Звичайні цементні бетони здатні витримувати без руйнування підвищення температури до 200°С. При зведенні елементів теплових агрегатів (футеровка промислових печей, газоходів і пічних вагонеток, фундаментів печей і труб, перекрить АЕС і т.д.) з метою зменшення потреби у вогнетривких виробах, що вимагають значної витрати енергії на їх виготовлення, а також для підвищення продуктивності будівельних робіт застосовують жаростійкі бетони.
Жаростійкі бетони ефективно застосовувати при виготовленні як монолітних конструкцій, так і збірних бетонних елементів. Для виготовлення жаростійких бетонів звичайно застосовують в'яжуче, тонкомолоту гідравлічно активну добавку, а також жаростійкі заповнювачі - крупний і дрібний.
Жаростійкість сировинних матеріалів, що застосовуються у таких бетонах, в основному визначає гранично припустиму температуру їх використання. У залежності від цього показника жаростійкі бетони поділяють на класи: для класів від 3 до 17 гранична температура застосування складає, відповідно, від 300 до 1700°С; для класу 18 – більше 1700°С. Жаростійкі бетони здатні зберігати властивості як при тривалій, так і короткочасній дії зазначених температур. Основною характеристикою жаростійких бетонів є зниження міцності при стиску після нагрівання і витримування зразків при температурі 800°С. Жаростійкі бетони мають звичайно міцність від 1,0 до 50 МПа, середню густину від 500 до 2500 кг/м3.
У якості в'яжучих для жаростійких бетонів в основному використовуються портландцемент, шлакопортландцемент, швидкотверднучий портландцемент, глиноземистий цемент, рідке скло, каустичний магнезит.
Мінеральні добавки в жаростійких бетонах необхідно використовувати для підвищення стійкості в'яжучого до дії високих температур. Завдяки введенню в цементний камінь різних високодисперсних мінеральних добавок, стійких до дії високих температур і здатних зв'язувати вільний оксид кальцію, що утвориться при високих температурах, збільшується жаростійкість цементного каменю. Такими добавками служать зола-виносу, мелена цегла, шамот, андезит, доменний і паливний шлаки й ін. Добавка меленого гранульованого доменного шлаку забезпечує стійкість гідратованого портландцементу при нагріванні до 500...600°С і запобігає зниженню міцності гідратованого глиноземистого цементу в інтервалі 100...1000°С.
У бетонах, що працюють при температурах до 700°С, можуть бути використані заповнювачі з базальту, андезиту, туфів і інших вивержених вулканічних порід, котрі не містять вільного кварцу. У звичайних заповнювачах, що містять кварц, відбуваються поліморфні перетворення, що викликають руйнування бетону. Нестійкими до дії високих температур є також карбонатні породи. Найбільш розповсюдженим заповнювачем для жаростійких бетонів до 1300°С є бій шамотної цегли. Для одержання бетонів підвищеної жаростійкості використовують магнезитові, хромітові, корундові, шпинельні, форстеритові й інші заповнювачі. Для легких бетонів використовуються різні пористі заповнювачі: керамзит, спучений перліт, вермикуліт і ін. Для забезпечення спікання бетону при максимально низькій температурі застосовують добавка-плавні (наприклад, ільменіт). Мінімальну усадку забезпечує найбільш щільний зерновий склад заповнювача.
Склади жаростійких бетонів на портландцементі підбирають за звичайними методиками, але з огляду на те, що в процесі нагрівання міцність значно знижується, при призначенні складу бетону слід прагнути до одержання більш високого класу за рахунок мінімального водов'яжучого відношення. При виборі оптимальної витрати в'яжучого поряд з міцністю слід враховувати вогневу усадку бетону. Орієнтовні склади жаростійких бетонів на портланд- і шлакопортландцементі наведені в табл. 1.
Таблиця 1
Склади жаростійких цементних бетонів
| Матеріали |
Витрата компонентів |
Максимальна температура роботи бетону, oС |
||||
|
Мінеральна добавка |
Заповнювач |
в'яжуче |
мінеральна добавка |
щебінь |
|
|
|
Портландцемент і шлакопортландцемент |
||||||
|
— |
Андезитовий, діабазовий, діоритовий, базальтовий |
350 |
— |
950 |
950 |
350 |
|
— |
Доменний шлак |
350 |
— |
1000 |
1000 |
350 |
|
— |
Туф, керамічна цегла |
350 |
— |
600 |
600 |
350 |
|
Зола-виносу, керамічна цегла, пемза, доменний шлак |
Андезитовий, діабазовий, діоритовий, базальтовий |
350 |
120 |
900 |
850 |
700 |
|
-«- |
Доменний шлак |
350 |
120 |
1000 |
900 |
700 |
|
-«- |
Туф |
350 |
120 |
600 |
500 |
700 |
|
паливний шлак |
Паливний шлак |
350 |
120 |
600 |
500 |
800 |
|
Портландцемент |
||||||
|
Керамічна цегла |
Керамічна цегла |
350 |
120 |
600 |
500 |
900 |
|
Шамот |
Шамот класу В, лес, зола-виносу |
350 |
120 |
700 |
650 |
1000 |
|
-«- |
Шамот класу Б |
350 |
120 |
700 |
650 |
1100–1200 |