Deşibeton refractarși betonul obișnuit au denumiri și înfățișări similare și ambele sunt formate în principal prin turnare sau lovire în timpul construcției, au diferențe fundamentale în sistemele materiale, proprietăți fizice și chimice, medii de serviciu, poziționare funcțională și logica de aplicare a ingineriei. Acestea aparțin a două categorii tehnice diferite, și anume materiale refractare și materiale de construcție civilă, și nu pot fi folosite interschimbabil sau înlocuite unele cu altele.
I. Compoziția materialului și mecanismul de lipire
Betonul refractar este un material refractar amorf tipic, cu miezul aflat în „stabilitatea la temperatură-înaltă” și „capacitatea de reținere structurală”. Agregatele sale sunt de obicei materii prime minerale cu punct de topire-înalt-cum ar fi clincherul de bauxită cu-alumină înaltă, alumină topită, mullita, silimanit sau carbură de siliciu care au suferit calcinare la temperatură-înaltă. Distribuția dimensiunii particulelor este strict concepută pentru a echilibra densitatea și rezistența la șoc termic; materialele sub formă de pulbere includ pulberi fine și micro-pulberi active ale materialelor corespunzătoare (cum ar fi micro-pulbere de alumină, micro-pulbere de silice), utilizate pentru a umple golurile și pentru a îmbunătăți activitatea de sinterizare. Liantul este cheia rezistenței sale la temperatură-cameră și a performanței la temperatură-înaltă, cu tipuri obișnuite, inclusiv: ciment cu alumină ridicată (liant de întărire-apă, potrivit pentru condiții de temperatură medie și-scăzută), silicat de sodiu/potasiu (întărit de acid, cu o anumită rezistență la fosfat de aluminiu, dioxid de fosfat (eroziune hidrogenă), formând o structură de rețea tri-dimensională, transformându-se într-o fază ceramică la temperaturi ridicate, conferind rezistență la cald-excelente și proprietăți anti-scăpare) și lianți de sol-gel care se dezvoltă rapid în ultimii ani (cum ar fi sol de aluminiu, sol de silice). Diferite sisteme de lipire corespund unor perioade diferite de construcție, regimuri de întărire și intervale de temperatură finală de serviciu.
Spre deosebire de aceasta, betonul obișnuit aparține unui sistem tipic de materiale cimentoase care se întăresc cu apă, cu ciment Portland general (P·O 42,5 sau 52,5 în principal) ca componentă de ciment și agregate care utilizează nisip natural de râu, piatră concasată sau nisip și pietriș manufacturat, respectând strict specificațiile de gradare; apa de amestecare participă la reacția de hidratare a mineralelor de clincher de ciment (C₃S, C₂S etc.), generând o structură de rețea cu hidrat de silicat de calciu (gel C-S{-H) ca corp principal, suplimentat cu hidroxid de calciu, etringit și alte produse, formând baza capacității de încărcare la temperatura camerei. Dezvoltarea performanței sale este foarte dependentă de gradul de hidratare și de condițiile de temperatură și umiditate a mediului, lipsind capacitatea de restructurare la temperaturi ridicate.
II. Temperatura de serviciu și performanța refractarului
Obiectivul de proiectare al betonului monolit refractar este să reziste la sarcini termice la temperatură ridicată pentru o perioadă lungă de timp. Conform standardului național GB/T 29921-2013 "Castables refractare" și practica industriei, temperatura de serviciu pe termen lung a betonului refractar lipit de ciment aluminat convențional- este de 900–1250 de grade , cu o temperatură de vârf pe termen scurt de până la 1350 de grade . Fazele ceramice cu punct de topire înalt, cum ar fi AlPO₄, pot menține o temperatură de serviciu pe termen lung de 1450–1650 de grade, cu o refractare în general peste 1700 de grade, iar unele sisteme de alumină de crom sau zirconiu depășesc chiar și 1806} gradul de rezistență ridicat Proprietățile includ, de asemenea, o bună stabilitate la șocuri termice (rezistență la fisurare și ruptură în cazul încălzirii și răcirii rapide repetate), stabilitatea volumului la temperatură înaltă-(rata de schimbare liniară reziduală controlată cu ±0,5%) și rezistența la uzură și eroziune în cazul fluxului de gaz la-înaltă temperatură.
