Содержание к диссертации
Введение
1. Общее состояние вопроса 10
1.1. Существующий уровень научных разработок по жаростойким бетонам 10
1.2. Жаростойкие бетоны на безводных силикатах натрия 21
1.3. Основные требования, предъявляемые к жаростойким бетонам 32
1.4. Выводы 33
2. Цель, рабочая гипотеза, задачи и методика исследований 36
2.1. Цель, рабочая гипотеза и задачи исследований 36
2.2. Методика проведения исследований
2.2.1. Физико-механические исследования 43
2.2.2. Теплофизические исследования 44
2.2.3. Дилатометрические исследования 47
2.2.4. Термомеханические исследования 49
2.2.5. Физико-химические исследования 62
2.2.6. Математическое планирование эксперимента 63
3. Экспериментальная часть 69
3.1. Исходные сырьевые материалы 69
3.2. Теоретические и экспериментальные предпосылки получения корунд боксит-силикат-натриевого композиционного вяжущего 71
3.3. Рентгеноструктурный анализ корунд-боксит-силикат-натриевого композиционного вяжущего 84
3.4. Разработка корунд-боксит-силикат-натриевого композиционного вяжущего (КБСНКВ) 88
3.4.1. Выбор рационального состава (КБСНКВ) -
3 3.4.2. Влияние технологических факторов на вяжущие свойства оптимального состава КБСНКВ 97
3.5. Разработка корундового жаростойкого бетона на БКСНКВ 103
3.5.1. Подбор оптимального состава жаростойкого корундового бетона 106
3.5.2. Исследование влияния технологических параметров на свойства корундового жаростойкого бетона 113
3.6. Исследование основных теплофизических свойств жаростойкого корундового бетона на корунд-боксит- силикат-натриевом композиционном вяжущем 123
3.6.1. Теплопроводность жаростойкого корундового бетона 123
3.6.2. Исследование термической стойкости жаростойкого корундового бетона 125
3.6.3. Огнеупорность жаростойкого корундового бетона
3.7. Дилатометрическое исследование жаростойкого корундового бетона 128
3.8. Исследование термомеханических свойств жаростойкого корундового бетона 131
4. STRONG Опытно-производственные работы и внедрение. технико-экономическое обоснование технологии получения и применениякорундовых жаростойких бетонных блоков 138
4.1. Опытно-производственные работы и внедрение STRONG 138
4.2. Расчет экономической эффективности производства и применения корундового жаростойкого бетона на корунд-боксит- силикат-натриевом композиционном вяжущем 144
Общие выводы 148
Литература 151
- Жаростойкие бетоны на безводных силикатах натрия
- Физико-механические исследования
- Рентгеноструктурный анализ корунд-боксит-силикат-натриевого композиционного вяжущего
- Расчет экономической эффективности производства и применения корундового жаростойкого бетона на корунд-боксит- силикат-натриевом композиционном вяжущем
Введение к работе
Актуальность работы. Значительные сдвиги, происходящие в последнее время в практике производства огнеупорных материалов, обусловлены расширением области применения жаростойких бетонов, что позволило перейти от мелкоразмерных штучных изделий к крупным блокам и панелям. Применение их при строительстве и ремонте тепловых агрегатов даёт возможность механизировать производство работ, снизить их трудоёмкость.
Несмотря на несомненные преимущества жаростойких бетонов, в отечественной практике подавляющее большинство тепловых агрегатов возводится пока еще с применением штучных огнеупоров (кирпича). Это объясняется рядом причин, одна из которых - малое число специализированных баз и заводов по выпуску блоков и панелей из жаростойких бетонов, что, в свою очередь, сдерживает разработку типовых проектов тепловых агрегатов из индустриальных футеровочных элементов.
Десятилетиями создававшаяся разветвлённая сеть научно-исследовательских организаций и производственных предприятий, занимающихся разработкой, производством и применением жаростойких бетонов, в настоящее время практически распалась. В нашей стране объём производства и применения жаростойких бетонов резко уменьшился, в связи с общим снижением объёмов выпуска промышленной продукции.
