автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Жаростойкий поризованный бетон повышенной термостойкости на основе модифицированного бором алюмофосфатного связующего и техногенных отходов

На правах рукописи

БАТРАШОВ Виктор Михайлович

ЖАРОСТОИКИИ ПОРИЗОВАННЫЙ БЕТОН ПОВЫШЕННОЙ ТЕРМОСТОЙКОСТИ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО БОРОМ АЛЮМОФОСФАТНОГО СВЯЗУЮЩЕГО И ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 8 НОЯ 2013

005540403

Пенза-2013

005540403

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Пак Чир Ген

Официальные оппоненты: Шаяхметов Ульфат Шайхизаманович,

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный университет», заведующий кафедрой «Инженерная физика и физика материалов»;

Мизюряев Сергей Александрович,

кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет», профессор кафедры «Производство строительных материалов, изделий и конструкций»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский

государственный университет» (НИУ)

Защита диссертации состоится 19 декабря 2013 г. в 11-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.184.01, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» по адресу: 440028, г. Пенза, ул. Германа Титова, 28, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства».

Автореферат разослан 18 ноября 2013 г.

Бакушев Сергей Васильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современное развитие экономики России выдвигает ряд научно-технических задач, решение которых предполагает радикальное снижение энергетических и тепловых потерь, материалоемкости конструкций, рациональное и эффективное использование всех видов ресурсов, что подтверждается ФЗ № 261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

Одним из путей решения данных задач является применение жаростойких бетонов, имеющих ряд несомненных преимуществ перед обжиговыми огнеупорами: отсутствие обжига, быстрое твердение, возможность получения изделий любой геометрической формы и размеров. Это придает особую актуальность вопросам разработки новых эффективных материалов и расширения их сырьевой базы. Необходимость повышения энергоэффективности тепловых агрегатов требует также совершенствования бетонов для высокотемпературной теплоизоляции. Одними из разновидностей легкого жаростойкого бетона является ячеистый и поризованный. Применение жаростойких поризованных бетонов, отличающихся низкой усадкой, позволяет обеспечить требуемые теплоизоляционные свойства при достаточно высоких прочностных показателях.

Наибольшие прочность при сжатии, термостойкость и температуру применения имеют фосфатные поризованные бетоны. Эффективной технологией ячеистых и поризованных фосфатных материалов является их получение за счет химической реакции взаимодействия между фосфатным связующим и активным дисперсным металлом — алюминиевой пудрой. Поризация и твердение бетона происходят за счет газо- и тепловыделения экзотермической реакции между исходными компонентами.

К наиболее актуальным задачам производства фосфатных поризованных бетонов следует отнести расширение сырьевой базы за счет использования огнеупорных дисперсных промышленных отходов, применения модифицированных фосфатных связующих, повышение термостойкости материалов, а также изучение вопроса замены алюминиевой пудры га-зообразователем с иной дисперсностью и формой частиц.

Замена традиционных материалов отходами промышленности в производстве поризованных бетонов в ряде случаев позволяет повысить физико-механические и эксплуатационные свойства, снизить себестоимость материала и частично решить проблему утилизации отходов. Работами ведущих научных школ были показаны возможности применения отходов абразивного производства, нефтехимии, металлургии и машиностроения в качестве наполнителей в составе жаростойкого поризованного бетона. Однако использование кремнеграфитовых отходов в составе поризованного бетона, обеспечивающих термостойкость было исследовано только на маг-

нийфосфатном связующем, недостаточно огнеупорном и обладающем мальм сроком хранения.

Наибольшей огнеупорностью обладает алюмофосфатное связующее (АФС), однако при хранении оно изменяет свои свойства вследствие выпадения кристаллического осадка алюмофосфорной кислоты.

В связи с этим практический и научный интерес представляет возможность получения жаростойкого поризованного бетона на модифицированном бором АФС и алюминиевом порошке в сочетании с кремнеграфи-товыми и алюмохромовыми отходами.

Диссертационная работа выполнялась в рамках Федеральной целевой программы «Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации (2009-2013 годы)» Министерства промышленности и торговли Российской Федерации.

Цель работы — разработка жаростойкого поризованного бетона с повышенной термостойкостью на основе модифицированного бором АФС, шамота, алюмохромовых и кремнеграфитовых дисперсных отходов.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:

1. Исследование параметров реакции взаимодействия модифицированного бором АФС с порошком алюминия и разработка на их основе по-ризованных фосфатных композиций.

2. Изучение фазовых превращений и физико-химических процессов, протекающих при твердении и нагревании модифицированной бором алюмофосфатной композиции.

3. Разработка жаростойкого поризованного бетона с повышенной термостойкостью на основе модифицированного фосфатного связующего, алюминиевого порошка, шамота, алюмохромовых и кремнеграфитовых отходов.

4. Исследование физико-химических процессов, протекающих при твердении и нагревании жаростойкого поризованного бетона

5. Изучение физико-механических свойств разработанного поризованного бетона.

6. Промышленные испытания разработанного жаростойкого поризованного бетона и определение технико-экономических показателей его применения.

Научная новизна:

1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность получения твердеющей без термической обработки поризо-ванной композиции на основе модифицированного бором АФС и порошка алюминия.

2. Определены границы влияния дозировок добавки кремнеграфитовых отходов на термостойкость композиционного жаростойкого поризованного бетона на модифицированном бором АФС. Установлено, что мак-

симальная термостойкость Т33...Т51 обеспечивается при содержании кремнеграфитовых отходов в количестве 30% от массы смеси.

3. Установлены основные закономерности изменения свойств композиционного поризованного бетона в зависимости от содержания модифицированного бором АФС, порошка алюминия и дисперсных огнеупорных кремнеграфитовых отходов.

4. Показана возможность получения жаростойкого поризованного бетона переменной плотности с предельной температурой применения 1450...1500°С при обеспечении температуры контактной зоны слоев не менее 40 °С.

Достоверность научных результатов и обоснованность выводов работы обеспечиваются использованием стандартных методов исследования, современным программным обеспечением для выполнения расчетов, одинаковыми условиями проведения экспериментов, воспроизводимостью результатов и их сходимостью с расчетными данными. Достоверность экспериментальных данных обеспечивается использованием современных средств и методик проведения исследования.

