Кислотостойкий бетон: состав, характеристики, изготовление и применение кислотостойкого бетона

состав, характеристики, изготовление и применение кислотостойкого бетона

Кислотоупорный бетон – это строительный материал, применяемый в случаях, когда существует вероятность контакта строительной конструкции с агрессивными кислотосодержащими средами. Функции вяжущего выполняет жидкое стекло. Такой бетон стоек к воздействию органических и неорганических концентрированных кислот (серной, соляной, азотной) любой степени агрессивности, кроме плавиковой, проявляет слабую устойчивость к воде и быстро разрушается щелочами.

Состав кислотоупорного бетона

Плотность этого строительного материала – 2,1-2,3 т/м³, предел прочности на сжатие в возрасте 20-30 дней – 100-200 кг/см². Чем выше плотность материала, тем лучше его устойчивость к кислотам.

Основные компоненты: калиевое или натриевое жидкое стекло (силикат натрия или калия), кремнефтористый натрий, кварцевый песок, кислотоустойчивый щебень.

Основные компоненты кислотостойкого бетона:

• Жидкое стекло. Используется в виде коллоидного раствора. Кремнеземистый модуль – отношение кремнезема к оксиду натрия или калия – у натриевого стекла должен быть более 2,2, у калиевого – 2,8.
• Крупный заполнитель. В таких смесях может использоваться только щебень из горных пород с высокой кислотостойкостью – гранита, диабаза, андезита.
• Мелкий заполнитель. Чистый кварцевый песок или песок из других пород, устойчивых к воздействию кислот.
• Наполнитель – пылевидная фракция. Изготавливается размалыванием кислотоупорных материалов – кварца, пемзы, фельзита, маршалита, каменного литья, кислотостойкой керамики. Кислотостойкость порошков, в соответствии с ГОСТом 25246-82, должна быть 96% или выше.
• Отвердитель. Кремнефтористый натрий первого или второго сорта.

Примерно такие же компоненты (без крупного заполнителя) используются для изготовления кислотостойких строительных растворов и замазок. При использовании качественных заполнителей и наполнителей, полностью соответствующих требованиям нормативов, количество жидкого стекла в бетонной смеси может быть уменьшено на 10-30%.

Ориентировочный состав кислотоупорных бетонов, растворов и замазок, изготовленных на основе жидкого стекла

Особенности изготовления и использования кислотостойкого бетона

Кислотоупорный бетон изготавливают в бетономешалках. Его укладывают, уплотняют и армируют так же, как и обычную бетонную смесь.

Внимание!Процесс ухода за уложенным кислотоупорным бетоном отличается от ухода за искусственным камнем традиционного состава. Материал должен твердеть в сухой и теплой воздушной среде. Его необходимо выдержать на воздухе без увлажнения в течение 10 суток при температурах +15…+20°C. После окончания процесса твердения рекомендуется поверхность бетонного элемента обработать раствором соляной или серной кислоты.

Готовый бетонный продукт после твердения хорошо выдерживает действие сильноконцентрированных кислот, но проявляет слабую устойчивость к воде, щелочам и слабоконцентрированным кислотным растворам. Вода способна разрушить такую бетонную конструкцию за 5-10 лет, а щелочи – еще быстрее.

Кислотостойкий бетон часто используют для защитной футеровки металлических поверхностей и железобетонов традиционного состава, при строительстве конструкций, используемых в химпромышленности. Он способен заменить более дорогие материалы – кислотоупорную керамику, натуральный камень, свинцовый лист.

Применение кислотостойкого бетона – где используется

Кислотостойкий, или кислотоупорный бетон – это материал на основе жидкого стекла, мелких, крупных и пылевидных заполнителей. Он устойчив практически ко всем видам кислот (кроме плавиковой и некоторых жирных), агрессивным газам (хлору, сероводороду, оксидам азота) и кислым солям. Его главная особенность заключается в том, что он способен выдерживать агрессивное воздействие концентрированных растворов кислот в течение длительного эксплуатационного периода, при этом не разрушаясь. Используется материал в конструкциях, соприкасающихся с агрессивной кислой средой.

