Mặc dùbê tông chịu lửavà bê tông thông thường có tên và hình thức tương tự nhau, và cả hai đều chủ yếu được hình thành bằng cách đổ hoặc đầm trong quá trình thi công. Chúng có những khác biệt cơ bản về hệ thống vật liệu, tính chất vật lý và hóa học, môi trường dịch vụ, định vị chức năng và logic ứng dụng kỹ thuật. Chúng thuộc hai loại kỹ thuật khác nhau là vật liệu chịu lửa và vật liệu xây dựng dân dụng và không thể sử dụng thay thế hoặc thay thế cho nhau.
I. Thành phần vật liệu và cơ chế liên kết
Bê tông chịu lửa là vật liệu chịu lửa vô định hình điển hình, với cốt lõi của nó nằm ở "độ ổn định nhiệt độ-cao" và "khả năng duy trì cấu trúc". Cốt liệu của nó thường là các nguyên liệu khoáng chất có điểm nóng chảy-cao-chẳng hạn như clanhke bauxite alumina-cao, alumina nung chảy, mullite, sillimanite hoặc cacbua silic đã trải qua quá trình nung-ở nhiệt độ cao. Sự phân bố kích thước hạt được thiết kế nghiêm ngặt để cân bằng mật độ và khả năng chống sốc nhiệt; nguyên liệu bột bao gồm bột mịn và bột vi mô hoạt tính-của các vật liệu tương ứng (chẳng hạn như bột vi mô-alumina, bột vi mô-silica), được sử dụng để lấp đầy các khoảng trống và tăng cường hoạt động thiêu kết. Chất kết dính là chìa khóa cho độ bền-ở nhiệt độ phòng và hiệu suất{{12}ở nhiệt độ cao, với các loại phổ biến bao gồm: xi măng alumina cao (chất kết dính làm cứng-nước, thích hợp với điều kiện nhiệt độ-trung bình và thấp), natri/kali silicat (được làm cứng bằng axit, có khả năng chống xói mòn kiềm nhất định), phốt phát (chẳng hạn như nhôm dihydrogen photphat, tạo thành cấu trúc mạng ba{15} chiều, chuyển thành pha gốm ở nhiệt độ cao, mang lại đặc tính chống nứt và độ bền{16}}ở trạng thái nóng tuyệt vời) cũng như chất kết dính gel sol{18}}phát triển nhanh chóng trong những năm gần đây (chẳng hạn như nhôm sol, silica sol). Các hệ thống liên kết khác nhau tương ứng với các giai đoạn xây dựng khác nhau, chế độ bảo dưỡng và phạm vi nhiệt độ sử dụng cuối cùng.
Ngược lại, bê tông thông thường thuộc hệ thống vật liệu kết dính làm cứng nước điển hình, với xi măng Portland thông thường (chủ yếu là loại P·O 42,5 hoặc 52,5) làm thành phần kết dính và cốt liệu sử dụng cát sông tự nhiên, đá dăm hoặc cát và sỏi nhân tạo, tuân thủ nghiêm ngặt các thông số phân cấp; nước trộn tham gia vào phản ứng hydrat hóa các khoáng clanhke xi măng (C₃S, C₂S, v.v.), tạo ra cấu trúc mạng với canxi silicat hydrat (gel C-S-H) làm thành phần chính, được bổ sung canxi hydroxit, ettringit và các sản phẩm khác, tạo thành cơ sở cho khả năng chịu tải-ở nhiệt độ phòng. Sự phát triển hiệu suất của nó phụ thuộc nhiều vào mức độ hydrat hóa và điều kiện nhiệt độ và độ ẩm môi trường, thiếu khả năng tái cấu trúc ở nhiệt độ cao.
