автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Жаростойкий бетон на глиноземистом цементе и шлакопортландцементе с добавкой суперпластификатора С-3

,313 о ч 9 8

_ГОССТРОЙ СССР ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ НАУЧНО-ИСЛЕДОВАТЁЛЬСКИГ*. ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ "БЕТОНА V,

ЖЕЛЕЗОБЕТОНА (НИИЖБ)

На правах рукописи

УДК 666.974.2

ЛИБЕРМАН Илья Иосифович

ЖАРОСТОЙКИЙ БЕТОН НА ГЛИНОЗЕМИСТОМ ЦЕМЕНТЕ И ШЛАКОПОРТЛАНДЦЕМЕНТЕ С ДОБАВКОЙ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРА С-3

Специальности 05.23.05 -«Строительные материалы и изделия».

05.17.11 -«Технология силикатов и тугоплавких неметалических материалов»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

•/ / , /'- ^ Москва-1990

-Г I у- . / / * г .

( 7 , г / > /

' ' ГОССТРОЙ СССР

"ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСШГО знамени научно-жследоватетьсий, У.ПЮЕКТШ-К0НСТР7КТ0РСКИИ И ТЕХЗЭЛОГЙЧБСЖ1Й ШСТЯТУТ БЕТОНА И ЖЕЛЕЗОБЕТОНА (КЖБ)

На правах рукописи УДК 666.974.2

ЛИБЕШАН ИЛЬЯ ИОСИФОВИЧ

ЖАРОСТОЙЮЙ БЕТОН НА ГЛИН03ЕЛИСТ0М Ц2ЛЕНТЕ И ШЛАЖПОРТЛАЩЫЗЛЕаГЕ С ДОБАВЬ!)Л СУПЕРПЛЛСТИ51НАТ0РА С-3

Специальности 05.23.05 - "Строительные материалы и изделия",

05.17.II - "Технология силикатов я тугоплавких неметаллических .материалов"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

"оскза - 1330

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологкче ском институте бетона и аелезобетона (НИЖБ) Госстроя СССР.

Научные руководители: заплуженный деятель науки и техники РСФСР,

доктор технических наук,'профессор ■ НЕКРАСОВ К.Д.

кандидат химических наук, старший научный сотрудник ФАЛШШАН В.Р.

Официальные оппоненты .-доктор технических наук, профессор

ФЕДОРОВ А.Е.

кандидат -химических наук СЕРДЮК В.Н. Ведущая организация: трест "Казметаллургстрой" Госстроя КазССР.

Защита состоится 1990 г. в часов

на заседания специализированного совета К 033.03.02 по присуждена ученой степени кандидата технических наук в ордена Трудового Крас ного Значена научно-исследовательском, проектно-конструкторском а технологическом институте бетона и железобетона Госстрат СССР по адресу: 109428, Москва, Ж-428,- 2-я Институтская ул., д.6.

С диссертацией моано ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан

12

1930 г.

Учены:! секретарь специализированного Совета, кандидат тсхкяческах наук

. .Л.лОООЛег::

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ

Актуальность работы. Одним из главных направлений научно-технического прогресса при возведении и ремонте тепловых агрегатов является применение жаростойких бетонов взамен дефицитных штучных огнеупоров.

Использование жаростойких бетонов открывает большие возможности для индустриализации, удешевления, сокращения сроков строительства и ремонта тепловых агрегатоЕ с одновременным уменьшение« их материало- и металлоемкости, а также позволяет осуиествить новые конструктивные решения, наиболее эффективные не только с теплотехнической, но и с технологической точка зрения.

Однако, широкое применение жаростойких бетонов сдерживается рядом фактооов, в том числе,отсутствием надежных методов регулирования в шпсскпх пределах удобоукладываемости бетонных смесей. Водопотребность последних в значительной мере определяет физико-механические и термические характеристика готовых изделий.

Исследования, проведенные в кашей стране и за рубежом, показали принципиальную возможность технического перевооружения строительного производства и создания бетонов с высокими строительно-техническими свойствами на основе применения эффективных химических добавок - суперпласгификаторов. Возрастающий с каждым годом объем производства суперпластификатора С-3 создает предпосылки для расширения областей его применения. Вместе с тем, в жаростойких бетонах суперпластификаторы сегодня практически не применяйся.

Целью работы является разработка эффективных составов, изучение свойств и определение рациональных областей примзяензл жаростойких бетонов на глиноземистом цементе и атакопортлаплпемен-те с добавкой суперпластификатора С-3.

