Введение к работе
з .
АКТУАЛЬНОСТЬ. Важнейшей задачей промышленности строительных материалов, с которой она входит в XXI век, является создание новых и совершенствование известных прогрессивных технологий и эффективных материалов с низкими удельными энергозатратами.
Одним из эффективных материалов, отвечающих возросшим требованиям индустриализации тепломонтажных работ, являются жаростойкие бетоны, изделия и конструкции из них, которые находят в последние годы все большее применение в различных отраслях народного хозяйства.
В последние годы широкое применение в производстве жаростойких бетонов получили силикатные системы, на основе жидкого стекла, вулканических стекол, безводного силиката-натрия (БСН), включающие натриевый щелочной компонент, выполняющий роль катализатора в процессе растворения аморфного кремнезема, ускоряющий диспергирование частиц, полимеризацию и тем самым формирующий стабильные фазы в системе вяжущее-заполнитель. Весьма актуальными в этом плане являются безводные силикат-натриевые композиционные вяжущие, использование которых позволяет существенно снизить содержание Na2Si03 в жаростойком бетоне и исключить дорогостоящий процесс производства жидкого стекла.
Данная работа посвящена разработке принципиально нового вида силикат-натриевого вяжущего и жаростойкого бетона на его основе для футеровки тепловых агрегатов стекольной промышленности.
ЦЕЛЫ) диссертационной работы является получение цирконового жаростойкого бетона с высоким содержанием огнеупорного составляющего на безводном силикат-натриевом композиционном вяжущем с повышенными термомеханическими и эксплуатационными свойствами для тепловых агрегатов стекольной промышленности .
Для достижения цели работы была принята рабочая гипотеза, основа которой заключалась в минимизации содержания БСН, легкоплавкого составляющего в жаростойком бетоне путем плотной упаковки зернистых огнеупорных составляющих с контактным омоноличиванием частицами гидратированного БСН, при котором формируются тонкие локализованные высокопрочные межзерновые клеящие швы, обеспечивающие повышенные термомеханические и эксплуатационные свойства. При этом предполагалась высокая химическая активность безводного силиката натрия, позволяющая интенсифицировать процессы твердения и формирования структуры вяжущего и жаростойкого бетона в целом за счет образования силикатов и цирконатов натрия, диоксида циркония, силицида циркона и кристобалита.
Доказательство принятой рабочей гипотезы потребовало решения следующих частных задач:
—обоснование возможности получения циркон-силикат-натриевого композиционного вяжущего (ЦСНКВ) тл жаростойкого бетона на его основе с повышенными термомеханическими и эксплуатационными свойствами;
—выбор рационального состава ЦСНКВ и изучение его основных свойств;
—исследование физико-химических процессов, протекающих в ЦСНКВ при обычных и высоких температурах;
—экспериментальные исследования по минимизации расхода вяжущего, обеспечивающего высокие термомеханические и теплофизические свойства бетона;
—изучение влияния технологических параметров на основные свойства жаростойкого бетона;
—влияние поровой структуры жаростойкого бетона при нагреве на шлакоустойчивость;
—исследование деформационных , термомеханических и теплофизических свойств жаростойкого цирконового бетона;
—исследование фазовых превращений, происходящих в разработанном цирконовом жаростойком бетоне при высоких температурах;
—проверка результатов исследований в производственных условиях и оценка технико-экономической эффективности применения разработанного жаростойкого бетона.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. На основе комплексных исследований разработан и обоснован принципиально новый вид жаростойкого циркон-силикат-натриевого композиционного вяжущего и бетона на его основе с высокими термомеханическими и эксплуатационными свойствами для футеровки тепловых агрегатов стекольной промышленности с рабочей температурой 1600С. При этом, теоретически обоснована и экспериментально подтверждена: эффективность применения БСН и обезжелезненного циркона для получения ЦСНКВ; возможность снижения БСН (лекгоплавкого составляющего в составе цирконового жаростойкого бетона на ЦСНКВ) за счет плотной упаковки зернистых составляющих бетона с контактным омоноличиванием частицами гидративного БСН, 'в-результате которого "формируются ""тонкие" "высокопрочные "швы,"" обеспечивающие повышенную прочность материала при высоких температурах. Зависимость основных свойств жаростойкого цирконового бетона от вещественного и гранулометрического составов, от главных технологических параметров и физико-химических процессов в период эксплуатации материалов.
