Bê tông chịu lửa ít xi măng

Bê tông chịu lửa ít xi măng (LCC) là vật liệu chịu lửa không định hình, nó được sử dụng rất phổ biến để xây lót các lò công nghiệp, trong thành phần của bê tông có chứa từ 4-8% xi măng cao alumin (CAC), đặc điểm của bê tông loại này là lượng nước trộn thấp, cường độ cao, bền nhiệt, bền hoá, dễ thi công.

Trong thành phần của bê tông có chứa một hàm lượng nhỏ phụ gia phân tán để làm giảm lượng nước khi trộn và tăng tính chảy của bê tông, tùy theo chủng loại xi măng cao alumin sử dụng đóng rắn nhanh hay chậm mà nó còn được thêm phụ gia chậm đông hoặc phụ gia đóng rắn nhanh bê tông.

Do trong thành phần bê tông LCC có xi măng cao alumin nên khi trộn bê tông với nước nó đóng rắn thủy lực, các khoáng chính trong xi măng cao alumin là CA và CA2, cơ chế đóng rắn ở nhiệt độ thường diễn ra như sau:

Ở nhiệt độ < 24^oC: (CA, CA₂) + H₂O ? CAH₁₀ + AHx (x < 3)

Từ 24-35^oC: (CA, CA2) + H₂O ? C₂AH₈ + AHx + AH₃

Khi nhiệt độ > 35^oC: (CA, CA₂) + H₂O ? C₃AH₆ + AH₃

Tuy nhiên việc biến đổi ở trên để trở thành dạng hydrat ổn định thì có một số pha bị thay đổi thể tích dẫn đến suy yếu hoặc phá vỡ cấu trúc, khi gia nhiệt lần đầu xi măng ngậm nước sẽ trải qua quá trình đề hydrat hóa trong khoảng nhiệt độ 210-370^oC, trong đó AH₃ tách nước ở 230^oC và C₃AH₆ ở 315^oC, nếu gia nhiệt quá nhanh sẽ làm nổ bê tông, để chống nổ bê tông thì các phụ gia sợi polypropylene, polyester được sử dụng, các sợi này có chiều dài từ 3-10 mm và đường kính từ 15-40 mm, khi cháy nó để lại các mao dẫn để nước thoát ra ngoài.


Bê tông chịu lửa ít xi măng tính năng cao

Trong những năm qua, có nhiều hướng mới trong việc nghiên cứu và phát triển bê tông chịu lửa ít xi măng, trong đó bê tông chịu lửa tính năng cao được nghiên cứu và sử dụng rất phổ biến.

Bê tông chịu lửa ít xi măng (LCC) tính năng cao là bê tông có độ chịu lửa cao, bền nhiệt, bền hoá và cường độ cơ học rất cao, thành phần của bê tông được thiết kế để đảm bảo các tính năng trên gồm có:

    • Xi măng cao alumin có độ sạch cao, tăng hàm lượng Al₂O₃, giảm hàm lượng CaO, trong đó hàm lượng CaO trong xi măng chỉ còn từ 17-19% thay vì CaO = 27-30% như trước đây [1];
    • Cốt liệu chịu lửa có độ tinh khiết cao như ô xít nhôm thiêu kết (Tabular Alumina), ô xít nhôm giàu spinel, ô xít nhôm điện chảy,…;
    • Thành phần ô xít nhôm hoạt tính được thay thế từ dạng đơn kích thước (mono-modal) bằng nhiều kích thước khác nhau (multi-modal), làm giảm lượng nước trộn, tăng cường độ bê tông;
    • Phụ gia phân tán mới làm giảm lượng nước trộn bê tông, tính chảy cao;
    • Phân bố, sắp xếp kích thước hạt tối ưu làm tăng mật độ của bê tông khi đúc.

Thành phần của nó cũng có phần giống như các sản phẩm khác nhưng tỷ lệ xi măng trong đó giảm rất nhiều và có sản phẩm không cần xi măng.

