Приготавливаем жаропрочный бетон своими руками: пропорции и инструкция

Плюсы и минусы

Плюсов у этого материала достаточно много:

• Большой запас прочности
• Способность выдерживать высокотемпературный нагрев без деформации
• Хорошие теплоизолирующие качества
• Возможность использования, как в качестве скрепляющего вещества кладки, так и для изготовления строительных огнеупорных материалов.

Существует так же и ряд минусов:

• Чем выше целостность, тем ниже способность сопротивления высоким температурам и наоборот
• Уже готовая смесь не может храниться дольше 2-3 недель, иначе полученный бетон не может считаться жаростойким, так как не будет обладать требуемыми параметрами термозащиты

Что такое арт-бетон

Арт-бетон – пластичный, прочный и легкий в работе материал, который применяют там, где обычный бетон не позволит выполнить поставленную задачу. Архикамень напоминает пластилин, поэтому из него можно создавать разнообразные декоративные элементы, сложные формы для украшения строительных объектов и участков – фигуры, лепнина, статуи, колонны, ажурные решетки, парковые скульптуры и т.д.

Задаваясь вопросам о том, актуален ли при выполнении конкретных работ архитектурный бетон, что это такое и как его делать, можно кратко объяснить так: это обычный бетон с различными примесями, которые обеспечивают полезные характеристики материала: увеличивают стойкость, придают цвет, фактуру и т.д.

Художественный бетон производят из песчано-цементной смеси, вводя в состав разнообразные добавки для регулирования декоративных свойств и технологических параметров – пигмент для достижения нужного цвета, уровень прочности, пластичности, стойкости к перепадам температур и влаге, время твердения и т.д.

Основные компоненты материала:

• Вода
• Портландцемент
• Кварцевый песок, мраморная крошка (крупный или мелкий заполнитель)
• Пигмент
• Присадки для получения нужных свойств (модифицирующие, армирующие)

По внешнему виду материал похож на природный камень-дикарь, позволяет красиво оформлять здания и территории, существенно экономя на декоративной отделке. Как и остальные виды бетона, архикамень нормируется государственными стандартами: ГОСТ 26633-2015, ГОСТ 25192-2012. Штукатурно-отделочный состав можно приобрести в специализированных магазинах либо сделать самостоятельно по рецепту.

Характеристики и состав материала

Любой арт-бетон обладает высокой прочностью. В среднем, она составляет 39 МПа спустя 3 суток после схватывания и 59 МПа через 28 дней. Белизна готового состава варьирует в пределах 68-85%, минимальная морозостойкость составляет 100 циклов замораживания и разморозки. Арт-бетон быстро схватывается и набирает прочность уже через 15 часов.

Кроме того, арт-бетон может включать иные ингредиенты:

• мелкофракционный щебень, гальку, ракушки определенного оттенка (для придания декоративности);
• пластификаторы, регуляторы отверждения, добавки для усиления морозостойкости, гидрофобизаторы;
• фиброволокно или другие армирующие волокна.

В смесь могут вводиться пигменты, чтобы она сразу обретала нужный цвет. Также для приготовления материала используется очищенная вода в определенном количестве. Помимо основного вяжущего вещества (цемента), в арт-бетон могут включать и иные компоненты с аналогичными свойствами:

1. Акрил (акриловая смола). Готовый материал быстро сохнет, обладает высокой эластичностью, легче тонируется, подходит для помещений с нестабильной влажностью и температурой. Срок службы арт-бетона увеличивается до 10-15 лет.
2. Минеральные вещества — глина, известь, гипс. Делают состав более декоративным, повышают стойкость к истиранию, придают пожаробезопасность.
3. Силикаты. Обеспечивают высочайшую прочность к повреждениям и действию химических веществ, отталкивают воду. Применяются, если арт-бетон предназначен для наружных работ.
4. Силикон. Дает пластичность, прочность, стойкость к влаге, ультрафиолету.

Чем архитектурный бетон отличается от обычного?

Базовый состав обоих видов одинаковый. Как уже было сказано в предыдущем разделе – это щебень, песок, вода, пластификаторы.