Основными вяжущими, применяемыми для жаростойких бетонов, являются гидравлические (портландцемент, шлакопортландцемент, глиноземистый и высокоглиноземистый цементы), водные и безводные силикаты натрия и фосфатосодержащие вещества.
В последние годы наибольшее распространение получили жаростойкие бетоны на основе силикат-натриевого жидкого стекла, вулканических стекол, безводного силиката натрия (БСН), включающие натриевый щелочной компонент, который выполняет роль катализатора в процессе растворения и диспергирования частиц аморфного кремнезема, ускоряющего полимеризацию, тем самым формируя стабильные фазы в системе вяжущее-заполнитель. Весьма актуальным является применение безводных силикат-натриевых композиционных вяжущих, использование которых позволяет существенно снизить содержание Na2Si03 - легкоплавкого составляющего в жаростойком бетоне, а также исключить дорогостоящий процесс производства жидкого стекла.
В связи с этим можно отметить перспективность исследований, направленных на расширение номенклатуры жаростойких бетонов на безводных силикатах натрия с использованием новых видов композиционных вяжущих и заполнителей с повышенными эксплуатационными свойствами. Данная работа посвящена разработке принципиально нового вида безводного силикат-натриевого композиционного вяжущего и жаростойкого бетона на его основе для
футеровки тепловых агрегатов с температурой эксплуатации до 1800 С.
Работа выполнена по межвузовской научно-технической программе «Архитектура и строительство», планам НИР секции «Строительство» РИА и Дагестанского государственного технического университета.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является получение корундового жаростойкого бетона с высоким содержанием AI2O3 на безводном силикат-натриевом композиционном вяжущем с повышенными эксплуатационными свойствами для тепловых агрегатов с температурой эксплуатации до 1800 С.
На основе анализа литературных и патентных источников для достижения поставленной цели была принята рабочая гипотеза, заключающаяся в том, что получение жаростойкого бетона с высоким содержанием AI2O3 может быть осуществлено за счет применения безводного силикат-натриевого композиционного вяжущего из боксита, близкого по природе и химическому составу корунду - основной огнеупорной составляющей бетона, и увеличения его содержания путем минимизации безводного силиката натрия (плавня) в нем. Уменьшения расхода связующего предполагалось также достичь путем создания плотной упаковки зернистых огнеупорных составляющих с контактным омоноличиванием частицами гидратированного безводного силиката натрия. При этом зерна тонкодиспергированного безводного силиката натрия, боксита, корундового наполнителя и заполнителя формируют конгломераты, наружный слой которых состоит из мелких частиц силиката натрия. Эти конгломераты и обеспечивают контактное омоноличивание бетона, при котором создаются локализованные в пространстве межзерновые клеящие швы. Такая специфическая структура омоноличивания позволит при малом расходе связующего увеличивать содержание глиноземистого составляющего AI2O3 и тем самым достичь повышения эксплуатационных свойств жаростойкого бетона при высоких температурах.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
теоретически обосновать возможность получения корунд-боксит-силикат-натриевого композиционного вяжущего и корундового жаростойкого бетона на его основе с высоким содержанием AI2O3;
выбрать рациональный состав корунд-боксит-силикат-натриевого композиционного вяжущего и изучить его основные свойства;
исследовать физико-химические процессы, протекающие в корунд-боксит-силикат-натриевом композиционном вяжущем при твердении при высоких температурах;
подобрать оптимальный состав корундового жаростойкого бетона, обеспечивающий высокое содержание AI2O3 при минимальном расходе легкоплавкого связующего безводного силиката натрия;
изучить влияние технологических параметров на основные свойства корундового жаростойкого бетона;
исследовать термомеханические, теплофизические, деформационные и
другие эксплуатационные свойства корундового жаростойкого бетона;
выполнить опытно-промышленную проверку результатов теоретических и экспериментальных исследований разработанного корундового жаростойкого бетона.