• Применение кислотостойкого бетона

• Что такое кислотостойкий бетон

• Где применяется кислотостойкий бетон

• Применение кислотостойкого бетона в строительстве

• Применение кислотостойкого бетона в инженерии

• Применение кислотостойкого бетона для производства ЖБИ

• Применение кислотостойкого бетона в производстве мебели

• Достоинства и недостатки кислотостойкого бетона

Из этой статьи вы узнаете, где применяют кислотостойкий бетон. Чтобы способы его использования были понятны, в начале статьи мы коротко расскажем об особенностях этого материала.

Что такое кислотостойкий бетон

Высокая устойчивость бетона к кислотам обеспечивается его специфическим составом и большой плотностью.

Для изготовления материала используют такие компоненты:

• Жидкое стекло
  Силикат калия или натрия устойчив к воздействию кислот. Он выступает в бетоне вяжущим веществом, обеспечивает сцепление с арматурой.
• Мелкий заполнитель
  В качестве мелкого заполнителя используют природный кварцевый песок с размером зерен от 0,15 до 5 мм и содержанием оксида кремния не менее 95%. Влажность песка не должна превышать 2%. Также песок не должен содержать глинистых примесей, зерен карбонатных пород и примесей органических веществ.
  Гораздо реже в роли мелкого заполнителя берут измельченный барит, шамот. При отсутствии природного кварцевого песка могут также использовать искусственно измельченные плотные кислотостойкие породы – это, например, отсев из гранита, андезита, бештаунита.
• Крупный наполнитель
  Крупным наполнителем выступает щебень с размерами зерен свыше 5 мм (чаще всего от 5 мм до 40 мм). Щебень берут из кислотоустойчивых горных пород – гранита, диабаза, кварцита.
• Пылевидный наполнитель
  Благодаря этому наполнителю увеличивает плотность кислотостойкого бетона. Пыль заполняет мельчайшие пространства между частицами песка и щебня. Размеры его частиц не превышают 0,15 мм. В качестве пылевидного наполнителя используют измельченный кварцевый песок, шамотный кирпич, вулканический туф, пемзу, барит.
• Кремнефтористый натрий
  Этот компонент ускоряет твердение бетона, выступает в роли затравки. Его количество в смеси – 10-15% от общей массы, в замазках – около 4%. На основе этого компонента изготавливают кислотоустойчивый цемент – смесь измельченного кварцевого песка и кремнефтористого натрия в соотношении 1:1 или 1:2.

Соотношение компонентов может быть разным – от него частично зависят свойства бетона и способы его применения.

По составу кислотоупорный бетон разделяют на 4 группы:

• I группа
  Она подходит для несущих конструкций, периодически соприкасающихся с агрессивной кислой средой. Толщина слоя бетона – не менее 60 мм.
• II группа
  Она применяется там же, где и первая. Толщина слоя бетона должна быть не менее 120 мм.
• III группа
  Подходит эта группа для футеровки (отделки, штукатурки) в условиях постоянного воздействия агрессивных кислот. Толщина слоя бетона должна быть не менее 60 мм.
• IV группа
  Она используется в тех же работах, что и третья. Толщина слоя при этом должна быть не менее 120 мм.

В таблице подано количество компонентов (в кг) на 1 м3 материала для каждой группы.

Для вашего удобства, ниже мы разместили эту таблицу в виде картинки:

Если добавить к кислотостойкому бетону шамот либо хромистый железняк, материал обретет жароустойчивость и сможет выдержать температуру 800-1000°С. Для увеличения водостойкости и водонепроницаемости к смеси добавляют льняное масло (0,5%), гидрофобизирующие добавки (2%), а также увеличивают содержание кремнефтористого натрия до 16-18%.

Жидкое стекло проницаемо для кислот. Исправляют этот недостаток материала путем добавления в смесь:

• Фурфурилового спирта
• Ацетоноформальдегидной смолы
• Тетрафурфурилового эфира ортокремневой кислоты
• Полиизоцианата

Подвижность смеси увеличивают путем введения пластифицирующих добавок – нейтрализованных сульфокислот, ацетоноформальдегидных смол, лаурилсульфата натрия.

Кислотостойкий бетон должен застывать в сухой среде при температуре +15-20°С. Поэтому его чаще всего используют внутри помещений. Прочность материала на сжатие невысокая, 150-200 кг/м2 (марка М150-М200). Средняя плотность – 2300 кг/м3.

