Ognjevzdržni betoni z nizko vsebnostjo cementa se primerjajo s tradicionalnimi ognjevzdržnimi betoni iz aluminatnega cementa. Količina dodatka cementa v tradicionalnih ognjevzdržnih betonih iz aluminatnega cementa je običajno 12–20 %, količina dodane vode pa je običajno 9–13 %. Zaradi velike količine dodane vode ima ulitek veliko por, ni gost in ima nizko trdnost; zaradi velike količine dodanega cementa se sicer lahko dosežejo višje trdnosti pri normalnih in nizkih temperaturah, vendar se trdnost zaradi kristalne transformacije kalcijevega aluminata pri srednjih temperaturah zmanjša. Očitno vneseni CaO reagira s SiO2 in Al2O3 v ulitku in tvori nekatere snovi z nizkim tališčem, kar povzroči poslabšanje lastnosti materiala pri visokih temperaturah.
Ko se uporabi tehnologija ultrafinega prahu, visoko učinkoviti dodatki in znanstvena gradacija delcev, se vsebnost cementa v ulitku zmanjša na manj kot 8 %, vsebnost vode pa na ≤ 7 %, kar omogoča pripravo in uporabo nizkocementnega ognjevzdržnega ulitka. Vsebnost CaO je ≤ 2,5 %, njegovi kazalniki delovanja pa običajno presegajo kazalnike delovanja aluminatnih cementnih ognjevzdržnih ulitkov. Ta vrsta ognjevzdržnega ulitka ima dobro tiksotropijo, kar pomeni, da ima mešani material določeno obliko in začne teči z majhno zunanjo silo. Ko zunanja sila preneha delovati, ohrani pridobljeno obliko. Zato se imenuje tudi tiksotropni ognjevzdržni ulit. Samotekoči ognjevzdržni ulit se imenuje tudi tiksotropni ognjevzdržni ulit. Spada v to kategorijo. Natančen pomen nizkocementnih ognjevzdržnih ulitkov še ni opredeljen. Ameriško združenje za testiranje in materiale (ASTM) opredeljuje in razvršča ognjevzdržne ulitke glede na vsebnost CaO.
Gosta in visoka trdnost sta izjemni lastnosti ognjevzdržnih betonov z nizko vsebnostjo cementa. To je dobro za izboljšanje življenjske dobe in učinkovitosti izdelka, vendar povzroča tudi težave pri peki pred uporabo, saj lahko do ulivanja zlahka pride, če med peko niste previdni. Pojav poka telesa lahko zahteva vsaj ponovno ulivanje ali pa v hujših primerih ogrozi osebno varnost okoliških delavcev. Zato so različne države izvedle tudi različne študije o peki ognjevzdržnih betonov z nizko vsebnostjo cementa. Glavni tehnični ukrepi so: z oblikovanjem razumnih krivulj peči in uvedbo odličnih protieksplozijskih sredstev itd. se lahko voda iz ognjevzdržnih betonov gladko odstrani brez drugih stranskih učinkov.
Tehnologija ultrafinih prahov je ključna tehnologija za ognjevzdržne betone z nizko vsebnostjo cementa (trenutno je večina ultrafinih prahov, ki se uporabljajo v keramiki in ognjevzdržnih materialih, dejansko med 0,1 in 10 μm in delujejo predvsem kot pospeševalci disperzije in strukturni zgoščevalci). Prvi povzroči visoko disperzijo delcev cementa brez flokulacije, drugi pa popolnoma zapolni mikropore v ulivnem telesu in izboljša trdnost.
Trenutno pogosto uporabljene vrste ultrafinih prahov vključujejo SiO2, α-Al2O3, Cr2O3 itd. Specifična površina mikropraha SiO2 je približno 20 m2/g, velikost delcev pa je približno 1/100 velikosti delcev cementa, zato ima dobre polnilne lastnosti. Poleg tega lahko mikroprah SiO2, Al2O3, Cr2O3 itd. v vodi tvori koloidne delce. Ko je prisoten dispergator, se na površini delcev tvori prekrivajoča se električna dvojna plast, ki ustvarja elektrostatično odbijanje, kar premaga van der Waalsovo silo med delci in zmanjša energijo vmesnika. Preprečuje adsorpcijo in flokulacijo med delci; hkrati se dispergator adsorbira okoli delcev in tvori plast topila, kar prav tako poveča tekočnost ulitka. To je tudi eden od mehanizmov ultrafinega prahu, to pomeni, da lahko dodajanje ultrafinega prahu in ustreznih dispergatorjev zmanjša porabo vode pri ognjevzdržnih ulitkih in izboljša tekočnost.
Strjevanje in vezava nizkocementnih ognjevzdržnih betonov je rezultat kombiniranega delovanja hidratacijskega vezanja in kohezijskega vezanja. Hidracija in strjevanje kalcijevega aluminatnega cementa sta predvsem hidracija hidravličnih faz CA in CA2 ter proces rasti kristalov njunih hidratov, torej reagirata z vodo in tvorita šesterokotne luske ali igličaste CAH10, C2AH8. Hidracijski produkti, kot so kubični kristali C3AH6 in geli Al2O3аq, nato med procesom strjevanja in segrevanja tvorijo medsebojno povezano kondenzacijsko-kristalizacijsko mrežno strukturo. Aglomeracija in vezava sta posledica aktivnega ultrafinega prahu SiO2, ki ob stiku z vodo tvori koloidne delce in se ob stiku z ioni počasi disociira od dodanega dodatka (tj. elektrolita). Ker sta površinska naboja obeh nasprotna, torej koloidna površina adsorbira protiione, kar povzroči nastanek £2. Potencial se zmanjša in pride do kondenzacije, ko adsorpcija doseže "izoelektrično točko". Z drugimi besedami, ko je elektrostatično odbijanje na površini koloidnih delcev manjše od privlačnosti, pride do kohezivne vezi s pomočjo van der Waalsove sile. Po kondenzaciji ognjevzdržne litine, pomešane s silicijevim prahom, se skupine Si-OH, ki so nastale na površini SiO2, posušijo in dehidrirajo, da se premostijo, pri čemer se tvori siloksanska (Si-O-Si) mrežna struktura in se s tem strdi. V siloksanski mrežni strukturi se vezi med silicijem in kisikom ne zmanjšujejo z naraščanjem temperature, zato se trdnost še naprej povečuje. Hkrati se pri visokih temperaturah mrežna struktura SiO2 reagira z Al2O3, ki je v njej ovit, in tvori mulit, kar lahko izboljša trdnost pri srednjih in visokih temperaturah.
Čas objave: 28. februar 2024
