автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Неорганические вспучивающиеся материалы на основе щелочных вяжущих систем

* MIHICTEPCTBO ОСВ1ТИ УКРА1НИ

^ КШВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХН1ЧНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ БУД1ВНВДТВА

I АРХПЕКТУРИ

<»5

НЕОРГАН1ЧН1 МАТЕР1АЛИ, ЩО СПУЧУКГСЪСЯ, НА OCHOBI ЛУЖНИХ В'ЯЯУЧИХ СИСТЕМ

Спец1альн1сгь 05.23.05 - Вудхвельн! матер1али i вироби

Автореферат дисертацП на здобуття наукового ступеня кандидата техн1чних наук

i

На правах рукопису

СУХАНЕВИЧ Марина Володимир1вна

Ки1в 199'

Дисертащя е рукописом

Робота виконана - на кафедр! буд1вельних матер!ал1в та

у НД1 в'яжучих речовин 1 матер!ад1в 1мен1 В.Д.Глуховського при Ки1вському державному техичному ун1Верситет1 буд1вництва 1 арх!тектури

Науковий кер1вник - доктор технхчних наук,

професор Кривенко П.В.

0ф1Ц1йн1 опоненти - доктор техн!чних наук,

професор Саницькш М.А. кандвдат техшчних наук, доцент Паславська А.П.

Ведуча орган!зац!я ,- Укра1нський науково-досл1дний 1 проект-

но- конструкторський 1нститут буд1вель-них матер!ал1в 1 виробгв Державно! кор-пораци "Укрбудматер1али", м.Ки!в

Захист в1дбудеться "1£" червня 1997 р. о 13 годин! на зас1данн! спец1ал1зовано! ради К 01.18.08 "Буд!вельн! матер1али 1 вироби. Основи I фундамента" Кшвського державного техничного ун1версите-ту буд1вництва 1 арх1тектури за адресою: 252037, м.Ки!в-37, Пов1трофлотський проспект, 31.

3 дисертащею ¡полна ознайомитася в б1бл1отец1 КДТУБ1А. Автореферат разЮлаяо " " травня 1997.

Вчений секретар спещалхзовано! ради, кандидат техн!чних наук

В.0.Ракша

- О -

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальтсть роботи.

Сучасна тенденция розвитку матер1алознавства передбачае мак симально можливе усунення екологччно небезпечних орган1чних речо-вин з практичней д1яльност1 людини, тому розробка матер1ал!в, що спучуються, неорганхчного складу, як! в1др1зняються негорюч!стю, нетоксичнютю та забезпечують значне зниження р1вня димоутворення при пожеж!, е пршригетною.

Метою роботи е встановлення ф!зико-х1м!чних законом!рностей направленого синтезу в систем! МагО-А^Оз-БШг-НгО новоутворень цеол1топод1бно'1 структури, здатних до спучування при низьких температурах 1 розробка технолог!! одержання матер!ал!в, що спучуються (легких спучених заповнювач1в, вогнезахисних покрить 1 теп-ло1золяцшних матер1ал1в, що спучуються).

Автор захищав:

1. Ф13ико-Х1М1чн1 законом!рност! формування неорган1чних матер!ал!в, що спучуються, на основ! лужних в'яжучих систем за рахунок направленого синтезу у склада продукт!в г1дратац!! новоутворень цеол!топод1бно1 структури складу гейландиту.

2. Принципи композиц1йно1 лобудови матер1ал1в, що спучуються, на основ! лужних в'яжучих систем з використанням природно! ! техногенно! сировини.

3. Склади, технолог!ю та результат досл!дження властивостей одержаних матер1ал!в: легкого спученого заловнювача, вогнезахисних покрить, що спучуються, та тешкпзоляцгйних "матер!ал!в.

4. Результати реапзацП одержаних техн!чних рхшень в умовах промислового виробництва.

Наукова новизна роботи:

- теоретично обгрунтована ! практично п1дтверджена мож-лив!сть одержання неорган!чних матер!ал!в, що спучуються, в систем! МаиО-А^Оз-ЗЮг-НаО за рахунок направленого синтезу цеол1то-под!бних новоутворень групи гейландиту, здатних спучуватись при низьких температурах до 300°С;

- встановлен! основн! законом1рност! зм1нення' ступеня спучування кймпозиц!й залежно В1Д сп!вв!дношення оксид!в в систем! ИагО-А 1г0з-ЗЮг-НгО на основ! природно! ! техногенно! сировини ! показано, що максимальний коефщ!ент спучування матер1алу може бути досягнутий при сл!дуючому сп!вв!дношенн! оксидов у реакц!й-Н1й сум1ш1: 3!02/А1203-5-7; На20/АЬг0з-1~1,3; »-¿О/А 1 -¿Рз-22-24;

- визначен1 основн! принципи композшдйно! побудови ре-акц!йних сумшей на основ1 лужних в'яжучих систем 1 наловнювач1в, як1 забезпечують одержання матер!ал!в, що спучуються, з заданими експлуатац!йними характеристиками (легкого спученого заповнювача, вогнезахисних покрить та тепло!золявдйних матерхалгв , що спучуються);

- сформульован1 основн! критерП вибору наповнювач1в, яка забезпечують одержання матер1ал1в оптимально'! н1здрювато-порово1 структура з максимальним коеф!ц!ентом спучування та тдлов1дають еколог!чним 1 сан1тарно-г1г1ен1чним вимогам.

Практичне значения.

- запропоноваи! склада та вивчен! властивост1 легкого спученого заповнювача, вогнезахисних та тешшзоляшйних матер1ал1в, що спучуються, на основ! лужних в'яжучих систем;

- розроблен! основи технологи одержання матер!ал1в, що спучуються, на основ! лужних в'яжучих систем.