Практическая значимость работы состоит в разработке жаростойкого поризованного бетона повышенной термостойкости с применением модифицированного бором АФС, порошка алюминия, шамота, алюмохро-мовых и кремнеграфитовых отходов, твердеющего без применения термообработки, со средней плотностью 700-1000 кг/м3 и температурой применения 1350...1500 °С. Материал обладает высокими физико-механическими свойствами, может быть использован в футеровках тепловых агрегатов взамен штучных шамотных и корундовых легковесных огнеупоров. Расширена сырьевая база получения жаростойких поризованных бетонов, показана возможность применения техногенных отходов в качестве наполнителей в бетоне на модифицированном бором АФС.

Полученные в ходе выполнения диссертационной работы результаты исследований были использованы при составлении рекомендаций по составам и технологии изготовления фосфатного поризованного бетона, соответствующего ТУ 5713-046-00290038-2002.

Реализация работы в промышленности. Разработанные жаростойкие поризованные бетоны были использованы:

1) при ремонте главного свода регенеративной стекловаренной печи с подковообразным направлением пламени для варки боросиликатного стекла в качестве теплоизолирующего слоя толщиной 150 мм на ЗАО «Васильевский стекольный завод» (Россия, Республика Татарстан);

2) в качестве теплоизоляции камеры сгорания, корпуса реактора и камеры дожига газа пиролизной печи для утилизации химически опасных отходов при выполнении ОКР «Разработка технологий, обеспечивающих ликвидацию различных химически опасных отходов, находящихся на территории накопителей, свалок и захоронений, на основе методов сверхкри-

тического водного окисления и пиролиза в восстановительной среде без процесса горения» ФЦП «Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации (2009-2013 годы)» Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Госконтракт № 9411.1007500.13.1007 от 23 июля 2009 г.).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Составы и результаты исследования свойств поризованных фосфатных композиций на основе модифицированного бором АФС и порошка алюминия, твердеющих без термообработки.

2. Составы и эксплуатационно-технические свойства жаростойкого поризованного бетона на основе модифицированного бором АФС, порошка алюминия, шамота, алюмохромовых и кремнеграфитовых промышленных отходов.

3. Результаты исследования адгезионной прочности поризованного бетона переменной плотности, созданного на основе единой алюмоборсо-держащей фосфатной матрицы.

4. Результаты испытаний жаростойкого поризованного бетона в промышленных условиях и технико-экономические показатели его производства и применения.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, региональных, внутривузовских конференциях и симпозиумах: V Международном симпозиуме «Горение и плазмохимия», Алма-Ата, Республика Казахстан, 2009; Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии НМТ-2010», Москва, 2010; Международном симпозиуме по использованию энергии взрыва для получения материалов с новыми свойствами: наука, технология, бизнес и инновации (EPNM-2011), Калининград, 2011; Всероссийской научно-технической конференции «Перспективы развития строительного материаловедения: энерго- и ресурсосбережение в строительстве», Челябинск, 2011; Международной научно-технической конференции «Композиционные строительные материалы. Теория и практика», Пенза, 2011; XI Международном симпозиуме по самораспространяющемуся высокотемпературному синтезу, Анависсос, Греция, 2011; Всероссийской конференции «Актуальные научно-технические проблемы химической безопасности», Москва, 2011.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 11 работ, в том числе 3 - в изданиях, входящих в перечень рецензируемых журналов ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и приложений, содержит 150 страниц машинописного текста, 51 рисунок, И таблиц и список литературы из 204 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, изложены основные положения, выносимые на защиту, приводятся сведения об апробации работы и публикациях, структуре и объеме диссертации.

В первой главе рассматриваются основные направления совершенствования легковесных огнеупоров и легких жаростойких бетонов. Дан критический анализ технологий и свойств ячеистых и поризованных жаростойких бетонов на различных видах вяжущих, сформулированы предпосылки и пути повышения их физико-механических свойств. Показано, что одной из перспективных областей развития технологии жаростойкого по-ризованного бетона является его получение в режиме экзотермической реакции между фосфатным связующим и алюминиевой пудрой. Данная технология является энергоэффективной, так как не требует процесса сушки и высокотемпературного обжига.

Рассмотрены различные виды фосфатных связующих и особенности получения жаростойких бетонов на их основе, их достоинства и недостатки.

Сформулированы основные направления работы по созданию жаростойкого поризованного бетона с применением новой фосфатной композиции (модифицированное бором АФС - порошок алюминия) и наполнителей из дисперсных отходов промышленности (отработанного алюмохро-мового катализатора ИМ-2201, кремнеграфитовых отходов).

Во второй главе приводится выбор и обоснование применения исходных материалов, их состав и свойства. Изложены основные методы проведения исследований.

В работе было использовано АФС марки Б (модифицированное бором) по ТУ 2149-003-29334414-2002. Выбор обусловлен тем, что связующее обладает длительным сроком хранения без изменения своих свойств, низкой стоимостью и достаточно высокой огнеупорностью. Для регулирования свойств связующего применялась 70 % термическая ортофосфорная кислота (ОФК) по ГОСТ 10678-76. В качестве газообразователя был использован алюминиевый порошок марки ПОС-15, изготовленный в соответствии с ГОСТ 24211-91.

При разработке жаростойких поризованных бетонов в качестве дисперсных наполнителей были применены: шамотный порошок производства ОАО «Сухоложский огнеупорный завод» (Свердловская область), кремнеграфитовые отходы ОАО «Новочеркасский электродный завод» и отработанный алюмохромовый катализатор ИМ-2201 ОАО «Каучук» (г. Стерлитамак) по ТУ 2173-01073776139-2009. Химический состав и свойства дисперсных наполнителей приведены в таблицах 1, 2. Целесообразность применения данных наполнителей подтверждается их свойствами и химическим составом, а также положительным применением при разра-

ботке жаростойких ячеистых бетонов на алюмохромфосфатном, магний-фосфатном и других связующих.

Таблица 1 — Химический состав заполнителей

Тонкомолотая добавка Содержание, %

А1203 SiO? Сг?03 TiOj СаО Mf>0 Fe?iO, Собш K7iO Na7iO П.П.П.*

Шамот 38,4 57,2 - 0,62 0,85 0,43 2,5 - - - -

Отработанный катализатор ИМ-2201 60-75 8-11 8-20 - >1,5 >1,0 >1,3 - 1,2 0,32 1,19

Кремнеграфи-товые отходы 18,5 62,8 - - - - - 26,7 - - 18,6

Примечание. * - потери при прокаливании.