Работа выполнена в 1985-89 годах в рамках комплексно;'; целевой программы по строительству 0.Ц.031 на 1581-35 гг., общесохз-

ной научно-технической программы по строительным материалам 0.35.03 на 1986-90 гг. и координационного плана научно-исследовательских работ по проблеме "Жаростойкие бетоны и конструкции из них" Госстроя СССР.

Автор защищает;

- результаты исследования влияния суперпластификатора С-3 на кинетику гидратации, структурообразования и твердения цементных систем на основе глиноземистого цемента и шлакопортландцемен-

та;

- результаты исследования влияния суперпластификатора С-3 на прочностные свойства цементного камня при твердении и после нагрева до высоких температур, на его усадочные деформации и потеря массы;

- результаты исследования фазовых превращений, происходящих в цементном камне в присутствии суперпластификатора С-3 при твердении и после нагрева до высоких температур;

- составы жаростойких бетонов на глиноземистом цементе и шяакопортландпеменге с суперпластификатором С-3 и результаты исследования их свойств;

- результаты внедрения разработанных бетонов в тепловых агрегатах Карагандинского металлургического комбината и их технико-экоксмлческие показатели.

Научная новизна работы:

- выявлены особенности эффективного применения су'аерпластя-Т-;:катора на основе продуктов конденсации нафталинсульфокислоты и Формальдегида е цементных■системах и бетонах на глиноземистом цементе и шлакопортландпементе;

- получены данные о кинетике гидратации, структурообразования и твердения цементных систем на основе глиноземистого цемента

и шлакопортланддемента в присутствии суперпластпфикатора С-3;

- исследованы фазовые превращения, происходящие в цементном камне в присутствия суперпластпфикатора С-3 при твердении и после нагрева до высоких температур;

- разработаны рациональные составы и изучены основные технологические свойства бетонных смесей, физико-механические и термические характеристики бетонов на глиноземистом цементе з пзлако-портландцементе с суперпластификатором С-3;

- установлены закономерности изменения свойств разработанных бетонов в зависимости от вида вянущего я температур.

Практическое значение работы состоит з том, что разработанные составы жаростойких бетонов с суперпластификатором С-3 позволяют значительно упростить технологии изготовления изделий, улучшив при зтсм целый ряд их физико-механических и термических характеристик. Одновременно появляется возможность .наиболее рационально использовать жаростойкие бетоны на глиноземистом цементе или шлакопортландцементе с суперпластификатором С-3 в зависимости от условий эксплуатации изделий.

По результатам проделанной работы совместно с коллективом авторов разработаны и изданы "Рекомендации по применению добавок суперпластификаторов в производстве сборного и монолитного железобетона" (М., НИИЖБ, 1987 г.), в которых тлеется раздел "Еарсстой-кие бетоны".

Реализация результатов работы. Разработанные составы бетонов использованы при изготовлении блочных футеровок дверей коксовой батареи й 7 Карагандинского металлургического комбината с арктическим годовым экономическим эффектом 100 тыс.рублей.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на координационном совещании "Заростойкие бетоны с использованием отходов промышленности и конструкции из них" (Липецк, 1284 г.), на

координационном совещании "Жаростойкие бетоны на бесцементных и смешанных вяжущих" (Махачкала, 1986 г.) и на УП Межреспубликан -ской конференции молодых ученых "Развитие технологии и повышение качества строительных материалов в двенадцатой пятилетке" (Киев, 1987 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы (106 наименований), приложений. Работа содержит 128 страниц, машинописного текста, 73 рисунка, 35 таблиц.-

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В работе приведен обзор отечественного и зарубежного опыта применения суперпластификатораз в технологии бетона. Показано,что с их появлением открылись широкие возможности.регулирования технологических характеристик бетонных смесей и создания бетонов с повышенными строительно-техническими свойствами. На основе анализа механизма действия суперпластификаторов, их влияния на кинетику гидратации и, структурообразования цементного теста, фазовый состав и морфологию новообразований цементного камня показана роль вещественного и минерального состава цемента в эффективном использовании этих добавок. Большой вклад в разработку теоретических и практических вопросов применения суперпласткфикаторов внесли советские ученые '5.;<!.Иванов, В.Г.Батраков, Ю.М.Бакенов, В.Р.Фаликман, В.Б.Ратинов, В.М.Колбасов и другие, а также ряд зарубежных исследователей, среда которых, в первуа очередь, следует отметить Н.Коллепарди, Р.Кондо, В.С.Рамачандрана, ГЛ.Даймона и К.Хаттори. Вместе с тем, особенности применения суперпластпфикатороа в каростойких бетонах практически не псучадпсь»

Б настоящее время К.Д.НекрасоЕЫМ и его школой разработана широкая гамма жаростойки: бетонов на глиноземистом цементе и шла-копортландцементе. Их выбор из всего многообразия гидравлических вяжущих, применяемых для жаростойких бетонов, оправдан с экономической и технологической точек зрения.

