دیرگدازها به موادی گفته می‌شوند که می‌توانند در درجه حرارت‌های بالا پایدار باشند. بتن هاي دیرگداز بتن هایی هستند که خواص مکانیکی و فیزیکی آنها حتی بعد از مدت زمان زیادي که در معرض حرارت های بالا قرار میگیرند تا حد قابل قبولی باقی بماند. این بتن ها در درجه حرارت معمولی داراي اتصالات هیدرولیکی هستند و پس از حرارت دیدن، از مرحله اتصال هیدرولیکی به اتصال سرامیکی تبدیل میشوند. قدرت پایداری در درجه حرارت‌های بالا اگر چه یک عامل تعیین کننده بوده ولی با این حال بتن‌های دیرگداز باید در مقابل عوامل مخرب دیگری از جمله سایش، ضربه، شوک حرارتی، حمله شیمیایی و بار مکانیکی زیاد در شرایط دمایی بالا نیز مقاوم باشد. از طرفی طول عمر، قابلیت دسترسی، شکل پذیری، اقتصادی بودن و سهولت استعمال نسبت به دیگر مواد دیرگداز، عامل توسعه این نوع بتن ها می باشد. تکنولوژی مواد دیرگداز را می توان به صورت تهیه مواد به شکل دلخواه و سپس خشک کردن در مدت زمانی طولانی و نهایتا پختن مواد درکوره تعریف نمود. در حالی که تکنولوژی بتن های دیرگداز عبارت است از تهیه مخلوط، قالب گیری، لرزش و سرانجام خشک شدن مواد در مدت زمان کوتاهی. استحکام مورد نیاز در این گونه مواد بدون پختن به دست می آید.

مشخصات و ویژگی هاي بتن هاي دیرگداز

  • مخلوطهاي بتنی از نظر کارخانجات دیرگداز , مخلوطهاي خشک شدنی در هوا هستند که از مواد اولیه مقاوم در برابر حرارت با اندازه دانه بندي (0-30) میلیمتر و سیمان تشکیل شده اند .

  • عاملهاي چسبانده درچنین بتن هایی , چسب هاي هیدرولیکی یا چسب هاي غیر هیدرولیکی می باشند .
  • استحکام مورد نیاز بدون پختن بدست می آید و بدین وسیله میتوان شکلهاي پیچیده و مختلف از این نوع بتن تولید نمود.

خواص فیزیکی و مکانیکی بتن های دیرگداز

مهمترین خواص فیزیکی و مکانیکیاین نوع بتن ها : چگالی، تخلخل، انبساط حرارتی، گرمای ویژه، قابلیت هدایت حرارتی و مقاومت سایشی می باشد.

چگالی: چگالی بتن‌های دیرگداز تابعی از دانسیته، غلظت مواد تشکیل دهنده و حجم تخلخل موجود در بتن است.

تخلخل و نفوذ پذیری: بعد از پختن تخلخل زیاد می‌شود، زیاد شدن تخلخل بستگی به عواملی دارد که مهمترین آنها، دما و سطح واکنش است که بین عامل اتصال و مواد پرکننده رخ می‌دهد. نفوذپذیری نیز تابعی از تخلخل بوده، نسبت آب به سیمان نیز عامل مهمی در نفوذپذیری است.

انبساط حرارتی: ضریب انبساط حرارتی بتن‌های دیرگداز به مقدار زیادی به ضریب انبساط پرکننده‌ها بستگی دارد.

گرمای ویژه: در بتن‌های دیرگداز ظرفیت حرارتی پرکننده‌ها معمولاً به عنوان فاکتوری تعیین کننده در ترکیب اصلی محاسبه می‌شود. گرمای ویژه پرکننده‌ها باید بدون هیچ خطای محسوسی تعیین شود.

هدایت حرارتی: هدایت حرارتی مواد دیرگداز یک خاصیت پیچیده است که به هدایت حرارتی اجزای تشکیل دهنده و همچنین به نحوه تراکم، تخلخل و درجه حرارت بستگی دارد.