Таблица 2 - Физико-механические свойства исходных материалов

Материал Насыпная плотность, кг/м3 Удельная поверхность, см2/г Огнеупорность, °С

Шамот фракции 0,05...Змм 1460 750... 800 1670

Шамот тонкомолотый 1300 2500... 3000 1670

Отработанный катализатор ИМ-2201 1100 2145 1900

Кремнеграфитовые отходы 1090 2000... 2500 1700

Температура и скорость реакции между фосфатным связующим и порошком алюминия определялись в калориметрическом стакане с помощью вольфрамо-рениевой термопары, подключенной к ПК.

Физико-химические исследования выполнялись на следующем оборудовании:

1) дифрактометр рентгеновский ДРОН-3;

2) дериватограф 1500Д фирмы MOM (Венгрия).

Физико-механические свойства поризованного бетона определялись

в соответствии с ГОСТ 20910-90, 10180-90, 12730.4-78, 12730.1-78, 12170-85, 4069-69,12730.0-78.

Третья глава посвящена разработке алюмоборсодержащей поризо-ванной композиции на основе АФС марки Б и порошка алюминия.

Фосфатное связующее для создания алюмоборсодержащей композиции готовили смешиванием АФС марки Б с ОФК в соотношениях, обеспечивающих получение связующих различной активности.

Для выбора наиболее технологичных соотношений АФС марки Б : ОФК, обеспечивающих получение жаростойких поризованных алюмобор-содержащих композиций, твердеющих без термообработки, были изучены основные показатели взаимодействия фосфатного связующего с алюминиевым порошком — максимальная температура реакции (рисунок 1) и время начала интенсивного взаимодействия (рисунок 2).

Содержание алюминиевого порошка, % Рисунок 1 - Температура экзотермической реакции между фосфатным связующим и порошком алюминия: 1 - 100 % АФС марки Б; 2 - 75 % АФС марки Б + 25 % ОФК; 3-50 % АФС марки Б + 50 % ОФК; 4 - АФС марки Б + 75 % ОФК

Рисунок 2 - Термометрические кривые взаимодействия фосфатного

связующего (АФС марки Б : ОФК = 25:75) с порошком алюминия ПОС-15 при исходной температуре компонентов: I - 30 °С; II - 20 °С; III - 10 °С

Установлено, что поризованная композиция образуется при взаимодействии связующего с алюминиевым порошком и набирает распалубоч-

ную прочность в течение 2...5 мин. Поризация и твердение композиции происходят в результате газ о- и тепловыделения экзотермической реакции между фосфатным связующим и алюминиевым порошком. Максимальная температура взаимодействия исходных компонентов при нормальных условиях достигает 115 °С, что обеспечивает твердение поризованного фосфатного бетона без применения термической обработки.

Показано, что изменяя начальную температуру компонентов смеси, можно регулировать температуру и скорость экзотермической реакции меяоду исходными компонентами (рисунок 2) и тем самым управлять структурообразованием жаростойких поризованных бетонов на ее основе.

Методами дифференциально-термического и рентгенофазового анализа были исследованы процессы, протекающие при твердении и нагревании поризованной композиции на основе фосфатного связующего и алюминиевого порошка. Установлено, что при нагревании от 125 до 1300 °С происходит обезвоживание и перекристаллизация фосфатов алюминия.

Начало кристаллизации тетраметафосфата алюминия происходит при 560 °С, минуя стадию триметафосфата, т.е. наличие борной кислоты способствует увеличению степени полимеризации фосфатного аниона. Конечными продуктами фазовых превращений алюмоборсодержащей фосфатной композиции после нагревания до 1300 °С являются высокотемпературные соединения - а-А1203 и AIPO4 (кристобалитовый тип).

В четвертой главе представлены исследования по разработке жаростойкого поризованного бетона.

Для оптимизации составов с целью получения требуемой плотности при обеспечении наибольшей возможной прочности и термостойкости, а также наименьшего расхода алюминия как наиболее дорогостоящего компонента смеси были исследованы зависимости, описывающие влияние исходных материалов на физико-механические свойства поризованного бетона. Адекватность полученных зависимостей оценивалась по критерию Фишера.

На основании экспериментальных данных были получены зависимости, описывающие влияние расхода связующего, количества алюминиевого порошка и кремнеграфитовых отходов на среднюю плотность жаростойкого поризованного бетона, при использовании тонкомолотого шамота и шамота фракции 0,05...3 мм. В качестве примера приведена зависимость при использовании шамота фракции 0.05...3 мм:

р = 895,56-39,72(*2 -6)+8,75(*|-12х2 +33,33)- 2583,34(х, -0,2)+2,61(*3 -20) + + 75(х! -0,2)(х3 - 20)-40,63(*2 - 6)(*, -0,2)(;с3 -20)- 0,12(д:| - 12х+33,33)(х| - 40^+335,33), (1)

где Х\ — расход связующего в соотношении жидкое/твердое, л/кг О1 = 0,18...0,22 л/кг); х2- содержание алюминиевого порошка ПОС-15, % от массы сухих компонентов (х2 = 4...8 %); х3 - содержание кремнеграфи-товых отходов, % (х3 = 10...30 %).

Установлено, что использование шамотного порошка фракции 0,05...3 мм требует меньшего на 15...18 % расхода связующего по сравнению с бетонами на тонкомолотом шамоте. Показано, что при одновременном увеличении количества вводимых порошка алюминия (4...8 %) и связующего происходит снижение средней плотности с 1100 до 650 кг/м3.

Было изучено влияние добавки кремнеграфитовых отходов на прочность при сжатии и термостойкость жаростойких поризованных бетонов. Результаты исследований для составов на шамоте фракции 0,05...3 мм приведены на рисунке 3.

