WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

КЛИНОВ ОЛЕГ АНАТОЛЬЕВИЧ

ЖАРОСТОЙКИЙ ГАЗОБЕТОН НА ОСНОВЕ АЛЮМОСИЛИКОФОСФАТНОГО СВЯЗУЮЩЕГО

С ДОБАВКОЙ ОГНЕУПОРНОГО ВОЛОКОНА

Специальность 05.23.05 – «Строительные материалы и изделия»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Челябинск 2008

Работа выполнена в ООО «УралНИИстром»

Научный руководитель – кандидат технических наук

Абызов Виктор Александрович

Официальные оппоненты: Почетный строитель России, профессор,

доктор технических наук

Капустин Федор Леонидович

Кандидат технических наук,

старший научный сотрудник

Алферов Герман Дмитриевич

Ведущая организация – ЗАО «Баштепломонтаж» (г. Уфа)

Зашита состоится «4» декабря 2008 г., в 13 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.238.08 в Южно-Уральском Государственном техническом университете по адресу:

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета.

454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76, Южно-Уральский государственный университет, главный корпус, ауд. 1001.

Автореферат разослан «31» октября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ДМ 212.238.08

д.т.н., проф. Б.Я. Трофимов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Основными тенденциями в производстве жаростойких и огнеупорных материалов являются повышение требований к их качеству и внедрение энергосберегающих технологий. В связи с этим особую актуальность приобретают вопросы разработки новых эффективных материалов для высокотемпературной теплоизоляции.

Это подтверждается решением 1-й Всероссийской конференции по бетону и железобетону (Москва, 2001 г.), согласно которому одним из основных направлений научной дея­тельности в области бетоноведения до 2010 г. должны стать разработка, исследование и совершенствование свойств специальных бетонов, в том числе и жаростойких.

Жаростойкий бетон, в отличие от штучных огнеупоров, не требует обжига и позволяет изготавливать изделия любой формы и размера. Применение ячеистых бетонов для теплоизоляции позволяет уменьшить толщину ограждающих конструкций тепловых агрегатов и сокращает теплопотери, что особенно актуально в связи с ростом мировых цен на все виды энергоресурсов.

Наибольшую температуру применения имеют фосфатные ячеистые бетоны. Фосфатный газобетон твердеет за счет самораспространяющейся экзотермической реакции, без термообработки. Применение фосфатного газобетона ограничено узкой сырьевой базой, в особенности отсутствием доступных высококачественных связующих. Обычно используемые алюмофосфатное и алюмохромфосфатное связующие имеют высокую стоимость.

Возможные пути снижения себестоимости фосфатного газобетона –использование дисперсных промышленных отходов (корундовых, хромглиноземистого состава и т.д.) взамен дорогих огнеупорных заполнителей и разработка новых связующих. В этой связи целесообразно рассмотреть алюмосиликофосфатное связующее (АСФС), вопросы применения которого в жаростойком газобетоне не изучены.

Для получения АСФС необходимо сырье с высоким содержанием Al2O3 и SiO2 в активной форме, в виде алюмосиликатного стекла. Данному требованию удовлетворяет муллитокремнеземистое волокно.

Целью настоящей работы является разработка жаростойкого газобетона, твердеющего без применения термообработки, на основе алюмосиликофосфатного связующего с использованием огнеупорного волокна.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

– разработать новые способы получения фосфатных связующих – алюмосиликофосфатного и алюмосиликохромфосфатного путем нейтрализации ортофосфорной кислоты муллитокремнеземистым волокном;

– исследовать основные показатели реакций взаимодействия дисперсного металлического алюминия с разработанными связующими;

– разработать составы поризованных фосфатных композиций на основе предлагаемых связующих и дисперсного металлического алюминия;

– исследовать фазовые превращения и физико-химические процессы, протекающие при нагревании поризованных фосфатных композиций;

– разработать составы газобетона на основе алюмосиликофосфатного связующего, шамота, корундовых отходов и шлака металлического хрома с добавкой высокоглиноземистых отходов производства синтетического каучука;

– разработать составы газобетона на основе алюмосиликофосфатного связующего и корундовых отходов с заполнителем из отходов производства муллитокремнеземистого волокна;

– исследовать жаростойкие и физико-механические свойства газобетона;

– испытать разработанный газобетон в промышленных условиях и определить технико-экономические показатели.