Научная новизна. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны принципиально новый вид жаростойкого силикат-натриевого композиционного вяжущего и бетоны на его основе с высокими термомеханическими и эксплуатационными свойствами для футеровки тепловых агрегатов с рабочей температурой до 1800 С.
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена эффективность применения тонко дисперсной системы «корунд-боксит-БСН» для получения силикат-натриевого композиционного вяжущего и на его основе корундового жаростойкого бетона. При этом обеспечивается плотная упаковка зернистых составляющих бетона с контактным омоноличиванием частицами гидратированного БСН, в результате которого формируются тонкие высокопрочные швы, обеспечивающие повышенную прочность материала при низкой концентрации связующего.
Установлена зависимость основных свойств жаростойкого корундового бетона от вещественного и гранулометрического составов, от основных технологических параметров приготовления смесей и изготовления изделий и физико-химических процессов, происходящих при низких температурах твердения (180 - 200С) и высоких (до 1800С) температурах эксплуатации.
Практическая значимость работы. Разработана технология производства нового вида корундового жаростойкого бетона на силикат-натриевом композиционном вяжущем, определены оптимальные составы вяжущего и бетона с минимальным содержанием силиката натрия при высоком содержании огнеупорного составляющего - корунда, что обеспечивает возможность применения бетона при одностороннем нагреве до 1800 С, при прочности изделий после сушки не менее 35 МПа и термической стойкости 16-17 воздушных и 8 - 9 водяных теплосмен. Определены оптимальные технологические параметры приготовления вяжущего и бетона, установлены режимы тепловой обработки изделий, их первого и последующего нагрева, установлены зависимости свойств жаростойкого бетона от состава и главных технологических параметров.
Выпущена опытная партия изделий из разработанного корундового жаростойкого бетона на корунд-боксит-силикат-натриевом композиционном вяжущем в опытном промышленном цехе ЗАО «Опытное научно-производственное предприятие».
Разработанный корундовый жаростойкий бетон и фасонные бетонные блоки, полученные из него, были использованы для обмуровки камеры сгорания котлов ДКВР - 20/13 ОАО «Дагфос» г. Кизилюрт Республики Дагестан.
Работа внедрена в учебный процесс ДГТУ при чтении курсов по
дисциплинам: «Материаловедение», «Технология специальных
конструкционных материалов», «Теплоизоляционные и жаростойкие материалы» для студентов специальностей 270102, 270109.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на XXIV научно-технической конференции преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов ДГТУ, г. Махачкала - 2003 г., на международных научно-технических конференциях «Композиционные строительные материалы. Теория и практика», г. Пенза - 2003, 2004 г.г.
Публикации. Основные положения диссертации отражены в 10 опубликованных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы, содержащего 130 источников и 2 приложений. Работа изложена на 161 странице машинописного текста, содержит 15 таблиц, 39 рисунков.
Жаростойкие бетоны на безводных силикатах натрия
Высокая энергоемкость рассмотренных выше вяжущих и жаростойких бетонов на их основе обусловили острую необходимость разработки и применения для этого класса материалов новых видов эффективных вяжущих и, прежде всего, безобжиговых.
В этом плане перспективны работы, направленные на создание и совершенствование технологии жаростойких бетонов на основе безводных силикатов натрия в виде твердых порошков. Их использование в качестве связующего дало возможность уменьшить содержание воды и щелочного компонента в жаростойких бетонах, соответственно повысить температуру их применения.