5,0 4,8

сЗ

§ 4,6

I 4,4

3 4,2 |

= 4,0 б

г з,8

£3,6

3,4

'60 55 50 45 40 35 30 25 20 15

10 15 20 25 30 Содержание кремнеграфитовых отходов, %

а)

5,0 4,8

Я

§ 4,6

1 4,4 л

§ 4,2 к

^ 4,0 ¡3

| 3,8

а 3,6

3,4

5,0 4,8

от

§ 4,6 I 4,4

3

а 4,2 я

^ 4,0 6

3 3,8

£ 3'6

3,4

10 15 20 25 30 Содержание кремнеграфитовых отходов, % б)

-Прочность при сжатии, МПа -Термостойкость, возд. теплосмены

10 15 20 25 30 Содержание кремнеграфитовых отходов, %

в)

Рисунок 3 - Влияние кремнеграфитовых отходов на термостойкость и предел прочности при сжатии поризованного бетона при средней плотности: а - 800 кг/м3; б - 900 кг/м3; в - 1000 кг/м3

Выявлено, что увеличение количества кремнеграфитовых отходов приводит к повышению предела прочности при сжатии бетона до 7 % и его термостойкости до 60 %.

В результате проведенных исследований были разработаны составы (таблица 3) жаростойкого поризованного бетона на основе АФС марки Б со средней плотностью 700, 800, 900 и 1000 кг/м3 на основе тонкомолотого шамота и шамота фракции 0,05...3 мм с добавками алюмохромовых и кремнеграфитовых отходов.

Таблица 3 - Составы жаростойкого поризованного бетона

Расход компонентов

№ состава Расход связующего (АФС марки Б: ОФК = 1:3), л/кг Алюминиевый порошок, в процентах от массы сухих компонентов Шамот тонкомолотый, % Отработанный катализатор ИМ-2201, % Кремне-графитовые отходы, % Шамот фракции 0,05...3 мм, % Средняя плотность, кг/м3

1 0,22 8 55 15 30 - 700

2 0,22 7 - 15 30 55 800

3 0,21 6 - 15 30 55 900

4 0,21 4 - 15 30 55 1000

В пятой главе приводятся результаты исследования физико-механических свойств разработанных бетонов, а также физико-химических процессов, протекающих в материале при его твердении и нагревании.

Установлены зависимости, описывающие изменения прочности при сжатии, температурной усадки и средней плотности бетона при нагревании от 100 до 1400 °С (рисунок 4).

Показано, что предел прочности при сжатии в зависимости от температуры термообработки может как возрастать, так и убывать. В интервале температур от 100 до 200 °С прочность возрастает (в большей степени у плотного бетона 900, 1000 кг/м3), а далее колеблется в пределах статистической погрешности.

Максимальная величина усадки поризованного бетона наблюдается после сушки до 100 °С и составляет 0,3...0,4 %. При дальнейшем нагреве усадка несколько снижается, незначительно изменяясь в интервале температур от 400 до 1400 °С.

Нагрев до 1400 °С жаростойкого поризованного бетона приводит к малозначительным изменениям средней плотности, что свидетельствует о температурной стабильности материала

600 8(10 1000 1200 1400 Температура, "С

Рисунок 4 - Изменение прочности при сжатии, величины температурной усадки и средней плотности при нагревании жаростойкого поризованного бетона для составов 1, 2, 3, 4 (см. таблицу 3)

Определена общая пористость жаростойкого поризованного бетона при средней плотности 700...1000 кг/м3, которая составила 67...53 %, большая часть пор характеризуется размерами до 3 мм (рисунок 5).

□ -700 кг/м3;

- 800 кг/м ; □ -900 кг/м3;

0.5 1.0 1.5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4.5 Средний рачмер пор, мм

Рисунок 5 - Гистограмма распределения пор по размерам жаростойкого поризованного бетона с разной средней плотностью

Разработанный бетон со средней плотностью 700... 1000 кг/м3 по своим физико-механическим свойствам не уступает известным бетонам на алюмофосфатном и магнийфосфатном связующих. Кроме того, применение кремнеграфитовых отходов в качестве добавки позволило повысить показатели термостойкости бетона по сравнению жаростойким газобетоном на алюмоборфосфатном связующем.

На рисунке 6 приведены макроструктуры исследуемых жаростойких поризованных бетонов различной плотности. Показано, что с ростом плотности материала наблюдается закономерное снижение размера пор.

в) г)

Рисунок 6 — Макроструктуры жаростойкого поризованного бетона средней плотностью: а - 700 кг/м3; 6-800 кг/м3; в - 900 кг/м3; г- 1000 кг/м3

По стандартным методикам были определены основные физико-механические свойства разработанных жаростойких поризованных бетонов (таблица 4).

В силу особенностей твердения фосфатной композиции разработанные составы позволяют получать материалы переменной плотности. Син-

тез поризованного бетона переменной плотности основан на формировании слоев, имеющих различный химический состав и физико-механические свойства, которые в процессе газо- и тепловыделения обладают высокими адгезионными свойствами.

Таблица 4 - Свойства жаростойкого поризованного бетона

Характеристика Номер состава (таблица 3)

1 2 3 4

1. Плотность после сушки, кг/м3 700 800 900 1000

2. Предел прочности при сжатии через 4 ч после изготовления, МПа 3,6 3,9 4,3 4,9

3. Предел прочности при сжарш после сушки, МПа 3,8 4,1 4,6 5,2

4. Остаточная прочность при 800 °С, % 113 120 122 124

5. Предел прочности при сжатии после нагрева до предельной температуры применения, МПа 4,5 4,8 5,4 6,1

6. Усадка при предельной температуре применения, % 0,8 0,8 0,9 0,9

7. Термостойкость при 800 °С, воздушные теплосмены 33 40 45 51

8. Огнеупорность, °С 1680 1700 1750 1750

9. Коэффициент линейного термического расширения в интервале от 20 до 1000 °С, град"1 ТО-6 7,2 7,3 7,5 7,5

10. Коэффициент теплопроводности при 20 °С, Вт/(м К) 0,18 0,20 0,21 0,22

11. Предельная температура применения, °С 13501400 13501400 14001500 14001500

Определены условия формирования адгезионной прочности поризованного бетона переменной плотности на основе фосфатной композиции (АФС марки Б - порошок алюминия) путем экспериментальных испытаний образцов на разрыв (рисунок 7). Установлено, что температура контактирующего слоя в момент укладки на него второго не должна быть ниже 40 °С.

Методами дифференциально-термического и рентгенофазового анализа исследованы процессы, протекающие при твердении и нагревании жаростойкого поризованного бетона, полученного на основе АФС марки Б и порошка алюминия, алюмохромовых и кремнеграфитовых отходов.