ДОСТОВЕРНОСТЬ полученных результатов обеспечена испытанием достаточного количества образцов-близнецов, комплексным характером проведенных исследований, выполненных с при-
менением современных методов исследований, результатами физико-химических и термомеханических испытаний, проверкой лабораторных данных в производственных условиях.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы заключается: в разработке нового вида силикат-натриевого композиционного вяжущего и жаростойкого цирконового бетона на его основе с высокими термомеханическими и эксплуатационными свойствами, не уступающего штучным цирконовим огнеупорам и жаростойким цирконо-вым бетонам на жидком и вулканическом стеклах; определении оптимальных составов вяжущего и бетона с минимальным содержанием БСН, обеспечивающих прочность изделий после сушки не менее 30-32 Мпа, термическую стойкость 18 теплосмен; определении технологических параметров приготовления вяжущего и бетона, режимом тепловой обработки изделий; определении свойств жаростойкого цирконового бетона и их зависимости от главных технологических параметров.
Разработанная технология приготовления жаростойкого цирконового бетона позволяет так же осуществлять централизованное производство и поставку сухих бетонных смесей с последующим получением из них изделий непосредственно на месте применения.
ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Выпуск опытной партии жаростойкого цирконового бетона на ЦСНКВ осуществлен в лаборатории бесцементных строительных материалов и жаростойких
бетонов Дагестанского Государственного Технического Университета в г.Махачкала, на промышленной базе Государственного унитарного научно-производственного предприятия «Стройматериалы» Минстроя РД.
Опытно-промышленное апробирование результатов исследований проведено в ОАО «Махачкалинский завод стекловолокна» и в АО «Машиностроительный завод им.М.Гаджиева» при проведении ремонтных работ.
Экономический эффект по ценам 1999 года на один год эксплуатации футеровки тигельной стекловаренной печи жаростойким цирконовим бетоном на ЦСНКВ взамен жаростойкого бетона на вулканическом стекле составил 4 96,35 руб/м3.
Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе (в лекционном курсе и лабораторном практикуме) при преподавании дисциплины «Строительные материалы и —изделия»—в -разделе--«Специальные -бетоны» для "" специальностей 2903 «Промышленное и гражданское строительство», 2907 «Теп-логазоснабжение и. вентиляция» в Дагестанском государственном техническом университете.
* теоретическое и экспериментальное обоснование возможности получения ЦСНКВ и жаростойкого цирконового бетона на его основе;
результаты исследований процесса растворения БСН в композиционном вяжущем в интервале температуры 20-90 С в зависимости от водовяжущего отношения и времени перемешивания;
основные закономерности протекания физико-химических процессов в композиционном вяжущем и жаростойком бетоне на его основе в период сушки, обжига и эксплуатации;
результаты исследований физико-механических, термомеханических и теплофизических свойств жаростойкого цирконового бетона;
результаты опытно-промышленного апробирования предложенной технологии жаростойкого бетона на ЦСНКВ и ее технико-экономическая целесообразность.
АПРОБАЦИЯ И ПУБЛИКАЦИЯ РАБОТЫ. Основное содержание работы было доложено:
на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Дагестанского Государственного Технического Университета /г.Махачкала, 19ЭЗ-1997гг./
в Рекомендациях по технологии изготовления и применению изделий на основе силикат-натриевых композиционных вяжущих, разработанных ДГТУ ГК ВШ РФ и НИИЖБ Минстроя РФ /Махачкала ,19 95г./.
Основные результаты диссертационной работы отражены в 5 научных трудах и 1 патенте.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 194 страницах машинописного текста, из них 4 2 рисунка, 15 таблиц, 181 наименований литературы, 2 приложения. Диссертационная работа выполнена в лаборатории бесцеменгных и жаростойких бетонов кафедры «Технологии, организации строительного производства и строительных материалов» Дагестанского государственного технического университета.