Научная новизна работы:

– теоретические обосновано и экспериментально подтверждена возможность получения алюмосиликофосфатного и алюмосиликохромфосфатного связующего путем нейтрализации ортофосфорной кислоты муллитокремнеземистым волокном;

– изучен фазовый состав и превращения, протекающие при нагревании поризованных композиций на основе алюмосиликофосфатного связующего и дисперсного алюминия;

– исследовано влияние заполнителя из отходов муллитокремнеземистого волокна на свойства жаростойкого фосфатного газобетона;

– установлены основные закономерности изменения физико-механических свойств фосфатного газобетона в зависимости от степени замещения связующего, содержания дисперсного алюминия и соотношения заполнителей.

Практическое значение работы состоит в том, что разработан жаростойкий фосфатный газобетон на основе модифицированного ионами хрома и кремния алюмофосфатного связующего с шамотным и корундовым наполнителями, а также с заполнителем из муллитокремнеземистого волокна, со средней плотностью 400...800 кг/м3 и температурой применения 1400...1600 °С. Полученный материал отличается пониженной стоимостью и улучшенными физико-механическими свойствами по сравнению с газобетоном на основе АФС благодаря использованию промышленных отходов.

Реализация работы в промышленности. Разработанные составы газобетона и связок переданы ООО «ПАККО» (г. Пенза), ООО «Уралбоксит» (г. Челябинск), где осуществляется производство изделий из жаростойкого фосфатного газобетона для изоляции стекловаренных печей. Экономический эффект составил в среднем 1683 руб на 1 м3 газобетона (в ценах 2007 г.). Изделия из жаростойкого газобетона на АСФС и АСХФС использованы для изоляции стекловаренных печей Рославльского стекольного завода (ОАО «СИТАЛЛ»), Саратовского института стекла, тепловых агрегатов предприятий Челябинской области.

В ОАО «УралНИИстромпроект» на опытном участке с использованием разработанных составов были изготовлены изделия для теплоизоляции нагревательной печи завода ОOО «ПаульПлюс» (г. Томск) и стекловаренных печей Солнечногорского стекольного завода.

Разработаны рекомендации по составам, технологии приготовления и применения АСФС и АСХФС, фосфатного газобетона на основе данного связующего, шамота, отходов производства электрокорунда и высокоглиноземистых отходов нефтехимии. Результаты настоящей работы использованы при разработке ТУ 5746-046-00290038-2003 «Изделия из жаростойкого фосфатного газобетона» (взамен ТУ 21-РСФСР-116-88).

Автор защищает:

– способы получения алюмосиликофосфатного и алюмосиликохромфосфатного связующих путем нейтрализации ОФК отходами огнеупорного волокна;

– составы и результаты исследования свойств поризованных жаростойких фосфатных композиций на основе АСФС и АСХФС и дисперсного металлического алюминия, твердеющих без термообработки;

– закономерности формирования требуемых свойств и полученные на их основе составы жаростойкого газобетона с использованием в качестве заполнителей шамота, корундовых отходов, отходов производства синтетического каучука;

– результаты исследования физико-механических и жаростойких свойств газобетона на основе разработанного связующего, шамота, отходов производства синтетического каучука и корунда, отходов муллито-кремнеземистого волокна;

– результаты испытания бетонов в промышленных условиях и технико-экономические показатели их применения.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на:

– II международном конгрессе «Пече-трубостроение: тепловые режимы, конструкции, автоматизация и экология», РосТеплостроймонтаж, Москва, 2006;

– ежегодной международной конференции огнеупорщиков и металлургов «Современные огнеупоры. Технологии, сырье, оборудование. Модернизация и техническое перевооружение огнеупорных предприятий. Служба огнеупоров в агрегатах черной и цветной металлургии», Москва, 2007;

– международной научно-технической конференции «Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности», Харьков, 2007;

– V Международной конференции огнеупорщиков и металлургов Украины и России, Ялта, 2007;

– областной научно-практической конференции «Проблемы повышения надежности и качества строительства», Челябинск, 2003;

– областной научно-практической конференции «Использование отходов горнодобывающей и перерабатывающей промышленности», Челябинск, 2004;

– областной научно-практической конференции «Новые методы геологического изучения, добычи и переработки руд цветных и благородных металлов», Челябинск, 2006;

– научно-практической конференции преподавателей и сотрудников ЮУрГУ, Челябинск, 2008;

– областной научно-практической конференции «Состояние, перспективы развития и освоения минерально-сырьевой базы Южного Урала для нужд строительного комплекса», Челябинск, 2008

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 16 статьях, в том числе в 3 изданиях, рекомендованных ВАК.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов и приложений, содержит 139 страниц машинописного текста, 23 рисунка, 16 таблиц и список литературы из 203 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Состояние вопроса. В производстве огнеупорных и жаростойких материалов с конца 1970-х гг. сохраняется тенденция к увеличению доли бетонов и снижению объемов выпуска мелкоштучных огнеупорных изделий.