Первые попытки использования твердого силиката натрия (взамен жидкого стекла) для получения различных строительных материалов, в частности, жаростойких бетонов, приводится в работах [35, 58, 70, 83, 86, 116] В диссертационной работе [35] исследовалось положительное воздействие добавок порошкообразного силиката натрия (ПСН) на свойства пропариваемого бетона, где добавка силиката натрия рассматривалась как ускоритель твердения. Указывалось, что из-за незначительной растворимости ПСН в воде при комнатной температуре добавка его в бетон не будет влиять на условия гидратации цемента в период изготовления бетонных изделий, следовательно, бетонная смесь будет иметь нормальные сроки твердения. Добавка ПСН активно влияет на скорость твердения и формирование структуры бетона при пропаривании с температурой 80-90С.
Тонкоизмельченный силикат-натрия в таких условиях усиленно гидратируется с образованием водорастворимого силиката общего состава Na20"mSi02 -пН20, который в дальнейшем реагирует с Са(ОН)2, выделяющимся при твердении цемента. А.В.Нехорошев на основании работ академика И.В.Гребенщикова [32], исследовавшего химические реакции на поверхности силикатов, сделал вывод, что при взаимодействии силикат-глыбы с водой образуются коллоидные пленки кремнекислоти, обладающие вяжущими свойствами. Проведенные А.В.Нехорошевым работы показали, что реакция между силикат-глыбой и водой протекает чрезвычайно медленно. В дальнейшем было установлено, что эта реакция может быть значительно ускорена при добавлении с водой хлористого кальция, усиливая эффект цементации благодаря взаимодействию силиката натрия с хлористым кальцием. При измельчении силикат-глыбы в порошок, подобно цементу, реакция в растворе между ним и хлористым кальцием будет совершаться с такой же интенсивностью, как и твердение портландцемента. Продукты взаимодействия силикат-глыбы с хлористым кальцием цементируют частицы заполнителя и тем самым обуславливают процесс схватывания и твердения.
Кислотостойкие бетоны на основе растворимых силикатных стекол, модифицированных неорганическими или органическими материалами (в частности, тонко дисперсная силикат-глыба) разработаны в НИИЖБе [70, 86]. Модификация вяжущего в этих бетонах проводилась для снижения кислото-водопроницаемости, повышению водощелочестойкости, прочности, снижению усадки и т.п. Бетоны на основе модифицированного вяжущего характеризуются прочностью при сжатии 25-40 МПа, а высокопрочные даже до 120 МПа; коэффициент стойкости в кислотах составляет от 0,9 до 1,2.
Поиск новых материалов, обладающих высокой кислотостойкостью, привел к разработке кремнебетона на основе гидравлического вяжущего из высококремнеземистой силикат-глыбы и молотого песка. Научные принципы получения этих бетонов разработаны В.П.Кирилишиным под руководством члена-корреспондента АН СССР Н.И.Хитарова [58] В НИИЖБе проведены работы по созданию жаростойкого газобетона на основе вяжущего, состоящего из смеси тонкоизмельченной силикат-глыбы с жидким стеклом и отвердителем [83]. Для того чтобы обеспечить стойкость газобетона при воздействии высоких температур, в его состав вводили шамотные тонкомолотые добавки и заполнитель с огнеупорностью не ниже 1670 С.
В Дагестанском государственном техническом университете совместно с МГСУ им. В.В.Куйбышева и НИИЖБ Госстроя РФ в результате многолетних, всесторонних, теоретических и экспериментальных исследований получены эффективные виды безводных силикат-натриевых композиционных вяжущих и на их основе жаростойкие бетоны и другие строительные материалы различного назначения [1-17, 25, 31, 36, 61, 105-111, 113, 114]
Здесь необходимо отметить, что в условиях полифракционных композиций, обязательных для получения плотных материалов, при использовании жидкостных связок омоноличивание возможно только при создании на поверхности всех зерен сплошной или сетчатой пленки связующего. Так как создание сетчатой пленки технологически невыполнимо, то формируется сплошная пленка связующего и соответствующая ей слитная структура бетона. Из фундаментальной теории поверхностей и клеев следует, что с увеличением толщины шва его прочность в силу пониженной когезионной связи падает. Современная технология материалов на жидкостных связующих предусматривает введение отвердителей. Поэтому формирование новообразований происходит примерно с одинаковой скоростью во всем объеме прослойки, что исключает эпитаксиальный характер формирования клеящего шва. В таких условиях, да еще при повышенной толщине в прослойке должен четко прослеживаться средний (промежуточный) слой, прочность которого определяется когезионными явлениями.
