Encara queformigó refractarii el formigó ordinari tenen noms i aspectes similars, i tots dos es formen principalment per abocament o embolcall durant la construcció, tenen diferències fonamentals en sistemes de materials, propietats físiques i químiques, entorns de servei, posicionament funcional i lògiques d'aplicació d'enginyeria. Pertanyen a dues categories tècniques diferents, a saber, materials refractaris i materials de construcció civil, i no es poden utilitzar de manera intercanviable ni substituir-se entre si.
I. Composició del material i mecanisme d'unió
El formigó refractari és un material refractari amorf típic, amb el seu nucli en "estabilitat a alta-temperatura" i "capacitat de retenció estructural". Els seus agregats solen ser matèries primeres minerals d'alt-punt de fusió-com ara clínquer de bauxita d'alúmina d'alt-, alúmina fosa, mullita, silimanita o carbur de silici que han patit una calcinació a alta-temperatura. La distribució de la mida de les partícules està dissenyada estrictament per equilibrar la densitat i la resistència al xoc tèrmic; els materials en pols inclouen pols fines i micro-pols actives dels materials corresponents (com ara micro-pols d'alúmina, micro-pols de sílice), utilitzats per omplir buits i millorar l'activitat de sinterització. L'aglutinant és la clau per a la seva resistència a la temperatura ambient-i rendiment a alta-temperatura, amb tipus comuns que inclouen: ciment d'alúmina alta (-aglutinant d'enduriment a l'aigua, adequat per a condicions de temperatura mitjana i baixa-), silicat de sodi/potassi (endurit per àcid, amb certa resistència a l'àlcali, fosfat d'hidrogen com a erosió), formant una estructura de xarxa tridimensional, transformant-se en una fase ceràmica a altes temperatures, dotant d'excel·lents propietats de resistència a l'estat calent i anti-escallada, i els aglutinants de sol-gel de ràpid desenvolupament en els últims anys (com el sol d'alumini, el sol de sílice). Els diferents sistemes d'unió corresponen a diferents períodes de construcció, règims de curat i rangs de temperatura de servei final.
En canvi, el formigó normal pertany a un sistema de material cimentós d'enduriment a l'aigua típic, amb ciment Portland general (grau P·O 42,5 o 52,5 principalment) com a component de ciment, i àrids que utilitzen sorra natural de riu, pedra triturada o sorra i grava manufacturades, seguint estrictament les especificacions de gradació; l'aigua de la mescla participa en la reacció d'hidratació dels minerals de clínquer de ciment (C₃S, C₂S, etc.), generant una estructura de xarxa amb hidrat de silicat de calci (gel C-S{-H) com a cos principal, complementat amb hidròxid de calci, ettringita i altres productes, formant la base de la capacitat de càrrega a temperatura ambient{6}. El seu desenvolupament de rendiment depèn molt del grau d'hidratació i de les condicions ambientals de temperatura i humitat, mancant de capacitat de reestructuració a altes temperatures.
II. Temperatura de servei i rendiment refractari
L'objectiu de disseny del formigó monolític refractari és suportar càrregues tèrmiques d'alta-temperatura durant molt de temps. Segons l'estàndard nacional GB/T 29921-2013 "Castables refractaris" i la pràctica de la indústria, la temperatura de servei a llarg termini-del formigó refractari adherit-de ciment d'aluminat convencional és de 900 a 1250 graus, amb una temperatura màxima-a curt termini de fins a 1350 graus. Les fases ceràmiques d'alt-punt de fusió-com l'AlPO₄, poden mantenir una temperatura de servei-a llarg termini de 1450-1650 graus, amb una refractarietat generalment superior a 1700 graus, i alguns sistemes d'alúmina de crom o d'alúmina de zirconi fins i tot superen els 1806} graus de resistència Les propietats també inclouen una bona estabilitat al xoc tèrmic (resistència a l'esquerdament i a l'esquerdament amb escalfament i refredament ràpid repetits), estabilitat de volum a alta-temperatura (taxa de canvi lineal residual controlada dins del ±0,5%) i resistència al desgast i a l'erosió sota un flux de gas a-alta temperatura.