• Чтобы получить архитектурный бетон (арт бетон), в сырье добавляют цветные пигменты для придания цвета, керамическую крошку для текстуры или цветное стекло.
• Чтобы цвет был равномерным и одинаковым, добавляют специальные выравниватели.
• Также часто включают больше пластификаторов, если из материала будут создаваться сложные формы.

Декоративный бетон в интерьере является его частью, выглядит завершено и выразительно, гармонируя с общей обстановкой.

Качество песка и глины

Для приготовления раствора нужно брать чистый и очень мелкий песок. Берут очень чистый и самый мелкий песок, чаще всего это горный или речной песок, который просеивают через мелкое сито, чтобы исключить включения растений и камешки. На ощупь определить, какова глина и подойдет ли она для работы, могут только опытные специалисты. Но для этого существует несколько способов, которые подходят для использования их новичками.

Глину для определения ее качества кладут в ведро и заливают водой, а затем перемешивают, чтобы смесь по консистенции напоминала жидкую сметану. Пока глина не осела на дно, в ведро опускают свежеструганную дощечку, достав ее обратно, смотрят, сколько на нее налипло глины. Если слой менее 1 мм, эта глина тощая, и ее нужно смешивать с более жирными глинами. Если слой очень толстый, требуется добавить песок. Нормальная по пластичности глина прилипнет к доске неравномерно и толщиной около 2 мм.

Размеры шамотного кирпича.

Самый долгий и достоверный способ определить качество глины потребует разделить ее на 5 порций, каждая объемом в 1 литр. Первая порция смешивается с водой. Во вторую добавляют 1/10 часть литровой банки с песком, в третью кладут 1/4 банки, в четвертую — 3/4, а в последнюю — полную банку песка. Смешивая все приготовленное по отдельности до тех пор, пока глина не липнет к рукам, из каждой смеси лепят маленькие шарики, раскатывая часть их в лепешки. Глина сохнет примерно 10 дней в помещении, где сухо и нет сквозняков. Пригодной для соединения кладки считается та смесь, лепешки из которой растрескались менее всего, а шарики не разбиваются, падая с метровой высоты на пол.

Если нет времени ждать 10 дней, можно устроить чуть менее точную проверку смеси на прочность. Шарики укладываются на ровную поверхность и при помощи ровной дощечки начинают слегка придавливаться как можно равномернее. Сразу рассыпавшиеся шарики сделаны из тощей глины, если трещины практически не появляются, глина жирная. Нормальной и подходящей считается та комбинация, когда шарики покрываются мелкими трещинами (при сжатии) примерно на треть от размера.

Как сделать своими руками

Проще всего сделать огнеупорный бетон из готовой сухой смеси. Тогда он будет сразу иметь нужные свойства, которые указаны на упаковке. Для приготовления достаточно развести смесь водой в заданных пропорциях. Добавлять какие-либо другие компоненты не нужно – это ухудшит свойства готовой смеси.

Если по каким-либо причинам нет возможности купить смесь в магазине, придется готовить ее самостоятельно из тех компонентов, которые имеются в распоряжении. Это менее желательный вариант – всегда есть риск ошибиться с пропорциями и получить недостаточно огнеупорный или недостаточно прочный бетон.

Состав

Все цементы – это минеральные композиции на основе известняка, глины и гипса. Может сложиться впечатление, что такое сырье заведомо обладает огнеупорными свойствами. Известняк и гипс, действительно, хорошо выдерживают нагревание, в то время как термостойкость глины в большой степени зависит от ее природы.

Существует 5 разновидностей цементных смесей, из которых в обычной практике наибольшее распространение получил портландцемент с максимальной термической устойчивостью до 600 ℃.

Нагревание уже до 250 ℃ провоцирует появление первых трещин, по которым может распространяться дым и огонь. При более высоких температурах портландцемент начинает разрушаться, что чревато серьезными последствиями при пожарах.

Таблица. Содержание оксидов в высокоглиноземистых составах

Вид цемента	Содержание оксидов нижеуказанных элементов , %
Оксид кальция СаО	Оксид железа Fe2O3	Оксид кремния SiO2	Оксид магния MgO	Оксид серы SO3	Диоксид титана ТiO2	Оксид алюминия Аl2О3
ВГЦ I	32%	1.0%	3.0%	1.5%	2.0%	0.05%	60%
ВГЦ II	28%	1.0%	1.5%	1.0%	2.0%	0.05%	70%

Огнеупорный цемент, сделанный на основе специальных видов глины с преобладанием глиноземистого и высокоглиноземистого сырья, благополучно выдерживает достаточно длительное нагревание до 1480 ℃, особые сорта – до 1750 ℃. Повышенная термостойкость обусловлена большими концентрациями оксида алюминия, которые варьируются от 55 % до максимального содержания, равного 70 %.