مقاومت سایشی و فرسایشی: در بسیاری از استفاده‌های صنعتی مواد دیرگداز، ساییده شدن و فرسایش مواد مطرح است. در فرسایش، تمام سطح ماده مورد حمله قرار می‌گیرد ولی در حالت سایشی فقط فازهای مینرالی که کمترین مقاومت را دارند مورد حمله قرار می گیرد. بنابراین یک رابطه مستقیم بین مقاومت فشاری با مقدار سیمان از یک طرف و میزان سایش از طرف دیگر وجود دارد.

خواص شیمیایی

در علم دیرگداز خواص شیمیایی شامل رفتار مواد دیرگداز در ارتباط با سایر مواد است، که آستر با آنها تماس پیدا می‌کند، این امر همچنین شامل خوردگی شیمیایی به وسیله مواد مذاب و ورود مواد خارجی به داخل آنها است که باعث تغییر خواص آنها می‌شود. برای بتن دیرگداز می‌توان، خواص شیمیایی را در حوزه‌های زیر بررسی کرد:

  • ‌رفتار بتن‌ها در حضور سرباره‌های حاوی اکسیدها و مواد مذاب
  • ‌رفتار در برابر فلزات مذاب
  • ‌رفتار در حضور گازها‌

تقسيم بندي بتن هاي ديرگداز

طبقه بندي جرم هاي نسوز براساس تک تک ویژگی هاي اصلی آنها که معمولا داراي محدودیت هستند , انجام میشود . مواد اولیه مصرفی , همچنین روش هاي ساخت و کاربرد , فاکتورهاي دیگري هستند که معیارهاي طبقه بندي جرم هاي نسوز را تشیل می دهند . از طرفی جرم هاي نسوز را میتوان بر اساس درجه حرارت کار , نوع عاملهاي اتصال (چسباننده) و نوع مواد پرکننده نیز تقسیم بندي نمود. در جدول زیر انواع بتن های دیرگداز بر اساس درجه حرارت مورد بررسی قرار گرفته است.

  • بتن های دیرگداز بر اساس درجه حرارت

در جدول زیر انواع بتن های دیرگداز بر اساس درجه حرارت مورد بررسی قرار گرفته است.

نوع بتندرجه حرارتدرجه حرارت کار
بتن هائی با دیرگدازي پائینکمتر از 1500 درجه سانتی گراد200-1100 درجه سانتیگراد
بتن هائی با دیرگدازي متوسط1500 – 1790 درجه سانتیگراد1100 – 1300 درجه سانتیگراد
بتن هائی با دیرگدازي بالابیش از 1790 درجه سانتیگرادبیش از 1300 درجه سانتی گراد
  • بتن های دیرگداز بر اساس نوع اتصالات
  • ‌بتن‌های دیرگداز ساخته شده از سیمان سرباره ای
  • ‌بتن‌های دیرگداز ساخته شده از سیمان آلومینایی
  • ‌بتن‌های دیرگداز با عامل چسباننده چسب شیشه
  • ‌بتن‌های دیرگداز با عامل چسباننده ماگنزیا
  • ‌بتن‌های دیرگداز با عامل اتصال هیدرولیکی (مانند: قیر، قطران، سولفیت)
  • ‌بتن‌های دیرگداز با عامل اتصال شیمیایی (مانند: فسفات‌ها، با افزودن اسید فسفرین به مخلوط)
  • بتن های دیرگداز براساس نوع مواد پرکننده
  • بتن‌های دیرگداز با مواد پرکننده غیرمقاوم در برابر حرارت (خرده آجر، سرباره و …) .
  • ‌ بتن‌های دیرگداز با شاموت (خاک نسوز پخته شده).
  • ‌ بتن‌های دیرگداز با آلومینات بالا، با کراندوم، با سیلیس، با مگنزیا، با کرومیت – ماگنزیا و بتن های دیرگداز با کاربید سیلسیم.

اجزای تشکیل دهنده

1 عامل چسباننده

عامل‌های چسباننده یکی از مهمترین بخش‌های متشکله بتن‌های دیرگداز هستند که به دو دسته سیمان‌ها و چسب‌ها تقسیم بندی می‌شوند.

