Tyto složky jsou nejprve smíchány ve vhodném hmotnostním poměru (např. cement/polymer/voda/plastifikátor = 80/4/15/1). Vzniklá sypká nesoudržná hmota je následně zhomogenizována a zhutněna na zařízení, které na směs vyvíjí vysoké smykové síly (např. twin-roll mixer). V tomto kroku dochází k tvorbě charakteristické mikrostruktury, s kterou jsou spojeny výsledné vlastnosti materiálu. Vzniklou kompaktní hmotu lze dále tvarovat vysokotlakými technikami (např. kalandrováním, vstřiko-lisováním nebo extruzí) do potřebného tvaru podle zamýšlené aplikace (např. deska nebo nosný profil). Takto připravený výrobek komplexem hydratačních reakcí bez nutnosti tepelného zpracování samovolně tvrdne při libovolné teplotě od 0 do 90 °C a do 48 hodin nabývá výrazných pevností zejména v tahu za ohybu i více než 50 MPa.

Obr. 1: pracovní část twin-roll mixu při vysokosmykovém míchání

Tvarové žárovzdorné materiály jsou vyráběny keramickými technologiemi, které pro utvoření keramické vazby v materiálu využívají tepelného zpracování. Materiál je zahříván až na teplotu slinování. Tento energeticky náročný proces je spojený většinou i s produkcí skleníkových plynů vznikajících při spalováním fosilních paliv, např. zemního plynu.

Netvarové žárovzdorné materiály jsou tvarovány po rozmíchání s vytvrzovací složkou (většinou vodou) až na místě instalace vyzdívky. Typickým příkladem netvarových žárovzdorných materiálů jsou hlinitanové cementy. Po rozmíchání hlinitanového cementu s vodou dochází k jeho tuhnutí a tvrdnutí v důsledku hydratačních reakcí slínkových minerálů, zejména minerálů CaO.Al₂O₃ a 12CaO.7Al₂O₃, za vzniku krystalických hlinitanových hydrátů hexagonálního (např. 2CaO.Al₂O₃.8H₂O, CaO.Al₂O₃.10H₂O, 4CaO.Al₂O₃.13-19H₂O) a později kubického charakteru (3CaO.Al₂O₃.6H₂O). Po zatvrdnutí je tento hydratovaný systém vystaven vysokým teplotám při samotném plnění funkce žárovzdorného materiálů. Všechny uvedené hlinitanové hydráty při teplotách 100 – 350 °C postupně dehydratují, což je spojeno s výrazným zmenšením objemu. To vede k tvorbě lokálních napětí v materiálu, která jsou uvolňována vznikem a šířením trhlin. Kompaktnost a funkce těchto materiálů je tak výrazně narušena.

Problematikou jak tvarových, tak netvarových žárovzdorných materiálů se úspěšně zabýval výzkumný tým na Fakultě chemické Vysokého učení technického v Brně. Ve srovnání s tvarovými materiály nevyžaduje výroba tohoto materiálu proces tepelného zpracování stejně jako je tomu u většiny netvarových žárovzdorných materiálů. Ovšem na rozdíl od netvarových materiálů, které jsou také často založeny na bázi hlinitanového cementu, nedochází u tohoto materiálu při vystavení vysokým teplotám k tvorbě trhlin. To je dáno odlišným vazným pojivovým mechanismem v hlinitanových betonech a tomto materiálu, kde je výrazně potlačena tvorba hlinitanových hydrátů. Úlohu pojivové fáze zde nesehrávají pouze hlinitanové hydráty, ale především polymer. Pokud je tento materiál vystaven vysokým teplotám dochází nejprve k postupné dehydrataci přítomných hlinitanových hydrátů až do teploty cca 350 °C. Zároveň začíná probíhat postupná degradace a pyrolýza organického polymeru. V případě použití polyfosfátu jako polymerní složky dochází k jeho postupné dehydroxylaci. To je spojeno s určitým dočasným poklesem pevností. Při vysokých teplotách se začíná utvářet keramická vazba slinováním slínkových minerálů přítomných v cementu a pevnosti opět narůstají.

Výhoda takto připraveného výrobku vyvinutého na Fakultě chemické VUT v Brně je možnost přímé instalace do vysokoteplotního zařízení jako žárovzdorný prvek. Tento materiál navíc v porovnání s betony z hlinitanového cementu nevykazuje smrštění po dehydroxylaci hydroaluminátů vedoucí ke vzniku trhlin a na rozdíl od žárovzdorné keramiky nevyžaduje vysoce energeticky náročný proces tepelného zpracování. Suroviny jsou po smíchání, po krátkém vytvrdnutí přímo instalovány do vysokoteplotních zařízení s předpokladem odolnosti v žáru od 1300 – do 1500 °C podle složení výchozí směsi.

Vynález vysokosmykově míchaných žáruvzdorných materiálů je od roku 2013 chráněn užitným vzorem a je podána přihláška patentu.

Foto: archiv Centra materiálového výzkumu, Fakulta chemická, VUT v Brně