Температурные режимы при бетонных работах

Физико-химические процессы в бетоне

Твердение бетонного камня происходит вследствие химического взаимодействия его компонентов.

Бетон представляет собой смесь из четырех основных компонентов, которые обеспечивают ему необходимые характеристики. Назначение и участие каждого из этих компонентов в тех или иных процессах рассмотрены в таблице:

Компонент	Назначение и процессы
Цемент	Необходим для связывания наполнителей и образования цементного камня. Участвует в реакции гидратации совместно с водой, при этом выделяется тепло в окружающее пространство
Вода	Является несущей средой для смешивания и равномерного распределения компонентов смеси по объему, а также она необходима для затворения цемента. Участвует в реакции гидратации совместно с цементом для образования цементного камня
Песок	Является мелким заполнителем, который необходим для заполнения пустот между зернами щебня. Участвует в процессе перераспределения нагрузок от внутренних напряжений при твердении цементного камня, играет роль мелкозернистого каркаса и защищает материал от образования трещин
Щебень	Является крупным заполнителем и используется для экономии цемента, а также для создания крупнозернистого каркаса, препятствующего растрескиванию смеси при твердении. Участвует в процессе распределения нагрузок от внутренних напряжений

Как видим, основные компоненты, обеспечивающие протекание реакции твердения (гидратации) — это вода и цемент.

Реакция взаимодействия воды и цемента протекает с выделением тепла.

Основой образования бетонного камня является реакция гидратации цемента, при которой сначала образуется цементное молоко, которое затем достаточно быстро схватывается и образует монолитную камнеподобную структуру. Песок и щебень здесь нужны для обеспечения физических процессов внутри смеси, связанных с перераспределением нагрузок и внутренних напряжений.

Бетон, приготовленный своими руками, твердеет по такому же принципу.

Оптимальный режим

На фото бетонировка происходит в летнее время, которое лучше всего подходит для этого вида работ.

Реакция гидратации цемента неприхотлива и позволяет определить, при какой температуре можно бетонировать, в достаточно широком диапазоне – от 0 до 90 градусов Цельсия. Однако на практике для обеспечения адекватных условий твердения и возможности выполнения работ этот диапазон сокращается от 4 до 30 градусов.

Укладка в помещении является наиболее оптимальной.

Очевидно, что достичь таких условий можно только при стабильной летней погоде или в помещении. Именно поэтому при проведении наружных работ укладывать бетон всегда стараются в летнее время при сухой и не сильно жаркой погоде.

Нормальный режим

Строительство крупных объектов часто не укладывается в рамки одного сезона.

Практика строительства такова, что в реальных условиях далеко не всегда удается организовать работы таким образом, чтобы всегда соблюдались оптимальные условия бетонирования. Поэтому чаще всего приходится говорить о нормальном режиме, при котором возможна работа как в теплое, так и в холодное время года.

Холодным принято считать такое время, при котором температура воздуха опускается ниже +10 градусов. Сразу следует указать, при какой температуре нельзя бетонировать: без дополнительного обогрева нижний предел температуры составляет +4 градуса, с натяжкой можно сказать, что крайним значением является 0 градусов, хотя инструкция такие натяжки исключает.

Межсезонье – не лучшее время для работ.

Также следует учитывать, что для набора марочной прочности бетонное изделие должно простоять как минимум 28 дней при нормальной температуре, а если температура понижена, этот срок заметно возрастает. Поэтому если вы планируете сразу после заливки фундамента выполнять кладку стен, рекомендуем вам бетонировать не позже конца августа – середины сентября.

Работа в жаркое время также накладывает определенные условия: слишком активное испарение влаги приводит к ее недостатку и понижению качества изделия, а также влечет появление поверхностных трещин.

Для того чтобы избежать таких последствий, необходимо ухаживать за бетоном после укладки:

• увлажнять его;
• защищать от сухого ветра;
• прямых солнечных лучей.

