автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Влияние предварительного разогрева на термомеханические свойства жаростойкого шамотного бетона на силикат-натриевом композиционном вяжущем (технология и свойства)

Ой

2 3 На прав3* рукописи

ХАДЖИШАЛАПОВ Гаджимагонед Нурмагомедович

ВЛИЯНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО РАЗОГРЕВА НА ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖАРОСТОЙКОГО ШАМОТНОГО БЕТОНА НА СИЛИКАТ-НАТРИЕВОМ КОМПОЗИЦИОННОМ ВЯЖУЩЕМ.

(технология и свойства)

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискании ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

Работа выполнена в Государственном научно-исследовательском проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона (НИИЖБ) и Дагестанском Государственном техническом университете.

Научный руководитель Официальные оппоненты

Ведущая организация

-д.т.н.. проф. В.В.ЖУКОВ

-д.т.н., проф. - к.т.н., доц.

A.В.ЛАГОЯШ

B. Ю. БУРОВ

- Производственно - строительное объединение Дагестанагропромстрой Росагропромстроя РФ.

Защита диссертации состоится "16"ноября 1995г. в 14-00 на заседании диссертационного совета К-033.03.02 по защите диссертации на соискание ученной степени кандидата технических наук в Государственном научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте бетона и железобетона Минстроя РФ.по адресу: 109428, Москва,2-я Институтская ул., д.6. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " " 1995г.

Ученный секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук.

Г.П.КОРОЛЕВА

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Важнейшим направлением экономического и социального развития России является ускорение научно-технического прогресса в строительстве и строительной индустрии путем создания новых и совершенствований известных прогрессивных технологий и эффективных материалов с низкими удельными энергозатратами.

Среди них одно из первых мест занимают жаростойкие бетоны на силикат-натриевых композиционных вяжущих и конструкции из них.

В настоящее время широкое распространение получили бесцементные силикатные системы, включающие натриевый щелочной компонент, выполняющий роль катализатора в процессе растворения кристаллического и аморфного кремнезема, ускоряющий диспергирование частиц, полимеризацию и тем самым формирующий стабильные фазы в системе вяжущее-заполнитель.

Однако использование известной технологии получения жаростойких бетонов на силикат-натриевых композиционных вяжущих с термообработкой изделий после их изготовления требует достаточно длительного времени и больших энергозатрат для растворения силиката-натрия, полимеризация БЮ,, и получения необходимых термомеханических свойств бетонов. В связи с этим разработка новой технологии получения жаростойких бетонов на основе водорастворимых силикат-натриевых композиций путем сухого измельчения компонентов вяжущего до Буя=2500+3000 см2/г и предварительного разогрева бетонной смеси в процессе ее приготовления является весьма актуальной проблемой, т. к. позволяет при значительно более низких энергозатратах по сравнению с известной технологией получить изделия из жаростойкого бетона с более высокими термомеханическими свойствами.

Целью диссертационнойработы является разработка технологии получения жаростойких бетонов на композиционном силикат-натриевом вяжущем с предварительным разогревом бетонной смеси для снижения энергозатрат и получения жаростойких бетонов с высокими термомеханическими свойствами, при этом решались следующие задачи:

- повышение интенсивности растворения силиката натрия;

- сокращение технологического цикла изготовления изделий;

- повышение термомеханических свойств жаростойкого шамотного бетона;

- подбор и исследование составов шамот-силикат-натриевого композиционного вяжущего и жаростойкого шамотного бетона;

- теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение новой технологии изготовления шамот-силикат-натриевого композиционного вяжущего и на ее основе жаростойкого шамотного бетона с

-предварительным разогревом смеси в процессе ее перемешивания;

- разработка ускоренного режима нагрева изделий;

- изучение физико-химических процессов при растворении силиката-натрия и аморфного кремнезема в композиционном вяжущем и бетоне;

- исследование влияния основных технологических параметров на термомеханические свойства жаростойкого шамотного бетона;

- изучение физико-механических, физико-химических, термомеханических свойств жаростойкого шамотного бетона, изготовленного с предварительным разогревом смеси в процессе ее перемешивания;

- разработка технологии организации производства жаростойкого шамотного бетона с предварительным разогревом смеси и выпуск опытной партии.изделий;

- оценка технико-экономической эффективности изготовления жаростойкого шамотного бетона по .предложенной технологии.

Научная новизна работы:

- научно-обоснована и экспериментально подтверждена возможность повышения интенсивности растворения силикат-натрия и гомогенного распределения ее в жаростойком шамотном бетоне путем предварительного разогрева смеси в процессе ее перемешивания;

- предложены научно-обоснованные технологические параметры предварительного разогрева композиции жаростойкого бетона, обеспечивающие получение изделий с требуемыми физико-химическими свойствами ( наиболее интенсивное растворение силикат-глыбы в бетоне с В/Т=0,18 происходит в процессе перемешивания в течении 6 минут при температуре предварительного разогрева 80-90 0С)

- выявлены особенности процесса твердения жаростойкого шамот-,. ного бетона в режиме ускоренного нагрева при температурах 250-300 °С;

- изучены специальные свойства жаростойкого шамотного бетона, определяющие температурные условия его применения ( термомеханические. дилатометрические, физико-химические);

Достоверность полученных результатов обеспечена испытанием достаточного количества образцов-близнецов, комплексным характером проведенных исследований, выполненных с применением современных методов (ЭВМ), результатами физико-химических и термомеханических испытаний, проверкой результатов лабораторных данных в производственных условиях.