Жаростойкие бетоны на гидравлических Еяжущих имеют особенности, которые приводят к необходимости ограничения водоцекентно-го отношения. Это, наряду с использованием заполнителей, обладающих повышенной водопотребностыэ, предопределяет получение малоподвижных, жестких и, следовательно, трудноукладнваеыых смесей. Для обеспечения их необходимой подвижности требуется нежелательное повышение расхода вода, что способствует высокой усадке жаростойких бетонов.

Б основу работы положена рабочая гипотеза о возможности направленного регулирования свойств бетонной смеси и жаростойких бетонов, модифицирования структуры и фазового состава гидратных новообразований глиноземистого цементного камня при его твердении • и после нагрева до высоких температур за счет введения' суперпластификатора.

При проведении исследований применяли следующие материалы:

- глиноземистый цемент Пашийского цементно-металлургического завода М400;

- шлакопортландцемент ПО "Кагагандацемент" М400;

дробленный шамотный огнеупорный заполнитель алшосиликатнкй

марки ЗШ;

- суперпластификатор С-3 Новомосковского ПО "Оргсинтез".

Состав, свойства, особенности гидратации и структурообразо-

вания жаростойких вяжуцих и бетонов изучали с использованием химического, рентгекофазоЕОГо, дифференциально-термического анализов, электронной микроскопии и других современных физико-химических ме-

ТО ДОБ.,

Исследование физико-механических и термических свойств жаростойких Еяжущих и бетонов проводили по методике СН 156-79,"Руководству по возведению тепловых агрегатов из жаростойкого бетона" и соответствующих ГОСТов. Прочность при сжатии образцов при обычной температуре определяли в возрасте 3, 7 и 28 суток.

Выбор рациональных составов бетонов производили по лучшим показателям их физико-механических и термических свойств и уточняли с использованием математического моделирования.

При исследовании особенностей процесса гидратации и струк-турообразозания глиноземистого цемента и шлакопортландцемента в присутствии суперпластификатора было установлено, что взаимодействие С-3 с цементными системами начинается с адсорбции добавки на продуктах гидратации вяжущих. При этом наибольшей адсорбционной способностью по' отношению к суперпластификатору С-3 обладает глиноземистый цемент, который адсорбирует до 0,857 г С-3 на ЮОг вяжущего.

Снижение величины адсорбции для шлакопортландцемента (А = 0,437 г/100 г), судя по всему, связано с уменьшением коли -чества активной составляющей вяжущего, поскольку шлак в период определения величины адсорбции остается инертным, что обусловливает образование высокодисперсных продуктов гидратации в меньшем количестве.

Анализ результатов оценки пластифицирующей способности суперпластификатора С-3 с помощью "мини" - конуса и адсорбционной способности цементов позволил сделать вывод, что пластифицирующее действие обеспечивается избыточным по отношению к адсорбируемому" количеством добавки, -^тп прелопреяеляет применение повышенных дозировок суперпластификатора. Для достижения равного пластифицирующего эффекта глиноземистый цемент требует назначения

дозировки суперпластификатора примерно в 2 раза больше, чем шла-копортлакдпемент.

Сопоставление интегральных и дьТферекциальных Еремевнкх зависимостей тепловыделения при гидратации и структурообразования цементных систем с данными по кинетике нарастания пластической прочности выявило, что введение суперпластификатора С-3 в глиноземистое цементное тесто в дозировках 1,2-2% удлиняет индукционный период существования его коагуляционной структуры примерно на 5-10 часов и снижает интенсивность тепловыделения примерно в 2 раза. Последнее особенно вадно для изготовления крупноразмерных изделий на глиноземистом цементе, требующих длительного времени формования, поскольку при этом наблюдается значительное тепловыделение в короткий отрезок времени (порядка 70-80^ общего количества тепла в первые сутки), что вызывает гпутрянние кшряг.е-ния в теле бетона, приводящие к снижению его прочности. Введение повышенных дозировок С-3 позволяет отказаться от традиционного метода регулирования температуры в процессе твердения ;гяросто;:ко-го бетона, связанного с поверхностным охлаждением водой.