Конечными продуктами фазовых превращений композиции после нагревания до 1400 °С являются высокотемпературные соединения -фосфаты бора, хрома, алюминия (рисунок 8).

Температура контактирующего слоя, *С

Рисунок 7 - Зависимость адгезионной прочности жаростойкого поризованного бетона переменной плотности от температуры контактирующего слоя в момент укладки на него второго слоя

Рисунок 8 - Рентгенограмма жаростойкого поризованного бетона на фосфатного связующего, порошка алюминия, шамота, алюмохромовых и кремнеграфитовых отходов после нагрева при 1400 °С

Анализ рентгенограмм образцов жаростойкого поризованного бетона средней плотностью 700 кг/м3 на основе алюминиевого порошка ПОС-15 и алюминиевой пудры ПАП-1 (таблица 5) показал, что существенного отличия в количестве высокотемпературных соединений типа А1(Р03)3, А1Р04, А12Оз, ВР04, СгР04, Сг2Оз, 8¡С, 8Ю2 не выявлено. Незначительные отклонения в количестве фаз А1(РОз)з, А1Р04 объясняются механизмом и скоростью образования этих соединений при различных температурах.

Фазовые превращения описываются следующей схемой:

AI + ос-А12Оз + Сг2Оз + SiC + Si02 (тридимитового типа) + +8Ю2(низкотемпературная модификация) + + аморфные гидрофосфаты алюминия и бора ¿600 °С

а-А1203 + Сг2Оз+ SiC + Si02 (тридимитового типа) + + Si02 (низкотемпературная модификация)+А1(Р03)3(формы А) + + ВРО4+ AIPO4 (берлинитового и тридимитового типов) ¿1000 °С

a-Al2Oj+ Cr203+ SiC + Si02 (тридимитового типа) + + А1(Р03)3 (формы А) + ВР04 + А1Р04 (кристобалитового типа)

¿1400°С

а-А1203+ SiC + 8Ю2(тридимитового типа) + + А1(РОэ)з (формы А) + ВР04 + СгР04+ + AIPO4 (кристобалитового типа)

Таблица 5 - Количественный анализ рентгенограмм образцов жаростойкого поризованного бетона средней плотностью 700 кг/м

Температура, "С Фазовый состав, %

ПОС-15 ПАП-1

AI АКРОЖ А1Р04 А1?0, SiO? SiC ВРО4 Cr70, СгР04

25 0,8 - — 6 21 7,5 3,6 11 —

0,4 - - 6,4 23 7 3,7 15 -

200 0,7 - - 5,7 23,2 6,7 3,2 12,1 -

0,2 — - 6,6 24,7 6,1 4,4 15,8 —

500 - 24,4 16,7 6,3 22,4 6,9 5,1 13 5,2

- 18,1 11,7 6,5 25 6,8 4,2 19 8,7

800 - 19,3 20,5 7,1 22 6,3 6,3 И 7,5

- 15,6 16,8 6,9 22 6,1 5,4 17 10,2

1100 - 10,3 15,4 7,4 25 5,7 6,1 17 13,1

- 9,3 16,8 7,0 23,8 6,0 6,5 16 14,6

В шестой главе приводится опыт использования, а также экономическая эффективность применения разработанных составов жаростойкого поризованного бетона.

На основе алюмоборсодержащей фосфатной композиции, шамотного порошка, алюмохромовых и кремнеграфитовых отходов были изготовлены изделия в соответствии с техническим проектом по теплоизоляции стекольной печи на ЗАО «Васильевский стекольный завод» (Россия, Республика Татарстан) для главного свода регенеративной стекловаренной печи с подковообразным направлением пламени для варки боросиликатного

стекла. В результате проведенных работ при тех же выработочных мощностях расход природного газа снизился на 70...80 м3/ч. Прямой экономический эффект от теплоизоляции свода печи составил 1 747 620 руб./год.

Разработанный материал был использован для теплоизоляции камеры сгорания, корпуса реактора и камеры дожига газа экспериментальной пиролизной установки, изготовленной в ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет» по программе ОКР «Разработка технологий, обеспечивающих ликвидацию различных химически опасных отходов, находящихся на территории накопителей, свалдк и захоронений, на основе методов сверхкритического водного окисления и пиролиза в восстановительной среде без процесса горения» ФЦП «Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации (20092013 годы)» Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Госконтракт № 9411.1007500.13.1007 от 23 июля 2009 г.). Экономический эффект при теплоизоляции одной единицы пиролизной установки составил 103 466 руб. Планируемый экономический эффект при изготовлении 200 единиц пиролизных установок составит 20 693 200 руб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработан жаростойкий поризованный бетон, не требующий термообработки с повышенной термостойкостью средней плотностью 700... 1000 кг/м3 на основе АФС марки Б, порошка алюминия, шамота и добавок алюмохромовых и кремнеграфитовых отходов. Разработанные жаростойкие поризованные бетоны в зависимости от средней плотности имеют прочность при сжатии 3,8...5,2 МПа, коэффициент теплопроводности 0,18...0,22 Вт/(м-К), термостойкость 33...51 воздушных теплосмен и температуру применения 1350... 1500 °С.

2. Установлено, что путем изменения соотношения АФС марки Б : ОФК, расхода порошка алюминия, а также начальной температуры смеси можно регулировать время начала интенсивного взаимодействия исходных компонентов (30 с ... 40 мин) и его максимальную температуру (12...130 °С).

3. Методами дифференциально-термического и рентгенофазового анализа изучены особенности формирования фазового состава материала в процессе нагрева. Конечными продуктами фазовых превращений после нагревания до 1400 °С являются а-А12Оэ, SiC, Si02 (тридимит), А1(Р03)3 (формы А), СгР04, ВР04 и А1Р04 (кристобалитовый тип).

4. С применением метода математического планирования эксперимента получены зависимости физико-механических свойств поризованных бетонов от расходов связующего, порошка алюминия и кремнеграфитовых отходов. Установленные закономерности позволяют проектировать жаростойкий поризованный бетон с заданными свойствами.

5. Показано, что введение кремнеграфитовых отходов в жаростойкий поризованный бетон повышает термостойкость на 60 % и прочность при сжатии на 7 %.

6. Определены параметры поровой структуры: с повышением средней плотности разработанного поризованного бетона от 700 до 1000 кг/м3сокращается количество крупных пор размерами 1,0...4,5 мм практически на 70 % и увеличивается количество мелких пор размерами до 1,0 мм.