В нашей стране в развитие теории и практики применения жаростойк их бетонов большой вклад внесли К.Д. Некрасов и его шко­ла в НИИЖБе, а также исследователи в ЦНИИСКе, ВостИО, ЛТИ, МХТИ, ИОНХе, УралНИИстромпроекте, ВНИПИтеплопроекте, МГСУ, СГАСУ и ряде других организаций.

Промышленностью выпускаются жаростойкие бетоны на различных вяжущих: портландцементе с тонкомолотыми добавками, глиноземистом и высокоглиноземистом цементах, жидком стекле и фосфатных связующих. Проведенный анализ состояния вопроса показывает, что жаростойкие бетоны на фосфатных связующих отличаются улучшенными свойствами (высокой прочностью, термостойкостью и температурой применения).

Перспективным направлением развития жаростойкого бетона является разработка легких теплоизоляционных бетонов. Их применение позволяет снизить материалоемкость, массу и толщину ограждающих конструкций, сократить расход топлива в тепловых агрегатах и потери тепла в окружающую среду. Последнее особенно актуально в связи с ростом мировых цен на энергоносители. Эффективной разновидностью легких жаростойких бетонов являются ячеистые. Для них не требуются фракционированные огнеупорные пористые заполнители, в этом случае отсутствуют температурные напряжения, возникающие на границе цементного камня и заполнителя, они имеют меньшую плотность и теплопроводность.

На основе ортофосфорной кислоты (ОФК), золы-уноса и алюминиевой пудры в ЦНИИСК был разработан газозолобетон с плотностью 500 кг/м3 и температурой применения 800 °С. В дальнейшем там же с использованием ОФК, алюмохромфосфатного связующего и технического глинозема получен ячеистый бетон со средней плотностью 800…1200 кг/м3 и температурой применения до 1500 °С. Бетон имел существенные недостатки, ограничившие его применение – двухстадийная термообработка, невозможность изготовления крупноразмерных изделий.

В УралНИИстромпроекте был разработан корундовый и шамотный жаростойкий фосфатный газобетон со средней плотностью 400…1000 кг/м3 и температурой применения 1400…1600 °С, твердеющий без применения термообработки, за счет самораспространяющегося экзотермического синтеза. Были разработаны бетоны на алюмофосфатном, алюмохромфосфатном, магнийфосфатном, алюмомагнийфосфатном и алюмоборфосфатном связующих.

Производство и применение жаростойкого фосфатного газобетона сдерживается отсутствием доступных связующих – используемая обычно алюмохромфосфатная связка отличается высокой стоимостью, выпускается в незначительных количествах, а более дешевые алюмофосфатная (АФС), магнийфосфатная связка склонны к старению (кристаллизации) при хранении. Газобетон на алюмоборфосфатной связке имеет не высокие жаростойкие и прочностные свойства.

Известно, что наилучшими эксплуатационными свойствами и стабильностью отличаются связующие на основе двойных и сложных фосфатов (алюмохромфосфатное, алюмоборфосфатное, алюмомагнийфосфатное, глинфосфатное и другие). Повышает их стабильность и максимально возможную степень замещения, а также огнеупорность, введение катионов Al3+ и Cr3+. Примеси поливалентных катионов, присутствующие в огнеупорных промышленных отходах, также увеличивают стабильность связующих за счет комплексообразования.

Анализ литературных данных показывает, что глинфосфатная связка, состоящая преимущественно из алюмофосфатов и силикофосфатов, позволяет получать жаростойкие фосфатные бетоны с высокими жаростойкими свойствами. Известно также, что АСФС хорошо сочетается с муллито-кремнеземистым волокном. В технологии жаростойкого фосфатного газобетона АСФС ранее не использовалась.

Использование добавок огнеупорных волокон улучшает физико-механические свойства жаростойких материалов – повышается предел прочности при изгибе и термостойкость, снижается средняя плотность и усадка. Наилучшими свойствами среди волокон, выпускающихся отечественной промышленностью, отличаются муллито-кремнеземистое и муллито-кремнеземистое хромсодержащее волокно. Они хорошо сочетаются с фосфатными связующими, особенно с силикофосфатным и АСФС. Волокно может взаимодействовать с ортофосфорной кислотой.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»