Согласно данным большинства исследователей,традиционная схема гидратации и структурообразования теста моноалшината кальция включает кристаллизацию из пересыщенного раствора мелких гексагональных кристаллов САИю . В процессе гидратации однокальпиевый гидроалшинат довольно быстро переходит в СгАНз с выделением гиббеита. Двухкальциевый гидроалшинат, в свою очередь, образует устойчивую кубическую фазу СзАНс , причем при повышенной температуре (свыше 25°С) превращение гексагонных гидроашлЕнатов кальция САН« и СаАНз в кубический С*>АНб существенно уско -ряегся.

В работе было обнаружено, что в присутствии небольших количеств суперпластпфикатора (порядка 0,3% массы ыоноалшината)

структурообразование цементного теста значительно интенсифицируется. Уже к суточному возрасту в образцах наблюдается гиббситАЕ(ОН) б виде хорошо сформировавшихся сферолитов, а также слабо закристаллизованный кубический гидроалшинат СаАНс-

Иной характер имеет глиноземистый цементный камень, гидрати-рующийся в присутствии 1,5% С-3.

В этом случае в возрасте I суток наблюдали значительное количество гелевидной массы, из которой выкристаллизовываются мелкие пластины гексагональных гидроалюминатов. К 3 и 7 суткам от -четливо наблюдается их рост и укрупнение, а к 28 суткам проявляется модифицирование формы гидратных новообразований, характеризующееся появлением призматических кристаллов.

Кубическая же фаза отсутствует в образцах даже после 28 суток нормального твердения, а также в том случае, когда глинозе -иистый цементный камень подвергается гидротермальной обработке при Ю0°С в течение 8 часов.

Результаты электронно-микроскопического исследования подтвердились данными рентгенофазового анализа образцов. При этом значительный' фон и ыалоугловое рассеяние на рентгенограммах свидетельствуют о наличии в препаратах большого количества гелевидной составлявшей.

Так ил образом, в присутствии повышенных дозировок суперпластификатора наблюдается стабилизация гексагональных гидроалгаминатов кальция, которые, по-видимому, кристаллизуются из быстрообразую -щегося при гидратации моноалиыината кальция изотропного геля.

Рентгенофазовый анализ образцов шланопортяандцементного камня 'позволяет сделать вывод, что в присутствии суперпластвфикатора С-3 ускоряется образование эттрингита. Кроме того, на рентгенограммах после 28 суток нормального твердения фиксируется заметное количество СаСОз , который чаще всего отсутствует при гидратации

шлакопортландцемента без добавки. Это связано, прежде всего, с формированием мелкокристаллптной структуры цементного камня с высокоразвитой поверхностью новообразований.

С точки зрения происходящих фазовых превращений целесообразно рассматривать и кинетику нарастания прочности цементного камня при твердении.

Прирост прочности глиноземистого цементного камня, твердеющего в присутствии С-3 1,5/5 в 7 и 28 суточном возрасте относя -тельно образца без добавки может быть связан с появлением и упрочнением значительных количеств гидратного геля.

Заполняя пространство мсгду вегпдраткрозаннымн зернами и кристаллами гидроалшинатов, он может обеспечивать необходимую компенсацию внутренних напрягеней, уплотнять структуру, уменьшать пористость цементного к?чня, увеличивать контакт между новообразованиями. Важно учесть и отсутствие фазового переходаСгАН/-»йДгк происходящего с уменьшением объема, значительно повкпащего дефектность структуры.

Основным процессом в схеме термических превращений в этом случае становится разложение геля и ступенчатая дегидратация гексагональных гкдроалюминатов с образованием при высоки температурах моноалюмината кальция.

Как уже отмечалось выше, при нагреЕе бездобазочкого глиноземистого цементного камня в нем первоначально происходит перекристаллизация гидроалюмикатоз кальция в кубическую форму, что сеязе-но с выделением значительного количества води и повышением пористости цементного камня. Повышение температуры до 400°С приводит к разложению СзАНс с образованием С« Д7 • АЕ(0Н)а обезволивается до бёмпта А£0(0Н) . При нагреве до 300°С Сгг А7 . взаиисдей-ствует с бёмитом или У- ДСгОл с образованием СД.

Таким образом, глиноземистый цемент стоит обособленно от дру-

гих цементов в связи с тем, что цементный камень на его основе характеризуется наибольшим снижением прочности при нагреве до Ю0-400°С.

