Заполнители для жаростойкого бетона

В качестве заполнителей для жаростойкого бетона используются различные огнеупорные заполнители (шамот, корунд, реже – шпинель и муллит), дробленые и фракционированные отходы огнеупорных производств, бой вторичных огнеупоров, некоторые шлаки черной и реже цветной металлургии, искусственные огнеупорные пористые заполнители.

Крупный заполнитель обычно имеет размер зерен до 10, реже – до 20 мм, в отдельных случаях – до 40 мм. Связано это с тем, что чем крупнее размер зерна, тем ниже будет термическая стойкость бетона. В связи с этим бетоны с высокой термостойкостью и температурой применения обычно получают на заполнителе фракций 0–5, 0–3 мм и менее. Сочетание крупного и мелкого огнеупорного заполнителя обеспечивает формирование в бетоне пространственного каркаса, повышающего температуру деформации бетона под нагрузкой, то есть температуру применения.

В жаростойком бетоне соотношение мелкого и крупного заполнителя отличается от обычных тяжелых бетонов: доля мелкого заполнителя выше, она достигает 50 %. Связано это главным образом с обеспечением термостойкости бетона. Общие рекомендации по соотношению заполнителей приведены в классических работах К.Д. Некрасова и справочном пособии к СНиП.

Заполнитель должен быть стабилен в процессе нагревания: не должно происходить процессов, сопровождающихся разрушением его зерен. Требования к стабильности заполнителя не следует путать со стойкостью к распаду у шлаков, хотя причины нестабильности отчасти близки. Разрушение зерен заполнителя может быть вызвано или разложением каких-то соединений, или полиморфными превращениями. Например, дегидратация примесей гидроксида железа или окисление металла до оксида, которые содержатся в отвальном шлаке, может вызвать разрушение бетона после обжига и охлаждения.

Полиморфизм характерен для многих кристаллических фаз заполнителя. Если объемные изменения при этом велики может произойти разрушение. Так, кварцит, обладая высокой огнеупорностью, совершенно непригоден как заполнитель для жаростойкого бетона, так как из-за происходящих при нагревании полиморфных превращений SiO2, сопровождающихся увеличением объема, происходит растрескивание и даже разрушение бетона в процессе нагревания.

Таким образом, заполнитель не должен содержать существенных примесей свободного металла, окисление которого приводит к образованию трещин, примесей карбонатов и иных солей, которые будут разлагаться при нагревании, свободных оксидов кальция и магния, способных к поздней гидратации, а также фаз, претерпевающих полиморфные превращения при нагревании со значительными объемными изменениями.

Шлаковые заполнители при необходимости проверяются на склонность к соответствующему виду распада (железистый, магнезиальный, силикатный и т. д.). Предварительно склонность к распаду можно предсказать по химическому составу (допустим, высокое содержание железа или высокая основность). Проверять каждый вид шлака на все виды распада – не следует, если нет предпосылок в химическом составе.

Кроме того, заполнитель должен быть стабилен в сочетании с конкретным вяжущим. Большинство используемых заполнителей (шамот, корунд, муллитокорунд, шлаки) кислые. Они хорошо сочетаются как с цементными вяжущими (ПЦ, ГЦ и ВГЦ), так и с химическими связками (жидкое стекло, фосфатные связующие).

Например, применение фосфатных связующих, получаемых на основе ортофосфорной кислоты, и основных заполнителей (например, магнезита) дает раннее спекание и легкоплавкие эвтектики. Такие сочетания применяются только в огнеупорных бетонах, расход связующего при этом небольшой и бетон окончательно приобретает свои свойства именно в процессе спекания.