Практическая ценность работы заключается в разработке новой технологии получения бесцементных силикат-натриевых композиционных вяжущих и на их основе жаростойких бетонов, получаемых путем предварительного разогрева смеси до 80-90 °С в процессе перемешивания и ускоренного нагрева изделий при температуре 250-300 °С. Применение предлагаемой технологии позволит наладить массовое производство различных жаростойких бетонов на силикат-натриевых композиционных вяжущих. Научно-техническая новизна полученных результатов подтверждена авторским свидетельством СССР N 1698218.

Внедрение результатов работы. Выпуск опытной партии жаростойкого шамотного бетона на шамот-силикат-натриевом композиционном вяжущем осуществлен на Аксаевском кирпичном заводе объединения "Дагагропромстрой" в г.Хасавюрте.

Экономическая целесообразность производства и применение разработанных бесцементных жаростойких материалов подтверждена расчетами. По ценам 1995 г. экономический эффект при выпуске блоков размерами 1100*900*240 мм, изготовленных с предварительным разогревом смеси в процессе перемешивания и ускоренным нагревом при температуре 250-300 °С. составил по сравнению с известной технологией 15000 руб/м3.

Результаты внедрены также в учебный процесс, что нашло отражение в лекционных курсах по строительным материалам, по процессам и аппаратам технологии строительных изделий для специальности "Промышленное и гражданское строительство" в Дагестанском Государственном Техническом Университете.

На защиту выносятся:

- теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение

возможности получения шамот-силикат-натриевого композиционного вяжущего и жаростойкого шамотного бетона путем предварительного разогрева смеси в процессе перемешивания;

- результаты исследования процесса растворения силикат-натрия в композиционном вяжущем в интервале температуры 20-90 °С в зависимости от водовяжущего отношения и времени перемешивания:

- составы, технология и параметры композиции жаростойкого шамотного бетона;

- результаты исследований физико-механических, физико-химических. термомеханических и теплофизических свойств вяжущей композиции жаростойкого шамотного бетона;

- результаты опытно-промышленного опробирования предложенной технологии и ее технико-экономическая целесообразность.

Апробация и публикация работы.

Основное содержание работы было доложено:

- на научно-технических совещаниях лаборатории жаростойких бетонов и огнестойкости железобетонных конструкций (НИИЖБ, г. Москва 1990, 1994гг.)

- на выездной сессии президиума Академии естественных наук (г. Махачкала. 1993 г.)

- научных конференциях профессорско преподавательского состава Дагестанского Государственного Технического Университета (г. Махачкала. 1989-1994 гг.)

Основные результаты диссертационной работы отражены в 6 публикациях, в том числе в одном авторском свидетельстве.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 167 страницах машинописного текста, из них 42 рисунка, 9 таблиц, 145 наименований литературы, три приложения. Диссертационная работа выполнена в лаборатории жаростойких бетонов и огнестойкости железо-бетонных конструкций НИИЖБ Минстроя РФ и на кафедре технологии строительного производства и строительных материалов Дагестанского Государственного Технического Университета.

- 7 -

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Большое значение для решения проблемы экономии топливно-энергетических ресурсов имеет производство безобжиговых изделий из новых высокоэффективных жаростойких бетонов. Особое место при этом отводится жаростойким бетонам на жидком стекле и на силикат-натриевом композиционном вяжущем.

В области создания жаростойких бетонов на жидком стекле и на силикат-натриевом композиционном вяжущем успешно работают многие высшие учебные заведения ( МГСУ, БТИСМ, ЛИСИ. РГАС. ДГТУ и др.) и научно-исследовательские институты ( НИИЖБ. ВНИИСТром, ВНИПИТеп-лопроект, УралНИИСтромпроект и др.).

Силикат-натриевые композиционные вяжущие и бетоны на их основе разработаны МГСУ. НИИЖБ и ДГТУ под руководством Ю.П.Горлова. А.П.Меркина, В.В.Жукова и Б.Д.Тотурбиева. Применение жаростойких бетонов на основе силикат-натриевых композиционных вяжущих эффективно при футеровке различных тепловых агрегатов, в том числе вращающихся печей для обжига керамзита и портландцементного клинкера, туннельных печей для обжига кирпича. При этом производство жаростойких бетонов на силикат-натриевом композиционном вяжущем осуществляется на серийно-выпускаемом оборудовании применяемом для изготовления обычного бетона. Изготовление изделий и конструкций из жаростойких бетонов исключает их обжиг и вредные выбросы в атмосферу. требует меньшие капитальные вложения, позволяет экономить топливно-энергетические ресурсы. При этом выбор состава бетонов и технологии его изготовления зависит от температуры применения и требуемых физико-химических и термомеханических свойств.