Физико-механические исследования
Для изготовления корундовых огнеупоров с очень высоким содержанием А1203 часто применяют шихты специальных составов. С целью уменьшения усадки изделий в обжиге предложено пропитывать их алюминий содержащими солевыми расплавами [85]. Добавка в шихту игольчатых кристаллов муллита заметно повышает термостойкость изделий [54] . Метод, предложенный Шомбати [120], позволяет существенно снизить температуру и длительность обжига корундовых изделий. Технологически интересным методом является изготовление изделий шликерным литьем с введением в состав шликера 10% Si02 с целью образования гомогенно распределенных в корундовой матрице кристаллов муллита [121], а также изготовление 3 - глиноземистых изделий введением в шликер 7-7.5% Na20 [128]
Выбор связующего при изготовлении корундовых огнеупоров, так же как и муллитовых, имеет особое значение для качества готовых изделий. Зачастую в шихту дополнительно вводятся пластификаторы, а также используются в качестве связующего фосфаты и полимеры алюминия. Обжигают корундовые огнеупоры при температурах от 1700 до 1850 С. Благодаря высокой износоустойчивости и термостойкости корундовые огнеупоры хорошо служат в отдельных конструктивных элементах стекловаренных печей.
На практике тепломонтажных работ жаростойкие бетоны на корундовом заполнителе применяются редко, так как они по своим техническим и огнеупорным характеристикам пока еще уступают традиционным корундовым огнеупорам. Кроме того, применение высокоалюминатных цементов, используемые для производства таких жаростойких бетонов, ограничивается дефицитностью сырья и фазовыми превращениями при твердении, что приводит к снижению прочности цементного камня.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что необходима разработка научно-обоснованной теории создания различных вяжущих, позволяющих получить жаростойкие бетоны с высоким содержанием огнеупорного составляющего при максимально возможной минимизации связующего, близких по природе и химическому составу для надежного регулирования физико-химических процессов, происходящих в бетоне при его нагреве с целью обеспечения однородности материала в горячей зоне, который в свою очередь будет положительно влиять на его эксплуатационные свойства.
Целью настоящей диссертационной работы является получение корундового жаростойкого бетона с повышенными эксплуатационными свойствами путем минимизации связующего и увеличения содержания А1203 - основного огнеупорного его составляющего.
Для достижения поставленной цели была принята рабочая гипотеза, заключающаяся в том, что получение жаростойкого бетона с высоким содержанием AI2O3 может быть осуществлено за счет применения силикат-натриевого композиционного вяжущего из боксита, близкого по природе и химическому составу корунду - основной огнеупорной составляющей жаростойкого бетона и увеличения его содержания путем минимизации безводного силиката натрия, как легкоплавкого составляющего в нем. Минимизация связующего предполагается также плотной упаковкой зернистых огнеупорных составляющих с контактным омоноличиванием частицами гидратированного безводного силиката натрия. При этом зерна тонкодисперсных безводного силиката натрия, боксита и корундового заполнителя формируются в конгломераты, наружный слой которых состоит из мелких частиц силиката натрия. Эти конгломераты и обеспечивают контактное омоноличивание бетона, при котором создаются локализованные в пространстве межзерновые клеящие швы. Такая специфическая структура омоноличивания должна позволять, при малом расходе связующего, увеличивать содержание глиноземистого составляющего А1203, тем самым достигать повышения эксплуатационных свойств жаростойкого бетона пои высоких температурах. I " -ь і1 I . і г
Изложенная рабочая гипотеза предопределила следующие частные задачи исследований: - теоретическое обоснование возможности получения корунд-боксит силикат - натриевого композиционного вяжущего и корундового жаростойкого бетона на его основе с высоким содержанием А120з и повышенными эксплуатационными свойствами; - выбор рационального состава корунд-боксит-силикат-натриевого композиционного вяжущего и изучение его основных свойств; - исследование физико-химических процессов протекающие в корунд боксит-силикат-натриевом композиционном вяжущем при твердении и высоких температурах; - подбор оптимального состава корундового жаростойкого бетона обеспечивающее высокое содержание А120з и минимизации концентрации легкоплавкого связующего - безводного силиката натрия; - изучение влияния технологических параметров на основные свойства корундового жаростойкого бетона; исследование термомеханических, теплофизических, деформационных и других эксплуатационных свойств корундового жаростойкого бетона; - опытно-промышленная проверка результатов теоретических и экспериментальных исследований и технико-экономическое обоснование корундового жаростойкого бетона.