Реал1зац!я. роботи у промисловост!.

Розроблен1 склади композиц!й, що спучуються, на основ! лужних в'яжучих систем були використан! при виготовлешй тепло!зо-ляЩйно'! футеровки печей випалу на л!нп по виробництву фарфс>ру акц!онерного товариства "Т!кос" (м.Б1ла Церква). Еконокпчний ефект В1Д впровадження запропонованого тепло!золяц!йного футеро-вочного матер!алу (при урахуванн1 лише соб1вартост1 матер1ал1В, що використан!, на 1м3) складае 319, 38 гр.

За результатами дослано-промислового впровадження запропонованого матер!алу розроблено та затверджено ТР 16403272-30-97 "Технолог1чний регламент на виробнидтво неорган!чних композжцй, що спучуються, на основ! лужного алюмосшпкатного эв'язуючого".

Апробац!я роботи.

Основн! положения дисертацшно! роботи допов!дались та обго-ворювались на конференц!ях: I М!ждержавному сем!нар! "Проблеми во-гнезахисту буд!вельних матер1ал1в 1 конструкц!й" (Льв!в, 1994р.), I М!жнародн1й конференцП "Лужн! цементи ! бетони" (Ки1в, 1994 р.), VII Шжнародн1й науково-практичн1й конференц!! "Прогресивн1 технологи 1 конструкцН в буд!вництв!" (Санкт-Петербург, 1995 р.), Науково-практична конференцП "Проблеми пожежно! безпеки" (Ки!в, 1995 р.), 35 М!жнародному сем1нар1 "Моделювання ! обчислю-вальний експеримент у матер!алоанавств1" МОК'35 (Одеса, 1996 р.), 36 М!жнародному сем!нар1 "Комп'ютерне матер!аяознавство 1 забезпе-

ченнл якост1" МОК'30 (Одеса, 199" р.).

Публ1кацП. За темою дисертацП опубл!ковано ? друкованих роб1т.

Об'ем роботи. ДисертацШа робота викладена на 153 стор!нках друкованого тексту 1 складаеться 13 вступу, п'яти роздШв, аа-гальних еиснобк1в, перел1ку використано! лгтератури з 163 найме-нувань, б додатк1в I м!стить 16 таблиць 1 37 малюнк1в.

ЗМ1СТ РОБОТИ

Найбиьш розповсюдженими матер1алами, цо спучуються, е ком-позицП з використанням орган1чних речовин. Ус! ц1 матер1 ал и в!др1зняються п1двищеною здатн1стю до спучування при невелгаий початковш товщин1, але мають один недолш - наявн1сть у своему склаШ орган1чних компонент1в (карбашдних, фенолформальдег!дних та 1н. смол), як1 е небезпечними для здоров'я людей як при нане-сенн! таких матер!ал1в на поверхгао захищаемих об'ект1в, так 1 у раз1 дП температурного фактору.

В1дом1 матер1али, що спучуються, як правило, м1стять компо-ненти, що експортуються з дального та ближнього зарубхжжя. Врахо-вуючи наведен! дан1, розробка спучуваних матер1ал1в, як! под1бн1 за своею ефективн1стю до в1домих аналогов, але в!др1зняються не-горкшстю та бездимнЮтю при пожеж1, в1дсутн!стю вщцлення ток-сичних газ!в, а також можуть бути виготовленг з природно! сирови-ни та техногенних продукт!в УкраЧни, е вкрай актуальною.

В1домо, що найб1льш еколог1чно безпечним способом спучування е спос1б спучування матер1ал1в за рахунок вид1лення х1м!чно зв'язано] води (перл1т, вермикул1т, г!дрослюди тощо). У той же час в!дома здаттсть деяких вид!в природних цеол1Т1в до спучування при Шдвищеян! температури. Сама назва "цеол1т" перекладаеться з грецько! як ' камшь, що кипить".

Анал1з данкх в галуз! одержання вогнезахисних матер!ал1в,. що спучуються, на основ! зв'язок з р1дкого скла, а також в!домих закономерностей формування цеолЗ-тотдобних фаз у склад! лужних в'яжучих систем, дозволяв висунути гшотезу про можпив!сть синтезу спучуваних матер1ал1в п!двищено'1 водостшгасп та мЧцност! на основ1 лужних в'яжучих систем, склад лродукпв тверднення яких представлений цеол!топод1бними новоутвореннями, здатними до дегчдратацП та спучування при низьких температурах э леоборотни-ми зм!неннями структури.

Для п!дтвердження висунутоЧ гШотези необх1дно виршити так! задач1:

1. Вивчити на модельних системах МаяО-А^Оз-БЮг-НгО ф1зи-ко-х!м!чн! законом1рност1 направленого синтезу цесттопсцЦбних новоутворень, здатних спучуватись при низьких температурах.

2. Встановити основн1 закономхрност! зм1нення ступеня спу-чування композиц1й залежно в1д сп1вв!дношення оксид!в в систем! ^гО-АХгОз-ЗЮг-НгО на основ! природно! та техногенно! сировини.

3. Розробити склади спучуваних матер!ал1в разного призначен-ня та досл1дити '1х властивост!.

4. Розробити основи технологи одержання запропонованих ма-тер!ал1в, до спучуються.

5. Провести практичне опроСування виготовлення та . викорис-тання розроблених склад1в матер!ал!в, що спучуються, в проь,.сло-вих умовах та визначити !х техн!ко-економ1чну ефективн1сть вироб-нидтва та використання у р!зних галузях господарства.

Для встановлення прмнцишво! можливост! одержання ма-тер1ал!в, що спучуються, на основ! лужних в'яжучих систем та виз-начення законом!рностей зм!нення ступеня спучування в1д сп!вв!дношення оксид!в у реакц!йн!й сумш^були вивчен1 модельн! системи на основ1 синтетичних цеол1т!в та натр1евого розчинного сила.