El formigó normal és completament inadequat per a entorns-d'alta temperatura. Quan la temperatura puja a uns 300 graus, l'hidròxid de calci dels productes d'hidratació comença a deshidratar-se; per sobre de 400 graus, l'estructura del gel C-S{-H es deteriora significativament i la força disminueix bruscament; després dels 500 graus, la pedra de ciment perd bàsicament la seva capacitat d'unió, mostrant una pols i esquinçament evidents. Si s'exposa a flames obertes o altes temperatures sobtades, també pot experimentar un esquinçament explosiu a causa d'un augment sobtat de la pressió del vapor causat per la vaporització de l'aigua lliure interna. Per tant, el seu límit de temperatura de servei de disseny està estrictament limitat a menys de 400 graus de la temperatura ambient i només és adequat per a funcions de suport de càrrega estructural-i tancament en condicions climàtiques normals.
III. Propietats químiques i adaptabilitat a l'atmosfera
El formigó refractari té un sistema de classificació clar basat en l'acidesa o alcalinitat dels seus components principals i les seves tendències de reacció amb els gasos del forn a altes temperatures. Es divideix en tres grans categories: àcid (com sílice, semi-sílice), neutre (com alumina alta, corindó, carbur de silici) i alcalí (com magnesi, espinela-alúmina de magnesia, dolomita). Aquesta classificació serveix directament a les atmosferes de funcionament complexes i canviants dins dels forns industrials. Per exemple, a la cambra de combustió d'un forn de coc, on es requereix resistència als gasos reductors (CO, H₂), es prefereixen sistemes neutres o alcalins; a la cambra regenerativa d'un forn de fusió de vidre, on es produeix l'exposició a gasos de combustió d'alta temperatura-altament oxidatiu i vapor àlcali, es prioritzen els materials basats en zirconi o mullita-fonada amb resistència als àlcalis; i als forns de reverberació per a la fosa de metalls no ferrosos, on hi ha contacte amb gasos de combustió corrosius que contenen sofre-, calen peces colades d'alta alúmina especials unides amb fosfat- amb resistència a l'erosió del SO₂.
El formigó ordinari és fortament alcalí (amb un valor de pH superior a 12,5) i els seus productes d'hidratació pateixen fàcilment reaccions de neutralització amb medis àcids (com ara boires àcides industrials, pluja àcida i solucions àcides del sòl), donant lloc a la dissolució de sals de calci, un augment de la porositat i una disminució de la força. També no té una resistència efectiva als ions corrosius com els ions clorur i sulfat. A més, no és estable en atmosferes especials com condicions de reducció, cementació o nitruració. Per tant, el seu entorn d'aplicació és extremadament limitat i només es recomana per a condicions atmosfèriques generals seques, neutres o dèbilment alcalines. No s'ha d'exposar a medis fortament corrosius ni a atmosferes reductores d'alta-temperatura segellades.
IV. Camps d'aplicació i posicionament funcional
El valor bàsic del formigó refractari rau en la construcció d'una "barrera tèrmica" per a equips industrials d'alta-temperatura. Les seves funcions són complexes i especialitzades: no només ha de suportar l'estructura del revestiment, sinó que també ha d'aconseguir múltiples tasques com ara l'aïllament tèrmic i la preservació, la resistència a la penetració d'escòries, la protecció contra l'erosió del flux de gas i l'amortiment dels impactes de l'estrès tèrmic. Els escenaris d'aplicació típics inclouen el canal de presa de ferro dels alts forns, la capa de treball dels cullerots de ferro fos, la part superior esfèrica i el llit de maó de quadres de les estufes d'explosió calent a la indústria siderúrgica; la torre de reacció del forn de fosa ràpida, la coberta i la línia d'escòria dels forns d'ànode rotatiu en el camp de la metal·lúrgia no-ferrosa; les boques frontals i posteriors del forn i els cons del forn de descomposició dels forns rotatius de ciment a la indústria de materials de construcció; i el revestiment de la secció radiant dels forns de craqueig d'etilè i el revestiment interior de regeneradors en unitats de craqueig catalític de la indústria petroquímica. En aquestes àrees, el formigó refractari sovint funciona juntament amb maons refractaris amb forma, mòduls de fibra i cargols d'ancoratge per formar un sistema tèrmic complet.
El formigó ordinari, en canvi, se centra en la fiabilitat mecànica i l'adaptabilitat ambiental al llarg de tot el cicle de vida dels projectes d'enginyeria civil. Destaca propietats com ara la resistència a la compressió, la impermeabilitat, la resistència als cicles de congelació-descongelació, la força d'adherència de les barres de reforç i el control de fluència-a llarg termini en condicions i temperatures normals. Les seves aplicacions cobreixen una àmplia gamma d'àmbits, com ara estructures d'edificis (bigues, lloses, columnes, murs de cisalla, lloses de cimentació), infraestructures de transport (capes de base i superfície d'autopistes, travesses de ferrocarril, molls i contraforts de ponts), instal·lacions de conservació d'aigua (vessalls de presa, revestiments de canals) i enginyeria municipal (estructures de túnels, pous d'inspecció de carreteres). La base del disseny del formigó normal és el "Codi per al disseny d'estructures de formigó" (GB 50010) i el "Codi per a la proporció del formigó ordinari" (JGJ 55), posant èmfasi en l'estandardització, la producció en massa i l'economia en lloc de la funcionalitat d'alta-temperatura.
