Как сделать самим огнеупорный бетон в домашних условиях. Свойства огнеупорного бетона, его состав и приготовление
Родился в Англии в 1961, живет в Монреале, Канада. Член Асоциации Печников Северной Америки. Занимается печным делом более 20 лет и специализируется в основном на строительстве финских противоточных печей в различных вариантах. Область интересов: нестандртные облицовки из старинного кирпича, дизайн в стиле Арт-Деко, история печного дела. В наполнении своего сайта www.pyromasse.ca придерживается политики "open sourse".
Перевод: 12.02.2011
Огнеупорный бетон для печей - приготовление на объекте
Выбор смеси для приготовления огнеупорного бетона, пригодного для использования при кладке печи, может вызвать затруднения. К нему предъявляются следующие требования: высокая плотность, крупные зерна и хорошая устойчивость к тепловому шоку. Огнеупорный бетон, используемый здесь - Mount Savages Heatcrete 24 ESC (24 f. extra strength course). Статья описывает формирование, заливку, и извлечение из формы четырех бетонных модулей, используемых в постройке печи с духовкой непрямого нагрева. Статья обрисовывает в общих чертах методы обычной работы на объекте. Оборудование и методы в условиях мастерской, конечно, могут быть намного лучше.
Предстоит залить 4 формы. Сверху вниз, по часовой стрелке. Подина, задняя плита, верхняя плита и перемычка печи. Форма для подины темная, так как сделана из фанеры, используемой для формовочных работ. Как только формы собраны, они должны быть уплотнены, чтобы препятствовать испарению воды во время реакции, и позволить легко извлечь отливки. Формы могут быть покрыты полиэтиленом, или обработаны растительным жиром и силиконом. Оба метода пригодны, здесь описан метод, использующий растительный жир. Полиэтилен дает законченным модулям блестящую поверхность, типа отделки, которая легко чиститься. Такой блеск, однако, может значительно препятствовать удалению механически-связанной воды во время нагрева. Поверхность модулей от форм, обработанных жиром значительно более пористая.
Перед заливкой огнеупорого бетона все формы уплотняются. Силикон накладывается на все места стыков. Поверхности форм тщательно намазываются растительным жиром.
Полоска керамической бумаги помещена в основание формы для разгрузочной перемычки. Она сформирует углубление, куда будет положена такая же полоска, когда перемычка будет установлена. Бумага должна быть покрыта полоской полиэтилена, чтобы остановить впитывание смеси во время вибрации формы.
Смесь должна быть идеально перемешана в механической мешалке. Большое количество смеси практически невозможно перемешать вручную. Производители рекомендуют определенное количество воды. Один и три четверти галлона (7,7 л) воды на 50 фунтовый (22,5 кг) мешок смеси, кажется, слишком мало. Хотя после тщательного размешивания смесь хорошо виброукладывается на место. Даже небольшой избыток воды может значительно повредить готовые модули.
Используемая вода должна быть чистой. Как вода, так и сухая смесь должны быть относительно теплыми во время затворения, и содержаться в тепле до и во время реакции и после заливки. 15-20 С оптимально. Если приходиться заливать при низкой температуре и подогревать материалы, то важно не перегреть, иначе смесь начнет схватываться до того, как будет уложена.
Из-за того, что смесь такая жесткая, важно работать быстро. Огнеупорный бетон помещен в форму. Лучше заполнить форму с избытком и удалить лишнее, чем недозаполнить и добавлять потом. Бетон должен быть помещен в форму мастерком, прежде, чем будет вибрироваться. Изображения показывает огнеупорный бетон после вибрирования в течение одной минуты. Хотя вплоть до этого момента смесь казалась слишком сухой, она отлично заполнила формы после однократного вибрирования.
Виброукладка огнеупорного бетона с помощью перфоратора. Видео, 11 сек.
Виброукладка, удаление воздушных пузырьков. Видео, 12 сек.
Формы прибиты к листу фанеры, которая лежит на другом листе фанеры. Это делает вибрирование более эффективным, особенно при работе на бетонном полу. Вибрирование производиться отбойником или перфоратором. Помещая сверло в деревянную часть формы, форма вибрируется, заставляя бетон садиться, а захваченные пузырьки воздуха всплывать на поверхность.
Эти три формы для огнеупорного бетона устроены так, что средняя и две внутренних поверхности внешних частей, не могут легко вибрироваться, и особое внимание должно быть уделено вибрированию именно этих частей.