Уход за бетоном особенно необходим в жаркое время.

Во время дождя следует следить за тем, чтобы в свежий бетон не попадало много воды, иначе будет нарушено водоцементное отношение и материал потеряет прочность. Для этого опалубку после заливки накрывают водонепроницаемой пленкой или другим материалом, препятствующим попаданию воды.

Во время дождя свежий бетон накрывают пленкой.

Материалы и инструменты

Для создания жароустойчивого раствора применяются:

Заливка раствора

После приготовления огнеупорной смеси приступают к ее заливке в опалубку или емкости. Формы для заливки раствором нужно предварительно смазать жиром. Это предотвращает пересыхание и упрощает доставание готового элемента. Работы нужно выполнять быстро, так как жароустойчивый раствор обладает высокой плотностью. Укладывают раствор в опалубки или емкости с помощью лопаты, лишнее убирают мастерком.

Уплотнение

Для избавления от пузырьков воздуха в жаропрочном растворе его уплотняют, применяя различные механизмы для трамбовки. Уплотнение огнеупорных растворов происходит с помощью поверхностных или погружных вибраторов. Жароустойчивые смеси нужно утрамбовывать более длительное время. А чтобы предотвратить расслаивание раствора, его доставляют на место укладки напрямую, не совершая перегрузки.

Увлажнение и выдержка

После заливки огнеупорного раствора и уплотнения его оставляют для затвердевания. Процесс естественного твердения заключается в испарении влаги, поэтому раствор нужно периодически обрызгивать водой. Это позволит предотвратить появление растрескивания. Еще незатвердевший раствор нужно укрыть пленкой на 48 часов — потом ее убирают, и бетон продолжает твердеть. Спустя два дня можно извлечь элементы из емкости и поместить в теплое помещение на 28 дней. Когда бетонный раствор достигнет своих прочностных характеристик, он готов к применению по назначению.

Пошаговая инструкция по приготовлению жаропрочного бетона

Подготовьте инструменты для работы:

1. Мастерок.
2. Лопату.
3. Тачку или бетономешалку.
4. Гравий.
5. Опалубку.
6. Огнеупорный цемент.
7. Песок.
8. Распылитель.
9. Гашеную известь.
10. Пластиковый лист.
11. Шланг или другие водоснабжения.

Доставьте тачку или бетономешалку в области работы. У вас должен быть доступ к воде, которую можно будет легко добавить в строительный состав, промыть инструменты и площадку и т.д.

Огнеупорный цемент очень сильно впитывает влагу, его надо держать только в сухом помещении.

Материалы смешиваются в пропорции 3:2:2:0,5, т. е. вы берете 3 части гравия на 2 части печка, 2 части огнеупорного цемента и на 0,5 части гашеной извести. Придерживайтесь данного соотношения вне зависимости от необходимого объема теплопрочного состава.

Поместите песок и гравий в тачку, корыто или бетономешалку. Добавьте гашеную известь и огнеупорный цемент поверх гравия и песка. Смешайте сухие ингредиенты при помощи лопаты. Смешивайте до тех пор, пока не будет достигнуто равномерное распределение ингредиентов.

Добавьте в смесь воду. Сухая смесь и вода перемешиваются. Воды необходимо добавить столько, пока смесь не станет нужной консистенции. Продолжайте добавлять воду в смесь до тех пор, пока бетон не наберет рабочую густоту. Проверить это очень просто — слепите из смеси ком, как будто снежок, и если он не разваливается и не расплывается, значит, воды достаточно.

С помощью лопаты заполните опалубку или форму, предназначенную для заполнения, бетонным раствором. При помощи шпателя необходимо соскрести излишки бетона. Выровняйте поверхность.

Поверхность необходимо периодически сбрызгивать водой. Это предотвратит слишком быстрые влагопотери в процессе отверждения материала и позволит избежать его растрескивания. Можете накрыть влажный бетон полиэтиленовой пленкой на двое суток.

Спустя двое суток удалите полиэтиленовую пленку. Дайте бетону высохнуть в течение как минимум 2 суток перед попыткой удалить опалубку. Теперь останется лишь подождать, пока бетон наберет прочность (около 3 недель). После этого поверхность можно будет использовать.