Изменения фазового состава и структуры глиноземистого цемент-.

ного камня в присутствии повышенных количеств суперпластификатора обусловливают отсутствие столь резкого снижения прочности нагретого образца в этом температурном интервале. По этой ке причине остаточная прочность глиноземистого цементного камня с добавкой С-3 1,5$ массы цемента, нагретого до температуры 600-1000°С, повышается на 16-20$ по сравнению с остаточной прочностью бездобавочных образцов.

Исследования влияния высоких температур на прочностные характеристики шлакопортландпементного камня подтвердили, что в образцах с добавка;: С-3 и без нее при нагреве до 300°С прочность незначительно возрастает.

Изменение дозировки добавки С-3 в сторону ее увеличения,начиная с 0,9$ массы цемента, приводит к повышению остаточной прочности образцов на 3-8$ после нагрева до 600°С и на 4-12$ после нагрева до 800-Ю00°С по сравнению с остаточной прочностью бездобавочных образцов.

Максимальные потери массы и наиболее резкий рост усадки наблюдается при температуре 350°С. Присутствие суперпластификатора С-3 не изменяет характера изменения этих параметров, с той лишь разницей, что для глиноземистого цементного камня с С-3 усадка меньше, чем у бездобавочного.

До настоящего времени при разработке составов жаростойких бетонов с суперпластификаторами исследователи исходили из возможности снижения водосодержания бетонной смеси с целью улучшения основных физико-механических и термических свойств бетонов, осх£бг.л5 вне поля зрения вопросы, связанные с улучшением удобо-

угадываемости смесей и использованием смесей повышенной подвижности, относительно подвижности 2 см, нормируемой для жаростойки:: бетонов.

Как правило, это связывали с плохой сохраняемостью смесей, их быстрым схватыванием в присутствии суперпластифпкатороз.

Hai.ni было установлено, что введение суперпластификатора С-3 1,5$ массы цемзнтаз жаростойкую бетонную скзсь на глиноземистом цементе позволяет повысить её подвижность до 7-9 с:.;, а б смесь на шлакопортлаЕдцементе г до 1С—II см.

Экспериментальные исследования показали, что при такой дозировке С-3 длительность пластифицирующего действия выше з с:.:есях на шлакопортландцементе: через 30 минут осадка конуса в смеси на шлакопортландцементе составляла 5-6 см, а на глиноземистом цементе 5 см, через 60 минут подвижность снижалась до 4 см и 3-4 см, соответственно. Учитывая тот фактор, что время от момента приготовления бетонной смеси до ее укладки не должно превышать 30 пи-нут для тяжелого бетона на глиноземистом цементе и I час^ для ое-тона на шлакопортландцементе,. полученный результат лозвсгясх лировать удобоукладываемость жаростойких бетонных с;.:есе:.: зи сч:т использования высоких дозировок суперпластифпкатора 0-3.

Введение в бетонную смесь суперпластификатора С-3 в такк:: дозировках замедляет набор прочности в бетоне на глиноземного:.' цементе до 3 суток, а в бетоне на шлакопортландцементе до 7 сттс;:. В дальнейшем этого различия практически не наблюдается, что согбенно важно в практике для быстрого ввода в эксплуатации теплев^:: агрегатов из жаростойкого бетона, так как бетона с добавкой С-3 можно использовать наравне с бездобавочнкмя.

На основании исследований по оценке остаточной прочности жаростойких бетонов при сжатии было установлено, что введен.-::- г бетонную смесь суперпластификатора С-3 после нагрева до ЗСЗ'З г:-

зволяет повысить остаточную прочность бетона на глиноземистом цементе с 13,9 МПа дал бездобавочного состава до 17,6 МПа для состава с дозировкой С-3 1,5$ массы цемента. При этой же дозировке С-3 остаточная прочность бетона на шлакопортяандцеыенте составила 8,4 МПа, тогда как для бездобавочного состава она равнялась 7,0 Ша. После нагрева до 800°С остаточная прочность бетона на глиноземистом цементе с С-3 повышается с 12,5 Ша до 17,3 МПа, а бетона на шлакопортпандцешенте - с 5,7 МПа до 7,4 МПа.

Повышение остаточной прочности бетона после нагрева до 50С-800°С может быть связано, в первую очередь, с фазовыми превращениями, происходящими в цементном камне, и его повышенной термической стойкостью.