Рентгеноструктурный анализ корунд-боксит-силикат-натриевого композиционного вяжущего
Для тарировки больших перемещений на измерителе перемещений установки СТО использовался установочный резиновый образец и микронные индикаторы.
Тарировка по силе также осуществлялась непосредственно на установке СТС с помощью образцовых динамометров.
Сигнал силы снимается с тензорезисторов динамометра и подается на канал регистратора. Сигнал деформации снимается также с тензорезисторов, наклеенных на бериллиево-бронзовые дужки, и подается на другой канал регистратора.
Образец цилиндрической формы, выполненный с учетом вышеуказанных требований, устанавливается базовыми поверхностями между головками толкателей-насадок. Затем вокруг образца устанавливается нагревательная камера.
Нуль по силе на индикаторе динамометра устанавливается вручную или электродвигателем посредством пульта программного нагрудения. После установления нуля на индикаторе динамометра производится балансировка по силе и по деформации, и начинается нагрев образца до заданной температуры.
Температура измеряется термопарой, спай которой установлен в небольшой лунке в середине испытуемого образца. При достижении заданной температуры на образце производится корректировка по люфтам, как на измерителе перемещения, так и в силовой части. После чего можно производить нагружение образца с минимальной скоростью порядка 1.2 МПа/мин. При этом учитываются скорость измерения температуры на образце и ползучесть таким образом, чтобы их влияние свести к минимуму.
С помощью автоматических регистрирующих приборов осуществляется непрерывная запись диаграммы "усилие Р-удлинение Л1 " и "удлинение-время при сжатии". Эти первичные диаграммы после обработки перестраиваются в диаграммы приведенных характеристик:"напряжение деформация", "деформация-время", "напряжение-температура", "деформация-температура", "модуль упругости-температура". По характеру этих диаграмм, полученных по определенной программе нагружения, определяют свойства и характеристики материала.
Для определения свойств обратимости (упругости) или необратимости (пластичности) процесса деформирования программа нагружения предусматривает повторяющуюся частичную нагрузку с последующей разгрузкой. Если при разгружении образца определяемой силой Р, (после его полной разгрузки) размеры образца восстанавливаются (остаются прежними, как и до приложения нагрузки), значит до напряжений, соответствующих Ру, материал обладает свойством упругости и соответствующие напряжения и деформации опу \пу называются пределом упругости. При нагружении за пределом упругости после разгрузки проявляются остаточные деформации -у образца первоначальные размеры не восстанавливаются, значит, материал обладает свойством пластичности, и соответствующие напряжения ол, при котором остаточные деформации составляют определенную величину продольной упругой деформации, например, 2% от 1пу, называют пределом текучести. Деформационная характеристика этого предельного состояния также называется пределом текучести 15. Если дальнейший процесс деформирования образца материала сопровождается увеличением нагрузки, то такой материал называется упрочняющимся, и характеристикой этого свойства служит модуль упрочнения, который определяется как тангенс угла, определяемого касательной к кривой, изображающей диаграмму "напряжение-деформация", и осью деформаций. Напряженно-деформированное состояние, предшествующее разрушению образца, характеризуется величинами ап и /,,, которые называются пределом прочности и деформации. Таким образом, диаграммы состояния "напряжение-деформация", полученные в определенных условиях нагружения, характеризуют свойства обратимости (упругости) или необратимости (упруго-пластичности) процесса деформирования и основные предельные состояния (предел упругости, предел текучести, предел прочности). Кроме того, вид диаграммы свидетельствует о характере (линейном или нелинейном) процесса. Если начальный участок диаграммы линейный и процесс деформирования обратимый, то, такая связь между напряжением и деформацией называется линейной упругостью и характеризуется величиной тангенса угла наклона этой прямой к оси деформации модулем упругости первого рода или второго рода.