Потребность в применении огнеупорного бетона возникает при обустройстве или ремонте тепловых агрегатов: печей, котлов, дымовых труб и других объектов, чаще всего промышленного назначения. Верхний температурный предел у обычных марок не превышает 300 °C, при эксплуатации в условиях постоянных и повышенных термических воздействий используются только специализированные составы: жароупорные, высокопрочные, с неизменными или улучшающимися при нагреве рабочими характеристиками, не требующие сложной защиты или обжига. В промышленном строительстве выбираются исключительно заводские смеси, самостоятельное приготовление таких бетонов допускается лишь в частных целях.

В данном случае необходимы особые типы вяжущего: шлакопортландцемент, глиноземистые, периклазовые марки, жидкое стекло. Портландцемент высоких сортов смешивается с тонко размолотым боем шамотного или магнезитового кирпича, пемзы, андезита, лессовых суглинков, доменных шлаков или золы-уноса, хромитовой руды. В качестве наполнителя также используются муллиты, керамзит, перлит, тугоплавкие породы, корунд. Размер зерен при приготовлении имеет принципиальное значение: у мелкофракционного он варьируется от 0,15 до 5 мм, у крупного – в пределах 5-25.

Состав бетона подбирается с учетом ожидаемых условий эксплуатаций: смеси на основе портландцемента не подходят для использования в кислых средах (дымовые трубы), а растворы с повышенной долей жидкого стекла не выдерживают частого воздействия влаги. Устойчивость к агрессивным факторам зависит от процентного содержания алюминатов кальция и силикатов, чем оно выше, тем лучше.

Также компоненты определяют основные рабочие характеристики жароупорных бетонов:

1. Открытую пористость, варьирующеюся от 15 до 25 %. Этот показатель классифицирует бетонные огнеупоры как плотные (10-16 %), уплотненные (16-20) и среднеплотные (20-30) и косвенно влияет на усадочность смесей.

2. Температуру применения. Бетоны, выдерживающие нагрев до 1580 °С, относятся к жароупорным, от 1580 до 1770 – к огнеупорным, свыше – к высокоогнеупорным.

3. Удельный вес материала. Все марки условно разделяются на легкие (содержание перлит и аналогичные добавки), тяжелые и особо тяжелые, в среднем, стандартная плотность у второй и третьей группы превышает 1500 кг/м3.

Эксплуатационные характеристики

Основные характеристики огнеупорных бетонов, кроме высокой огнестойкости:

• Надежная термоизоляция.
• Высокая прочность, неразрушимость даже при резких перепадах температуры.
• Усиление свойств в процессе эксплуатации.
• Отсутствие необходимости в обжиге после окончания работ по заливке, торкретированию.
• Снижение затрат при использовании готовых смесей, которые несложно довести до требуемой консистенции непосредственно на строительном объекте.

Часто у возникает вопрос – как сделать огнестойкий бетон своими руками?

Необходимо это для того, чтобы выполнить из него стационарную печь для барбекю, тандыр или камин.

Невзирая на советы «диванных гуру» из интернета, недостаточно добавить к обычной бетонной смеси специальные огнестойкие добавки, а также невозможно самостоятельно подобрать необходимые ингредиенты согласно заводской рецептуре огнеупорного бетона. В любом случае получившийся материал будет походить на желаемое лишь названием, не обладая требуемыми эксплуатационными характеристиками, но, изготовить жаропрочный бетон в домашних условиях все же возможно.

Монтаж печи с использованием огнеупорного бетона

Для этого необходимо:

• Приобрести сухую смесь заводского производства с необходимыми свойствами.
• Использовать для приготовления заливочного, кладочного раствора именно то количество воды на 1 кг смеси, как это указано в инструкции по применению.
• Для перемешивания нужно использовать лопастную бетономешалку с электроприводом, так как вручную невозможно получить однородную консистенцию бетонного раствора.
• При сушке необходимо сбрызгивать поверхностный слой водой для равномерной гидратации бетонной структуры, увеличения ее прочности.
• Не следует прежде установленных сроков окончательного отвердевания производить нагрев, эксплуатацию печей, каминов, где для заливки, кладки применялся огнеупорный бетон.

Кроме того, большинство готовых огнеупорных смесей обладают короткими сроками гарантийного хранения, поэтому стоит приобретать их незадолго до использования.