  • سیمان‌های صنعتی معمولاً بعد از ذوب و آسیاب کردن بصورت پودر ریزی در می‌آیند که هم دارای ساختمان کریستالی و هم غیرکریستالی هستند. از انواع سیمان‌ها که بطور معمولی تهیه شده و در ساخت بتن‌های دیرگداز استفاده می‌شود. سیمان پرتلند، سیمان کوره بلند، سیمان آلومینای معمولی (صنعتی) و سیمان آلومینای بالا را می‌توان نام برد.
  • در اکثر موارد یک چسب مناسب یا ترکیبی از چسب‌ها، به مخلوط‌های پودری افزوده می‌شود. این چسب ها استحکام کافی قطعات خام را در هنگام اجرای تمام مراحل فرایند ساخت و حتی در مرحله مصرف تامین می‌کند.

 

2 مواد پرکننده‌

خواص حرارتی بتن‌های درجه حرارت بالا به مقدار زیادی بوسیله مواد پرکننده تامین می‌شود. بنابراین با انتخاب مواد مناسب، مقاوم در برابر حرارت، امکان تهیه بتن‌هایی با مقاومت حرارتی بالا وجود دارد. مواد پرکننده ریز که دانه‌های آن کوچکتر از ۰/۱ میلیمتر است به عنوان تثبیت کننده (مخصوصاً در بتن دیرگداز ساخته شده با سیمان پرتلند) مورد استفاده قرار می‌گیرند. انواع پرکننده‌ها را می‌توان بصورت زیر نام برد.

  • پرکننده‌های معدنی غیر مقاوم در برابر آتش‌

که فقط برای استفاده در بتن‌های درجه حرارت پایین مناسب است نه برای بتن‌های دیرگداز از جمله مواد طبیعی مثل بازالت و مواد مصنوعی مثل خاک نسوز پوک شده و پرلیت.

  • شاموت‌

متداولترین ماده پر کننده برای بتن‌های دیرگداز، انواع مختلف شاموت‌های مقاوم در برابر حرارت است. از شاموت‌ها به میزان زیادی به عنوان افزودنی برای بتن‌های سیمان پرتلند و بتن‌های سیمان- چسب شیشه استفاده می‌شود. شاموت از پختن کائولن‌های نسوز در درجه حرارت‌های بالا به دست می‌آید. شاموت‌ها به دو نوع کوارتزی و معمولی تقسیم می‌شوند.

  • مواد محتوی آلومینای بالا‌

شناخته شده‌ترین آنها گروه مولایت(ترکیبات مولایت) است که شامل ترکیبات مولایت و شاموت‌های کوراندومی است. مولایت دارای ضریب انبساط حرارتی پایین بوده و ضریب انتقال حرارت آن با افزایش حرارت به آهستگی کم می‌شود که این دو عامل پایه مقاومت خوب در برابر تغییرات دما محسوب می‌شود.

  • کراندوم‌

از کراندوم به علت نقطه ذوب بسیار بالای، استحکام مکانیکی و مقاومت شیمیایی آن به مقدار بسیار زیاد، به عنوان پر کننده برای بتن‌های دیرگداز استفاده می‌شود و در حالت معمولی نیز انقباض بتن را کاهش می‌دهد.

  • مواد محتوی منیزیا یا دولوما‌

مواد در این گروه اساسا دارای منیزیای ذوب شده یا زینتر شده یا دولومیت زینتر شده هستند. منیزیا و دولوما دارای مقاومت حرارتی بسیار بالا هستند که علاوه بر استفاده در بتن‌های سیمانی به عنوان مواد پر‌کننده در بتن‌های منیزیتی نیز به کار می‌روند.

  • مواد محتوی کرومیت و کرومیت منیزیت

فورستریت: فورستیت‌ها موادی هستند که از زینتر کردن سنگ‌های سیلیکات منیزیم با افزودن منیزیای زینتر شده یا قلیا به وجود می‌آیند که اجزا اصلی آنها فورستریت و پیرکلاس است. فورستریت خالص در دمای ۱۸۹۰ درجه سانتی گراد ذوب می‌شود.