Вибрирование укладывает огнеупорный бетон и удаляет воздух, но это также заставляет крупную фракцию оседать к основанию формы, выдавливая более мелкую вверх. Поскольку это приводит к неоднородности состава, то форма не должна вибрироваться дольше, чем необходимо.
Внешние поверхности модулей, обращенные к огню, нужно оставить грубыми и не затирать мастерком. После заливки формы должны быть плотно покрыты пластиком, и весь воздух удален из-под него разглаживанием рукой. Хорошо пристрелить пластик к формам степлером, чтобы углы не подняло коварными ночными ветрами.
Формы, выстеленные полиэтиленом.
Теже формы, залитые бетоном и укрытые полиэтиленом.
Выдерживание сильно влияет на крепость готового изделия. Рабочее пространство должно быть теплым при выдерживании. Экзотермическая реакция гидравлического схватывания огнеупорного бетона начнется спустя несколько часов после заливки, в зависимости от количества воды и температуры материалов. Реакция сделает изделие весьма горячим, поскольку это продолжается несколько часов. Важно, что бы изделие было тщательно укрыто, чтобы предотвратить потери воды через испарение во время реакции. Хотя я вынимаю и использую модули через день после заливки, как только они остыли, лучше оставить в их формах в течение дополнительных двух дней. Если они вынуты через день, то лучше держать их влажными в течение нескольких дней
Перемычка парит при экзотермической теакции. Видео, 18 сек.
Изготавливая формы для огнеупорного бетона, необходимо работать точно. Поверхности модулей, уплотняемые керамической бумагой в 1/8 дюйма (3 мм), должны быть прямыми и квадратными, чтобы все было нормально.
Внутренняя поверхность подины духовки печи была отлита в слегка смазанную жиром деревянную форму. Вероятно, предпочтительней отлить ее в полиэтилен, поскольку это обеспечит более гладкую поверхность, которая является менее водопроницаемой и которую легче чистить.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Огнеупорными бетонами называют безобжиговые компо-зиционные материалы с огнеупорностью от 1580°С и выше, состоящие из огнеупорного заполнителя, вяжущего мате-риала, добавок и пор, затвердевающие при нормальной или повышенной температуре и обладающие ограниченной усадкой при температуре применения.
Огнеупорные мелкоштучные (нормальных размеров) изделия как массовые огнеупорные материалы, несмотря на высокие показатели свойств, имеют и свои специфичес-кие технико-экономические недостатки. Производство мел-коштучных огнеупорных изделий трудно поддается меха-низации и автоматизации, и в настоящее время уровень механизации на огнеупорных заводах составляет немного больше 50%. Механизация кладки различных промыш-ленных печей из нормальных изделий не превышает 5 % и, что особенно важно отметить, требует высококвалифи-цированного труда каменщиков и часто выполняется в не-благоприятных санитарно-гигиенических условиях. В ре-зультате развития техники строительства и эксплуатации печей выявилась целесообразность производства огнеупорных бетонов и замена ими мелкоштучных изделий. Такая замена позволяет полностью механизировать и автомати-зировать производство огнеупоров и индустриализировать строительство печей, заменив труд каменщика трудом мон-тажника.
Огнеупорный бетон по структуре является аналогом строительных бетонов. Он состоит из заполнителя и вяжу-щего и отличается от обычного строительного тем, что име-ет огнеупорность выше 1580 °С и сохраняет достаточную строительную прочность в службе, т.е. огнеупорный бетон изготовлен из огнеупорных материалов.
Огнеупорные бетоны отличаются от обычных огнеупо-ров тем, что в результате применения специальных вяжу-щих материалов образуется прочная камнеподобная струк-тура при нормальной или несколько повышенной темпера-турах, которая не разрушается при высоких температурах службы. Таким образом, при производстве огнеупорных бетонов отпадает необходимость высокотемпературного обжига. В этом отношении огнеупорные бетоны и безобжиговые мелкоштучные огнеупорные изделия аналогичны.
Огнеупорные бетоны имеют некоторые преимущества перед обожженными изделиями. При монолитной бетонной футеровке полностью отсутствуют швы в кладке. Обжиг изделий, как правило, происходит в окислительной атмо-сфере, и фазовый состав обожженных изделий характери-зуется соответственно оксидными формами тех или иных компонентов. Служат же эти огнеупоры во многих случа-ях в восстановительной среде или при температурах, ког-да оксидные формы становятся неустойчивыми, поэтому в обожженных изделиях любого типа в службе происходят изменения фазового состава, сопровождающиеся часто из-менением объема минералов, приводящим к разупрочнению изделий.
