенты (цемент, наполнитель, вода) и добавки – они и определяют огнеупорные свойства конечного продукта

• В результате материал теряет эксплуатационную прочность из-за активной дегидратации.
• Из-за необратимости реакции невозможно сохранить стойкость массива, теряющего свойства в результате разрушения.

Именно поэтому, чтобы сохранить целостность композита, важно сохранить влагу внутри массива. Для этого добавляют вяжущие компоненты и специальные добавки

В качестве вяжущего вещества применяется:

• портландцемент высоких марок;
• шлакопортландцемент, обладающий высокой вяжущей способностью;
• цемент, отличающийся повышенной концентрацией глинозема.

Также, водятся жидкое стекло, обладающее вяжущими свойствами.

В качестве компонентов, повышающих температурную устойчивость массива, водятся измельченные ингредиенты:

• Керамзитный наполнитель.
• Кирпичный бой изделий, содержащих магнезит, шамот, доломит.
• Руда с высоким содержанием хромита.
• Зольная пыль.
• Пемза.
• Шлаки доменного производства в гранулированном или измельченном виде.

Присадки обеспечивают лучшее затвердевание состава и превращение в монолитную жаростойкую основу

Дополнительно водятся прочные минеральные материалы, включающие базальт и диабаз. В зависимости от особенности рецептуры состав может включать перлитовый наполнитель, туф или вермикулит. Размер фракции заполнителя зависит от назначения огнеупорного материала и составляет:

• для мелкого заполнителя не более 5 мм;
• для крупной фракции до 2,5 см.

При необходимости, может вводиться гравий в дробленом виде, что значительно повышает прочность, затрудняет обработку затвердевшего массива.

Особенности заливки бетона при низких температурах

В первую очередь следует разобраться, какую температуру, при работе с бетоном, следует считать низкой. Среди строителей принято считать погоду холодной, если среднесуточная температура опускается ниже + 4 градусов по Цельсию

В этом случае, для успешного проведения данной строительной операции своими руками необходимо предпринять специальные меры предосторожности, которые защитят раствор от негативного влияния холода

Дело в том, что застывание бетона при низких температурах происходит особым образом. Скорость протекания этого процесса и качество итогового результата во многом зависит от температуры воды в составе.

Чем она выше, тем, соответственно, быстрей происходит застывание. Оптимальный ее показатель составляет 7-15 градусов.

Однако, низкая температура окружающей среды в любом случае оказывает критическое воздействие на скорость гидратации цемента. В итоге, набор прочности и застывание происходит значительно медленнее.

Утепление свежезалитого фундамента

Чтобы высчитать, сколько застывает бетон при минусовой температуре, нужно учесть, что ее падение на 10 градусов снижает скорость твердения в два раза. Подобные расчеты важны при планировании строительных работ и снятии опалубки.

Однако, имеются и положительные стороны заливки при низкой температуре – при правильной организации процесса, есть шанс получить более качественный результат, так как меньшая исходная температура в итоге дает большую прочность. Единственное, необходимо помнить при какой температуре застывает бетонный раствор, т.е. следить, чтобы она не опускалась ниже -4 градусов.

Добавка для увеличения скорости застывания

Температурные режимы при бетонных работах

Физико-химические процессы в бетоне

Твердение бетонного камня происходит вследствие химического взаимодействия его компонентов.

Бетон представляет собой смесь из четырех основных компонентов, которые обеспечивают ему необходимые характеристики. Назначение и участие каждого из этих компонентов в тех или иных процессах рассмотрены в таблице:

Компонент	Назначение и процессы
Цемент	Необходим для связывания наполнителей и образования цементного камня. Участвует в реакции гидратации совместно с водой, при этом выделяется тепло в окружающее пространство
Вода	Является несущей средой для смешивания и равномерного распределения компонентов смеси по объему, а также она необходима для затворения цемента. Участвует в реакции гидратации совместно с цементом для образования цементного камня
Песок	Является мелким заполнителем, который необходим для заполнения пустот между зернами щебня. Участвует в процессе перераспределения нагрузок от внутренних напряжений при твердении цементного камня, играет роль мелкозернистого каркаса и защищает материал от образования трещин
Щебень	Является крупным заполнителем и используется для экономии цемента, а также для создания крупнозернистого каркаса, препятствующего растрескиванию смеси при твердении. Участвует в процессе распределения нагрузок от внутренних напряжений

Как видим, основные компоненты, обеспечивающие протекание реакции твердения (гидратации) — это вода и цемент.