Основываясь на существующих представлениях о физико-химических процессах, протекающих при формировании структуры композиционного силикат-натриевого вяжущего, было сделано предположение, что в процессе предварительного разогрева и перемешивания смеси при температурах 85 - 90 °С и при быстром нагреве (форсированном) изделий при 250 - 300 °С будет происходить интенсивное растворение силиката натрия в композиционном вяжущем, гомогенное распределение его в объеме смеси, интенсивная сушка изделий. Это окажет положительное влияние на термомеханические свойства жаростойкого шамотного бетона на силикат-натриевом композиционном вяжущем.

Выполненные исследования подтвердили данную научную гипотезу.

Рассморим более подробно результаты исследования.

В качестве исходных сырьевых материалов использовались: - заполнитель из шамота Часов-Ярского комбината (ГОСТ 20955-75) средней плотностью в куске 2000 кг/м3: химического состава в процентах по массе: А1203 - 41,97; S102 - 53,15'; Fe203 - 2,21; ТЮ2 - i, 05; остальные примеси.

- безводный силикат-натрия (силикат-глыба) с кремнеземистым модулем 2.7 - 3,0 (ГОСТ 13079-80).

Исследование физико-механических свойств образцов из шамот-силикат-натриевого композиционного вяжущего и жаростойкого шамотного бетона, полученного предварительным разогревом смеси в процессе перемешивания при температуре 85-90 °С и последующем ускоренным разогревом образцов при температурах 250 - 300 °С в течении 2,5 - 3 ч, проводилось в соответствии с ГОСТ 2211-65; ГОСТ 2409-67; ГОСТ 310-76: ГОСТ 3104-76.

Термомеханические исследования для изучения напряженного деформированного состояния бетона, которое позволяет полностью оценить состояние жаростойкого бетона в конструкции теплового агрегата при рабочей температуре проводили на испытательной машине СТС, изготовленной в лаборатории специальных бетонов Дагестанского Государственного . Технического Университета совместно с НИИ Механики МГУ им. М.В.Ломоносова.

Огнеупорность определяли в соответствии с ГОСТ 4069-69, теплопроводность при нагреве до 1200°С определяли по методике ВНИПИ-Теплопроекта, основанной на измерении стационарного потока тепла.

Дилатометрические исследования выполняли на дифференциальном дилатометре ДВ-1500 конструкции ВНИИФТРИ.

Линейную усадку замеряли на образцах сечением 30*30 и высотой 60 мм по ГОСТ 5402-81.

Термическая стойкость жаростойких шамотных бетонов определялась по ГОСТ 7875-56.

Предварительный разогрев смеси жаростойкого шамотного» бетона осуществляли на лабораторной смесительной установке КГЬ^18 и на промышленной бетоносмесительной установке марки СБ-81 с нагревательными элементами, вмонтированными между внутренней обшивкой

- 9 -

смесителя и внешней водяной рубашкой.

Физико-химические исследования проводились с целью установления процессов, происходящих в жаростойком шамотном бетоне, полученным предварительным разогревом в процессе перемешивания при температуре 85 - 90 °С в течении 6 минут и последующим ускоренным разогревом в течении 2,5-3 часов при температуре от 20 до 1000 °С на дериватографе ДРОН - 2.0, а значения РН среды определялись с помощью иономера РН-3400.

Рациональный состав жаростойкого шамотного бетона на силикат-натриевом композиционном вяжущем определялся методом математического планирования на основе симплекс-решетчатых методов.

Кинетику растворения шамот-силикат-натриевого композиционного вяжущего изучали по методике ГОСТ 13078-81 " Стекло натриевое жидкое. Технические условия

Для исследования процессов растворения принимали состав шамот-силикат-натриевого композиционного вяжущего с соотношением в % по массе 80:20(тонкомолотый шамот: силикат-натрия).

Водотвердое отношение для данных серий опытов меняли от 0,45 до 0.60 и время перемешивания принимали 6 и 15 минут на основании предварительных опытов с учетом экономических соображений, полноты растворения и возможности получения фильтрата для определения концентрации ИаОН ц ЗЮ2 в растворе.

Как видно из рис. 1а концентрация №0Н и БЮ,, в жидкой фазе раствора с повышением температуры от 20 до 90 0 С увеличивается. При повышении температуры перемешивания более 90 0 С, при принятых значениях В/Т равных 0,45 и 0,6 и времени перемешивания 6 и 15 мин, невозможно было выделить фильтрат из раствора для определения концентрации ИаОН и 510г. так как смесь обезвоживается и твердеет.