Betonul obișnuit este complet nepotrivit pentru medii cu temperatură ridicată-. Când temperatura crește la aproximativ 300 de grade, hidroxidul de calciu din produsele de hidratare începe să se deshidrateze; peste 400 de grade, structura gelului C-S{-H se deteriorează semnificativ, iar rezistența scade brusc; după 500 de grade, piatra de ciment își pierde practic capacitatea de aderență, arătând pulbere și despicare evidentă. Dacă este expus la flăcări deschise sau la temperaturi ridicate bruște, poate prezenta, de asemenea, ruperea explozivă din cauza creșterii bruște a presiunii aburului cauzată de vaporizarea apei libere interne. Prin urmare, limita sa de proiectare a temperaturii de serviciu este strict limitată la sub 400 de grade față de temperatura camerei și este potrivită numai pentru sarcini structurale- și pentru funcții de incintă în condiții climatice normale.
III. Proprietăți chimice și adaptabilitate la atmosferă
Betonul refractar are un sistem clar de clasificare bazat pe aciditatea sau alcalinitatea componentelor sale principale și tendințele lor de reacție cu gazele de cuptor la temperaturi ridicate. Este împărțit în trei categorii majore: acid (cum ar fi silice, semi-silice), neutru (cum ar fi cu conținut ridicat de alumină, corindon, carbură de siliciu) și alcalin (cum ar fi magnezia, magnezia-alumină spinel, dolomit). Această clasificare servește direct atmosferele de funcționare complexe și schimbătoare din cuptoarele industriale. De exemplu, în camera de ardere a unui cuptor de cocs, unde este necesară rezistența la gazele reducătoare (CO, H₂), sunt preferate sistemele neutre sau alcaline; în camera de regenerare a unui cuptor de topire a sticlei, unde are loc expunerea la gaze de ardere la temperatură înaltă oxidativă-și vapori alcalini, sunt prioritare materialele pe bază de zirconiu sau mullit-topit cu rezistență la alcali; iar în cuptoarele cu reverberație pentru topirea metalelor neferoase, unde este implicat contactul cu gazele de ardere corozive care conțin sulf-, sunt necesare materiale turnate cu conținut ridicat de alumină, lipite cu fosfat-, cu rezistență la eroziunea cu SO₂.
Betonul obișnuit este puternic alcalin (cu o valoare a pH-ului peste 12,5), iar produsele sale de hidratare suferă ușor reacții de neutralizare cu medii acide (cum ar fi ceață industrială acide, ploi acide și soluții acide de sol), ducând la dizolvarea sărurilor de calciu, o creștere a porozității și o scădere a rezistenței. De asemenea, îi lipsește rezistența eficientă la ionii corozivi, cum ar fi ionii de clorură și sulfat. În plus, nu este stabil în atmosfere speciale, cum ar fi condiții de reducere, cementare sau nitrurare. Prin urmare, mediul său de aplicare este extrem de limitat și este recomandat doar pentru condiții atmosferice generale uscate, neutre sau slab alcaline. Nu trebuie expus la medii puternic corozive sau atmosfere sigilate-reducătoare de temperatură înaltă.
IV. Domenii de aplicație și poziționare funcțională
Valoarea de bază a betonului refractar constă în construirea unei „bariere termice” pentru echipamente industriale-înalte. Funcțiile sale sunt complexe și specializate: nu trebuie doar să susțină structura căptușelii, ci și să îndeplinească sarcini multiple, cum ar fi izolarea termică și conservarea, rezistența la pătrunderea zgurii, protecția împotriva eroziunii fluxului de gaz și amortizarea impactului stresului termic. Scenariile tipice de aplicare includ canalul de aruncare a fierului din furnalele înalte, stratul de lucru al oalelor de fier topit, partea superioară sferică și așternutul de cărămidă checker al sobelor cu explozie fierbinte din industria siderurgică; turnul de reacție al cuptorului de topire rapidă, capacul și linia de zgură a cuptoarelor rotative anodice din domeniul metalurgiei neferoase; gurile frontale și posterioare ale cuptorului și conurile cuptorului de descompunere ale cuptoarelor rotative de ciment din industria materialelor de construcție; și căptușeala secțiunii radiante a cuptoarelor de cracare cu etilenă și căptușeala interioară a regeneratoarelor din unitățile de cracare catalitică din industria petrochimică. În aceste zone, betonul refractar funcționează adesea împreună cu cărămizi refractare modelate, module de fibre și șuruburi de ancorare pentru a forma un sistem termic complet.