После нагрева до Ю00°С остаточная прочность бетона на глиноземистом цементе в присутствии суперпластификатора С-3 превышает остаточную прочность бездобавочного бетона максимум на 17$, а бетона на пшакопортландпементе практически выравнивается при всех дозировках С-3 с остаточной прочностью бездобавочного состава.

Экспериментально установлено, что после нагрева бетонных образцов на глиноземистом цементе с добавкой С-3 1,5$ в течение 200 часов при температуре 800°С его остаточная прочность возросла до. 69$ по сравнению с 65$ остаточной прочности после нагрева в течение 6 часов. При этом прочность бездобавочных образцов изменилась с 46$ до 47/о. Этот факт становится понятным с учетом изменений в фазовом составе глиноземистого цементного камня с добазкой суперпластЕфикатора С-3е .формированием более плотной мелкодисперсной его структуры.

Известно, что в условиях работы тепловых агрегатов, для которых предназначаются разрабатываемые бетоны, они подвергаются сис тематсческо^' действию резких колебаний температуры, особенно зи-что г является одной из причин появления трещин и отколов

вследствие возникновения термических напряжений. Поэтому величина термической стойкости, то есть способность выдергивать резкие колебания температуры без нарушения внутренней структуры материала, является важным показателем долговечности разрабатываемых zapo -стойких бетонов.

Термостойкость изучаемых бетонов оценивали по изменению оз-таточной прочности образцов при сжатии после 15 водных теплое:."л по отношению к прочности однократно нагретых образцов.

Максимальная остаточная прочность бетона на глиноземистом цементе с добавкой суперпластификатора С-3 превышает остаточную прочность бездобавочного бетона в среднем на 4,5 кШа.

Сравнительно более высокая термическая стойкость глростой-кого бетона на глиноземистом цементе с добавкой С-3 по сравнению с бетоном без добавки .может обусловливать относительно низкий коэффициент термического расширения такого бетона при дозпровка;: дсбавки С-3 порядка 1,5% массы цемента.

Введение суперпластификатора С-3 з каростойкгй: бег он шлакопортландцементе повышает остаточную прочность до 5,G .'lia по сравнению с 4,2 1Л1а для бездобавочного состава, то есть незначительно улучшает показатель термостойкости.

На основании результатов дилатометрических иссг.едов^ьт:: разрабатываемых составов бетона было установлено, что введение суперпластификатора С-3 уменьшает -усадку бетона на глг.ноземистс:.' цементе, при нагреве до 9D0°C с 0,7£ до 0,59'^.

При этом усадка бетона на шлакопортландцементе остается практически без изменения и равна 0,46,? в сравнении с 0,5% для бездобавочного бетона.

Коэффициент линейного температурного расширения гаростойно-го бетона на глиноземистом цементе с добавкой С-3 при нагреве до

ЭОО°С составляет 3,6х1СГ6, а у бездобавочного 5хХСГ6.

Коэффициент линейного температурного расширения бетона на шлакопортландцементе с добавкой С-3 в интервале температур 300-900°С изменяется от 5x10"° ло 8хЮ-6.

Улучшение термических показателей для бетона на глиноземистом цементе в присутствии добавки суперпластификатора С-3 может быть связано с увеличением содержания гелевидной фазы в глиноземистом цементном камне, уплотняющей его структуру и уменьшающей пористость.

у безобжиговых материалов, к которым относятся жаростойкие бетоны, А% сжатие наступает раньше, чем у огнеупорных, ввиду того, что бетон при первом нагревании дает усадку, которая может совпадать с началом размягчения.

На основании результатов измерений деформации под нагрузкой при высоких температурах можно судить о максимально-допустимой температуре применения жаростойкого бетона. Обычно она лежит между точками начала размягчения и 4% деформации. Для бетона на глиноземистом цементе с добавкой суперпластификатора С-3 она составляет 1300°С, а для бетона на шлакопортландцементе 1Ю0°С.

Разрабатываемые.жаростойкие бетоны, предназначенные для работы в условиях нагрева при высоких температурах, оговоренных выше, должны обладать возможно более высоким коэффициентом теплопроводности, поскольку с его увеличением в известной степени повышается термостойкость, а следовательно, и долговечность бетона.

Коэффициент теплопроводности жаростойкого бетона на глиноземистом цементе с добавкой С-3 после нагрева до 600°С составляет С,74-0,75 Вт/м°К по сразненпю с 0,7-0,71 для бездобавочного состава.