II. Nhiệt độ sử dụng và hiệu suất chịu lửa
Mục tiêu thiết kế của bê tông nguyên khối chịu lửa là chịu được tải nhiệt ở nhiệt độ cao-trong thời gian dài. Theo tiêu chuẩn quốc gia GB/T 29921-2013"Vật liệu đúc chịu lửa" và thực tiễn ngành, nhiệt độ sử dụng lâu dài của xi măng aluminat-kết dính chịu lửa thông thường là 900–1250 độ , với nhiệt độ cao nhất-trong thời gian ngắn lên đến 1350 độ. Ngược lại, hệ thống liên kết phốt phát-, do mất nước và đa ngưng tụ trong quá trình gia nhiệt và hình thành các pha gốm điểm-nóng chảy{9}}cao chẳng hạn như AlPO₄, có thể duy trì nhiệt độ sử dụng lâu dài ở mức 1450–1650 độ, với độ khúc xạ thường trên 1700 độ và một số hệ thống alumina crom hoặc zirconia alumina thậm chí còn vượt quá 1800 độ , Ngoài khả năng chịu nhiệt độ cao, các đặc tính chính của nó còn bao gồm độ ổn định sốc nhiệt tốt (khả năng chống nứt và vỡ khi làm nóng và làm mát nhanh lặp đi lặp lại), độ ổn định thể tích ở nhiệt độ cao. (tốc độ thay đổi tuyến tính dư được kiểm soát trong phạm vi ±0,5%) và khả năng chống mài mòn dưới dòng khí có nhiệt độ cao.
Bê tông thông thường hoàn toàn không phù hợp với môi trường có nhiệt độ-cao. Khi nhiệt độ tăng lên khoảng 300 độ, canxi hydroxit trong các sản phẩm hydrat hóa bắt đầu mất nước; trên 400 độ , cấu trúc gel C-S-H xấu đi đáng kể và độ bền giảm mạnh; sau 500 độ, đá xi măng về cơ bản mất khả năng liên kết, xuất hiện bột và vỡ vụn rõ ràng. Nếu tiếp xúc với ngọn lửa hoặc nhiệt độ cao đột ngột, nó cũng có thể bị nổ do áp suất hơi tăng đột ngột do sự bốc hơi của nước tự do bên trong. Do đó, giới hạn nhiệt độ sử dụng theo thiết kế của nó bị giới hạn nghiêm ngặt ở mức dưới 400 độ so với nhiệt độ phòng và chỉ phù hợp với các chức năng bao bọc và chịu tải kết cấu trong điều kiện khí hậu bình thường.
III. Tính chất hóa học và khả năng thích ứng khí quyển
Bê tông chịu lửa có hệ thống phân loại rõ ràng dựa trên độ axit hoặc độ kiềm của các thành phần chính và xu hướng phản ứng của chúng với khí lò ở nhiệt độ cao. Nó được chia thành ba loại chính: có tính axit (chẳng hạn như silica, bán{1}}silica), trung tính (chẳng hạn như alumina cao, corundum, cacbua silic) và kiềm (chẳng hạn như magie, magie-alumina Spinel, dolomite). Sự phân loại này trực tiếp phục vụ bầu không khí vận hành phức tạp và dễ thay đổi trong các lò công nghiệp. Ví dụ, trong buồng đốt của lò luyện cốc, nơi cần có khả năng chống lại khí khử (CO, H₂), hệ thống trung tính hoặc kiềm được ưu tiên; trong buồng tái sinh của lò nấu chảy thủy tinh, nơi tiếp xúc với khí thải có nhiệt độ-cao và hơi kiềm có tính oxy hóa cao, các vật liệu gốc zirconia hoặc mullite nung chảy-có khả năng kháng kiềm được ưu tiên; và trong các lò phản xạ dùng để luyện kim loại màu-có liên quan đến lưu huỳnh-có chứa khí thải ăn mòn, cần phải có vật liệu đúc alumina cao liên kết phốt phát-đặc biệt có khả năng chống xói mòn SO₂.
Bê tông thông thường có tính kiềm mạnh (có giá trị pH trên 12,5) và các sản phẩm hydrat hóa của nó dễ dàng trải qua các phản ứng trung hòa với môi trường axit (như sương axit công nghiệp, mưa axit và dung dịch đất axit), dẫn đến sự hòa tan muối canxi, tăng độ xốp và giảm cường độ. Nó cũng thiếu khả năng chống hiệu quả đối với các ion ăn mòn như ion clorua và sunfat. Hơn nữa, nó không ổn định trong các môi trường khí quyển đặc biệt như điều kiện khử, cacbon hóa hoặc thấm nitơ. Do đó, môi trường ứng dụng của nó cực kỳ hạn chế và chỉ được khuyến nghị sử dụng trong điều kiện khí quyển chung khô, trung tính hoặc có tính kiềm yếu. Nó không được tiếp xúc với môi trường có tính ăn mòn mạnh hoặc môi trường -giảm nhiệt độ cao bị bịt kín.