Реакция взаимодействия воды и цемента протекает с выделением тепла.

Основой образования бетонного камня является реакция гидратации цемента, при которой сначала образуется цементное молоко, которое затем достаточно быстро схватывается и образует монолитную камнеподобную структуру. Песок и щебень здесь нужны для обеспечения физических процессов внутри смеси, связанных с перераспределением нагрузок и внутренних напряжений.

Бетон, приготовленный своими руками, твердеет по такому же принципу.

Оптимальный режим

На фото бетонировка происходит в летнее время, которое лучше всего подходит для этого вида работ.

Реакция гидратации цемента неприхотлива и позволяет определить, при какой температуре можно бетонировать, в достаточно широком диапазоне – от 0 до 90 градусов Цельсия. Однако на практике для обеспечения адекватных условий твердения и возможности выполнения работ этот диапазон сокращается от 4 до 30 градусов.

Укладка в помещении является наиболее оптимальной.

Очевидно, что достичь таких условий можно только при стабильной летней погоде или в помещении. Именно поэтому при проведении наружных работ укладывать бетон всегда стараются в летнее время при сухой и не сильно жаркой погоде.

Нормальный режим

Строительство крупных объектов часто не укладывается в рамки одного сезона.

Практика строительства такова, что в реальных условиях далеко не всегда удается организовать работы таким образом, чтобы всегда соблюдались оптимальные условия бетонирования. Поэтому чаще всего приходится говорить о нормальном режиме, при котором возможна работа как в теплое, так и в холодное время года.

Холодным принято считать такое время, при котором температура воздуха опускается ниже +10 градусов. Сразу следует указать, при какой температуре нельзя бетонировать: без дополнительного обогрева нижний предел температуры составляет +4 градуса, с натяжкой можно сказать, что крайним значением является 0 градусов, хотя инструкция такие натяжки исключает.

Межсезонье – не лучшее время для работ.

Также следует учитывать, что для набора марочной прочности бетонное изделие должно простоять как минимум 28 дней при нормальной температуре, а если температура понижена, этот срок заметно возрастает. Поэтому если вы планируете сразу после заливки фундамента выполнять кладку стен, рекомендуем вам бетонировать не позже конца августа – середины сентября.

Работа в жаркое время также накладывает определенные условия: слишком активное испарение влаги приводит к ее недостатку и понижению качества изделия, а также влечет появление поверхностных трещин.

Для того чтобы избежать таких последствий, необходимо ухаживать за бетоном после укладки:

• увлажнять его;
• защищать от сухого ветра;
• прямых солнечных лучей.

Уход за бетоном особенно необходим в жаркое время.

Во время дождя следует следить за тем, чтобы в свежий бетон не попадало много воды, иначе будет нарушено водоцементное отношение и материал потеряет прочность. Для этого опалубку после заливки накрывают водонепроницаемой пленкой или другим материалом, препятствующим попаданию воды.

Во время дождя свежий бетон накрывают пленкой.

Жаростойкий бетон своими руками: подбор состава

Конструкция бетономешалки из бочки.

Вы можете изготовить такой бетон своими руками на основе одного из следующих вяжущих: шлакопортландцементе или портландцементе, глиноземистом, высокоглиноземистом или периклазовом цементах, а также на жидком стекле. В жидкое стекло и портландцемент вводятся различные тонкомолотые добавки. В зависимости от показателя объемного веса жаростойкий бетон делится на легкий и обычный (к легким относятся материалы с объемным весом в высушенном состоянии не более 1500 кг/м3).