Для яриготування реальних лужних в'яжучих систем використо-вували реакц!йн1 сум!ш1 на основ! алюмосил1катного компонента, аморфного кремнезема та натр1евого розчинного сила, причому ком-поненти Мдбирали таким чином, щоб склад композиц!й в!дпов1дав формул! Ма20-А1г0з-2т ЗЮг'пНгО, де т-1-5. У якост1 алюмосшикат-ного компонента використовували метакаол!н, одержаний при дег!дратац!1 (Т-700°С) просяновського каол!ну, а в якост1 аморфного кремнезема - сил!катвм!щуючий в1дход ьиробнйцтва метал1чного кремн!я.

Склад новоутворень вивчали за допомогою комплекса ф!зи-ко-х!м!чних метод1в анал!зу, що включають КО А, ДТА, 1ЧС, елект-ронну м!кроскоп1ю,'

Модельн! системи готували шляхом змашування' р1дкого скла (Мс-2,8; р -1400 кг/мэ) та тонкоподр1бненого цеол1ту, при цьому розчинно-тверде в!дношення дор1внювало Р/Т-3:1. Сп!вв!дношення оксид1в БЮг/А^Оз знаходилось у межах в1д 2,4 до 115,58.

Суспензш п!сля витримування на протяз! 1 доби у закрит1й

тар! наносили на тдложку шаром 1-2 мм, оптимальна товщина пок-риття - три иари. Тверднення проходило у нормальних умовах. Спучування проводили у лабораторн1й печ! при температур! 500°С на протяз! 5-10 хвилин. СтуШнь спучування оц!нювали за коеф1ц!ентом спучування (Кс), який розраховували як в!дношення товщини спуче-ного шару до товщини початкового шару.

Анализ отриманих даних показуе, що найб!льше спучення досл!джених зразйв в1дм1чаеться при випал! (Т-500°С) покрить на основ! модельних систем, що мЮтять синтетичн! цеол!ти з в1дно-шенням оксид!в БШ2/А120з-4,7-11,4.

Однак, при цьому було в!дм1чено, що на ступень спучування та на структуру спученого матер1алу впливають також !нш1 характеристики вих!дних компонент1в модельних систем, а саме: сп1вв!дношен-ня у синтетичному цеол!т! оксид!в ИагО/А^Оз ! вм!ст води у композит 1 (сп!вв!дношення НгО/АЬОз) .

В реаяьних лужних в'яжучих системах зам!сть синтезованих цеолтв !з сформованою кристал1чною структурою використовувапи реагаЦйн! сум!ии складу МагО-А^Оэ'(г-ШЭШг'пНгО, як! залежно в!д умов обробки забезпечувапи формування цеол!топод!бних новоут-ворень з р!аним ступенем удосконалення структури. Методика приго-тування реакд1йних сум1шей та вивчення ступеня Зх спучування под1бна до методики, що була застосована для вивчення модельних систем. При досл!дженн! реакц1йних сум1шей ,були вивчен! особли-вост! формування структури матер!алу залежно в!д сп1вв!дношення основних оксид!в у систем! НагО-МгОз- (2-10)Б10г'пН20 на стад!ях ггдратацГ] (температура 80±5°С, №-98%) та депдратац!! (Т-500°С).

При цьому виб!р !нтервал!в вар1ювання сп1вв!дношення оксид1в був прийнятий з урахуванням результат1в досл!дження модельних систем, юльк1сть молекул води визначена з урахуванням умов эа-безпечення в'язкост! сумм 20-25 см (за приладом Сутарда), яка гарантуе необх1дну покривну здатн1сть паст при !х нанесенн! на п!дложку.

Досл1дження процес!в структуроутворення реагацйних сум!шей (рис.1) показало, що при пдратацп комп'озиц!й складу НагО-А1г0з-йЗЮг'ЁбНгО продукти тверднення представлен! гарон!том Ма20-А120Э-3,33102-2Н90 (с! - 0.491; 0.442; 0.353; 0.333; 0.319; 0.304 ; 0.265; 0.243 нм) •! НаХ - МагО-А^Оз'г.бЗЮг'бНгО (с1 -0.579; 0.384; 0.335; 0.259; 0.290 нм) (рис.1, кр.1), п!сля деидратацП яких формуються в!дпов!дно - натрол^т 1 анальцим,

8 ■

sfijl ä № & 8 1 /

1 | И W s 1 к 1

] ^xjyy l,j>L «i

л 4 40 ФО ¥> X Ы а — tc W 1 --Й— i ■ ji i ,

Рис.1-Рентгенограми продукт!в НдратацП (кр.1,3,5,7,9) i дег!дратацП (кр.2,4,6,8,10) в'яжучих композиц!й складу Na20-Al203-2Si02-25H20 (кр.1,2), Na20' Al203-4Si02' 25Н20 (кр.3,4), Na20-Alz03-6S102'25H20 (кр.5,6),

Na20-Al203-8Si02'25H20 (кр.7,8), Na20•AI203-10Si02'25Н20 (кр.9,10) > '

для яких характерна наявн!сть молекул води, м1цно зв'яйаних катионами з атомами кисню каркаса (рис.1, кр.2).

