Wstęp. – O co chodzi?
Najczęściej betony ogniotrwałe i żaroodporne oparte na wiązaniu hydraulicznym zarabia się zwykłą wodą. Jej ilość jest zawsze ściśle określona, ale to już osobny temat (więcej). Część wody zarobowej zostaje związane (twardnienie betonu to w końcu reakcja chemiczna – tzw. hydratacja), pozostała ilość służy jako upłynniacz – ta musi bezwzględnie zostać usunięta, zanim beton zacznie pracować w wysokiej temperaturze. Ta pierwsza zresztą także, ale ona „uchodzi” już w wyższych temperaturach i nie można jej usuwania nazwać suszeniem. Pozbywanie się wody związanej nazywa się najczęściej mądrze dehydratacją.
Woda prawie zawsze szkodzi, jeżeli chodzi o wysokie temperatury – dąży się zawsze do jak najmniejszego jej udziału w mieszankach. Wspomniana dehydratacja w betonach konwencjonalnych (konwencjonalny = kruszywo + cement) wiąże się też z utratą wytrzymałości betonu, która w czasie (właściwie: w temperaturze) tego procesu osiąga, jeżeli można to tak nazwać, swoje minimum (później, właściwie: w wyższej temperaturze, wytrzymałość znów rośnie). Jeżeli wykonany z betonu element zostanie podgrzany już do temperatur spieku ceramicznego składników, betonem już oczywiście być przestaje. Proces przygotowania zamknijmy więc na temperaturach rozpadu wiązania hydraulicznego.
Etap 1 – suszenie.
Oczywiście nie należy się spieszyć – beton najpierw musi związać – musi zajść pełna reakcja hydratacji cementu, czy ogólnie mówiąc, środków wiążących. Producent betonu musi ten czas określić i określić także temperaturę, której ten czas dotyczy. Jeżeli chodzi o cementy portlandzkie, to temperatura nie ma tutaj jakiegoś większego znaczenia (oczywiście jeżeli jest dodatnia), natomiast w przypadku cementów glinowych jest ona ważna i jej spadek czas wiązania mocno wydłuża. Najlepiej żeby prefabrykat wiązał w temperaturze około 25oC, a minimum dla cementów glinowych to około 15oC. Nie chodzi nawet o sam czas wiązania, bo jego stan możemy w końcu ocenić organoleptycznie, ale jeżeli jest zbyt zimno, nie zawsze sama hydratacja zachodzi w sposób prawidłowy (mogą się pojawić zbyt bogate w wodę hydraty, charakteryzujące się dużym skurczem przy ogrzewaniu, czego skutkiem może być w konsekwencji zbyt mała gęstość i pękanie betonu). Najlepiej, po stwierdzeniu związania, pozostawić należy jeszcze wykonany element w spokoju (tzn. w ciepłym i suchym miejscu) na około 24 godziny. Skąd wiadomo jaki rodzaj cementu zawiera nasza mieszanka, jeżeli oczywiście nie przygotowywaliśmy jej sami? – Betony żaroodporne, czyli mieszanki przeznaczone do pracy w temperaturach do około 1100oC mogą (nie muszą) być sporządzone w oparciu o cement portlandzki, wyższe zawierają prawie na pewno cement glinowy.
Pozostawienie elementu betonowego samemu sobie, nawet na słońcu nie zawsze jest gwarancją usunięcia wody niezwiązanej. Tkwi ona w zamkniętych porach materiału i ani myśli stamtąd wyjść. Beton ogniotrwały nie osiąga nawet wtedy deklarowanej wytrzymałości na zimno i jego niezadowalającą wytrzymałość mylnie interpretuje się często jako słabe związanie. Pewność osuszenia uzyskuje się po podgrzaniu betonu do temperatury około 110oC, właściwie po utrzymaniu do w tej temperaturze przez pewien czas. Czas ten zależy od grubości elementu – dla cienkich płyt wystarczy około 1 godziny, dla większych prefabrykatów może to być nawet kilkanaście godzin. Wody nie ma już wtedy, kiedy temperatura samego wyrobu wzrośnie powyżej 100oC. Parująca woda obniża jego ciepłotę właśnie do momentu, aż zniknie. Bezpieczna prędkość rozgrzewania do tego poziomu wynosi 20oC/h. Znów, dla cieńszych elementów może być wyższa. Zbyt szybkie podgrzewanie może spowodować osłabienie lub wręcz zniszczenie struktury – para, nie mogąc znaleźć dogodnego ujścia, rozsadza ją. Nie zawsze oczywiście da się przeprowadzić tę operację z wymaganą precyzją. Czasami wykonany z betonu element jest zbyt duży, albo stanowi niedemontowalną część pieca. Należy wtedy starać się po prostu możliwie wolno podnosić temperaturę, albo podnosić ją kilkakrotnie w delikatny sposób, zapewniając jednocześnie dobre przewietrzanie. Betonowe detale, kiedy zawierają jeszcze wodę, wykazują nienormalnie wysoką przewodność cieplną. Osuszenie objawia się też zatem wyraźnym spadkiem temperatury powierzchni – mowa tu, rzecz jasna, o temperaturach z zakresu do 100oC. Beton po wysuszeniu zmienia też wyraźnie barwę (na jaśniejszą) i wyraźnie rośnie jego wytrzymałość (twardość).
Etap II – dehydratacja.
Nie po to stosujemy beton ogniotrwały, żeby pracował w temperaturze 100oC. Najczęściej chcemy go rozgrzewać dalej i to wielokrotnie. Pierwsze rozgrzewanie należy jednak wykonać w kontrolowany sposób. Po usunęciu wody niezwiązanej, można beton rozgrzewać z prędkością do około 50oC/h, aż do temperatury 600oC. W tym czasie następuje dehydratcja, czyli usuwanie wody związanej chemicznie. Trzeba znów zatrzymać wzrost temperatury, aby woda w postaci pary zdążyła ujść z materiału bez uszkodzenia go. Po kilku godzinach można już dalej rozgrzewać element z dowolną, choć nie do końca, prędkością. Nie do końca, bo są jeszcze inne granice tempa przyrostu temperatury – chodzi o nie wywoływanie zbyt dużych naprężeń cieplnych. Tu musimy pamiętać o rozszerzalności materiału – nie jest to już jednak temat ściśle związany z pierwszym wygrzewaniem. Należy w tym miejscu ponownie wspomnieć o tym, że beton w czasie dehydratacji traci znacznie na wytrzymałości – spadek ten dotyczy oczywiście głównie betonów konwencjonalnych. Muszą być one zagrzane do temperatury bliskiej maksymalnej stosowania, aby nastąpił spiek ceramiczny, który zastąpi zanikające wiązanie hydrauliczne. Ten zanik siły wiązania dotyczy zarówno betonów na cemencie portlandzkim, jak i glinowym. Zjawiska tego nie obserwuje się w przypadku betonów niskocementowych, których wytrzymałość rośnie praktycznie cały czas wraz ze wzrostem temperatury. Zmiany wytrzymałości przy późniejszych rozgrzewaniach już nie zachodzą, nie licząc oczywiście normalnych zmian związanych z zużyciem oraz jeżeli temperatura pracy nie była wyższa niż przy poprzednim cyklu. Wspomniane betony niskocementowe zawierają znacznie mniej wody dodawanej przy zarabianiu, mimo to zasady ich rozgrzewania są podobne. Dzięki jednak mniejszej roli samego cementu ich wytrzymałości są znacząco wyższe.
Nie znalazłeś w tekście interesującej Cię informacji? Kliknij poniższy link.