IV. Trường ứng dụng và định vị chức năng
Giá trị cốt lõi của bê tông chịu lửa nằm ở việc xây dựng "rào cản nhiệt" cho thiết bị công nghiệp có nhiệt độ-cao. Chức năng của nó rất phức tạp và chuyên dụng: nó không chỉ hỗ trợ cấu trúc lớp lót mà còn đạt được nhiều nhiệm vụ như cách nhiệt và bảo quản, chống xỉ xâm nhập, bảo vệ chống xói mòn dòng khí và giảm tác động của ứng suất nhiệt. Các kịch bản ứng dụng điển hình bao gồm kênh khai thác sắt của lò cao, lớp làm việc của muôi sắt nóng chảy, đỉnh hình cầu và lớp lót bằng gạch ca rô của lò cao nóng trong ngành thép; tháp phản ứng lò luyện nhanh, vỏ và dây chuyền xỉ của lò anode quay trong lĩnh vực luyện kim màu-; miệng lò trước và sau và nón lò phân hủy của lò quay xi măng trong ngành vật liệu xây dựng; và lớp lót của phần bức xạ của lò Cracking ethylene và lớp lót bên trong của thiết bị tái sinh trong các bộ phận Cracking xúc tác trong ngành hóa dầu. Ở những khu vực này, bê tông chịu lửa thường hoạt động kết hợp với gạch chịu lửa định hình, module sợi và bu lông neo để tạo thành một hệ thống nhiệt hoàn chỉnh.
Mặt khác, bê tông thông thường tập trung vào độ tin cậy cơ học và khả năng thích ứng với môi trường trong toàn bộ vòng đời của các dự án kỹ thuật dân dụng. Nó nhấn mạnh các đặc tính như cường độ nén, tính không thấm nước, khả năng chống đóng băng-chu kỳ tan băng, độ bền bám của thanh cốt thép và khả năng kiểm soát từ biến dài hạn-trong điều kiện và nhiệt độ bình thường. Các ứng dụng của nó bao gồm nhiều lĩnh vực bao gồm kết cấu xây dựng (dầm, tấm, cột, tường chịu cắt, tấm móng), cơ sở hạ tầng giao thông (lớp nền và lớp bề mặt đường cao tốc, tà vẹt đường sắt, trụ cầu và mố), công trình thủy lợi (đập đập, lớp lót kênh) và kỹ thuật đô thị (kết cấu đường hầm, giếng kiểm tra, lớp nền đường). Cơ sở thiết kế cho bê tông thông thường là "Quy tắc thiết kế kết cấu bê tông" (GB 50010) và "Quy tắc phân chia tỷ lệ bê tông thông thường" (JGJ 55), nhấn mạnh đến tiêu chuẩn hóa, sản xuất hàng loạt và tính kinh tế thay vì chức năng-nhiệt độ cao.