При пдратац!! композицГ! складу Na20'А120з-4Si02-25Н20 (рис.1, кр.З) утворюеться Na - анальцим (d - 0.304; 0.269; 0.250; 0.222; 0.205 нм) та менша к1льк!сть Na-rapoHiTy (d - 0.491; 0.442; 0.353; 0.333; 0.319; 0.304; 0.265; 0.243; 0.225 нм). П1СЛЯ випатовання ц!е! композиц!! при Т-500°С новоутворення представлен! аморф1зованими структурами, близькими за складом до цеолиту Р - Na20-Al203-(3.3-5.3)S102-(4.3-5.7)Н20 (d -0.720; 0.500; 0.434; 0.408; 0.358; 0.345; 0.335; 0.319; 0.251 нм), ЯКИЙ под1бний природному деол!ту жисмонд!ну (рис.1, кр.4). Каркас'це-ол!та при дег1дратац!! стискаеться до d-0,96 нм, об'ем зменшуеть-ся на 31%.

При пдратащ! композицП Na20-Al203-6Si02-25H20 (рис.1, кр.5) склад новоутворень представлено гейландитом Na2-Al2'Si70a8'6H20 (d-0.489; 0.355; 0.307; 0.280; 0.266; 0.243; 0.227; 0.201; 0.166 им) i залишками метакаол1ну, що непрореагу-

вав. Шсля термообробки спостер1гаеться аморф!зац!я структури, пш гейландиту майже не фжсуються, залишаються лише дифракщйн! в1дбитки метакаолину (рис.1, кр.6).

При Г1дратац11 композицП складу Ма^О'А1е0з-83Шг' 251!г0 1 НагО' А120э-103Ю2'25Н20 (рис.1, кр.7 1 9) г1дратн1 новоутворення представлен! Иа - морден1том (с! - 0.407 ; 0.356 ; 0.332; 0.283; 0.199 нм). Шсля термообробки при 500°С заф1ксован! запишки морденту (<1-0.407; 0.356 ; 0.338; 0.282 ; 0.199 нм) (рис.1, кр.8 1 10).

Виэначення ступеня спучування композищй проводили ана-лог!чно, як 1 при досл1дженн1 модельных систем.

Анапз одержаних даних дозволяв в1дм1тити,- що найбыышм ко-еф1ц1ентом спучування в!др1зняеться композиц1я, склад реакц1йно!' сумш1 я ко! в!дпов1дае формул! МагО- А^Оэ'бБЮг' 25НгО.

Таким чином, здатисть до спучування лужних алюмосшпкатних композиц1й визначавться фазовим складом продукт!в Пдратацп, який повинен бути представлений цеол1топод!бними новоутвореннями групи гейландиту ЫагО-А^Оз^^Ош'бНО.

Зг1дно з результатами електронно! м1кроскоп1! при в!дносно малих зб1льшеннях *100 структура спученого материалу на основ! ре-акц!йно1 сум 1 пи складу Ма20" А12О3' 63!0г' 251120 може бути визначена як йздрювата з р!вном!рно розпод!леною порист1стю. При б1льших зб!льшеннях до *5000 у структур! материалу ф!ксуються законом!рно розташован! каркасн! елементи, що мютять цеол!тов! в!кна.

Стуктура, що. утворилася, одержана на основ! реакцшно! сум1вц складу гейландиту (МагО' МгОз'бЗШг' 251120), за сво!м характером шшбна структур!, яка була одержана на основ! природного цеол!та (клиноптилолгга) ! р!дкого скла. В останньому випадку фжсуеться б1льш удосконалена каркасна структура, основн! елементи яко! представлен! загнутими, листопод!бними агрегатами, як1 характерн! для продукт1в дег!дратац!! цеол1т!в групи гейландиту.

Особлив!стю м!нерал1в групи гейландиту е 1х низькотемпера-турна дег!дратац!я (до 300°С) з частковою або повною аморф!зац!е1а структури. Цеол!ти ц1е! групи в!др1зняються також найменшою тер-мост!йк!стю ! характеризуются незворотними зм1нами структури П1сля термообробки у интервал! температур Т-150-250°С.

При дослхджеши реакц1йних сумшей складу

НагО-А1г0з'(2-10)5102'пНгО, що тверднуть у нормалышх умовах (Т«20±°С, №-35-45%). оптимальн1 сп!вв1дношення оксид!в ИагО/А^Оз ! БЮг/А^Оз, як! забезпечують одержання композицП з максималь-2<

ним коеф!ц1ентом спучування, були встановлен1 з використанням 2-х факторного трьохр1вневого метода планування експерименту.

АнаШз експериментальних даних у поеднанн! з результатами математично'1 обробки \ !х граф!чно! !нтерпретацП, дозволяе оцгнити вплив досл!джуваних факторав на коеф1ц1ент спучування. 3 ус!х фактор1в найб!льш вагомим е в1дношення БШг/А^Оз У ре-аюЦйн1й сум!ии. Шдвищення цього в!дношення до величини 6-7 при-зводить до гпдвицення коеф1ц1Ента спучування компоэицП, при ць~ ому в1дношення №20/А120з повинно змпжэватись у межах 1-1,2. При меншому сп1вв!дношенн1 вказаних оксид1в в1дм1чаеться недостатня к1льк1сть кат!он1в для побудови реццтки цеол1та, а при зб1льшенна в!дношення Иа20/А1г0з до 2-3 - кристал1зуються р1зновиди де-ол!т1в, що зб!днен! на кремнезем.

Вплив к1лькост! води у синтезованих системах на ступ1нь спучування композиц!! доел1джували, використовуючи алюмосил1катну композицш складу ИагО'А^Оз'бБЮг'пНгО з фгксованими значениями в1дношення оксид1в БЮг/А^Оз 1 МагО/А^Оз. при цьому в!дношення Н2О/А12О3 вм1нювали у межах в1д 15 до 25.

Склад новоутворень реакц1йних сум1шей при змШ сп!вв1дно-шення оксид1в НгО/А^Оз У зазначених межах (15-25) суттево ' не зм1нюбться, однак змпдаеться швидк1сть Зх формування у час1. Найб1льш оптимальною швидк!стю синтезу цеол1топод1бних новоутворень, яка забезпечуе максимальний коефЩ1ент спучування, вгдзна-чаються композиц!! з в!дношенням оксид1в Н20/А1г0з-22-24.