Для затворения жаропрочного бетона на периклазовом цементе используется водный раствор сернокислого магния. Для обеспечения твердения термостойкого бетона на жидком стекле при нормальной температуре нужно вводить кремнефтористый натрий и прочие материалы, к примеру, нефелиновый шлам (отходы глиноземного производства) либо доменный гранулированный шлак.

В качестве тонкомолотых добавок используются пылевидные или тонкоизмельченные материалы: бой шамотного или магнезитового кирпича, хромитовая руда, цемянка, куковой шамот, гранулированный доменный шлак, пемза, андезит, зола-унос, лессовый суглинок. Для легких жаропрочных смесей используется бой диатомового или шамотного кирпича, керамзит, зола-унос и цемянка.

В качестве крупного (5-25 мм) и мелкого (0,15-5 мм) заполнителей используются дробленые материалы: дунит, титано-глиноземистый шлак, бой магнезитового магнезитохромитового, хромитовая руда, шамотного или высокоглиноземистого кирпича, бой обыкновенного глиняного, талькового и полукислого кирпича, кусковый шамот, диабаз, базальт, доменный отвальный шлак, артикский туф, андезит. В легких жаростойких бетонах используются вспученные перлит или вермикулит, керамзит. Заполнители и тонкомолотая добавка подбираются в соответствии с видом вяжущего вещества, температурой и условиями службы бетона.

Использование жаропрочного бетона позволяет сократить сроки строительства тепловых агрегатов, уменьшает затраты труда и снижает стоимость работ.

https://youtube.com/watch?v=Mzrj-h365C8

Общие сведения

Итак, наилучшей температурой для твердения бетона считается около + 20 градусов по Цельсию. Однако, не всегда получается выдержать подобные условия. Бывают случаи, когда необходимо выполнить бетонирование в холодное время года.

К примеру, потребность в зимних работах может возникнуть в следующих случаях:

• Бетонирование при осыпающихся грунтах, что сложно выполнить в теплое время года.
• Зимние скидки на цемент. Иногда цена материала может быть действительно очень низкой, но, в то же время, хранить его до наступления потепления не имеет смысла, так как качество цемента будет снижаться. В такой ситуации оптимальным вариантом будет проведение работ в условиях низкой температуры.
• При частном строительстве. Зачастую, зимой легче получить отпуск, чем в летнее время.

Заливка фундамента в зимнее время

Подготовка глины для раствора

Чтобы сделать глиняный огнеупорный раствор для кладки печей, нужно сначала просеять глину через сито с 3-мм ячейками. Кроме того, материал стоит промыть, пользуясь довольно старой, но все еще довольно эффективной методикой.

Промывка выполняется следующим образом:

1. Продолговатая емкость устанавливается под наклоном, и глина насыпается в ее верхнюю часть. Нижняя часть емкости заполняется водой таким образом, чтобы она не контактировала с глиной.
2. Вода при помощи подходящего инструмента направляется волнами в сторону глины. Отмытая глина медленно смывается в воду. Для отделения чистой глины от воды используется сито.
3. Промытая глина укладывается слоями толщиной до 20 см, каждый из которых заливается чистой водой. Через сутки всю эту массу нужно тщательно перемешать, добавить при необходимости глину и оставить еще на сутки.

Очищенная по такой технологии глина вполне подходит для создания печного раствора.

Общие сведения

В первую очередь следует сказать, что люди зачастую путают огнестойкость железобетонных конструкций с жаростойкостью, а это несколько разные понятия:

• Огнестойкость — сопротивление материала непродолжительному воздействию открытого огня при пожаре
• Жаростойкость — это способность бетонов сохранять свои свойства при длительном или даже постоянном воздействии высоких температур во время эксплуатации тепловых агрегатов.

В результате незначительной теплопроводности материала, при непродолжительном воздействии высокой температуры бетон и арматура, которая расположена под защитным слоем, не успевают достаточно разогреться.

Поэтому гораздо более губительным для бетона является его поливание водой, что происходит при тушении пожара. При этом происходит растрескивание материала, нарушение защитного слоя и, как следствие, обнажение арматуры.