Подробнее о компонентах и приготовлении кислотоупорного бетона вы можете также прочитать в Своде правил по проектированию и строительству СП 82-101-98 «Приготовление и применение растворов строительных». Он регулирует порядок приготовления и применения различных строительных растворов, в том числе и специальных кислотостойких.

Об особенностях применения этого материала вы можете прочитать в следующей части статьи.

Собственное производство бетона и своя лаборатория, а также большой парк техники гарантируют высокое качество продукции и точные сроки поставки

Подробнее о нас читайте здесь

7 904 179–31–56

Валентин Юрьевич Швец

Директор «БетонСтрой»

Где применяется кислотостойкий бетон

Область применения кислотостойкого бетона довольно ограничена. Материал стоит в 2-3 раза дороже, чем бетон на обычном портландцементе. Поэтому покупают его только для тех объектов, на которые воздействуют агрессивные кислоты.

Основные сферы применения кислотостойкого бетона:

• Строительство
• Инженерия
• Производство ЖБИ
• Производство мебели

Детальнее о них мы расскажем дальше.

Применение кислотостойкого бетона в строительстве

В частном строительстве кислотостойкий бетон практически не применяется. Это связано не только с его дороговизной – есть еще одна причина. Дело в том, что на фундаменты частных домов очень редко воздействуют сильные кислоты. Даже очень кислые грунты не способны быстро разрушать небольшие постройки и здания. Кроме того, для подземных фундаментов кислотостойкий бетон не подходит – он не устойчив к влаге и щелочам.

Материал используется для таких строительных работ:

• Перекрытий в химических цехах и лабораториях
• Каркасов зданий химических цехов и лабораторий
• Заливки пола в химических цехах и лабораториях
• Заливки полов в авторемонтных мастерских
• Заливки полов на складах химических веществ
• Создания оснований под оборудованием (насосами, емкостями для кислот)

Приведем несколько примеров.

В лаборатории проводятся опыты с сильными кислотами. Есть опасность, что они могут попасть на пол. Чтобы он не повредился, лучше всего залить поверхность кислотостойким бетоном первой группы. Сверху на пол укладывают плитку. Щели между отдельными плитками заделывают кислотостойкой замазкой на основе жидкого стекла и мелкого кварцевого песка.

Другой пример – химический цех. Допустим, в нем находится большая емкость с концентрированной кислотой. Важно защитить не только саму емкость, но и окружающие конструкции. Поэтому из кислотостойкого бетона делают фундамент, укрепленный арматурой. Используют разновидность бетона второй группы. Материал также используют для армированного перекрытия и заливки пола.

Еще один пример – пол в гараже автомастерской. При разборке аккумуляторов на него может попасть кислота. Поэтому часть пола, где проводится работа с этими деталями автомобиля, лучше залить кислотостойким бетоном. В частном и даже промышленном гараже, который не используется для массового ремонта, применять такой материал нет необходимости.

Дальше вы узнаете, в каких инженерных конструкциях используют кислотостойкий бетон.

Применение кислотостойкого бетона в инженерии

Кислотостойкий бетон используется в тех инженерных конструкциях, которые предназначены для химической промышленности.

Материал применяют для:

• Резервуаров для кислот (баков, ванн)
• Насосов для перекачивания кислот
• Защиты каркасов химических аппаратов
• Футеровки (внутренней отделки) химических аппаратов
• Печей для обжига колчеданов
• Футеровки агрегатов для производства целлюлозы сульфатным способом

Чаще всего кислотостойкий бетон используют для внутренней отделки различных емкостей для кислот. Проводят ее как готовым раствором, так и плиткой или панелями, изготовленными из него. Для футеровки лучше всего подходит мелкозернистый бетон без крупного заполнителя, принадлежащий к третьей и четвертой группам. Иногда используют смесь с щебнем фракции 5-10.

Из кислотостойкого бетона можно изготовить и сам резервуар для хранения кислот. Для этого раствор заливают в специальную форму и дают ему застыть в сухом помещении при температуре +15-20°С. Для улучшения качественных характеристик бетона в смесь добавляют гидрофобные добавки. Уплотняют материал с помощью вибрационной установки.

