Ohnivzdorný beton na tekutém skle

V betonu na tekutém skle je pojivem vodný roztok křemičitanu sodného na Na2O* nSiO2 * mH2O, který se v důsledku fyzikálně-chemické interakce s fluoridem sodným nebo jinými přísadami (tvrdícími činidly) rozkládá za uvolňování Si(0H) 4, koaguluje a slepuje zrna dohromady agregáty do monolitického konglomerátu. Tekuté sklo má vysoké adhezní vlastnosti ve vztahu ke všem materiálům používaným v žáruvzdorném průmyslu. Jeho lepicí schopnost je 3-5krát vyšší než u cementu, což zajišťuje výrobu vysoce kvalitního žáruvzdorného betonu na jeho bázi.

Na rozdíl od betonu s hydraulickými pojivy k tvrdnutí betonu nedochází v důsledku hydratace minerálů, ale v důsledku tvorby koloidního lepidla Si (OH) 4, které získává maximální pevnost po vysušení a rekrystalizaci v Si02 s uvolněním vody. . Beton tvrdne za sucha při teplotě vzduchu minimálně 15 °C. Při nižších teplotách k vytvrzovacímu procesu prakticky nedochází, nejpříznivější vytvrzovací teploty jsou 25–50 °C. Nejuspokojivější vlastnosti má tekuté sklo, ve kterém se modul oxidu křemičitého (molární poměr SiO2 a Na2O) pohybuje od 2,5 do 3. Modul oxidu křemičitého se také nazývá modul skla. Proces tuhnutí a tvrdnutí betonu nastává až v okamžiku oddělení silikagelu od koloidního roztoku:

Tuhnutí a tvrdnutí betonu na tekutém skle s přídavkem silikofluoridu sodného nebo jiných vytvrzovacích činidel je komplexní koloidní adsorpční proces způsobený koloidní chemickou interakcí vytvrzovacího činidla s alkalickým křemičitanem sodným. Ve zjednodušené formě lze chemickou interakci silikofluoridu sodného s alkalickým křemičitanem sodným, jehož silikátový modul je dva, vyjádřit následujícím schématem:

Na2SiF6+ 2 (Na2* 2Si2) + 10H2 = 5Si (OH) 4+ 6NaF;

Silikofluorid sodný díky své nízké rozpustnosti ve vodě (0,6 %) reaguje s kapalným sklem pomalu.

Proces tuhnutí a tuhnutí v závislosti na množství přidaného silikofluoridu, teplotě a modulu tekutého skla začíná po 30-60 minutách. Během této doby je čerstvě připravená hmota docela plastická a dobře tvarovaná. Množství fluoridu sodného silico by mělo zajistit normální doby tuhnutí a tvrdnutí betonu a také požadovanou pevnost betonu v době bednění. Nemělo by se zapomínat, že fluorid sodný je vysoce aktivní tavidlo, které snižuje ohnivzdorné vlastnosti betonu na bázi tekutého skla.

Kromě fluoridu křemičitého sodného se k vytvrzování betonu na tekutém skle někdy používají nefelinové kaly, ferochromová struska a kalcinovaný serpentinit, který se také používá jako plnivo k výrobě žáruvzdorného betonu s kratší dobou tvrdnutí (10-30 minut).

Při ohřevu tvrzeného tekutého skla s přídavkem silikofluoridu sodného se hlavní část vlhkosti (80 %) odstraní při 100 °C při zahřátí na 200 °C se odstraní dalších 12 % vlhkosti; Zbytková vlhkost (8 %) je odstraněna zahřátím na 300 °C v důsledku dehydratace heliové kyseliny křemičité během krystalizace Si02. V důsledku odstranění vlhkosti v betonu je pozorováno smršťování, které při správném výběru složení betonu nepřesahuje 0,8% a při použití betonu s jemně mletým magnezitem 0,25%.