Виды огнеупорных глиноземов

Для различных условий эксплуатации жаростойкий цемент производится нескольких видов. На упаковке маркировка наносится такими обозначениями:

1. ГЦ. Глиноземистый цемент, способный схватываться и набирать марочную прочности в воздухе и воде (без доступа кислорода). Материал с высоким содержанием Al₂О₃ (оксид алюминия). Порошок имеет оттенок от темно-коричневого до серо-зеленого.
2. ГЦ40 – ГЦ60. Эти составы находят применение в топливной, энергетической сфере, промышленном и дорожном строительстве. Широкое использование при создании специальных мертелей и сухих жароупорных смесей, монолитов. Незаменимы для бетонирования при низкой температуре.
3. ВГЦ 70 – ВГЦ 75, ВГЦI – ВГЦIII. Обозначение высокоглиноземистых марок, имеющих повышенные характеристики. При сильном нагреве не «газуют». Предназначаются для изготовления строительного быстротвердеющего бетона или раствора. По отношению к ГЦ их стоимость выше.

ВГКЦ-70-1 используется в черной и цветной металлургии, нефтеперерабатывающей, химической промышленности, производстве огнеупоров, футеровке печей обжига (стекло, цемент, керамика). Его применяют для изготовления камней и подложек из-за сочетания жаростойкости и прочности.

Как приготовить огнеупорный материал самостоятельно?

Жаростойкие свойства в частном строительстве потребуются цементу для печи, дымовых труб, основания и топки камина. В качестве добавки его можно выбирать при бетонировании, если температура воздуха на месте работ опустилась до -10°С. Усилить огнеупорные характеристики бетона на основе ПЦ выйдет включением в его рецепт асбестового порошка, жидкого стекла, глиноземного, периклазового или бариевого связующего.

Затворение состава с включением жидкого стекла проводится с добавлением доменного гранулированного шлака, кремнефтористого натрия, нефелинового шлама. При участии периклазового материала нужно применять водный раствор сернокислого магния.

Кроме специальных цементов целесообразно использование определенного наполнителя. Он придает жесткость застывшей массе, является теплоизолятором и удерживает форму, имея низкий коэффициент расширения, в зоне действия высоких температур.

В домашних условиях можно купить и добавить следующие виды огнеупорных заполнителей, отличающихся крупностью частиц:

• керамзит;
• бой шамотного кирпича;
• кусковый шамот;
• зола-унос;
• вермикулит;
• гранулированный доменный шлак;
• бой магнезитового кирпича;
• цемянка;
• перлит;
• пемза;
• андезит;
• хромитовая руда;
• лессовый суглинок;
• бой диатомового кирпича.

Компоненты смешивают в пропорциях 3:2:2:0,5, где гравия – 3 части, 2 огнеупорного связующего, 2 песка, 0,5 гашеной извести. Количество приготовленного состава не должна влиять на соотношение ингредиентов в рецепте. Портландцемент можно применять для работ на участках дымоходов, опорных и декоративных конструкций, удаленных от зоны горения, значительных перепадов температуры.

https://youtube.com/watch?v=B8aBpKBUjtc

Купить качественный огнеупорную сухую смесь зимой выйдет дешевле, чем летом. Но в любом случае он должен иметь сертификат производителя.

Марка	Страна (производитель)	Количество, кг	Цена, рубли
GORKAL 40	Польша	50	1300
ГЦ-40	Украина	50	1300
ISIDAS 40	Турция	25	625
LAKKA TULENKESTAVA	Финляндия	25	1300
ВГЦ-50	Россия (Новосибирск)	20	1800
ГЦ-40	Россия (ООО Комбинат Строительных Материалов)	1000	23040
ГЦ-40	Россия (Пашинский ПМЦЗ)	50	37/1 кг
ВГЦ-2-25	Россия (ООО Огнеупоркомплект)	1	99
ВГМЦ-I-1700	Россия (ООО «ТЕХНОЦЕНТР)	1	127
ВГЦ-2	Россия (Собственное производство)	50	3900