7. Показана возможность получения на основе алюмоборсодержа-щей фосфатной композиции многослойных жаростойких поризованных бетонов переменной плотности

8. Изделия из жаростойкого поризованного бетона использованы в качестве элементов теплоизоляции стекловаренной печи на ЗАО «Васильевский стекольный завод» (Россия, Республика Татарстан). Прямой экономический эффект от теплоизоляции свода печи составил 1 747 620 руб./год. Также изделия из жаростойкого поризованного бетона использовались для теплоизоляции экспериментальной пиролизной установки, изготовленной в ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет». Экономический эффект при теплоизоляции одной единицы пиролизной установки составил 103 466 руб. Планируемый экономический эффект при изготовлении 200 единиц пиролизных установок составит 20 693 200 руб.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ПРЕДСТАВЛЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

В российских рецензируемых научных журналах из перечня ВАК РФ

1. Батрашов, В. М. Жаростойкие фосфатные ячеистые материалы переменной плотности / Ч. Г. Пак, В. А. Абызов, В. М. Батрашов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Сер.: Строительство и архитектура. - 2010. - Вып. 10, № 15 (191). - С. 4-5.

2. Батрашов, В. М. Ячеистые жаростойкие бетоны на фосфатном вяжущем и заполнителях из кремнеграфитовых и алюмохромсодержащих промышленных отходов / В. А. Абызов, Ч. Г. Пак, В. М. Батрашов // Огнеупоры и техническая керамика. - 2011. - № 11/12. - С. 27-29.

3. Батрашов, В. М. Разработка и исследование высокотемпературной матрицы для жаростойкого поризованного материала / В. М. Батрашов, Ч. Г. Пак // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2012. - № 4 (24). - С. 112-119.

В других изданиях

4. Батрашов, В. М. Технология получения фосфатных жаростойких материалов и изделий в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза / Ч. Г. Пак, В. М. Батрашов // Горение и плазмохимия: V Междунар. симп. (Алматы, Республика Казахстан, 16-18 сент. 2009). Алма-Ата, 2009. - С. 98-99.

5. Батрашов, В. М. Получение композиционных материалов в режиме самораспространяющейся экзотермической реакции с использованием отходов производства / Ч. Г. Пак, В. М. Батрашов, С. Н. Мордвинов, С. В. Скиба // Новые материалы и технологии НМТ - 2010 : материалы Всерос. науч.-техн. конф. - М.: ИЦ МАТИ, 2010. - Т. 1. - С. 73-74.

6. Batrashov, V. М. Phosphate composites by self-sustained exothermic reaction / Ch. G. Рак, V. M. Batrashov, S. V. Skiba, P. I. Serov // Explosive/combustion assisted production of new materials: science and technology / ed. by A. A. Deribas and Yu. B. Sheck. - Kaliningrad : I. Kant BFU, 2011. -P. 39-40.

7. Батрашов, В. M. Получение пористых композиционных высокотемпературных материалов в режиме СВС / Ч. Г. Пак, В. М. Батрашов // Композиционные строительные материалы. Теория и практика: материалы Междунар. науч.-техн. конф. - Пенза : Приволжский дом знаний, 2011. -С. 96-99.

8. Batrashov, V. М. Obtaining and regulation of the phosphate materials structure in the mode of the self-propagating exothermal reaction / Ch. G. Pak, V. M. Batrashov // Book of abstracts XI International Symposium of Self-

propagating High Temperature Synthesis. - Anavyssos, Attica, Greece, 2011. -P. 247-248.

9. Батрашов, В. M. Возможность регулирования структуры и свойств фосфатных композиционных материалов / Ч. Г. Пак, В. М. Батрашов // Перспективы развитая строительного материаловедения: энерго- и ресурсосбережение в строительстве : материалы Всерос. науч.-техн. конф. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ2011. - С. 54-56.

10. Батрашов, В. М. Комплексная утилизация отходов промышленности с использованием технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза / Ч. Г. Пак, В. М. Батрашов И Аюуальные научно-технические проблемы химической безопасности : материалы Всерос. конф. - М.: 11-й ФОРМАТ, 2011. - С. 83.

11. Батрашов, В. М. Фосфатные композиционные материалы / Ч. Г. Пак, В. М. Батрашов // Новые материалы и технологии их получения : материалы V Междунар. науч.-практ. конф. - Новочеркасск : ЛИК, 2011. -С. 46-48.

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

БАТРАШОВ ВИКТОР МИХАИЛОВИЧ

04201 45221 2

ЖАРОСТОЙКИЙ ПОРИЗОВАННЫЙ БЕТОН ПОВЫШЕННОЙ ТЕРМОСТОЙКОСТИ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО БОРОМ АЛЮМОФОСФАТНОГО СВЯЗУЮЩЕГО И ТЕХНОГЕННЫХ

ОТХОДОВ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель - к. т. н., доцент Пак Ч. Г.

ПЕНЗА-2013

Содержание

Введение..........................................................................................................................................................................................................4

1 Легкие жаростойкие бетоны и перспективы их развития....................................11

1.1 Легковесные огнеупоры и легкие жаростойкие бетоны..........................................11

1.2 Ячеистые и поризованные жаростойкие бетоны............................................................16

1.3 Виды и характеристика фосфатных связующих............................................................20

1.4 Ячеистые и поризованные бетоны на фосфатных связующих........................29

1.5 Теоретические предпосылки совершенствования ячеистого и поризованного фосфатного бетона на основе промышленных отходов 32

Выводы............................................................................................................................................................................35

2 Исходные материалы и методы проведения исследований................................37

2.1 Выбор и характеристика исходных материалов............................................................37

2.2 Методы проведения исследований............................................................................................48

3 Разработка и исследование композиции на основе модифицированного бором АФС и порошка алюминия ПОС-15..................56

3.1 Основные показатели реакции взаимодействия фосфатного связующего с алюминиевым порошком..............................................................................57

3.2 Физико-химические процессы, протекающие при твердении и нагревании фосфатной композиции..........................................................................................61

Выводы............................................................................................................................................................................67

4 Разработка жаростойкого поризованного бетона на основе фосфатного связующего и техногенных отходов........................................................68

4.1 Разработка составов жаростойкого поризованного бетона..................................68