Концентрации 3102 и ИаОН з зависимости от температуры (кривые 1.3 рис. 1а) составляют:

Концентрация 310г, Г/Л 36,76 46,5 91,2 166,8 187,1

Температура Т. °С 20 °С 40 °С 60 °С 80 °С 90 °С

210

П5

КО

Л/а ОН, 5>10г,г/л

10«

75

50

' А /7

у

2./

Л' > к*

— — >-0

П5

140

105

п

10

Т'С

20 ло 60 80 100

а)

<0

50

40

30

20

Ю

о о

; г/

//

' \ / а

/ у (\<

А Г//

в/Т

011 0Л5 о,б о,15

6)

Рис.1. Зависимость концентрации ИаОН и БЮ,, в жидкой фазе -а) от температуры при В/Т =0.6, ^„=6мин при В/Т =0.6,

1 бм,

2 Б10г

3 БМ.

см

1с1(=15мин при В/Т =0.45, 1сы=6мин

4 ИаОН

5 ИаОН

6 №0Н

при В/Т =0.6, при В/Т =0.6, при В/Т

I =6мин

си

I =15мин

си

0.45, 1см=6мин

1 зю2

2 БЮ,,

3 Б10„

б) 10,

при Т =90" С, при Т. =40° С, при Т =20°С,

от В/Т г =бмин

СИ

I =6мин

СИ

I =6мин

СИ

4 ИаОН

5 НаОН

6 №0Н

90° С,

при Т при Т =40"С при Т

20° С,

I =6мин

си

I =6мин

си

Ъ =6мин

си

Концентрация NaOH. г/л 7.32 15.2 28,0 44,20 56.80

Температура Т. °С 20 °С 40 °С 60 °С 80 °С 90 °С Эти результаты на два порядка больше, чем аналогичные данные по концентрации Si02 и NaOH,полученные в работе Тотурбиева Б.Д. и Малявского Н.и. при использовании традиционной технологии.

Достаточно большие значения содержания Si02 и NaOH в растворе объясняются повышением растворения тонкомолотого силикат-натрия, при температурном воздействии и интенсивном перемешивании нагретой смеси и достаточным количеством воды.

Интерес представляют полученные результаты о влиянии времени перемешивания и водотвердого отношения на концентрацию NaOH и S102 в зависимости от температуры.

Как видно из рис.16 с увеличением В/Т от 0,3 до 0,75 концентрация NaOH и Si0z в растворе увеличивается и при В/Т=0.75 и температуре смеси 90 0 С составляет соответственно S102 - 185 г/л (кривая 4) и NaOH - 55 г/л (кривая 1).

При температуре смеси 20 °С и 40 °С увеличение концентрации в растворе S102 и NaOH с увеличением В/Т отношения до 0,75 незначительное и составляет соответственно при 90 °С: S102 - 70 г/л (кривая 6), NaOH - 20 г/л (кривая 3) и при 40 °С: S102 - 9 г/л (кривая 2), NaOH - 45,5 г/л (кривая 6).

Следовательно с увеличением В/Т при температурах 20. 40 0 С не происходит полного растворения силикат-глыбы.

Концентрации S102 и NaOH в предварительно разогретой смеси шамот-силикат-натриевого композиционного вяжущего в процессе перемешивания увеличиваются прямо пропорционально повышению - В/Т (кривые 1 и 4).

Это объясняется тем. что сотношения H20:Na2S103 уменьшается за счет испарения воды в процессе перемешивания предварительно нагретой смеси и усиливается ее пептизируюшее влияние NaOH на S102. В процессе перемешивания нагретой до 90 °С смеси в течении 6 мин. полученная высококонцетрированная щелочь NaOH равномерно распределяется в объеме, взаимодействует с новыми поверхностями

г/. N4 ОН, Г/А 50

■40

30

■ 20

10

1 / / . / X * """" "V

// // // 11

ч { I 5

1 1 // \ / / ^ 3* 3 иГ—.

\6

м*н.

Рис.2. Зависимость концентрации ИаОН и БЮ в жидкой фазе от времени перемешивания при В/Т=0.6

1. БЮ2 при Т =90° С

2. БЮ,, при Т =40° С

3. БЮ,, при Т =20° С

4. ИаОН при Т =90° С

5. МОН при Т =40° С

6. ИаОН при Т =20°С

тонкомолотого шамота и тем самым увеличивает концентрацию Б10 в растворе.

При увеличении В/Т отношения более 0.6 избыток воды из смеси композиционного вяжущего не успевает испариться за 6 минут и она увеличивает пористость, уменьшая прочность цементного камня.

С учетом вышеизложенного для приготовления с предварительным разогревом смеси шамот-силикат-натриевого композиционного-вяжущего следует принимать В/Т не более 0,6." Оптимальным значением В/Т с учетом испарения воды в процессе перемешивания при температуре предварительного нагрева 85-90 °С является 0.27 - 0,29.

Химическая реакция пр'оходит тем полнее и тем быстрее, чем больше точек соприкосновения реагирующих веществ, т.е. чем больше их реагирующая поверхность. Ее увеличение достигается уменьшением размеров частиц, т.е. измельчением и гомогенным распрелением ЫаОН в процессе перемешивания смеси.