Модуль упругости первого рода определяется из экспериментов на одноосное растяжение-сжатие, а второго рода - на кручение или чистый сдвиг.
Диаграммы ползучести I - t характеризуют реологические свойства материала, которые проявляются в увеличении во времени деформации образца при, статическом нагружении постоянной нагрузкой в определенных условиях. Характерными величинами являются: предел ползучести є; а0 -напряжение, начиная с которого наблюдается заметное изменение деформации; время выхода на участок установившейся ползучести tby; скорость установившейся ползучести БУ; время разрушения / . Последняя характеристика соответствует началу второго участка неустановившейся ползучести. Степень ползучести определяется при нагружении образца растягивающими, сжимающими и сдвигающими нагрузками в условиях всестороннего давления, равномерного нагрева и среды, а также в условиях циклически меняющихся нагрева и нагрузок.
Термоусталость жаростойких материалов определяется как свойство упругих и упруго-пластических материалов, обладающих склерономными свойствами, изменять термоусталостные характеристики при длительном циклическом воздействии нагрузок или температуры. Существует два типа материалов, по-разному проявляющих свои свойства при такого рода воздействиях. Это, так называемые приспосабливаемые, у которых вследствие циклического воздействия увеличиваются термопрочностные характеристики (предел упругости, предел прочности, модуль упругости), и неприспосабливаемые, у которых уменьшаются значения этих величин в зависимости от числа циклов. Приспособление материалов сопровождается повышением хрупкости (характер разрушения хрупкий), а для второго типа -характерного размягчения (увеличивается деформация разрушения и характер разрушения вязко-пластический). В качестве характеристик, определяющих свойства увеличения хрупкости и размягчения, вводятся отношения термопрочностных характеристик, определенных до и после циклического воздействия. Для этого сравниваются диаграммы "напряжение-деформация" для образца, подвергающегося периодическому воздействию при п циклах и исходного.
Расчет экономической эффективности производства и применения корундового жаростойкого бетона на корунд-боксит- силикат-натриевом композиционном вяжущем
Рентгенографическим анализом исходного боксита (рис. 3.8, а) установлено, что в боксите имеется бемит у-АЮН (d А - 3,18; 2,34; 1,99), трехводный гидрооксид алюминия А1(ОН)3 (dA - 4,22; 3,62; 2,70; 2,45), оксид железа Fe203 (d А- 2.79; 2,5 1; 2,20) и интенсивность линий, соответствующих каолиниту Ai2Si?05(OH)4 (dA-4,40; 3,56; 2,56). Явных линий, соответствующих кристаллическому кварцу на рентгенограмме исходного боксита нет. Кремнезем в боксите существует, по-видимому, в аморфном виде. Анализ показал, что исследуемый боксит относится к гиббсит-бемитовым, а красный цвет подтверждает наличие оксида железа.