4.2 Влияние кремнеграфитовых отходов на термостойкость и предел прочности при сжатии жаростойкого поризованного бетона............................81

Выводы............................................................................................................................................................................89

5 Исследование свойств жаростойкого поризованного бетона............................90

5.1 Физико-механические и жаростойкие свойства поризованного бетона. 90

5.2 Физико-химические процессы, протекающие при твердении и нагревании жаростойкого поризованного бетона............................ 101

5.3 Жаростойкие поризованные бетоны переменной плотности............ 109

Выводы...................................................................................... 115

6 Практическая реализация разработанных жаростойких поризованных

бетонов в ограждающих конструкциях тепловых агрегатов............... 117

6.1 Опыт использования жаростойкого поризованного бетона в теплоизоляции стекловаренной печи........................................... 118

6.2 Опыт использования жаростойкого поризованного бетона в теплоизоляции пиролизной печи................................................ 121

6.3 Технико-экономические показатели............................................ 124

Основные выводы......................................................................... 126

Список использованных источников.................................................. 128

Приложения

Введение

Современное развитие экономики России выдвигает ряд научно-технических задач, решение которых предполагает радикальное снижение энергетических и тепловых потерь, материалоемкости конструкций, рациональное и эффективное использование всех видов ресурсов.

Такая тенденция наблюдается не только в России, но и за рубежом [55, 93, 187], поэтому вопросы разработки новых жаростойких материалов для машиностроительного, металлургического и строительного

комплексовособенно в области теплоизоляции имеют первостепенное значение. Наибольший эффект при решении подобных задач достигается при замене штучных огнеупорных изделий [43, 62] эффективными огнеупорными многокомпонентными композитами (ОМК) - жаростойкими бетонами [54, 55, 103, 187]. Такая замена приводит к повышению уровня механизации работ, сокращению сроков создания конструкций за счет применения более крупных элементов конструкций (блоки и панели) любой конфигурации, снижению тепло- и энергоресурсов из-за исключения технологического процесса обжига. Из жаростойких бетонов можно изготовить конструктивные элементы футеровок промышленных печей сложной конфигурации, которые зачастую невыполнимы при использовании штучных огнеупорных изделий [36, 54, 94].

Одним из наиболее перспективных направлений развития ОМК является разработка легких теплоизоляционных бетонов. Производство и рациональное использование эффективных высокотемпературных теплоизоляционных материалов позволяет обеспечить снижение материалоемкости конструкций тепловых агрегатов, сократив массу печей в 9-11 раз, и непроизводительные теплопотери в окружающую среду; снизить общий расход топлива в печах непрерывного действия в 10-15 раз, а в печах периодического действия - на 45 % и более [73]. Потребность в эффективных современных высокотемпературных теплоизоляционных материалах особенно остро определилась при развитии ковшевой металлургии, переводе футеровки

сталеразливочных ковшей на периклазоуглеродистые, а промежуточных - на основные огнеупоры, теплопроводность которых в 2-6 раз больше ранее применявшихся, в результате чего, для осуществления металлургических операций, приходится перегревать расплав стали на 50-100°С [145].

Одной из наиболее эффективных разновидностей легких жаростойких бетонов являются ячеистые и поризованные бетоны [166]. Их максимальная температура применения колеблется в широких пределах 700...1600°С в зависимости от вида используемого связующего. При этом не требуются фракционированные огнеупорные пористые заполнители, на границе цементного камня и заполнителя не возникают температурные напряжения, ниже теплопроводность [50].

В последнее время все большее применение в технологии высокотемпературных бетонов находят фосфатные связующие, что значительно расширяет области применения бетонов, так как материалы на их основе отличаются высокими физико-механическими и жаростойкими свойствами, а предельная температура службы может достигать 1800°С [24, 25, 36]. Однако процесс получения фосфатных материалов требует термообработки фосфатной композиции, что усложняет технологический процесс и увеличивает себестоимость продукции [29, 42, 50].

В исследованиях, проведенных в УралНИИстромпроекте, была

теоретически обоснована и практически осуществлена возможность получения

пористых фосфатных композиций, затвердевающих в течение нескольких

минут за счет использования внутренних энергетических ресурсов системы,

состоящей из ортофосфорной кислоты и дисперсного металлического

алюминия. В результате на основе ортофосфорной кислоты и различных

заполнителей были разработаны составы и способы получения жаростойкого

ячеистого и поризованного бетона, твердеющего без термообработки, с

температурой применения 1400...1600°С, в том числе переменной плотности [9,

27]. Технологический процесс получения материала протекает в режиме

самораспространяющегося экзотермического синтеза. Дальнейшие работы

5

были направлены на замедление начала вспучивания фосфатной композиции введением пассивирующих добавок [28] и улучшение его свойств путем замены заполнителей различными высокоглииоземистыми промышленными отходами, а кислоты - фосфатными связующими [6-22, 105, 139, 171]. Научные изыскания в данной области с 2006 активно проводятся в Пензенском государственном университете [22, 106-112, 177-179].

Важным направлением в технологии получения жаростойкого фосфатного поризованного бетона в режиме самораспространяющегося экзотермического синтеза является расширение сырьевой базы и повышение его жаростойких свойств, что может быть достигнуто за счет применения новых видов фосфатной композиции и огнеупорных наполнителей. В этой связи перспективными представляются поризованная фосфатная композиция системы модифицированное бором алюмофосфатное связующее— алюминиевый порошок ПОС-15 (выпускаются в промышленном объеме), обладающая высокими жаростойкими свойствами. Введение кремнеграфитовых отходов, фазовый состав которых представлен карбидом кремния, муллитом и графитом, в качестве наполнителей в составе высокотемпературного поризованного бетона, позволит повысить его прочность и термостойкость.

Целью настоящей работы является разработка жаростойкого поризованного бетона с повышенной термостойкостью на основе модифицированного бором алюмофосфатного связующего, шамота, алюмохромовых и кремнеграфитовых дисперсных отходов.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:

1. Исследование параметров реакции взаимодействия модифицированного бором АФС с порошком алюминия и разработка на их основе поризованных фосфатных композиций.

2. Изучение фазовых превращений и физико-химических процессов, протекающих при твердении и нагревании модифицированной бором алюмофосфатной композиции.