Кроме того в нашем случае процесс изменения скорости растворения БЮ,, зависит от количества образующего щелочного катализатора МОИ, т.е. наблюдается прямая зависимость между количеством катализатора КаОН и его католическим действием.

В работе с целью повышения точек соприкосновения Б102 с щелочным катализатором, а также гомогенного его распределения в среде, проведены исследования влияния времени перемешивания на концентрацию выхода'в раствор ИаОН и Б10

Для проведения этой серии опытов шамот-силикат-натриевое композиционное вяжущее затворяли водой до В/Т= 0.6, нагревали соответственно до 20, 40 и 90 °С и смешивали в течении 5, 10, 15 и 20 мин.

После перемешивания при каждой температуре и в течение заданного времени раствор фильтровали и в полученном фильтрате определяли концентрацию ИаОН и Б102.

Как видно из рис.2 с увеличением времени перемешивания до 5 мин наблюдается резкое увеличение в растворе концентрации Б102 и №0Н в зависимости от температуры.

При увеличении времени перемешивания до 10 мин и выше в смесях нагретых до 20. 40 и 90 °С наблюдается небольшое плавное уве-

Рис.3. Зависимость прочности бетона от температуры

1 - С предварительным разогревом после сушки;

2 - без предварительного разогрева после сушки;

3 - без предварительного разогрева после обжига при 1350 °С;

4 - с предварительным разогревом после обжига при 1350 °С;

личение концентрации 3102 и N3011 в растворе, а в смеси нагретой до 90 0 С дальнейшее увеличение времени перемешивания не приводит к росту концентрации Б102 и НаОН. Следовательно, силикат-натриевой композиционное вяжущее (СНКВ) с В/Т=0.6 при температуре предварительного разогрева смеси 90 0 С достаточно перемешивать в течение 5-6 мин.

Это объясняется тем, что в процессе перемешивания СНКВ в течении 6 мин при температуре 90°С силикат-натрия с Буд =2500-3000 см2/г растворяется, а полученная высококонцентрированная щелочь МаОН в свою оЧередь растворяет 3102 в тонкомолотом шамоте.

Взаимодействие щелочи ИаОН с аморфным и кристаллическим 3102 наиболее быстро происходит в течении 6 мин. дальнейшее взаимодействие менее интенсивно за счет образования химически равновесного состава.

Жаростойкие бетоны, используемые в качестве футеровки в тепловых агрегатах различного назначения, испытывают одновременно воздействия механических нагрузок, интенсивных тепловых потоков, циклически меняющихся во времени. В этих условиях бетоны могут изменять свою структуру и свойства, что в условиях напряженно-деформированного состояния от указанных нагрузок может привести к преждевременному разрушению изделий.

Напряженно-деформированное состояние бетона определяется термомеханическими свойствами материала, которые вместе с теплофизи-ческими характеристиками позволяют полностью оценить состояние жаростойкого бетона в конструкции теплового агрегата при рабочей температуре и при циклическом нагреве.

В связи с этим были проведены исследования термомеханических свойств жаростойкого шамотного бетона на шамот-силикат-натриевом композиционном вяжущем, полученного предварительным разогревом смеси в процессе перемешивания.

Цель исследований - определить зависимость прочности и деформации бетона от температуры и провести сравнительный анализ свойств бетона, полученного с разогревом смеси в процессе перемешивания и без разогрева, т.е. проследить влияние структуры жаростойкого шамотного бетона на его термомеханические свойства.

Для определения термомеханических свойств испытывали образцы после ускоренной сушки при 250 °С, обжига при 1300 °С. Образцы были изготовлены из оптимального состава жаростойкого шамотного бетона. Для сравнения испытывали образцы аналогичных составов, полученных без предварительного разогрева смеси.

Образцы высотой 65 мм и диаметром 25 мм устанавливали между керамическими толкателями и затем нагревали в окислительной среде (воздух) при температурах соответственно 20,200,400,600,800, 1000,1200,1300 и 1400 °С. Скорость нагрева образцов до заданной температуры испытания 10-20 0 С/час.

При достижении заданной температуры образцы выдерживали в течении одного часа, а затем загружали с постоянной скоростью ( б/т =1,2 МПа/мин) до разрушения. Принятые режймы нагрева и нагружения обеспечивают минимум разрушений в структуре бетона. При испытании образца непрерывно записывалась зависимость от нагрузки Р (Кгс) изменение абсолютной деформации Д1 (м) бетона. Из первичных диаграмм вычисляли напряжения б=Р/Т и относительные деформации £ = Д1/10, где ? - площадь поперечного сечения образца.м2; 10 - начальная высота образца, м.

Для исследования термомеханических свойств в данной работе приняли состав жаростойкого шамотного бетона 80:16:4 (шамотный заполнитель: тонкомолотый шамот: силикат-глыба), рациональность которого подтверждена проведенными нами исследованиями.