Таким чином, визначено оптимальне сл1вв!дношення оксидав у систем! КагО-А^Оз-ЗЮг-НгО, а саме: 2Ю2/А120з«6-7, МагО/А^Оз-1-1,3 1 Н2О/А12О3-22-24, яке забезпечуе формування цеол1топод!б-них новоутворень, здатних до дегд.дратацП !з зб1льшенням об'ему при 7-150-250°С за рахунок наявшет! у 1х порожнинах разорхенто-ваних молекул води, що поеднаш слабкими водневими зв'язками.

Встановлен! законом!рносг! ! принципи формування спучуваних композиц!й на основ! лужних в'яжучих систем були використан! для одержання р!зних матер!алав: легких спучених заповнювач!в, вогне-захисних покрить 1 теплогзоляцшних матер1ал!в, що спучуються.

Вивчена можлив1сть одержання легкого спученого заловнювача на основ! лужних в'яжучих систем з використанням .в1домо1 технолог! 1 виробництва спучених матер!ал1В на основ! р!дкого скла.

У якост! паповнювач1в у розчин високомодульного р1дкого скла вводили мелен! до гатомо! поверхн! Бп-350 кг/м3 синтетичн! це-

сшти, у яш гпдношення оксид 1в ЗЮ-г/МгОз эмпгювалось у межах в1д 2,4 до 115,58.

Розчишп сумШ готували шляхом перемшування у лабораторному зм!шувач1 рщкого скла 1 цеолггу у апввшюиенМ 4:1 по мас1. Шсля грануляцП матер1ал витримували у розчин! хлориду кальцш СаС1г (р-1350 кг/м3) на иротяз1 8-10 годин для утворення на по-верхн1 гранул кремнегеля, який у подальшому запобагае 1х злипанню 1 забезпечуе необх1дну м1цн!сть. Вологий гранулят п1дсушували у сушильн1й шаф! при температур! Т-60-70°С.

Спучування заповнювача проводили у лабораторий печ! при температур! 450-500°С на протяз! 7-10 хвилин.

Одержанн! дан! корелюють з даними, встановленими при вив-ченн! модельних систем ! св!дчать, що максимальний коеф!щент спучування досягавться при використанн! алюмосюикатно! системи, у як!й в1дношення оксид1в становить 3!02/А]20з-4,7-11,4. Ко-ефШ!ент. спучування гранулята на основ! синтетичних цеол1т1в ниж-че, н1ж коеф!ц1ент спучування гранулята на основ! р1дкого скла без наповнювач1в, однак м!цн!сть заповнювача з наповнювачем вища у 2 рази (м!цн!сгь при стиску у цил!ндр1 становить 0,56 МПа 1 0,22 МПа в1дпов1дно, при цьому коефщ!ент розм'якшення заповнювача складае 0,7 ! 0,35 в!дпов1дно).

Також одержано легкий спучений заповнювач на основ! реакц1й-но! сум1ш! системи МагО-А^Оз-ЗЮг-НгО, ! показано, що як ! у ви-падку для покрить, формування оптимально! структури легкого спу-ченого заповнювача спостерггаеться при використанн! реакщйних сум!шей складу: 5!02/А120з-6-7, Ма20/А120з-1-1,3, Н20/А120з-20-25. Спучений заповнювач характеризуемся сл!дуючими' властивостями: коеф!щент спучування Кс>3; ьищисть при стиску у цил!ндр1 ¡?-0,б5-0,75 МПа; коеф1ц!ент розм'якшення Кр-0,8; насипна густина р-120-140 кг/м3.

Розроблен! компоэицП на основ! природно! ! техногенно! сировини були вибран1 як зв'язуюче для одержання вогнезахисних покрить, що случуються. 3 метою регулювання ф1зико-механ1чних ха- • рактеристик до складу зв'язуючого вводили м!неральн1 наповнювач1.

Виб1р наповнювач1в проводили ва рядом критерпв з урахуван-ням 1х здатност1 спучуватися при п!двищенн! температури, не пе-решкоджати спученню алюмосшпкатного зв'язуючого, покращувати ме-хан1чн1 характеристики одержанного матергалу, а також вид1ляти при спученн! гази, як1 перешкоджають розвитку пожеж!. При вив-

чеши вшшву наповнювач1в р1зно! природи на процес спучування компоаицП в систем! ИагО-А^Оз-ЗЮг-НгО показано, що найб1льш ефективн! (максимальний коеф!ц1ент спучування Кс>20 1 м1цн1сть спученого шару до 3,5 МПа) склади, що м1стять добавки перл1ту, карб1ду кремнаю, карбонату' калыцю у к1лькост1 20%, в останньому випадку також вщцляеться газова фаза СОг, що перешкоджае розвит-ку пожеж1.

3 метою одержання наповнювача, який в1дпов1дае ус1м висуну-тим вимогам, за допомогою симплекс-реш1тчатого методу був оп-тти зований склад комплексного наповнювача 1 встановлено, що одержання композивд! з максимальним коефщ!ентом спучування (Кс-20-22) можливо при використанн1 комплексно! добавки, яка складаеться з 12% СаСОз, 4% бури и 8% перл!ту.

Вимогами, що висуваються до вогнезахисних спучуваних ма-тер!ал1в, передбачаеться утворення тепло!золюючого пористого шару на поверхн! зачищено! конструкцп. Формування такого шару, при спучеши вогнезахисного покриття може бути досягнуто за рахунок введения до складу комгюзицП гранулята - нап1вфабриката вироб-ництва легкого спученого заповнювача на основ! лужних в'яжучих систем.