В технологии обожженных изделий, в процессе их ох-лаждения, происходит кристаллизация минералов из жид-кой фазы, образовавшейся при высоких температурах. В службе наблюдается обратный процесс — растворение этих минералов в жидкой фазе. Поскольку объемы жидко-го и твердого состояний различны (для оксидных веществ объем расплава примерно на 10—15 % больше, чем твер-дого состояния), то при кристаллизации образуется суб-микроскопическая пористость, обусловливающая повыше-ние свободной энергии огнеупора. Другими словами, струк-тура и фазовый состав обожженных изделий часто не соответствуют условиям службы. В огнеупорных бетонах
структура и фазовый состав в значительной степени созда-ются в службе и поэтому находятся в соответствии (равно-весии) с условиями службы.
Огнеупорные бетоны всегда более термостойки и ме-нее теплопроводны, чем соответствующие обожженные из-делия. Во многих случаях огнеупорные бетоны оказывают-ся лучше, чем обожженные изделия. Вместе с тем огне-упорные бетоны всегда менее прочны, особенно к истира-нию. Поэтому вообще нельзя противопоставлять огнеупор-ные бетоны обожженным изделиям.
Огнеупорные порошки называют заполнителями (круп-ный, мелкий, тонкомолотый).
В качестве огнеупорных заполнителей применяют мате-риалы, устойчивые в условиях воздействия высоких темпе-ратур и не образующие с вяжущим легкоплавких эвтектик. В принципе всякий огнеупорный безусадочный мате-риал может быть заполнителем. Размер зерен заполнителя находится в пределах 2—30 мм. Огнеупорные порошки, со-держащие все фракции, необходимые для производства бетона, и сухие вяжущие вещества, называют бетонными смесями. Смеси вместе с водой или жидкими затворителями называют бетонными массами.
Огнеупорные бетоны классифицируют по типу изделий: бетонные блоки, бетонные смеси, бетонные массы, и виду вяжущих.
ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ
Под вяжущим веществом огнеупорных бетонов понимают дисперсионную систему, состоящую из дисперсной фазы (огнеупорного материала крупностью ниже 0,09 мм — це-мента) и дисперсионной среды — химической связки.
Вяжущее(дисперсная система) = огнеупорный цемент(дисперсная фаза) + химическая связка (дисперсионная среда).
Таким образом, вяжущее для огнеупорных бетонов — это дис-персная система, состоящая из огнеупорного цемента и химической связки и обеспечивающая твердение бетонов при низких темпера-турах, сохранение прочности при средних температурах и формиро-вание износоустойчивой структуры вплоть до высоких темпера-тур с минимальным снижением огнеупорности.
К таким вяжущим предъявляются следующие требования: они должны обладать адгезионными свойствами, обеспечивать достаточ-ную прочность бетона при твердении; не разупрочняться при нагревании; способность формированию износоустойчивой структу-ры бетона; не снижать огневых свойств бетона.
Для каждого вида огнеупорных цементов существует свой, наиболее рациональный состав химической связки, обусловливаю-щий получение огнеупорных бетонов с наилучшими свойствами. Вы-бор рационального состава цемента и химической связки — один из основных вопросов в технологии огнеупорных бетонов.
Вяжущие для огнеупорных бетонов классифицируются на 5 видов: гидратационные, силикатные, фосфатные, сульфатно-хлоридные и органические. Каждый из этих видов вяжущих состоит из огнеупорного цемента и химической связки.
1. Гидратационные вяжущие представляют собой дисперсные системы, в которых дисперсная фаза представлена высокоглино-земистым, глиноземистым, барийалюминатным, периклазоалюминатным и портландским цементами, а дисперсионная среда — водой.
2. Силикатные вяжущие — дисперсные системы, в которых дис-персная фаза представлена различными огнеупорными цементами, а дисперсионная среда — щелочными силикатами, этилсиликатами, кремнезолем и другими растворами, содержащими золи кремнекислоты, стабилизированные различными (главным образом ще-лочными) добавками.