Использование огнеупорного бетона

В состав огнеупорного бетона входят специализированные добавки и смеси, которые придают материалу большую прочность при влиянии больших температур.

Во время эксплуатации жаропрочный бетон приобретает еще значительную стойкость к нагреву. Хорошим положительным качеством считается тот момент, что огнеупорный бетон не просит очень дорогого особого обжига, потому повсеместно применяется в строительстве.

По фунционалу он не выделяется от простого бетона и может обеспечивать полную безопасность и защиту вашей конструкции от перегревания. Более того, жаропрочный бетон может использоваться как материал для термоизоляции.

В зависимости от сферы использования делят ячеистый, не тяжелый или плотный бетон. Не тяжёлым материал считается, когда в высушенном состоянии его вес не больше 1500 кг/м3. К базисному сырью из шлакопортландцемента, портландцемента, глиноземистого цемента или стекла жидкого прибавляются тонкомолотые примеси, вроде боя огнеупорного кирпича, кускового шамота, пемзы, боя магнезитового кирпича, андезита и прочих. Добавки помогают отвердеванию жаростойкого бетона и формируют его жаростойкие качества.

Жаростойкие бетоны на фосфатной и силикатной связке

Есть говоря иначе специализированный жаропрочный бетон. Это когда кроме глиноземисто-цементной связки в его состав добавляют силикатную или фостфатную основу. Жаропрочный бетон на фосфатной связке лучше схватуется с другими огнеупорами, быстрее затвердевает и имеет более большую прочность если сравнивать с бетоном на глиноземистом цементе. Отвердитлем выступает цемент, тальк, окись магния. Наполнением служат высокотемпературные материалы: корунд, бой корундовых и высокоглиноземистых огнеупоров, хромиты и хромомагнезиты.

Жаростойкие бетоны на силикатной связке используют в условиях кислотной среды. С целью увеличения твердости добавляют силиката натрия, кремнефтористый натрий, фосфаты.

Заполнителем служит кварц, высококремнеземистый шамот. Благодаря очень высокой стойкости к кислотам жаропрочный бетон на силикатной связке как правило применяют для дымоотвода в травильных ваннах, баках, футеровки труб.

Если вы пришли к выводу построить из огнеупорного бетона мангал, камин или печька в доме собственными руками, то для экономии во время строительства это можно легко изготовить собственноручно. Чтобы это сделать применяют сухую приготовленную смесь или перемешивают компоненты по особенной технологии, схожей с приготовлением простого бетона.

Фабричные смеси сделаны по всем нормам и могут обеспечивать качество продукции. Используя сухую приготовленную смесь, тщательно прочтите на упаковке инструкцию и жестко следуйте ей.

Производственная технология огнеупорного бетона делится на два варианта: если конструкция будет подвергаться влаге, не добавьте жидкое стекло, если среда кислая и опасная не примените портландцемент.

Установите рабочую площадку, удостоверьтесь в общедоступности воды и чистоте инструментов.

Изготовление жаростойкого бетона

В типовый состав жаростойкого бетона входят: песок, гравий, гашеная известь, огнеупорный цемент. В соотношениях исходя из этого 3:2:2:0,5. Чистой фильтрованой воды требуется 7,7 л для 22,5 кг смеси. Лопатой как следует смешайте песок и гравий в тачке или примените бетоньерку.

Потом заливайте смесь водой, пока она не наберет необходимую консистенцию. Перенесите смесь в готовую форму или отливку, выровняйте поверхность шпателем и уберите лишний бетон. Чем быстрее вы будете работать, тем плотнее будет раствор.

Дабы убрать пустоты и освободится от воздушных пузырьков в жаростойкой смеси используйте перфаратор или воспользуйтесь отбойным молотком. В древесную часть формы вставьте сверло и работайте в течении одной минуты. Дальше смесь которая уже готова к использованию нужно покрыть пленкой и оставить на несколько дней, иногда сбрызгивая водой. Готовый противопожарный блок перенесите в помещение и потом оставьте на 25 дней.

Чтобы выполнить отливки воспользуйтесь фанерой. Для легкого извлечения жаростойкого блока на днище формы кладут полимерный этилен, или как максимум смазанный жиром силикон, который не будет мешать испарению воды с поверхности блока.