Можлив!сть синтезу спучуваних покрить а максимальним ко-ефлцентом спучування ! експлуатац1йними характеристиками, що ре-гулюються, була реал!вована за допомогою Д-оптимального 4-х факторного плану експеримента (несиметричний план "куб на куб1").

Анал1з одержаних даних показуе, що максимальним коеф!ц!ентом спучування в!др1зняються композита, що м!стять у якост1 зв'язую-чого реавдйн! сум!ш1 з в1дношенням окетуцв БШг/А^Оз р!вним 6, ! гранулят оптимального складу (фракцП 2-4 мм) у к!лькост1 70% вверх маси зв'язуючого. При цьому, якщо розглядати умови спучення всього композиц!иного матер!алу в ц!лому, час витримування зв'язуючого до нанесения на п1дложку суттево не впливае на зм1ну коеф!ц!ента спучування, а температура тверднення, яка забезпечуе одержання матер1алу а максимальною здатн!стю до спучування, наб-лпжаеться до тенператури, яка в!дпов1дае нормальним умовам тверднення (20°0).

Ф1зико-механ!чн! та спед1альн! властивост! неорган1чних спучуваних покрить були досл!джен! зг!дно з юнуючими нормативними документами.

Одержан! неорган!чн1 вогнезахисн! покриття в!др1зняються ко-

есИвдентом спучування Кс-20-23, оагальна порист1сть спученого виру 92-97%., теплопров!дн1сть А-0,041-0,065 Вт/М'°С, м!щисть при стиску (Кст-4,6 МПа), адгез1я до металу - (0,78-0,84 МПа), водо-поглинання не превищуе 10 X. Також разроблен! спу'чуван! покриття задовольняють вимогам ГОСТ 25131-82, е ст!йкими при збер1ганн1 у умовах тдвищено! вологост] (65-75%), витримують до 12 цикл1в навперемпшого зволоження 1 висушування 1з збереженням експлуа-тац1йних характеристик та здатносп до спучування.

Вогнестш'лсть спучуваних неорган!чних покрить, як1 викорис-товуються для вогнезахисту металевих конструкц!й, була дослужена на лабораторий установи! конструкдП Украшського науко-во-досл1дного 1нституту Пожежно! Безпеки (УкрНДШБ, м.Кшв). Для випробування використовували зразки-пластини 200*200*40 мм, захи-щет неорган1чним покриттям. Нагр1в эразк1в проводили за стандартною кривою пожеж1 в1дпов1дно до м!жнародних стандарт!в СТ СЕВ 1000-88. Результати випробувань зразк!в з покриттям показали, що !х вогнестшисть залегаю в!д товщини металу становить в1д 52 до 58 хвилин, у той час як незахшдений метал мае межу вогнест1йкост! 15 хвилин. При в1зуальному огляд1 зразк!в не спостер!гаеться в1длущення чи сповзання покриття з п1дложки.

Перев1рку вогнезахисно! здатност1 неорган1чних спучуваних покрить проводили шляхом випробувань сталевих колон коробчатого перер!зу 200*200*11 мм (висота 1700 мм) за методикою ВНД1П0. Випробування елемент1в конструкщй виконано у вогнев1й камер! на пол1гон1 УкрНДШБ (м.Кшв). Результати .натурних випробувань п1дтвердили ефективнхсть використання лужних в'яжучих систем для вогнезахисту сталевих конструкц!й, межа вогнест1йкост1 яких Шдвищуеться з 0,25 години (для незахищених конструкщй) до 1 го-дини (для конструкц1й з вогнезахисним покриттям товщиною 2-3 мм до пожеж! 1 50-60 мм - п1сля пожеж1).

Основт характеристики розроблених склад1в покрить 1 в1домих аналог1в представлен! у таблиц! 1.

В Ц1ЛОму, можна в!дм1тити, що розроблен! покриття в!дпов!да- " ють вимогам, що висуваються до покрить такого призначення, аяе в!др1зняються очевидною перевагою у пор!внянн1 з вгдомими аналогами на основ! орган!чних речовин: запропонований склад вогнеза-хисних покрить повн!стю еколог1чно безпечний, негорючий, при спу-чуванн! не спостер1гаеться утворення диму ! вщЦлення токсичних газ!в (заявка на винах!д N 96124591).

Таблиця 1-0сновн1 характеристики спучуваних вогнезахисних покрить на основ1 лужних в'яжучих систем та вхдомих аналоев

Показники

Одинищ вюяру

Покриття складу:

ВПМ-2 ОВК-2

запропоновании

Щ1льн1сть: -свЧженанесеного -спучуваного Межа вогнест^йкоста Адгез1я при в!дрив1 Температура початку спучування Межа м!цност1:

- при згшп

- при стиску

- при стиску спу-ченого шару

КоефШент спучування

кг/и% кг/м^ хв МПа

МПа МПа

МПа

1300 162-168 43-46 0,83-0,86

185-190

4,9-5,6 8,7-9,5

3-3,5

1250 155-160 55-63 0,81-0,95

170-185

7,7-8,4 14,5-16

0,20-0,22

9-11

1170-1190 145-152 55-60 0,78-0,84

200-220

5,8-7,4 11,2-13,V

2,3-4,5

15-23

Запропонован! склади спучуваних матер1ад1в були використан1 для одержання тешкнаоляцшних матер!ал1в, технолоМя виробництва якях сп^впадае з технологию виробництва вогнезахисних спучуваних покрить, однак теля тверднення нанесен! композицП пгдлягають спученню при нагрхвашп до Т-500°С. Одержаний матер!ал характеризуемся М1цн1стю при стиску 1?ст-3,8-4,2 МПа, теплопров1дн1стю МЭ,041-0,065 ВтЛг°С, 1 в1дпов1дае вимогам, що висуваються до тепло!золяц!йних матер!ал1в.