V. Tècniques constructives i sistemes de curat
Encara que ambdós tipus de formigó impliquen processos comuns com la mescla forçada en una mescladora, el bombeig o abocament manual i la compactació per vibració, els punts de control tècnic són força diferents. El formigó resistent al foc-és molt sensible a la quantitat d'aigua afegida: una quantitat excessiva d'aigua augmentarà la porositat, reduirà la resistència a les altes-temperaturas i augmentarà el risc d'esquerdes durant l'etapa de cocció; massa poca aigua donarà lloc a una fluïdesa insuficient i dificultat per aconseguir una compactació densa. En la construcció real, la treballabilitat es regula sovint afegint reductors i retardadors d'aigua d'alta-eficiència, i el valor de fluïdesa de la purí (com el determinat per la prova d'assentament) i els temps de fraguat inicial i final es controlen estrictament. Després de formar-se, ha de passar per dues etapes crítiques: primer, un període d'assecat natural (normalment no menys de 24-48 hores) per permetre que l'aigua lliure escapi lentament i evitar l'esquerda per contracció de la superfície; aleshores, s'implementa un règim de cocció sistemàtic - amb velocitats d'escalfament per etapes (com ara inferior o igual a 15 graus /h), plataformes de temperatura constant (com mantenir a 300 graus, 600 graus i 900 graus durant diverses hores) i una temperatura objectiu final. El període total generalment no és inferior a 7 dies per garantir la conversió completa de l'aglutinant, l'eliminació completa de la humitat i la formació d'una xarxa d'unió ceràmica completa. El formigó-resistent al foc que no s'ha sotmès a una cocció estandarditzada és propens a esquinçar-se estructuralment o fins i tot col·lapsar-se després de l'operació.
La construcció del formigó normal, en canvi, s'orienta cap a l'eficiència i la controlabilitat: paràmetres com la proporció d'aigua-ciment, la caiguda i la temperatura del motlle tenen límits clars; la vibració té com a objectiu eliminar les superfícies de bresca i picats i garantir la densitat; El curat estàndard es realitza en condicions de retenció d'humitat coberta, temperatura constant (20 ± 2 graus) i humitat saturada (superior o igual al 95%), i pot assolir més del 95% del grau de resistència dissenyat després de 28 dies. Per a estructures de gran-volum, també es prenen mesures de control de temperatura per evitar que les diferències de temperatura excessives entre l'interior i l'exterior provoquin esquerdes. Tot el procés no requereix cap pas de tractament tèrmic a -alta temperatura, té un període de posada en funcionament curt i uns costos de gestió baixos.
tot i que el formigó refractari i el formigó ordinari entren dins de la categoria de "formigó", la seva naturalesa és fonamentalment diferent: el primer és un material especial funcional que requereix un servei d'alta temperatura-com a requisit previ, es basa en la refractarietat inherent del material i està dissenyat amb condicions d'acoblament multi-factorial com a límit; aquest últim és un material estructural bàsic que se centra en les propietats mecàniques a temperatura normal, està garantit per una durabilitat a llarg termini-i segueix un camí de construcció estandarditzat. Tots dos tenen els seus propis sistemes quant a fonts de matèries primeres, principis de preparació, mètodes de caracterització del rendiment, estàndards d'acceptació de qualitat i cadenes de serveis tècnics. En la pràctica de l'enginyeria, és necessari dur a terme una selecció especialitzada i un disseny d'esquemes en col·laboració entre enginyers de materials refractaris i enginyers estructurals basant-se en factors complets com ara la temperatura de funcionament de l'equip, les propietats de l'atmosfera, les característiques de càrrega de calor, la resistència al desgast mecànic i els requisits de manteniment. L'empirisme, l'aplicació per analogia o la simplificació i substitució estan totalment prohibides. Només combinant amb precisió les característiques del material amb els requisits operatius es pot garantir el funcionament segur, eficient i a llarg termini-de l'equip industrial d'alta-temperatura.