Введение суперпластификатора С-3 в жаростойкий бетон на шла-| кспорт.'англементе, как и следовало ожидать, не имело стояь сушест-

- 1а -

венного влияния на показатели теплопроводности и средней плотности. Теплопроводность составила 0,64-0,65 Вт/мсК по сравнению с 0,62-0,63 Вт/м°К для бездобавочного состава.

■Оптимальные составы бетона на глиноземистом цементе и пзла-копортландцементе с добавкой С-3 приведены в табл.1, а основные физико-механические и термические свойства этих составов - в табд.2.

Таблица I

Составы жаростойких бетонов

\ -! Вид влззпцего ! ¡Марка Расходы мате риалов, кг/м3 бетона

соста- ; бето } на вяжу- ! заполнители I ¡вода !ДО6ЕЗ- !ка !С-3

ва ! ! 'щее 0-5 ! 5-20 !

I Глиноземистой цемент 300 , 425 790 790 260 16,8

2 350 . 470 740 790 2Б0 18,5

3 Шлакопоргланд-цемент 250 460 760 . 770 255 14,5

4 300 495 715 770 270 10 , О О

Таблица 2

Основные физико-механические к термические характеристики жаростойких бетонов

Наименование характеристик бетона .'Кдини! !па из! ¡мере-! !кия ! Составы бетона

I • 2 \ 3 '' ! л !

I ! 2 ! 3 ! 4 ! 5 ! 5

Прочность при сжатии после:

- 7 суток нормального твердения МПа 25,7 29,30 1 13,80 16,40

Продолжение табл.2

- 28 суток нормального твердения МПа

- сушки при П0°С МПа

- нагрева до температуры

800°С МПа

- Ю00°С

Средняя плотность после:

- 7 суток нормального твердения

- сушки при П0°С

Температурная усадка после нагрева до 900°С

МПа

кг/к3 \\vflP

0

/О

Коэффициент теплопроводности при температуре 600°С Вт/ы°К

Температура деформации под нагрузкой:

- А% сжатия

- 40$ сжатия

33,4 35,00 25,3 30,2

25,3 27,90 12,7 15,2

17,3 20,40 7,4 8,7

13,7 16,50 6,2 7,8

2140 2165 2025 2050

1930 1985 1880 1900

0,59 0,56 0,5 0,48

0,74 0,76 0,64 0,65

1270 К80 1060 1070 1330 1340 ИЗО ИЗО

3

4

Внедрение результатов работы осуществлено на Карагандинском металлургическом комбинате (коксовая батарея В 7) при изготовлении блочной футеровки дверей батареи.

Суммарный годовой экономический эффект за счет замены футеровка из штучного огвеуоора на блочную из жаростойкого бетона с добавкой суперпластпфпкаторз С-3 составил 100 тыс.руб.

Результаты внедрения подтвердили повышенную термостойкость,

прочность и долговечность бетона разработанных составов по сравнению с футеровкой из огнеупора, что выразилось в увеличении межремонтных сроков практически з 2 раза.

Результаты исследований и производственной апробация обобщены в "Рекомендациях по применению добавок суперпластификаторов в производстве сборного и монолитного железобетона", Ы., лИИЕБ, 1987 г. и опубликованы в следующих работах:

1.Серегин Г.З., Либерман И.И., Шапошникова Т.А. Реологические прочностные я жаростойкие свойства цементного теста с суперпластификатором С-3 //Использование побочных продуктов промышленности з строительном производстве с целью экономии цемента я.знер-горесурсов. - Караганда: НТО Стройиндустрни, 1984. - С.12-13.

2.Серегин Г.В., Либерман И.И. Блочная футеровка дверей коксовых печей //Еаростойкие бетоны с использованием отходов промышленности и конструкции из них. - Липецк: "НО Стсойиндустрии, 1954. С.41-42.

3.Либерман И.И. Наростойкий бетон с добавкой суперпластификатора С-3 //Бетон и железобетон. - 1988. - 10. - С.15-16.

4.Некрасов" К »Д., Либерман Н.'.Ь Еарсстойкий бетон на глиноземистом цементе и шлакспортландцемекте с добавками пластификаторов

//Еаростойкие и обычные бетоны при действии повышенных я высоких

температур. - !,1.:ШКЖБ, 1988. - С.30-37.

Основные еыводу

1.11а основе изучения влияния повышенный д'бзпрсвск суперпластификатора С-3 на цементные системы показана возможность получения с его использованием подвязных жаростойких бетонных смесэй с осадкой конуса 7-11 см, сохраняемостью I час и разработаны составы т\-'ростойких бетонов на глиноземистом цементе и' ллакопортландцегенто, (позволяющие получать изделия .с высокая фнзмк'о-йксая^'еекпмл и

- 18 -

термическими показателями.