3. Фосфатные вяжущие — дисперсные системы, в которых в ка-честве дисперсной фазы используют различные огнеупорные цемен-ты, а в качестве дисперсионной среды — ортофосфорную кислоту (Н3РО4) или водные растворы фосфатов. Обычно в фосфатных вя-жущих используют растворы следующих фосфатов: Аl(H2РО4)3, А12(НРO4)3, AlPO4 — алюмофосфатные связки, (А1, Сr)2 (НРO4)3— алюмохромофосфатная связка, Mg(Н2РO4)2 — магнийфосфатная связка, Са(Н2РO4)2 —кальцийфосфатная связка, (NаРO3), — поли-фосфат натрия, Na5P3O10 — триполифосфат натрия. Кроме этих основных солей, используют технические смеси ортофосфорной кислоты с глиной (глинистофосфатная связка), с доломитом (доломитофосфатная связка) и др.
4. Сульфатно-хлоридные вяжущие — это дисперсные смеси, в ко-торых дисперсная фаза представлена преимущественно магнези-альными цементами, а дисперсионная среда — сульфатами или хлоридами магния, железа и алюминия. Кроме этих соединений, мо-гут быть использованы отработанные растворы травильных ванн.
5. Органические вяжущие — дисперсные системы, в которых дис-персная фаза представлена различными огнеупорными цементами, а дисперсионная среда — органическими соединениями — термореак-тивными смолами, пеками, СДБ и др.
Возможны комбинированные вяжущие, состоящие из смесей различных цементов и химических связок.
Предельная возможность сохранять заданные технические параметры – это основное свойство огнеупорных материалов, которые сначала при затвердевании становятся подобны камню, а в эксплуатации выдерживают длительное воздействие сверхвысокой температуры. С такими характеристиками выпускается огнеупорный бетон – особая марка стройматериала, который применяется для нестандартных работ.
Особенности жаропрочных бетонов:
- высокая огнеупорность;
- прочность;
- повышение эксплуатационных свойств в процессе работы;
- отсутствие в технологии производства сложного, дорогостоящего процесса обжига.
- особо тяжёлый;
- тяжёлый;
- лёгкий ячеистый.
Назначение жаропрочных материалов бывает двух направлений:
- конструкционное;
- теплоизоляционное.
По эксплуатационному температурному режиму выделяются бетоны:
- Жароупорные, с режимом эксплуатации до 15 80 °C.
- Огнеупорные, с работой в режиме от 1 580 до 1 770 °C.
- Высокоогнеупорные, с эксплуатацией выше 1 770 °C.
Состав огнеупорного жаростойкого бетона
Этот особенный стройматериал производится на основе базовых компонентов со специальными добавками, которыми могут быть корунд, магнезит, шамотный песок, разные виды щебня, глинозёмистый цемент. Есть ещё тонкомолотые минеральные добавки, которые играют свою роль для высокой прочности, это пылевидная или мелкоизмельченная хромитовая руда, пемза, доменный шлак, многие другие компоненты, цель которых – повысить плотность сухого состава или готового изделия.
Заполнители могут производиться заводским способом, но зачастую используются бой обожжённых огнеупорных изделий, тугоплавкие горные породы. Для разных марок жаропрочного бетона употребляются крупный 5-25 мм или мелкий 0,15-5 мм заполнители. Это шамотный, магнезитовый кирпич, глиноземистый шлак, бой обыкновенного кирпича, базальт, диабаз, отвальный доменный шлак. Наиболее популярным у потребителей является жаропрочный бетон с содержанием шамота, который полностью отвечает запросам строительства.
Связующим звеном являются алюмофосфатные ингредиенты, жидкое стекло, другие материалы. Вяжущими компонентами выступают портландцементы, глиноземистые или периклазовый цементы. Бетонные смеси на жидком стекле позволяют существенно повышать эксплуатационные характеристики штукатурного слоя.
Для разных марок добавляются пластификаторы, феррохромовые шлаки или магнезиальные порошки. Лёгкие жаростойкие бетоны включают вспученные материалы: перлит, керамзит или вермикулит.
Производители предлагают изготовление огнеупорных бетонных смесей по заказу, основанному на проектных разработках. Здесь соотношение компонентов соответствует проекту заказчика. Состав смеси подбирается по предполагаемой эксплуатационной температуре, по условиям службы изделий.
Виды по заполнителю:
- динасовые;
- кварцевые;
- корундовые;
- готовые смеси.