Pe de altă parte, betonul obișnuit se concentrează pe fiabilitatea mecanică și pe adaptabilitatea la mediu pe parcursul întregului ciclu de viață al proiectelor de inginerie civilă. Accentuează proprietăți precum rezistența la compresiune, impermeabilitatea, rezistența la ciclurile de îngheț-dezgheț, rezistența de prindere a barelor de armătură și controlul-deformarii pe termen lung în condiții și temperaturi normale. Aplicațiile sale acoperă o gamă largă de domenii, inclusiv structuri de construcții (grinzi, plăci, stâlpi, pereți de forfecare, plăci de fundație), infrastructură de transport (straturi de bază și de suprafață a autostrăzii, traverse de cale ferată, piloni de pod și cule), facilități de conservare a apei (deversoruri de baraje, căptușeli de canal) și inginerie municipală (structuri de tunel, puțuri de inspecție pentru straturi de drum). Baza de proiectare pentru betonul obișnuit este „Codul pentru proiectarea structurilor din beton” (GB 50010) și „Codul pentru proporționarea betonului obișnuit” (JGJ 55), punând accent pe standardizare, producție în masă și economie, mai degrabă decât funcționalitatea la temperatură înaltă-.
V. Tehnici de construcție și sisteme de întărire
Deși ambele tipuri de beton implică procese comune precum amestecarea forțată într-un malaxor, pomparea sau turnarea manuală și compactarea prin vibrații, punctele de control tehnic sunt destul de diferite. Betonul rezistent la foc-este foarte sensibil la cantitatea de apă adăugată: prea multă apă va crește porozitatea, va reduce rezistența la temperatură-înaltă și va crește riscul de fisurare în timpul etapei de coacere; prea puțină apă va avea ca rezultat o fluiditate insuficientă și dificultăți în realizarea compactării dense. În construcția efectivă, lucrabilitatea este adesea reglementată prin adăugarea de reductoare și întârzieri de apă cu eficiență ridicată-, iar valoarea fluidității nămolului (cum ar fi determinată de testul de slump) și timpii de priză inițial și final sunt strict monitorizate. După formare, acesta trebuie să treacă prin două etape critice: în primul rând, o perioadă de uscare naturală (de obicei nu mai puțin de 24–48 de ore) pentru a permite apei libere să scape încet și pentru a preveni fisurarea prin contracția suprafeței; apoi, se implementează un regim sistematic de coacere - cu rate de încălzire în etape (cum ar fi Mai puțin sau egală cu 15 grade/h), platforme de temperatură constantă (cum ar fi menținerea la 300 de grade, 600 de grade și 900 de grade timp de câteva ore) și o temperatură țintă finală. Perioada totală este în general nu mai mică de 7 zile pentru a asigura conversia completă a liantului, îndepărtarea completă a umezelii și formarea unei rețele complete de lipire ceramică. Betonul-rezistent la foc, care nu a fost supus unei coacere standardizate, este predispus la ruperea structurală sau chiar la prăbușire după exploatare.
Construcția betonului obișnuit, pe de altă parte, este orientată către eficiență și controlabilitate: parametri precum raportul de apă-ciment, declinul și temperatura mucegaiului au limite clare; vibrația are ca scop eliminarea suprafețelor de fagure și sâmburi și asigurarea densității; Întărirea standard se efectuează în condiții de reținere a umidității acoperite, temperatură constantă (20±2 grade) și umiditate saturată (mai mare sau egală cu 95%) și poate atinge peste 95% din gradul de rezistență proiectat după 28 de zile. Pentru structurile cu volum mare-, se iau, de asemenea, măsuri de control al temperaturii pentru a preveni diferențele excesive de temperatură între interior și exterior să provoace fisuri. Întregul proces nu necesită etape de tratament termic la-înaltă temperatură, are o perioadă scurtă de punere în funcțiune și costuri reduse de gestionare.
deși betonul refractar și betonul obișnuit se încadrează ambele în categoria „betonului”, natura lor este fundamental diferită: primul este un material special funcțional care ia ca o condiție prealabilă serviciul de temperatură înaltă, se bazează pe refractaritatea inerentă a materialului și este proiectat cu condiții de cuplare multi{-factoriale ca limită; acesta din urmă este un material structural de bază care se concentrează pe proprietățile mecanice la temperatură normală, este garantat de durabilitatea pe termen lung-și urmează o cale de construcție standardizată. Ambele au propriile sisteme în ceea ce privește sursele de materii prime, principiile de preparare, metodele de caracterizare a performanței, standardele de acceptare a calității și lanțurile de servicii tehnice. În practica inginerească, este necesar să se efectueze selecția specializată și proiectarea schemei în colaborare între inginerii materialelor refractare și inginerii structurali, pe baza unor factori cuprinzătoare, cum ar fi temperatura de funcționare a echipamentului, proprietățile atmosferei, caracteristicile încărcăturii termice, rezistența mecanică la uzură și cerințele de întreținere. Empirismul, aplicarea prin analogie sau simplificarea și substituția sunt strict interzise. Numai prin potrivirea precisă a caracteristicilor materialelor cu cerințele operaționale poate fi asigurată funcționarea sigură, eficientă și pe termen lung a echipamentelor industriale la temperatură înaltă{-.
