Низкоцементные и ультранизкоцементные огнеупорные бетоны

     Последние десятилетия характеризуются бурным развитием технологии огнеупорных бетонов и методов их укладки. Возникновение и совершенствование технологии огнеупорных низкоцементных бетонов и использование различных приемов, снижающих смачивание бетонной футеровки металлом, позволили решить проблему эксплуатации огнеупоров даже в самых тяжелых условиях.

     Обычные плотные огнеупорные бетоны представляют собой смесь алюминаткальциевого цемента (высокоглиноземистого или глиноземистого) с огнеупорным заполнителем (корундом, бокситом, высокоглиноземистым или рядовым шамотом). Содержание цемента в обычных плотных огнеупорных бетонах составляет, как правило, 15—25 %. Такие классические бетоны имеют свои недостатки:

·   Высокое содержание цемента обеспечивает высокую прочность огнеупорного бетона в исходном состоянии, однако в интервале 300—900 °С вследствие дегидратации цемента наблюдается потеря прочности;Растет пористость огнеупорного бетона вплоть до температур образования керамических связей.

     В 1970—1980-х гг. на мировом  рынке огнеупорных масс появляются огнеупорные бетоны с низким содержанием цемента, лишенные этих недостатков. Они представляют собой сложные многокомпонентные композиции, содержание цемента в которых без ущерба для механических свойств может быть снижено до долей процента. Это компенсируется наличием в их составе тонкодисперсных и ультрадисперсных порошков, диспергирующих добавок, компонентов регулирующих схватывание и твердение.

     Бетонные огнеупорные массы с пониженным содержанием цемента  содержат соответственно 7-12% и менее 5% цемента, поэтому они лишены этих недостатков. Их состав сложен и сбалансирован: кроме зернистых заполнителей и цемента они содержат ультрадисперсные порошки, дефлокулянты, регуляторы механизма и скорости схватывания и твердения. Исходная прочность этих огнеупорных бетонов часто ниже, чем у бе­тонов с высоким содержанием цемента, однако, они существенно упрочняются уже при низкотемпературной сушки, а при температуре около 600°С начинает образовываться керамическая связь. Бетоны такого класса характеризуются высокой плотностью, прочностью, термостойкостью, абразивостойкостью, химической стойкостью. Благодаря низкому содержанию цемента и, соответственно, оксида кальция низкоцементные огнеупорные бетоны обладают вы­сокой огнеупорностью, по своим характеристикам они соответствуют высококачественным огнеупорным кирпичам. Если для приготовления бетонов с высоким содержанием цемента в смесь необходимо добавить 9-15% воды, то для низкоцементных и ультрацементных как правило, достаточно 4-7%. Чем меньше цемента содержит огнеупорная смесь, тем более негативно сказывается передозировка воды на механических свойствах бетона. Поэтому для приготовления низкоцементных огнеупорных смесей необходимо использование интенсивных смесителей принудительного действия и вибрации при укладке. При отсутствии такой возможности следует применять огнеупорные самоуплотняющиеся смеси. После смешивания с малым количеством воды самоуплотняющиеся смеси образуют огнеупорный бетон, ко­торый растекается и дегазируется без приложения вибрации. Для обычных огнеупорных бетонов это невозможно без добавления излишнего количества воды, что снижает их механические свойства. Самоуплотняющиеся огнеупорные бетонные смеси обладают всеми преимуществами низкоцементных огнеупорных бетонов (низкая пористость, высокая плотность, прочность, абразивостойкость, термостойкость), они имеют гладкую зеркальную поверхность. Их применение целесообразно также для футеровки труднодоступных мест, нанесения тонких слоев, при ремонте футеровок методом заливки.

     Для правильного выбора огнеупорного бетона, обладающего оптимальным сочетанием свойств для тех или иных условий эксплуатации, необходимо учитывать следующие отличительные характеристики низкоцементных смесей:

1. Высокая плотность, низкая пористость, малый размер пор. Наличие в составе бетонов ультрадисперсных порошков размером 0,5—10 мкм увеличивает плотность упаковки частиц, это, а также наличие диспергаторов снижает количество воды, необходимое для приготовления бетона (до 4—7 против 8—12% для обычных бетонов). Это приводит к возрастанию плотности бетона, снижению пористости и увеличению доли мелких пор.

2. Химическая стойкость к воздействию  агрессивных сред и жидких металлов и сплавов.

     В Институте УралНИИстром были разработанны низкоцементные огнеупорные смеси марки Ucast^

 Условное обозначение включает:

- вид смеси - низкоцементная огнеупорная смесь LCC (low cement castables);

- бренд смеси - Ucast (UralNiistrom castables;

- марку смеси по содержанию Al2O3 максимальную температуру применения.

Варианты модификаций указываются дополнительной маркировкой:

- Gun - торкрет;

- Flow - саморастекающийся;

- ULCC - ultra low cement castable.