По составу заполнителя огнеупорные бетоны очень разнообразны
| Марки | Применение |
| АСБГ – сухая огнеупорная бетонная алюмосодержащая смесь.Включает несколько марок: АСБС-30, АСБС-70, АСБС-80, АСБС-П, АСБС-Л. | Чёрная и цветная металлургия, теплоэнергетика. |
| ВГБС – высокоглиноземистая огнеупорная бетонная смесь. | Монолитная футеровка (МФ), устройство днища, стен сталеразливочных ковшей, при t до 1 800 °C. |
| ССБА – сухая бетонная арматурная смесь высокоглиноземистого состава. | МФ для печей, для тепловых агрегатов, для устройства арматурного слоя, при t до 1 750 °C. |
| СБК – огнеупорная бетонная корундовая смесь. | Выполнение МФ для тепловых агрегатов, для устройства днища, стен сталеразливочных ковшей, при t до 1 800°C. |
| Марка ШБ-Б, класс Б – сухая бетонная смесь с шамотным составом. | Выполнение огневого слоя неэкранированных поверхностей, на лазах, амбразурах горелок в конструкции тепловых агрегатов, при t до 1 300°C. |
| ТИБ – легкий теплоизоляционный бетон. | Для выполнения футеровки, рабочего или теплоизоляционного слоя в конструкции тепловых агрегатов.Холодный и горячий ремонт футеровки в качестве торкретмассы. |
| СБС – кислотоупорная безусадочная саморастекающаяся бетонная смесь | МФ в конструкции тепловых агрегатов, для печей, для изготовления фундамента при агрессивной кислотной среде, при t до 1 500 °C. |
Потребителям надо следить за появлением новинок: усовершенствованные сорта огнестойкого бетона выдерживают t до 2 300 °C . Они производятся на основе портландцемента, вяжущих и тугоплавких заполнителей.
Домашнее применение
Если предпочтение отдаётся покупке сухих смесей в мешках, до уделить внимание процессу замеса. Здесь следует учитывать, кроме отличного варианта для работы, короткий срок хранения. Тем не менее, российские умельцы стремятся купить такие составы для самостоятельного устройства домашних каминов, печей в загородных домах и банях. Для домашних работ бетон должен быть высокой плотности, крупной зернистости. Его приготовление осуществляется на своём строительном участке, в домашней мастерской, гараже, что существенно отличается от заводских условий и может соответственно отразиться на конечном качестве строения.
Раствор надо идеально перемешать с использованием механической бетономешалки. Даже сравнительно небольшую массу не получится перемешать вручную. Должна быть максимально точно выдержана технология приготовления. На каждом мешке указывается рекомендуемое количество воды, которое с первого взгляда кажется недостаточным. Однако здесь всё дело именно в тщательном перемешивании, после чего раствор хорошо укладывается на необходимое место.
Чтобы своими руками построить надёжную печь, надо следовать указаниям производителя. На каждой упаковке даны чёткие рекомендации: на мешок сухой смеси (около 22,5 кг), требуется около 7,7 л воды. Пропорции нарушать не рекомендуется, даже небольшой излишек воды может повредить качеству эксплуатации готового объекта.
Производители России
Многие компании организовали производство формованных или неформованных огнеупорных изделий, выпуск сухих составов, мастик, присадок. Все они отвечают требованиям ГОСТ, имеют сертификаты соответствия качеству. Большими объёмами производства отличаются ОАО «НовосибТеплоСтрой», ОАО «Магнитогорский цементно-огнеупорный завод». Есть активные производственные мощности в Московском регионе.
Высококачественная смесь МКБС производится на московском предприятии «Кругосвет», сертифицированные составы БОСС-200, БОССЛ-1300 выпускает «Сухоложский огнеупорный завод». Екатеринбургское ОАО «СпецОгнеупорКомплект» отличается инновационным инжинирингом, шеф-монтажом огнеупоров, теплоизоляции с высокотемпературными характеристиками.
Цена жаростойкого бетона напрямую зависит от марки и предполагаемых эксплуатационных нагрузок, может варьироваться в зависимости от используемого на производстве оборудования. Средняя цена на огнеупорный бетон составляет 35 000 за тонну.
Который используется под долгим воздействием высокой температуры (не более 1580°С, до 1770°С), при этом не теряет свои механические и эксплуатационные качества.
Его используют в строительстве, как промышленных, так и жилых объектов. Из жаропрочного и огнеупорного бетона изготавливают домашние , мангалы, сауны, и дымовые трубы.
Отличие жаропрочного и огнеупорного бетона от обычного в том, что последний выдерживает лишь недолговременный нагрев температуры не выше 200°С.
При более высоком нагреве бетон высыхает, трескается и, в итоге, разрушается, что приводит к поломке всей конструкции.
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, 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 .
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.