  • کاربید سیلیسیم‌

کاربید سیلیسیم نام تجاری SiC است که وجود ناخالصی آن را بی‌اهمیت می‌سازد. این ماده‌ی سخت مقاومت زیادی در برابر حرارت‌های بالا دارد. نقطه ذوب ندارد و در حرارت‌های بالای ۲۲۰۰ درجه سانتی گراد تجزیه می‌شود. ضریب انبساط حرارتی آن پایین است. از SiC خالص برای بتن‌های نسوز استفاده می‌شود.

3 افزودنی ها

افزودنی‌های خاص به منظور بهبود کارپذیری و شکل دادن‌ یا کنترل ریز ساختار و محصولات دیرگداز برای دستیابی به خواص ویژه بکار گرفته می‌شوند. افزودنی‌ها تحت عناوین مواد پرکننده و چسب ها قرار نمی‌گیرند. افزودنی را می‌توان به صورت زیر طبقه‌بندی نمود.

  • تثبیت کننده‌های سرامیکی(مواد پودری شکل): که هدف آنها چسباندن و خنثی کردن آهک زیاد است.
  • تثبیت کننده‌ها بادانه بندی خیلی ریز تا یکنواخت پخش شوند و سریعاً ترکیب شوند.

مزایای استفاده از بتن های دیرگداز

  • بتن های دیرگداز به عنوان یک لایه پوششی میتواند جایگزین آجرهای چندلایه و گران قیمت باشد. به علاوه به علت سادگی اجرای این نوع بتن ها صرفه جویی قابل توجهی در زمان ساخت در مقایسه با آجرهای نسوز خواهد داشت.
  • براي مصرف کننده به علت عوامل زیر کاهش هزینه دربر دارد :
    کاهش تعداد کارگر لازم .
    کاهش زمان ساخت و تعمیر پوشش هاي لازم
    صرفه جوئی در هزینه و بهبود تولید .
  • در مقایسه با آجرهاي نسوز بتن هاي دیرگداز اغلب در مقابل حملات شیمیائی مقاومت بالا دارند .
  • سایش کمتر و مقاومت بالاتر در مقابل سیکلهاي حرارتی
  • عدم نیاز به فرایند پرس، خشک کردن، پختن و نیز کاهش تجهیزات مورد نیاز.
  • با مصرف قطعات بزرگ پیش ساخته این امکان بوجود می آید که از این روش جهت ساخت بدنه ي کوره ها استفاده شود.
  • یکپارچگی در اجرا و جلوگیری از تخریب زود هنگام پوشش به دلیل نفوذ حرارت از درزهای اجرایی مابین آجرهای نسوز.

کاربرد

بسته به نوع و کیفیت بتن‌های دیرگداز و مواد اولیه ساخت آن، در ممالک صنعتی، از آنها در قسمت‌های مختلفی استفاده می‌شود. از این مواد در کشورهای آمریکا، آلمان، فرانسه، انگلیس، چکسلواکی، هلند، رومانی و چین در کارخانه‌های صنعتی که در درجه حرارت‌های بالا کار می‌کنند، استفاده می‌نمایند. از دیگر موارد کاربرد بتن های دیرگداز می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • بدنه ی کوره ها در کارخانجات فولاد سازی
  • استفاده در ساخت دودکش‌ها
  • استفاده در ساخت کوره‌های حرارتی
  • متالوژی آهن و فولاد
  • تعمیر آستر کوره‌ها
  • کارخانجات تولید فلزات غیرآهنی
  • صنایع سرامیکی
  • صنایع شیشه سازی
  • صنایع سیمان و آهک
  • صنایع کک سازی و تولید گاز
  • صنعت نیرو (بویلرهای حرارتی)
  • صنایع شیمیایی
  • فرودگاه و صنایع هواپیما سازی
  • مهندسی هسته ای