Еще один пример использование кислотостойкого бетона – создание и футеровка печей для обжига колчеданов. Материал должен быть одновременно устойчив к кислотам и высоким температурам. В качестве наполнителя в нем используют бой шамотного кирпича или железорудный шлак.

Кислотостойкий бетон используется и в создании сложных химических аппаратов. Их каркасы изготавливают из стали либо другого прочного материала. Затем каркас помещают в специальную форму и заливают ее кислотостойким бетоном. Это обеспечивает прочность аппаратуры и устойчивость к негативному влиянию кислот. Также кислотостойким бетоном можно проводить футеровку каркаса.

В продолжении текста вы узнаете, для каких железобетонных изделий подходит кислотостойкий бетон.

Применение кислотостойкого бетона для производства ЖБИ

Кислотостойкий бетон хорошо связывается с арматурой. Из него получаются прочные армированные конструкции. Они чаще всего используются в химических цехах и лабораториях. Для улучшения сцепления с арматурой и профилактики коррозии в смесь добавляют окись свинца, катапин и сульфонол, фенилантринилат натрия.

Кислотостойкий бетон применяют в производстве таких видов ЖБИ:

• Панелей для перегородок в химических цехах и лабораториях
• Панелей для отделки стен и пола в химических цехах и лабораториях
• Блоков, плитки и панелей для футеровок емкостей и аппаратов, предназначенных для хранения, перекачки и других работ с кислотами
• Блоков и панелей для футеровки колчеданных печей

Приведем несколько примеров.

Цех на химическом заводе предназначен для работы с кислотами. Необходимо защитить его пол и стены от вредных воздействий. Один из самых оптимальных вариантов – использование железобетонных панелей из кислотостойкого материала. Их можно выложить даже на обычный цементный пол либо поверх штукатурки. Но для лучшей защиты рекомендуют в качестве основания применять кислотостойкий бетон.

Допустим, необходимо провести футеровку емкости для кислоты. Она представляет собой кубический чан объемом 1 500 л. С внутренней стороны емкость оштукатуривают кислотостойким бетоном, а сверху выкладывают плиты из такого же материала. Способ футеровки достаточно надежный и обойдется дешевле, чем отделка керамической плиткой.

Еще один пример – футеровка печи для обжига колчедана. Ее внутреннюю часть можно выложить армированными плитами или блоками из кислотостойкого бетона с добавками измельченного шамота. Материал выдержит и воздействие кислоты, и температуру до 1000°С.

При укладке панелей и блоков швы заделывают кислотостойким раствором, состоящим из жидкого стекла и природного кварцевого песка. Иногда к раствору добавляют гидрофобные добавки.

Далее мы расскажем, какую мебель изготавливают из кислотостойкого бетона.

Применение кислотостойкого бетона в производстве мебели

Кислотостойкий бетон используют в производстве мебели для химических лабораторий.

Чаще всего он применяется:

• Для изготовления столешниц лабораторных столов
• Для изготовления полок и стеллажей, на которых будут хранится емкости с кислотами

Мебель можно изготовить двумя способами:

• Залить бетон в форму
• Сделать покрытие готовой столешницы из металла, цементного бетона, дерева, пластика

Первый способ изготовления более надежный, но и более дорогой. Важно помнить, что мебель из этого вида бетона можно использовать только для работы с кислотами. Если в лаборатории одновременно делают опыты со щелочами, для них нужны совсем другие столы и полки.

Мы рассказали, где и как применяется кислотостойкий бетон. Дальше вы узнаете о его положительных и отрицательных качествах.

Чтобы правильно использовать кислотостойкий бетон, нужно знать все его плюсы и минусы.

К достоинствам материала относят:

• Высокую устойчивость к большинству кислот
• Устойчивость к агрессивным газам (Cl2, HCl, SO3, NO2, NO3, SIO3)
• Довольно высокую прочность
• Высокую пластичность и удобство укладки

Вместе с тем кислотостойкий бетон имеет ряд недостатков. Для него характерны:

• Слабая устойчивость к плавиковой и жирным кислотам
• Слабая устойчивость к воде (при повышенной влажности бетон полностью разрушается в течении 5-10 лет)
• Неустойчивость к щелочам
• Высокая проницаемость для кислот
• Неустойчивость к перепадам температур (на поверхности бетона при резкой смене температуры образуются трещины)

Для уменьшения недостатков в кислотостойкий бетон вносят различные добавки, заменяют часть наполнителя шлаком или шамотом.