V. Kỹ thuật thi công và hệ thống bảo dưỡng
Mặc dù cả hai loại bê tông đều bao gồm các quy trình chung như trộn cưỡng bức trong máy trộn, bơm hoặc đổ thủ công và đầm rung, các điểm kiểm soát kỹ thuật khá khác nhau. Bê tông-chống cháy rất nhạy cảm với lượng nước thêm vào: quá nhiều nước sẽ làm tăng độ xốp, giảm độ bền-ở nhiệt độ cao và tăng nguy cơ nứt trong giai đoạn nung; quá ít nước sẽ dẫn đến không đủ tính lưu động và khó đạt được độ nén chặt. Trong xây dựng thực tế, khả năng thi công thường được điều chỉnh bằng cách bổ sung các chất làm chậm và giảm nước hiệu quả-cao, đồng thời giá trị tính lưu động của vữa (chẳng hạn như được xác định bằng thử nghiệm độ sụt) cũng như thời gian đông kết ban đầu và cuối cùng được giám sát chặt chẽ. Sau khi hình thành, nó phải trải qua hai giai đoạn quan trọng: thứ nhất, thời gian khô tự nhiên (thường không dưới 24–48 giờ) để nước tự do thoát ra từ từ và ngăn ngừa nứt co ngót bề mặt; sau đó, chế độ nướng có hệ thống được triển khai - với tốc độ gia nhiệt theo giai đoạn (chẳng hạn như Nhỏ hơn hoặc bằng 15 độ /h), nền tảng nhiệt độ không đổi (chẳng hạn như giữ ở 300 độ, 600 độ và 900 độ trong vài giờ) và nhiệt độ mục tiêu cuối cùng. Tổng thời gian thường không ít hơn 7 ngày để đảm bảo chuyển đổi hoàn toàn chất kết dính, loại bỏ hoàn toàn độ ẩm và hình thành mạng lưới liên kết gốm hoàn chỉnh. Bê tông chống cháy chưa trải qua quá trình nung tiêu chuẩn sẽ dễ bị nứt vỡ cấu trúc hoặc thậm chí sụp đổ sau khi vận hành.
Mặt khác, việc xây dựng bê tông thông thường hướng tới hiệu quả và khả năng kiểm soát: các thông số như tỷ lệ xi măng-nước, độ sụt và nhiệt độ khuôn có giới hạn rõ ràng; rung động nhằm mục đích loại bỏ các bề mặt rỗ tổ ong và đảm bảo mật độ; Quá trình bảo dưỡng tiêu chuẩn được thực hiện trong điều kiện giữ ẩm có mái che, nhiệt độ không đổi (20±2 độ) và độ ẩm bão hòa (Lớn hơn hoặc bằng 95%) và có thể đạt trên 95% cấp cường độ thiết kế sau 28 ngày. Đối với các kết cấu có thể tích lớn, các biện pháp kiểm soát nhiệt độ cũng được thực hiện để ngăn chặn sự chênh lệch nhiệt độ quá mức giữa bên trong và bên ngoài gây ra các vết nứt. Toàn bộ quá trình không yêu cầu bất kỳ-bước xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao nào, thời gian vận hành ngắn và chi phí quản lý thấp.
mặc dù bê tông chịu lửa và bê tông thông thường đều thuộc danh mục "bê tông", nhưng bản chất của chúng khác nhau về cơ bản: bê tông chịu lửa là vật liệu đặc biệt có chức năng lấy-điều kiện nhiệt độ cao làm điều kiện tiên quyết, dựa trên tính chịu lửa vốn có của vật liệu và được thiết kế với các điều kiện ghép đa{1}}yếu tố làm ranh giới; loại thứ hai là vật liệu kết cấu cơ bản tập trung vào các đặc tính cơ học ở nhiệt độ bình thường, được đảm bảo độ bền-lâu dài và tuân theo quy trình xây dựng được tiêu chuẩn hóa. Cả hai đều có hệ thống riêng về nguồn nguyên liệu thô, nguyên tắc chuẩn bị, phương pháp mô tả đặc tính thực hiện, tiêu chuẩn chấp nhận chất lượng và chuỗi dịch vụ kỹ thuật. Trong thực hành kỹ thuật, cần phải phối hợp giữa các kỹ sư vật liệu chịu lửa và kỹ sư kết cấu để tiến hành lựa chọn chuyên ngành và thiết kế sơ đồ dựa trên các yếu tố toàn diện như nhiệt độ vận hành thiết bị, tính chất khí quyển, đặc tính tải nhiệt, độ bền mài mòn cơ học và yêu cầu bảo trì. Chủ nghĩa kinh nghiệm, áp dụng bằng cách loại suy, hoặc đơn giản hóa và thay thế đều bị nghiêm cấm. Chỉ bằng cách kết hợp chính xác các đặc tính của vật liệu với yêu cầu vận hành thì mới có thể đảm bảo hoạt động an toàn, hiệu quả và lâu dài-của thiết bị công nghiệp nhiệt độ cao-.