Для сравнения были изучены свойства образцов из шамотного бетона оптимального состава после двухэтапного режима сушки по принятой ранее технологии (подъем температуры до 90 °С - 1 час. выдержка - 4 часа, подъем температуры до 200 °С - 0.5 час. выдержка - 2 часа, охлаждение естественное); а также после предварительного разогрева до 85-90 °С и ускоренным нагревом при 250-300 °С в течении двух с половиной - трех часов.

По результатам исследований построены кривые зависимости прочности от температуры (рис 3). Значение прочности бетона после ускоренного нагрева, приготовленного по предлагаемой технологии (с предварительным разогревом). по абсолютным величинам выше прочное-

ти бетона, приготовленного по ранее известной технологии без предварительного разогрева.

Увеличение прочности до 800 °С во всех испытуемых образцах бетона объясняется уплотнением геля кремниевой кислоты. Достаточно резкое уменьшение прочности бетона выше 800 °С в образцах без предварительного разогрева связано с появлением жидкой фазы в бетоне.

В образцах с предварительным разогревом снижение прочности наблюдается после 800-1000 °С. что объясняется меньшим содержанием в бетоне жидкой фазы.

Во всех испытанных образцах после 1200 °С отмечается замедление падения прочности. Это происходит из-за начала кристаллизации кристобалита и муллита. Причем в образцах, приготовленных из смеси без предварительного разогрева, кристаллизуется в основном кристо-балит, а в образцах с предварительны;»! разогревом смеси - в основном муллит. Последнее подтверждается большими значениями прочности при температурах выше 1000 °С.

Большие значения прочности в образцах из бетона с предварительным разогревом смеси и после обжига при 1350 °С объясняются образованием в них низкоосновных аморфных аллюмосиликатов, из которых с повышением температуры выше 1000 °С кристаллизуется муллит.

Исследования термомеханических свойств подтверждают наши предположения о возможности увеличения прочности, термической стойкости и температуры применения жаростойкого шамотного бетона при использовании технологии с предварительным разогревом бетонной смеси в процессе ее перемешивания.

Опытно-промышленное внедрение.

Опытно-промышленную проверку разработанного жаростойкого шамотного бетона проводили на объектах объединения "Дагагропромс-трой" и "Дагводстрой".

Разработанный жаростойкий бетон был использован для горелоч-ных камней и футеровки пода обжиговых вагонеток. Изделия из жаростойкого шамотного бетона готовили в двух вариантах:в виде горелоч-ных камней для туннельной печи и в виде крупных блоков для футе-

ровки пода обжиговых вагонеток.

Для организации производства изделий из жаростойкого шамотного бетона использовалась существующая технологическая линия завода по выпуску жаростойкого бетона объединения Дагводстрой.

Выпуск опытно-промышленной партии осуществлен по следующей технологии.

Приготовление композиционного вяжущего.

Все компоненты бетона хранились в крытых помещениях и подавались в расходные бункера ленточными транспортерами и ковшевыми элеваторами. При этом силикат-глыба, шамот или бой шамотного кирпича в начале подвергались измельчению на дробилке, после дозирования - совместному помолу до удельной поверхности 2500-3000 см2/г в шаровой мельнице. Шамотный заполнитель рассеивался по фракциям 5-2,5 мм — 40 X; 1,25-0,63 мм — 45 менее 0.14 мм — 15 %, которые хранились в бункерах.

Готовое вяжущее подавалось в расходный бункер линии приготовления формовочной массы. Состав формовочной массы приведен в таблице 1.

Таблица 1

Рекомендуемый состав жаростойкого шамотного бетона на СНКВ.

1 1 Расход компонентов на (мз). кг ti ■ i i i 1 Вода|гср.кг/мЗ1Рсж, МПа |Rch, МПа 1

1 i i Чл/мЗ|(при В/Т |после об-|поеле |

1 Шамот | Молотый | Силикат- 1 | равном |жига при 1 сушки |

1 1 шамот | 1 г 1 глыба I | 0.18) |1350 ОС 1250-300 ОС| ii 1 i i

1 1 1 1 1 1 1 1520 | 304 1 1 1 1 i i i 76 ii 1 1 1 II 1 1 1 1320 | 1900 I 34-37 | 27.5 | 1 1 1 1 1 II i i i

Приготовление формовочной массы. Готовое вяжущее и вода из расходного бункера и емкостей через дозаторы поступали в лопастной смеситель вместимостью 250 л и пе-

ремешивались в течении 6 мин. в нагретом до 85-90 °С смесителе.

Нагрев смесителя осуществлялся электрическими нагревателями, установленными в обшивке между внутренней поверхностью и внешней водяной рубашкой смесителя.

При непрерывном перемешивании разогретого до 85-90 °С вяжущего подавали шамотный заполнитель фракции 5-2,5 мм — 40 %: 1.25-0,63 мм — 45 %: менее 0,14 мм — 15 % .