На рентгенограмме образца вяжущего нагретого до 200 С (рис. 3.8, б), имеются линии, интенсивности которых соответствуют бемиту (dA -3,18; 2,34; 1,99), гематиту (d А - 2,69; 2,51; 2,20; 1,83), каолиниту (dA - 4,40; 3,56; 2,56) и кварцу (d А - 3,34; 3,06; 1,84). Линии, соответствующие бемиту, несколько уменьшились по сравнению с линиями бемита в исходном боксите. Хотя предполагалось увеличение содержания бемита за счет разложения гиббсита, но при нагреве до 200 С стало больше аморфной части вяжущего, образования же других кристалических фаз не наблюдалось.
Все эти изменения показывают, что, во-первых, происходит обезвоживание гиббсита при одновременном воздействии щелочи и температуры, при этом он, обезвоживаясь, переходит в высокодисперсную аморфную форму А1203. Обезвоживание при 200С подтверждается и результатом дифференциально-термического анализа (рис. 3.3).
На рентгенограмме образца, нагретого при 800С (рис.3.8, в), видно, что сохранился гематит а - Fe203 и произошла кристаллизация в небольшом количестве Р-глинозема (3-А1203). Из бемита и каолинита, видимо, образовался аморфный глинозем при потере воды, так как структура становится рыхлой. На термограмме потеря воды бемитом отразилась небольшим по сравнению с термограммой исходного боксита эндотермическим эффектом. При нагревании вяжущего до 1250 (рис. 3.8, г) образуется а-А1203 (dA- 3,50; 2,56; 2,39), натриевый глинозем Na20 (11-12) А1203 (dA2; 2,39) и сохраняется гематит - Fe203, а образование муллита не наблюдается.
Установлено, что в группу (3-глинозема входят высокоглиноземистые алюминаты, представляющие собой соединения глинозема с щелочами состава Na20 (11-12)А1203. По всей вероятности в исследуемом вяжущем до 1250С образуется натриевый глинозем Na20 (11-12)А1203. Отсутствие кристаллизации муллита хорошо объясняется результатами исследований Л.И. Карякина [55]. Им показано, что на кристаллизацию муллита сильно влияют оксиды щелочных металлов. При наличии 4,5Na?0 муллит не образуется, а вместо него кристаллизуется щелочной 3-глинозем Na20 (11-12)А1203 Чтобы определить состав окончательных новообразований, образцы исследуемого композиционного вяжущего нагревались до 1600 С. На рентгенограмме (рис. 3.8 д) этих образцов есть линии, соответствующие а-А1203 (d А - 3,50; 2,56; 2,49; 2,40, 2,09) и свидетельствующие об образовании небольшого количества муллита (d А - 3,38; 2,89), а линии, отвечающие 3-глинозему и гематиту, отсутствуют. Отсутствие линий 0-глинозема еще раз подтверждает справедливость выводов и проведенных ранее исследований по улетучиванию натрия при высоких температурах. Отсутствие линий гематита объясняется переходом гематита в стеклофазу при уменьшении щелочного компонента в составе вяжущего, что подтверждается многими исследователями. При обжиге многощелочных глин, содержащих оксиды железа, гематит образуется, а в малощелочных нет, и Fe203 переходит в стеклофазу.
Таким образом, исходя из вышеизложенного можно отметить основные преимущества - возможность получения высокотемпературной модификации глинозема, а также регулирования вяжущих свойств и модификационных превращений гидроксидов алюминия. Кроме того, высокотемпературные модификации глинозема, получаемые при потере воды гидроксидами алюминия, имеют рыхлую структуру до температур плавления, а это благоприятствует увеличению реакционной способности модификации глинозема взаимодействии с другими минералами.
К недостаткам можно отнести то, что в гидроксидах алюминия основная часть воды сохраняется до 250-350С, а структурно-связанная вода сохраняется до 800-900С, из-за чего вяжущее дает сильные усадки. Усадки вяжущего, как известно, создают большие внутренние напряжения на границах вяжущее-заполнитель. Уменьшение объема при переходе в глинозем для гидроаргиллита составляет 60%, для бемита - 33%, а для глинозема - 13%о.