Подведем итог.

Кислотостойкий бетон – это специфический материал, который применяется в основном на промышленных объектах. Его стоимость в 2-3 раза выше, чем у обычного. Самостоятельно материал изготовить можно, хотя для этого нужно иметь отдельную бетономешалку и закупить довольно дорогие компоненты. При несоблюдении пропорций и технологии падает качество материала. Поэтому нужно хорошо просчитать, действительно ли стоит заказывать кислотостойкий бетон для того или иного объекта. Во многих случаях его можно заменить более доступным по цене вариантом – например, обычным бетоном с соответствующей пропиткой.

Кислотостойкость

Бетон на портландцементе обычно не обладает хорошей устойчивостью к кислотам. Однако некоторые слабые кислоты можно переносить, особенно при эпизодическом воздействии (таблица 1). По сути, существует три способа улучшить устойчивость бетона к кислотам: (1) выбрать правильный состав бетона, чтобы сделать его максимально непроницаемым, (2) изолировать его от окружающей среды с помощью подходящего покрытия или (3) изменить окружающую среду, чтобы сделать ее непроницаемой. он менее агрессивен к бетону.

Кислоты разрушают бетон, растворяя как гидратированные, так и негидратированные цементные соединения, а также известковый заполнитель. В большинстве случаев в результате химической реакции образуются водорастворимые соединения кальция, которые затем выщелачиваются. Кремнистые заполнители устойчивы к большинству кислот и других химических веществ и иногда используются для повышения химической стойкости бетона.

Рис. 2: Бетонные поверхности с разной глубиной эрозии.

Фото предоставлено VDZ

Разрушение бетона увеличивается по мере снижения pH кислоты с 6,5. На самом деле ни один гидравлический цементный бетон, независимо от его состава, не продержится долго, если будет подвергаться воздействию раствора с рН 3 или ниже. Для защиты бетона от таких сильнокислотных сред часто используется обработка поверхности. Доступны многие методы лечения, и подробности приведены в PCA’s Effects of Substances and Guide to Protective Treatment, IS001.

Немецкие исследователи попытались улучшить устойчивость бетонных труб к длительному воздействию кислот в диапазоне pH от 4,5 до 6,5. Фундаментальное решение повышения химической стойкости за счет снижения проницаемости бетона было использовано для оптимизации состава бетонной смеси. Цель состояла в том, чтобы поддерживать скорость эрозии на таком низком уровне, чтобы можно было достичь срока службы около 100 лет (рис. 2). Было обнаружено, что значительное улучшение кислотостойкости может быть достигнуто за счет тщательно контролируемого использования мелкозернистых дополнительных вяжущих материалов. Основной причиной повышенной кислотостойкости исследованного бетона было образование очень плотного затвердевшего цементного теста и границы раздела заполнителей с очень низкой пористостью. Применение шлакоцемента повышенной кислотостойкости, а также портландцемента с кремнеземной пылью (до 8% от массы вяжущего) или золой-уносом.

Карбонизация при контакте с водой

Природные воды обычно имеют рН более 7 и редко менее 6. Даже воды с рН более 6,5 могут быть агрессивными, если они содержат бикарбонаты. Любая вода, содержащая ион бикарбоната, также содержит свободный диоксид углерода, который может растворять карбонат кальция, если уже не существует насыщения. Вода с этим агрессивным углекислым газом действует за счет кислотной реакции и может разрушать бетон и другие портландцементные изделия независимо от того, газированы они или нет. Немецкая спецификация, DIN 4030, включает как критерии, так и метод испытаний для оценки потенциального ущерба от воды, содержащей углекислоту.

Ресурс

Воздействие веществ и руководство по защитной обработке, IS001
Знайте, какие химические вещества могут повредить бетон и как его защитить. В этом информационном документе оценивается влияние почти 250 веществ на бетон и рекомендуются методы повышения долговечности за счет сопротивления атакам и борьбы с ними.