Bê tông chịu lửa ít xi măng được sản xuất như thế nào?

Các nguyên liệu chính để sản xuất bê tông chịu lửa ít xi măng được xác định và lựa chọn bao gồm: cốt liệu cao alumin (mullite, bauxite), cốt liệu corindon điện chảy (BFA), corindon thiêu kết (Tabular Alumina), cácbua silic (SiC), xi măng cao alumin, bột chịu lửa hoạt tính siêu mịn (MAS). Các phụ gia bao gồm: Phụ gia phân tán (D3), phụ gia làm chậm đóng rắn (R1); phụ gia đóng rắn nhanh (A1); phụ gia sợi (F1, F2). Các nguyên liệu phần lớn được nhập khẩu từ các nhà sản xuất lớn và ổn định trên thế giới.

Quản lý và khống chế chất lượng nguyên liệu đầu vào là khâu quan trọng hàng đầu trong sản xuất bê tông chịu lửa. Tiêu chuẩn chất lượng cho tất cả các loại nguyên liệu được thiết lập, theo đó quy định chặt chẽ các chỉ tiêu: Thành phần hoá học, thành phần cỡ hạt cốt liệu, độ mịn, diện tích bề mặt riêng và phân bố thành phần hạt, các tính chất cơ - lý, nhiệt.

Đây là tính chất đặc trưng của các loại bê tông chịu lửa thế hệ mới (ít xi măng (LCC), siêu ít xi măng (ULCC), ...). Loại bê tông chịu lửa truyền thống không thể có được tính chất này.

Để chịu được tốt sự ăn mòn hoá nhiệt, trước hết nguyên liệu làm bê tông chịu lửa phải có tính vừa bền kiềm vừa bền axit. Ở nhiệt độ cao, hơi kiềm phản ứng với thành phần bê tông chịu lửa tạo ra các pha nóng chảy ở nhiệt độ thấp. Pha lỏng hình thành gây bám dính bột liệu vào bề mặt bê tông chịu lửa, dẫn đến gây tắc ở các xyclon và các ống liệu (ở các xyclon phần trên của tháp trao đổi nhiệt). Ở các xyclon phần dưới, calciner, buồng khói, vòi đốt... pha lỏng này xâm thực vào cấu trúc của BTCL qua các lỗ xốp, mao mạch, phá huỷ BTCL theo chiều sâu, gây ra hiện tượng rão (nứt lớp) làm cho các lớp bề mặt của thể BTCL bị tách ra và rơi rụng dần. Do vậy, cũng như trường hợp mài mòn, để chịu ăn mòn tốt thì BTCL cũng cần có cấu trúc chắc đặc tối đa. Các loại BTCL ít xi măng sử dụng các loại cốt liệu samốt chất lượng cao với tạp chất Fe2O3 rất thấp, samốt cao nhôm với hàm lượng Al2O3 không quá cao, mulít tổng hợp, cốt liệu SiC, chứa ZrO2... thường được sử dụng cho mục đích này.

Vì vậy, với mục đích sử dụng cho lò quay xi măng, cũng như cách làm của các hãng nước ngoài, Viện Vật liệu xây dựng đã phát triển và hoàn thiện dải sản phẩm bê tông chịu lửa ít xi măng đủ chủng loại, với các tính năng kỹ thuật đáp ứng điều kiện làm việc khác nhau, sử dụng cho các vị trí khác nhau trong lò.

Hiện nay các sản phẩm bê tông chịu lửa ít xi măng phổ biến là: Burcast 580, Burcast T950, Burcast 580, Burcast 840, Burcast B810, Burcast M7305, Burcast M730, Burcast 620 S20, Burcast 620, Burcast A580, Burcast 560 S30, Burcast 460, Burcast 400 S40, Burcast 430, Burcast 300, Burcast 250 S60