2. С использованием комплекса физико-химических методов исследований изучены особенности гидратации, фазообразовавия, структура и прочность цементного камня с суперпластификаторсм С-3. Установлено, что фазообразование в глиноземистом цементном камне в присутствии повышенных дозировок добавки имеет ряд отлнчий от общепринятой схемы и характеризуется стабилизацией низкоосновных гексагональных гидроалтаиватов кальция, выкристаллизовывающихся из изотропного гидроалюминатного геля. При этом кубический гидроалюминат кальция не образуется даже при гидротермальной обработке моноалшината кальция в течение 8 часов или при его нормальном твердении в течение 28 суток.

3. Введение повышенных дозировок суперпластификатора С-3 замедляет на начальной стадии гидратацию глиноземистого цемента и шлакопортландцемента, снижает интенсивность тепловыделения цементного теста, замедляет сроки схватывания и рост пластической прочности, способствуя при этом более полному протеканию процессов гидратации в поздние сроки и формированию однородной мелкокристал-литной структуры цементного камня.

4. На основании данных рэнтгенофазового, дифференциально-тер мЕческого анализов, электронной микроскопии предложена обобщенная схема термических превращений глиноземистого цементного камня с высокими дозировками суперпластификатора С-3, позволяющая объяснить улучшение физико-механических и термических характеристик цементного камня и бетона при их нагреве. Одновременно доказано отсутствие снижения прочности глиноземистого цементного камня с супе рпластификатором С-3 в процессе его сушки и нагрева.

5. Показано, что жаростойкий бетон на глиноземистом цементе

и слакопортлзиздемвнте с повышенными дозировками С-3 мохно использовать после 7 суток нормального твердения, при возведении тепловых

агрегатов наравне с бездобавочныш составами. Кроме того, введение добавки суперпластификатора С-3 в дозировках 1,2 - 1,5$ в жаростой-, кую бетонную смесь на глиноземистом цементе позволяет направлено изменять интенсивность тепловыделения, что особенно ваяно при возведении массивных сооружений, где в результате саморазогрева может-происходить снижение прочности бетона в начальные срока твердения.

6. С применением методов математического моделирования оптимизированы составы жаростойких бетонов(подвижных бетонных смесей) марок Г,1300 и М350 на глиноземистом цементе и марок М250 и М300

на шлакопортландцементе с суперпластяфикатором С-3, исходя из условия достижения максимальной прочности бетона при сжатии в возрасте 28 суток.

7. Установлено, что в бетоне на глиноземистом цементе с высокими дозировками суперпластификатора происходит уменьшение огневой усадки до 0,59$ по сравнению с 0,7$ для бетона без добавки, увеличение коэффициента■теплопроводности до 0,74-0,76 Бт/м°К по сравнению с 0,7 Бт/м°К для бездобавочных образцов. При этом в образцах с добавкой С-3 наблюдается уменьшение коэффициента термического расширения, что хорошо согласуется с результатами определения термической стойкости и средней плотности изделий.

При использовании шлакопортландцемента термические характеристики бетонов с добавкой и без добавки достаточно близки.

8. С учетом результатов измерений деформаций под нагрузкой л изменения прочности при длительном нагреве определены рациональные области применения разработанных составов бетонов. Зароете,

кие бетоны на шлакопортландцементе с добавкой суперпластиФпкато-ра С-3 рекомендуется применять для сооружения фундаментов под различные тепловые агрегаты и для футеровки тепловых агрегатов

с температурой службы не более П00°С; жаростойкие бетоны на глиноземистом цементе рекомендуется применять для футеровки тепловых агрегатов с температурой службы не более 1300°С.

Э.Внедрение результатов исследований и опыт эксплуатации футеровок тепловых агрегатов из разработанных жаростойких бетонов подтвердили их эффективность. На коксохимпроизводстве Карагандинского металлургического комбината годовой экономический эффект от замены футеровки из штучного огнеупора на блочную из жаростойких бетонов с суперпластификатором С-3 составил 100 тыс. рублей. При этом межремонтные сроки эксплуатации агрегатов увеличились практически в два раза.

10.По результатам исследований разработаны рекомендации по подбору составов жаростойких бетонов на глиноземистом цементе и ллакопсртландцементе с добавкой суперпластификатора С-3 с учетом физико-механических а термических характеристик бетонов.