Бетон, устойчивый к соляной кислоте — A300

A300 СПЕЦИФИКАЦИИ

Результаты предоставлены лицензированной лабораторией технических испытаний и представляют собой типичные результаты, полученные при производстве аналогичных материалов. Несмотря на то, что фактические результаты могут отличаться от результатов испытаний, представленных ниже, они превышают строгие внутренние стандарты контроля качества (предоставляются по запросу). Разумеется, все образцы подвергались воздушной вулканизации.

Прочность на сжатие – PSI

3 часа по заказу
24 часа по заказу
7 дней, обычно 4000 фунтов на кв. дюйм
28 дней, по заказу 5000 – 9000 фунтов на кв.

• Более высокий модуль сцепления, чем PCC, при соединении с PCC.

Прочность на изгиб — фунт/кв.

28 дней Варьируется – зависит от смеси – обычно 800–1200 фунтов на кв. дюйм.

Прочность на растяжение при раскалывании – PSI

7 дней Варьируется – зависит от смеси – обычно 600 – 800 psi.

28 дней Варьируется – зависит от смеси – от 1000 до 1600 обычно.

A300 соответствует требованиям строительных норм и правил по взаимодействию с обычной арматурной сталью, прочности и модульным свойствам, но не соответствует типичным промышленным спецификациям портландцемента из-за отсутствия портландцемента.

Экономия средств в сочетании с превосходным долговечным качеством — это не просто цель, это неотъемлемая часть A300.

ПОДГОТОВКА ПЛОЩАДКИ

Требования к месту укладки для CFC® не отличаются от обычных смесей портландцемента. Место размещения должно быть влажным, но без свободной воды. Место установки должно быть чистым и свободным от мусора. При склеивании с существующими материалами CFC® или Portland открытые участки должны быть тщательно очищены, увлажнены, но не мокры, и по возможности (но не обязательно) приданы шероховатости. При склеивании с существующим CFC® или портландцементом поверхность следует провибрировать, чтобы обеспечить полный и тщательный контакт с новым материалом. Окружающая поверхность не должна замерзать или быть выше температуры кипения воды. Повышенная температура выше 90’F сократит время работы.

A300 ИНСТРУКЦИИ ПО СМЕШИВАНИЮ

Приблизительно 80% расчетной массы воды должно дозироваться в средства доставки RMC с минеральным заполнителем. Масса и объем минерального заполнителя должны быть скорректированы на основе измеренного содержания влаги по сравнению с расчетным состоянием насыщенной сухой поверхности (SSD). Материалы Cold Fusion Concrete дозируются до проектных количеств и перемешиваются на малых оборотах в течение 2-3 минут. Окончательные добавления воды должны быть сделаны, чтобы скорректировать осадку на основе тестов контроля качества, и затем транспортное средство доставки RMC должно быть отправлено на проект.

При добавлении воды рекомендуется соблюдать осторожность!

Приблизительно половина или меньше воды, обычно требуемой для увеличения осадки смесей с портландцементом, требуется для того же эффекта на A300. Кроме того, после начального перемешивания не должно происходить дополнительного высокоскоростного перемешивания; при чрезмерном перемешивании в смеси образуется захваченный воздух. При выезде грузовика с завода должны происходить либо низкие обороты, либо остановка барабана. Когда грузовик прибывает на место, не должно происходить быстрых оборотов, как это обычно бывает в Портленде. A300 предназначен для подвешивания заполнителя даже при больших осадках.

A200 НАНЕСЕНИЕ И ПОКРЫТИЕ

Процедуры нанесения очень похожи на портландские смеси. При использовании A300 не будет выделяться вода. Соответственно, отделка может быть ускорена, если достигнуты возвышения и гладкость. Никаких отвердителей не требуется, и A300 можно отверждать под прямыми солнечными лучами, в тени или при повышенных температурах. Как и в случае со смесями Portland, следует избегать сильного ветра, а A300 следует защищать от замерзания в течение не менее 48 часов в зависимости от среднесуточной температуры. Если желательна поверхность, похожая на стекло, для достижения этого эффекта следует сразу же после отделки поместить пластиковую пленку или пленку на поверхность и контактировать с бетоном в течение примерно 5 часов. A300 может приобретать голубоватый цвет, который часто становится пятнистым во время отверждения. Часть этого цвета рассеется во время длительного процесса отверждения.