Betony ogniotrwałe o niskiej zawartości cementu porównuje się z tradycyjnymi betonami ogniotrwałymi na bazie cementu glinowego. Dodatek cementu do tradycyjnych betonów ogniotrwałych na bazie cementu glinowego wynosi zazwyczaj 12-20%, a dodatek wody – 9-13%. Ze względu na dużą ilość dodanej wody odlew ma wiele porów, jest mało gęsty i charakteryzuje się niską wytrzymałością. Ze względu na dużą ilość dodanego cementu, chociaż możliwe jest uzyskanie wyższej wytrzymałości w normalnych i niskich temperaturach, wytrzymałość ta maleje z powodu krystalicznej przemiany glinianu wapnia w średnich temperaturach. Oczywiste jest, że wprowadzony CaO reaguje z SiO2 i Al2O3 w betonie, tworząc substancje o niskiej temperaturze topnienia, co prowadzi do pogorszenia właściwości wysokotemperaturowych materiału.
Gdy stosowana jest technologia ultradrobnego proszku, wysokowydajne domieszki i naukowa gradacja cząstek, zawartość cementu w betonie zostaje zmniejszona do mniej niż 8%, a zawartość wody do ≤7%, co pozwala na przygotowanie i doprowadzenie do stanu, w którym beton ogniotrwały o niskiej zawartości cementu. Zawartość CaO wynosi ≤2,5%, a jego wskaźniki wydajności na ogół przewyższają wskaźniki betonów ogniotrwałych na bazie cementu glinowego. Ten rodzaj betonu ogniotrwałego ma dobrą tiksotropię, co oznacza, że mieszany materiał ma określony kształt i zaczyna płynąć przy niewielkiej sile zewnętrznej. Po usunięciu siły zewnętrznej utrzymuje on uzyskany kształt. Dlatego nazywany jest również betonem ogniotrwałym tiksotropowym. Samopłynący beton ogniotrwały nazywany jest również betonem ogniotrwałym tiksotropowym. Należy do tej kategorii. Dokładne znaczenie betonów ogniotrwałych o niskiej zawartości cementu nie zostało dotychczas zdefiniowane. Amerykańskie Towarzystwo Badań i Materiałów (ASTM) definiuje i klasyfikuje materiały ogniotrwałe na podstawie zawartości CaO.
Gęstość i wysoka wytrzymałość to wyróżniające cechy betonów ogniotrwałych z serii niskocementowej. Jest to korzystne dla poprawy żywotności i wydajności produktu, ale powoduje również problemy z wypalaniem przed użyciem, co oznacza, że łatwo może dojść do wylania, jeśli nie zachowa się ostrożności podczas wypalania. Zjawisko pękania korpusu może wymagać co najmniej ponownego wylania lub, w ciężkich przypadkach, może zagrozić bezpieczeństwu osobistemu otaczających pracowników. Dlatego w różnych krajach przeprowadzono również różne badania dotyczące wypalania betonów ogniotrwałych z serii niskocementowej. Główne środki techniczne to: opracowanie rozsądnych krzywych pieca i wprowadzenie doskonałych środków przeciwwybuchowych itp., co może sprawić, że betony ogniotrwałe będą płynnie usuwane z wody, bez powodowania innych skutków ubocznych.
Technologia proszków ultradrobnych jest kluczową technologią dla betonów ogniotrwałych o niskiej zawartości cementu (obecnie większość proszków ultradrobnych stosowanych w ceramice i materiałach ogniotrwałych ma rozmiar od 0,1 do 10 μm i działają one głównie jako przyspieszacze dyspersji i zagęszczacze strukturalne. Pierwszy z nich powoduje silne rozproszenie cząstek cementu bez flokulacji, podczas gdy drugi całkowicie wypełnia mikropory w mieszance i poprawia wytrzymałość.
Obecnie powszechnie stosowane rodzaje ultradrobnych proszków obejmują SiO2, α-Al2O3, Cr2O3 itp. Powierzchnia właściwa mikroproszku SiO2 wynosi około 20 m2/g, a jego wielkość cząstek wynosi około 1/100 wielkości cząstek cementu, dzięki czemu ma dobre właściwości wypełniające. Ponadto mikroproszki SiO2, Al2O3, Cr2O3 itp. mogą również tworzyć cząstki koloidalne w wodzie. W obecności dyspergatora na powierzchni cząstek tworzy się nakładająca się podwójna warstwa elektryczna, która generuje odpychanie elektrostatyczne, które pokonuje siły van der Waalsa między cząstkami i zmniejsza energię interfejsu. Zapobiega to adsorpcji i flokulacji między cząstkami; jednocześnie dyspergator jest adsorbowany wokół cząstek, tworząc warstwę rozpuszczalnika, która również zwiększa płynność masy betonowej. Jest to również jeden z mechanizmów działania proszku ultradrobnego, tzn. dodanie proszku ultradrobnego i odpowiednich dyspergatorów może zmniejszyć zużycie wody w przypadku betonów ogniotrwałych i poprawić płynność.
Wiązanie i twardnienie betonów ogniotrwałych o niskiej zawartości cementu jest wynikiem połączonego działania wiązania hydratacyjnego i kohezyjnego. Hydratacja i twardnienie cementu glinowo-wapniowego to głównie hydratacja faz hydraulicznych CA i CA2 oraz proces wzrostu kryształów ich hydratów, czyli ich reakcja z wodą, tworząc heksagonalne płatki lub igiełkowate kryształy CAH10, C2AH8. Produkty hydratacji, takie jak sześcienne kryształy C3AH6 i żele Al2O3аq, tworzą następnie połączoną strukturę sieci kondensacyjno-krystalicznej podczas procesów utwardzania i ogrzewania. Aglomeracja i wiązanie są spowodowane tym, że aktywny, ultradrobny proszek SiO2 tworzy cząstki koloidalne w kontakcie z wodą i jonami powoli dysocjowanymi od dodanego dodatku (tj. substancji elektrolitycznej). Ponieważ ładunki powierzchniowe obu cząstek są przeciwne, to znaczy, że powierzchnia koloidu zaadsorbowała przeciwjony, powodując spadek potencjału £2 i kondensację, gdy adsorpcja osiąga „punkt izoelektryczny”. Innymi słowy, gdy odpychanie elektrostatyczne na powierzchni cząstek koloidalnych jest mniejsze niż ich przyciąganie, następuje wiązanie kohezyjne za pomocą sił van der Waalsa. Po skropleniu ogniotrwałego betonu zmieszanego z proszkiem krzemionkowym, grupy Si-OH utworzone na powierzchni SiO₂ są suszone i odwadniane, tworząc mostki, tworząc strukturę sieciową siloksanową (Si-O-Si), a tym samym utwardzając się. W strukturze sieciowej siloksanowej wiązania między krzemem a tlenem nie zmniejszają się wraz ze wzrostem temperatury, więc wytrzymałość również nadal rośnie. Jednocześnie, w wysokich temperaturach, struktura sieciowa SiO₂ reaguje z Al₂O₂, który jest w niej zawarty, tworząc mulit, który może poprawić wytrzymałość w średnich i wysokich temperaturach.
Czas publikacji: 28-02-2024