3. Разработка жаростойкого поризованного бетона с повышенной термостойкостью на основе модифицированного фосфатного связующего, алюминиевого порошка, шамота, алюмохромовых и кремнеграфитовых отходов.

4. Исследование физико-химических процессов, протекающих при твердении и нагревании жаростойкого поризованного бетона

5. Изучение физико-механических свойств разработанного поризованного бетона.

6. Промышленные испытания разработанного жаростойкого поризованного бетона и определение технико-экономических показателей его применения.

Научная новизна работы.

1. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность получения твердеющей без термической обработки поризованной композиции на основе модифицированного бором АФС и порошка алюминия.

2. Определены границы влияния дозировок добавки кремнеграфитовых отходов на термостойкость композиционного жаростойкого поризованного бетона на модифицированном бором АФС. Установлено, что максимальная термостойкость Т33...Т51 обеспечивается при содержании кремнеграфитовых отходов в количестве 30% от массы смеси.

3. Установлены основные закономерности изменения свойств композиционного поризованного бетона в зависимости от содержания модифицированного бором АФС, порошка алюминия и дисперсных огнеупорных кремнеграфитовых отходов.

4. Показана возможность получения жаростойкого поризованного бетона переменной плотности с предельной температурой применения

1450...1500°С при обеспечении температуры контактной зоны слоев не менее 40 °С.

Достоверность научных результатови обоснованность вьюодов работы обеспечиваются использованием стандартных методов исследования, современного программного обеспечения для выполнения расчетов, одинаковыми условиями проведения экспериментов, воспроизводимостью результатов и сравнением их с расчетными данными. Достоверность экспериментальных данных обеспечивается использованием современных средств и методик проведения исследования.

Практическая значимостьсостоит в разработке жаростойкого поризованного бетона повышенной термостойкости с применением шамота, алюмохромовых и кремнеграфитовых отходов, твердеющего без применения термообработки, со средней плотностью 700-1000 кг/м3 и температурой применения 1350...1500°С. Материал обладает высокими физико-механическими и жаростойкими свойствами, может быть использован в футеровках тепловых агрегатов взамен штучных шамотных и корундовых легковесных огнеупоров. Расширена сырьевая база получения жаростойких поризованных бетонов, показана возможность применения техногенных отходов в качестве наполнителей в бетоне на модифицированном бором алюмофосфатном связующем.

Разработанные жаростойкие поризованные бетоны были использованы:

1.При ремонте главного свода регенеративной стекловаренной печи с подковообразным направлением пламени для варки боросиликатного стекла в качестве теплоизолирующего слоя толщиной 150 мм на ЗАО «Васильевский Стекольный Завод» (Россия, Республика Татарстан).

2.При выполнении ОКР «Разработка технологий, обеспечивающих

ликвидацию различных химически опасных отходов, находящихся на

территории накопителей, свалок и захоронений, на основе методов

сверхкритического водного окисления и пиролиза в восстановительной среде

без процесса горения» ФЦП «Национальная система химической и

биологической безопасности Российской Федерации (2009-2013 годы)»

Министерства промышленности и торговли Российской Федерации

8

(Госконтракт №9411.1007500.13.1007 от 23 июля 2009 г.); разработанные составы рекомендованы в качестве теплоизоляции камеры сгорания, корпуса реактора и камеры дожита газапиролизной печи для утилизации химически опасных отходов.

Научная и практическая ценность работы подтверждена актами внедрения.

Полученные в ходе выполнения диссертационной работы результаты исследований были использованы при составлении рекомендаций по составам и технологии изготовления фосфатного поризованного бетона, соответствующим ТУ-5713-046-00290038-2002.

Автор защищает:

1. Состав и результаты исследования свойств поризованных фосфатных композиций на основе модифицированного бором АФС и порошка алюминия, твердеющих без термообработки.

2. Составы и эксплуатационно-технические свойства жаростойкого поризованного бетона на основе модифицированного бором АФС, порошка алюминия, шамота, алюмохромовых и кремнеграфитовых промышленных отходов.

3. Результаты исследования адгезионной прочности многослойного поризованного бетона переменной плотности, созданного на основе единой матрицы.

4. Результаты испытаний жаростойкого поризованного бетона в промышленных условиях и технико-экономические показатели его производства и применения.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, региональных, внутривузовских конференциях и симпозиумах: V Международном симпозиуме «Горение и плазмохимия», Алма-Ата, Республика Казахстан, 2009; Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии НМТ-2010», Москва, 2010; Международном

9

симпозиуме по использованию энергии взрыва для получения материалов с новыми свойствами: наука, технология, бизнес и инновации (ЕРММ-2011), Калининград, 2011; Всероссийской научно-технической конференции «Перспективы развития строительного материаловедения: энерго- и ресурсосбережение в строительстве», Челябинск, 2011; Международной научно-технической конференции «Композиционные строительные материалы. Теория и практика», Пенза, 2011; XI Международном симпозиуме по самораспространяющемуся высокотемпературному синтезу, Анависсос, Греция, 2011; Всероссийской конференции «Актуальные научно-технические проблемы химической безопасности», Москва, 2011; УМеждународной научно-практической конференции «Новые материалы и технологии их получения», Новочеркасск, 2011.

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Сварочное, литейное производство и материаловедение» Пензенского государственного университета в рамкахОКР "Разработка технологий, обеспечивающих ликвидацию различных химически опасных отходов, находящихся на территории накопителей, свалок и захоронений, на основе методов сверхкритического водного окисления и пиролиза в восстановительной среде без процесса горения" ФЦП "Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации (2009-2013 годы)" Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Госконтракт №9411.1007500.13.1007 от 23 июля 2009 г.).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора, литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов, основных выводов, списка используемой литературы (204 источника) и приложений. Диссертация содержит 11 таблиц, 51 рисунок. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 5 статей(из них 3 в изданиях, входящих в перечень рецензируемых журналов ВАК РФ) и 6 тезисов.

1 Легкие жаростойкие бетоны и перспективы их развития

В связи с высокой эффективностью легких жаростойких бетонов, объемы их производства и применения систематически увеличиваются во всем мире. Основные работы в технологии производства жаростойкого бетона направлены на повышение физико-механических и жаростойких свойств, снижение себестоимости продукции и расширение номенклатуры материалов и сырьевой базы [93, 187, 196].

В отечественной и зарубежной литературе имеется мно