Zahřátí na 800–900 °C vede k částečnému slinování betonu. Zavedením žáruvzdorných jemně mletých přísad dochází při vyšších teplotách ke spékání betonu, zvyšuje se jeho požární odolnost.

K přípravě jemně mletých přísad se používá šamot, magnezit, chromit, chromomagnezit, křemen, dunit, serpentinit, mastek, andezit, diabas atd. Stupeň mletí všech druhů přísad musí být takový, aby alespoň 0,09 % hmoty materiálu prošlo sítem 4900 mm (2 otvorů/cm50).

Volba jednoho nebo druhého typu přísady závisí na požadované požární odolnosti betonu a provozních podmínkách ostění. Použití jemně mletého magnezitu a chrommagnezitu zvyšuje požární odolnost v největší míře.

Čím nižší je hustota tekutého skla, tím nižší je pevnost betonu, např. při použití tekutého skla o hustotě 1,25 je pevnost v tahu pouze 50% pevnosti v tlaku vysušeného betonu (25-30 N/mm2) připravené z tekutého skla o hustotě 1,36 g/cm3.

S rostoucí spotřebou tekutého skla se zvyšuje množství vody v betonu, v důsledku čehož se zvyšuje jeho pórovitost a snižuje se jeho pevnost. Při zvýšení obsahu tekutého skla ze 400 na 500 kg na 1 m3 betonu tedy klesá pevnost v tlaku úměrně obsahu Na2O.

V důsledku výpalu se pevnost betonu v tlaku oproti pevnosti vysušeného betonu mírně mění. Zahřátí na 300–400 °C způsobuje zpevnění jeho struktury dehydratací gelu; při 400–600 °C dochází k určitému poklesu pevnosti; se zvýšením teploty na 800–1000 °C se pevnost u většiny kompozic nemění nebo mírně roste.

Druhy jemně mletých přísad ovlivňují pevnost betonu při zahřátí. Nejvyšší je u betonu s jemně mletým magnezitem a přísadami do šamotu. Přídavek jemně mletého křemence výrazně snižuje pevnost v důsledku jeho modifikační transformace při 575 °C.

Stupeň a způsoby jeho zhutnění mají velký vliv na pevnost betonu. Pro zajištění pohyblivosti betonu při hutnění vibrací je třeba do betonu se šamotovými plnivy přidat minimálně 16 % tekutého skla z celkové hmoty betonu. Při tomto způsobu zhutňování není možné snížit spotřebu tekutého skla, protože beton má vysokou viskozitu a není zhutňován vibracemi.

Pro získání vysokopevnostního nesmrštitelného betonu s obsahem tekutého skla 10-14% je nutné použít hutnění pneumatickými pěchy. V tomto případě by velikost kameniva v betonu neměla přesáhnout 5 mm, protože zhrubnutí vede k drcení zhutněním a snížení pevnosti betonu.

Při použití hutnění polosuchých směsí se pevnost betonu v tlaku na tekutém skle zvyšuje 1,5-2krát. Současně není téměř pozorováno smrštění během procesu sušení a ohřevu, což má velký význam při vykládání indukčních tavicích pecí pro tavení hliníku.

Zvýšení obsahu fluoridu sodného v betonu snižuje požární odolnost a pevnost při vysokých teplotách, protože se jedná o silné tavidlo.

Nejvyšší aplikační teplota je pro tekutý sklobeton s jemně mletými přísadami a plnidly z lámaných magnezitových cihel (1300-1400 °C). Takový beton začíná měknout při zatížení 0,2 N/mm2 při 1250-1300 °C a kolabuje při 1400-1450 °C.

Tekutý sklobeton s jemně mletým magnezitem a šamotovými plnivy je široce používán v indukčních pecích na tavení hliníku. Tento beton má vysokou tepelnou odolnost a je odolný vůči redukčnímu působení roztaveného hliníku díky tomu, že zrna šamotu v tomto betonu jsou pokryta pláštěm z magnezitového cementového kamene.