Розроблен! склади були використаш в промислових умовах при виготовленн1 теплоГзолящйна! футеровки печей випалювання на л1нИ по виробництву фарфору акционерного товариства "Пкос" (м,Б1ла Церква). Економ1чний ефект вГд впровадження вапропонова-ного футеровочного матер1алу (при урахуванн1 лише соб1вартост! матер!ал!в на 1мэ) складае 319, 38 гр.

За результатами досл!дно-промислового впровадження запропо-нованого матер1алу розроблено та затверджено ТР 16403272-30-97 "Технолог1чний регламент на виробництво неоргангчних компазиц!й, що спучуються, на основ 1 лужного алюмосшпкатного зв'язуючого".

ЗАГАЛЬШ ВИСНОВКИ

1. Остановлена принципова можливхсть одержання спучуваних еколог1чно безпечних неорган1чних матер1ал1в в систем! МегО-МегОз-пЗЮг-шН-гО, як1 е альтернативою в1домим аналогам на

основ! оргшпчних речовин. Показано, що спучування композиц!й обумовлено направлен™ синтезом у ашщд. продукт1в г1дратащ! но-воутворень цеол!топод!бно! структури, здатних до низькотемпера-турно! - дегпдратацП а частковою або повною аморф1зац!ею структури.

2. На модельних системах показано взаемозв'язок м1ж складом ! структурою цеол1топод!бних новоутворень ! !х здатн!стю до спучування в штервал! температур 150-250°С.

3. 3 використанням комплекса ф!зико-х1м1чних метод1в досл1джень (РФА, ДТА, 1ЧС, електронно! мжроскопп) встановлен! основн! законом!рност1 одержання композиц1й, що спучуються, в систем! ИагО-А^Оз-ЗЮг-НгО на основ! лриродно! 1 техногенно! си-ровини ! показано, що максимальний коеф!ц!ент спучування (15-20) композивдй досягаеться при молярному сп1вв!дношенн! оксид!в у ре-акцштй сум!ш! БЮг/А^Оз р1вному 6-7.

4. Встановлен! основн! принципи композид!йно! побудови ре-акц!йних сум!шей для одержання композищй, що спучуються: в систем! НагО-А^Оз-ЭЮг-НгО направлений синтез цеол!топод!бних новоутворень групи гейландиту, при якому досягаеться максимальний ступйь спучування композиц!!, забезпечуеться при сп1вв!-дношенн! оксид!в 3!02/А120з - 6-7, Ма20/А1?.0з-1-1,3 1' Н20/А1г0з-22-24.

5. Розроблен1 основи технологи одержання 1 склади спучува-них матер1ал1в на основ! лужних в'яжучих систем, . як! можливо ви-користовувати у якост! легкого спученого заповнювача, тепло!зо-лящйних композиц1й та вогнезахисних спучуваних покрить.

6. Розроблено легкий спучений заповнювач, який одержано за технолог!ею виробництва склопору, з використанням модельних систем ! реакц!йних сум1шёй складу Ка20'А120з- (6-8)ЗЮ2"пН20. Показано, що легкий спучений заповнювач, отриманий з використанням реакщйго! сум1ш1 з сл1Ев1дношенням оксид!в ЗЮ2/А120з-6-7, N320^1203-1-1,3 ! Н20/А120з-20-25 характеризувться свдуючими властивостями: коефШентом спучування Кв>3; м1цн1стю при стиску у щШндр1 Р-О,65-0,75 МПа; коеф2агентом розм'якшення Кр-0,8; на- ' сипною густиною р-120-140 кг/м3.

7. Розроблен1 склади ! основи технолог!'! одержання вогнезахисних спучуваних покрить на основа реакщйних сумшейз • в1дношен-ням оксид1в, що забезпечуЕ одержання магер!алу з максимальним ко-еф^щвнтом спучування. .Формування н1здрювато-порово! структури спученого ' шару досягнуто за рахунок введения до складу покрить

грануляту, попередньо виготовленого з реакцшно! сум1ш1 за технологией одержання склопору 1 комплексного морального наповнювача.

Сформульован1 критерП вибору наповнювач1в р1зно1 х1м1чно1 природи для одержання вогнезахисних спучуваних покрить з регульо-ваними характеристиками.

8. Вивчен! властивост1 розроблених спучуваних вогнезахисних покрить з використанням математичних метод1в планування експери-менту 1 досл!джено вплив складу 1 технолог1чних параметр1в на ко. ефщ!ент спучування покрить. Встановлено, що дом1нуючими факторами при одержанн1 матер1алу з максимальним коеф1ц1ентом спучування (Кс-23) е "фактори складу" - вгдношення оксид!в ЗЮг/М^Оз у ре-акц1йнхй сум1ш1 (в1д 6 до 7) 1 к1льк1сть грануляту (65-75% зверх маси зв'язуючого). Показано, що при введен! грануляту оптимального складу (фракцП 2-4 мм) та в необх1дн1й к1лькост1 формуеться структура спученого композиту (Кс-20-23) 1з загальною порист1стю 92-97Я, теплопров1дн1стю Х-0,041-0,065 Вт/м-°С, при цьому М1цн1сть при стиску складае (1?ст-4,6 МПа), адгез1я до металу -(0,78 - 0,84 МПа), водопоглинання не перевищуе 10 %.