Общее время перемешивания разогретой до 85-90 °С смеси колебалась в пределах 5-6 мин.

При приготовлении смеси для опытной партии было откорректировано количество воды с учетом ее испарения.

Готовая смесь подавалась в автоматический объемный дозатор, расположенный под смесителем. Объемная дозировка обеспечивала возможность получения изделий одинаковой плотности.

Нагрев изделий осуществлялся в сушильных камерах газом за 3 час. при температуре 250-300 °С.

После сушки готовые изделия снимали с поддонов, которые на передаточной тележке возвращались на пост формовки.

Готовые изделия хранились по видам на специально отведенной площадке в закрытом помещении.

Оценка качества материалов, полученных в производственных условиях, показала, что по своим свойствам они соответствуют тем показателям, которые были получены в лабораторных условиях.

Экономическая эффективность жаростойких шамотных бетонов рассчитывалась только с учетом экономии энергозатрат, связанных с сокращением технологического цикла с 8 часов до 3 часов, т.е. в 2,6 раза.

При этом экономический эффект на 1 м3 изделий составил 15000 руб. при сменной производительности сушильной камеры равной 2,8 м3. По результатам выполненной работы составлены технические рекомендации.

На основании выполненной работы разработана новая технология изготовления изделий из жаростойкого шамотного бетона на СНКВ со следующими свойствами (табл.2).

Таблица 2.

Основные свойства жаростойкого шамотного бетона на СНКВ с предварительным разогревом смеси в процессе перемешивания и последующим ускоренным нагревом формованных изделий.

1 ■ ■ |п/п I 1 Основные свойства 1 1 1 Показатели 1

1 1. 1 Средняя плотность, кг/м3 | 1900 1

1 2. Прочность при сжатии, М Па. |

а) после ускор.нагрева до 250 °С| 25 - 28 1

б) после обжига до 1350 °С | 34 - 37 I

в) в нагретом состоянии при |

температуре 1000 0 С | 27 I

1200 °С | 14 I

1350 °С | 8 I

1 з. Термическая стойкость, водяные |

теплосмены от 1000 °С. | 48-52 1

1 4. Теплопроводность, Вт/(м °С) |

при 1ср=350 ОС | 0.90 |

коэфф.темпер.деформаций 10 1/С |

при температуре 900 ОС | +5.11 I

(первый нагрев) |

1 5. Усадка высушенного бетона при |

нагревании,Ж не более |

а) до температуры 1000 ОС 1 +0.36 |

б) до температуры 1350 0С | +0.22 |

1 6. Дополнительная усадка при 1

повторном нагревании, %чне |

более 1

а) до температуры 1000 0 С | 0.07 |

1 б) до температуры 1350 °С | 1 0,10 | 1

- 21 -ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе анализа литературных данных по технологии производства жаростойких шамотных бетонов на основе силикат-натриевых композиционных вяжущих дано обоснование способа теплового воздействия для улучшения термомеханических характеристик бетона при наиболее минимальных энергозатратах.

2. Исследования исходного шамота и безводного силикат-натрия установлено наличие в них соответственно муллита, кварца, кристо-балита, тридимита и аморфного кремнезема, обеспечивающие получение жаростойкого бетона с требуемыми термомеханическими и физико-механическими свойствами.

3. Увеличение температуры предварительного разогрева при одновременном перемешевании композиционного вяжущего состоящего из тонкомолотых силикат-глыбы и шамота. С 20 до 90 0 С приводит к повышению концентрации в растворе Б10 в 5 раз и ЫаОН в 7 раз.

4. С уменьшением водотвердого отношения от 0,6 до 0,45 при одних и тех же параметрах предварительного разогрева и времени перемешивания композиционного вяжущего количество выхода в растворе Б102 и №0Н уменьшается в 5 раз.

5. Предварительный разогрев и одновременное перемешевание композиционного вяжущего по сравнению с традиционной технологией повышают концентрации в растворе Б102 в 20 раз и ИаОН в 14 раз. что позволяет получить более гомогенную систему и приводит к увеличению термомеханических свойств жаростойкого бетона. Повышается реакционная способность составляющих жаростойкого бетона при высоких температурах, снижается содержание плавней и в результате возрастает температура применения и термостойкость бетона.

6. Увеличение водовяжущего отношения с 0,25 до 0,75 в смесях с предварительным разогревом приводит к повышению концентрации БЮ,, до 175 г/л и ИаОН до 44 г/л.

7. Методами математического планирования определены оптимальный состав бетонной смеси и гранулометрия заполнителя.Наилучшие свойства бетона получены для состава {% по массе): шамотный заполнитель - 80. тонкомолотый шамот - 16, силикат - натрия - 4 в процентах масс; при этом гранулометрия шамота должна находится в пре-

делах: фракции 5-2,5 мм ^ 25-40 %. фракции 1.25-0,63 мм - 30-40 %. фракции менее 0,14 мм - 20-30 55.