9. Розроблен1 основи технологи одержання тешиМ золяц1йних материал!в з використанням реакщйних сумшей, що спучуються, 1 гранулята на основ1 лужних в'яжучих систем. Використання спучу-вaí¡ня затверд1лих композищй при Т-500°С забезпечуе одержання тепло1золяц1йних матер!ал1в н1здрювато! структури з покращеними експлуатад1йними характеристиками (коефщгент конструктивно"! якост! К-20, коеф1ц!ент теплопров1дност! Х-0,041-0,065 Вт/м'°С, м!цн1сть при стиску Кс-3,8-4,2 МПа).

10. Проведено впровадження розроблених вогнезахисних спучуваних покрить на досл!дному пол1гон1 УкрНД1 Пожежно! Безпеки (м.Ки'1в). Межа вогнест1йкост! сталевих конструюЦй з запропонова-ним покриттям складае 1 годину. Ця величина сп1впадае з межею вог-нестшкост! конструкщй, захшцених традиц!йними складами на основ! орган1чних компонент!в(ВПМ-2, 0ВК-2), однак при цьому спостер1га-еться в!дсутн!сть димоутворення ! вид1лення токсичних газав.

11. Розроб.пеп1 склади тепжпзолящйних спучуваних покрить використшп при футеровщ корпусу печей випалювання на л!н!'! по виробництву фарфору АТ "Икос" (м.Выа Церква). Одержано теп-ло!золяЩйний матер1ал, який характеризуемся коефЩентом спучування Кс-15-17,5, мщн!стю при стиску 3,8-4,2 МПа, коеф!ц1ентом теплопров1дност1 0,065 Вт/м-°С, адгез!ею до керам1чного муфеля •

ne4i- 4..8-5,0 МПа.

Екон0М1ЧНИЙ ефект Б1Д впровадження розробки (319,38 гр. на 1м3 тепло1эоляцШ досягнуто за рахунок використання м!сцево'1 не-деф1цитно1 природно! сировини та спрощення технологичного процесу виготовлення теплейзолявдйних виробхв.

Ochobhí положения дисерташ! викладен1 у таких роботах:

1. Кривенко П.В., Пушкарьова К. К., Суханевич М.В. Розробка ф1зико-х1м1чних основ направленого синтезу неорган1чних в'яжучих в системi Na20-Al£03-Si02-H20 для отримання еколог1чно безпечних спучуваних матер1ал!в // Журнал "Буд1вництво Укра'1ни", N 2, 1997, с. 46-49.

2. Sukhanevich М. Heat -corrosion resistant protective coatings based on aluminosilicate binders // AlKaline Cements and Concretes: Proc. 1st Int.. Conf. - Kiev.,1994, v. II, p.1075-1083.

3. Кривенко П.В., Пуикарева Е.К., Суханевич М.В. Огнезащитные вспучивающиеся алюмосиликатные покрытия // Сб. "Проблемы огнезащиты строительных материалов и конструкций", Львов, 1994, с. 31-34.

4. Кривенко П.В., Пушкарева Е. К., Суханевич М.В. Использование щелочных вяжущих систем для решения проблем огнезащиты конструкций // Сб.тр. "Проблемы пожарной безопасности" К.,1995, с.344

5. Кривенко П.В., Пушкарева Е.К.', Суханевич М.В. Теплоизоляционные вспучивающиеся покрытия на основе щелочных алюмосиликат-ных связок // Сб. тр. 35 межд. семинара "Моделирование и вычислительный эксперимент в материаловедении", МОК'35, Одесса, 1996, с.46.

6. Кривенко П.В., Пушкарева Е.К., Суханевич М.В. Оптимизация состава огнезащитных вспучивающихся покрытий в системе МагО-А120з-(6-8)Si02'nH20 // Сб. тр. 36 междун. семинара "Компьютерное материаловедение и обеспечение качества", МОК'Зб, Одесса, 1997, с. 107

7. Кривенко П.В., Пушкарева Е.К., Суханевич М.В. Термозащитные вспучивающиеся покрытия на основе щелочных связок// Тез.VII Межд. научн.- практ.конф. "Прогрессивные технологии и конструкции в строительстве", С.- Петербург, 1995, с.24

АННОТАЦИЯ

Суханевич М.В. Неорганические вспучивающиеся материалы на основе щелочных вяжущих систем.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности: 05.23.05-Строительные материалы и изделия. Киевский государственный технический университет строительства и архитектуры, Киев, 1997.

В работе теоретически обоснована и практически подтверждена возможность получения вспучивающихся неорганических материалов в системе МагО-А^Оз-БЮг-НгО за счет направленного синтеза цеоли-топодобных новообразований группы гейландита, способных вспучиваться при низких температурах (до 300°С). Установлены принципы композиционного построения реакционных смесей на основе щелочных вяжущих систем и наполнителей, обеспечивающие получение вспучивающихся материалов с заданными эксплуатационными характеристиками. Разработаны основы технологии получения предложенных материалов. Результаты работы реализованы в условиях промышленного производства.

Ключевые слова: щелочные вяжущие системы, цеолитоподобные новообразования группы гейландита, вспучивающиеся огнезащитные покрытия, предел огнестойкости.

ANNOTATION

Sukhanevich M.V. Inorganic bloating materials based on alkaline cementitlous systems.

Ph.D. Thesis in the speciality 05.23.05 Building Materials and Articles. Kiev State Technical University of Construction and Architecture, Kiev, 1997.

The research substantiates theoretically and in practice the possibility of producing the bloating inorganic materials In a system Na20-Al203~Si02-H20 due to directed synthesis of zeolite-like new formations of heulandite group, capable to bloat at low temperatures (up to 300°C). The principles of compositional build-up of reactive mixes based on alkaline cementitious systems and fillers, providing, the production of bloating materials with target service properties. The bases of manufacturing technology for materials have been developed. The results of research work are put on commercial scale.

Key words: alkaline cementitious systems, zeolite-like new formations, heulandite, bloating fire-resistance coating, limit of fire-resistance.