8. На основе проведенных исследований установлено, что бетон, изготовленный с предварительным разогревом бетонной смеси имеет наибольшие прочность и среднюю плотность при В/Т = 0.17 - 0.18, температуре перемешивания 85 - 90 °С, времени перемешивания 5-6 мин, формовании изделий вибрированием с пригрузом (15 * 10"2 МПа) в течении 120 - 180 сек.. тепловой обработке в режиме ускоренного нагрева при температуре 250 - 300 °С в течении 2.5 - 3 час.

9. Интервал интенсивного подъема прочности образцов жаростойкого шамотного бетона 850 - 1200 °С. С увеличением содержания силикат-глыбы в бетонной смеси прочность бетона после сушки при 200°С увеличивается, а при нагреве до высокой температуры уменьшается.

10. Для наилучшего растворения силикат-глыбы и достижения необходимой удобоукладываемости бетонной смеси изготовленной с предварительным разогревом при температурах 85 - 90 0 С В/Т следует принимать равным 0,16 - 0,18. Это обеспечивает также наиболее гомогенное распределение силикат-глыбы в бетонной смеси, позволяя при укладке бетона получить хорошее его уплотнение в течении 120 -180 с. при частоте колебаний 50 Гц. амплитуде 0.25 - 0,35 мм и величине пригруза (15 - 17 * 10~2 МПа).

И. Наибольшая прочность бетона достигается после предварительного разогрева бетонной смеси при температуре 85 - 90 °С и последующем, ускоренном нагреве изделий при температурах 250 - 300 °С в течении 3 час.

12. Анализ полученных значений рН среды и фазовых превращений при температуре 90, 180, 250, 600, 800, 1000 °С жаростойкого шамотного бетона подтвердил полученные данные и предположения о влиянии предварительного разогрева смеси жаростойкого шамотного бетона в процессе перемешивания на интенсификацию процесса растворения силикат - натрия, гомогеннизацию смеси и увеличение реакционной способности тонкодисперсного и крупного заполнителя.

13. Дилатометрические исследования позволили установить, что для разработанного жаростойкого бетона наиболее опасным с точки

зрения возможности появления трещин при первом нагреве является интервал температуры от 1000 до 1450 °С. где наблюдаются наиболее резкие изменения объема материала. Следовательно при этих температурах первый и второй нагрев нужно осуществлять в медленном режиме. чтобы успевали образоваться муллит, кристобалит и тридимит.

14. Предложена технологическая схема производства жаростойкого шамотного бетона на силикат-натриевом композиционном вяжущем с предварительным разогревом смеси при 85 - 90° С и последующим ускоренным нагревом при 250 - 300 °С в течении 2,5-3 час. Экономический эффект по сравнению с изготовлением изделий по обычной технологии составил 15000 руб/м3.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. A.C. 1698218 СССР МКИ4 СО 4 В 28/20 Тотурбиев Б.Д., Хаджи-шалапов Г.Н. и др. Сырьевая смесь для изготовления стеновых строительных изделий // Б.И.- 1991.-N46

2. Тотурбиев Б.Д.. Хаджишалапов Г.Н. и др. Местные строительные материалы получаемые по ресурсосберегающим экологически чистым наукоемким технологиям. //Сборник фундаментальных и прикладных вопросов естественных наук, том II, Махачкала,'1994, С. 12-15.

3. Тотурбиев Б. Д.. Батырмурзаев Ш.Д., Хаджишалапов Г.Н. Влияние предварительного разогрева на физико-механические свойства жаростойких шамотных бетонов на СНКВ. //Актуальные вопросы строительства. Научно-тематический сборник (РИОДагПТИ), Махачкала, 1995. 196 с.

4. Тотурбиев Б.Д., Жуков В.В., Хаджишалапов Г.Н., Тотурбиев А.Т. Влияние предварительного разогрева смеси в процессе ее перемешивания на кинетику растворения силикат-глыбы в силикат-натриевом композиционном вяжущем: Обзорно-аналитический материал, серия Р. 67.15.35. Даг.ЦНТИ, 1995.- 15 с.

5. Тотурбиев Б.Д., Жуков В.В., Хаджишалапов Г.Н., Парамазова Ф.Ш. Влияние pH среды в жаростойком шамотном бетоне в процессе перемешивания с предварительным разогревом смеси: Обзорно-аналитичес-

- 24 -

кий материал, серия Р.67.15.35. Даг.ЦНТИ. 1995.- 10 с.

6. Хаджишалапов Г.Н. Влияние температуры разогрева смеси в процессе перемешивания на прочность жаростойкого шамотного бетона на силикат-натриевом композиционном вяжущем: Обзорно-аналитический материал, серия Р.67.15.35. Даг.ЦНТИ, 1995.- 11 с.

Подписано в печать 12.10.95 г. Формат 60x84 1/16 Печать офсетная Объем 1.0 п. л. Тираж 70 экз. Захаз 281

Ротапринт московского автомобильно-дорожного института. Россия, г. Москва. Ленинградский проспект 64.