Жаростійкий газобетон на основі лужного алюмосилікатного зв’язуючого

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

 

Ковальчук Георгій Юрійович

 

УДК 666. 973. 6; 666. 974

 

 

05. 23. 05 – Будівельні матеріали та вироби

 

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

 

Київ – 2002

 

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі будівельних матеріалів та в Державному науково-дослідному інституті в’яжучих речовин і матеріалів ім. В. Д. Глуховського Київського національного університету будівництва і архітектури.

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор Кривенко Павло Васильович, Київський національний університет будівництва і архітектури, завідувач кафедри будівельних матеріалів.

Офіційні опоненти – доктор технічних наук, професор Крупа Олексій Арсентійович, Національний технічний університет України “КПІ”, м. Київ, завідувач кафедри хімічної технології кераміки та скла – кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Червяков Юрій Миколайович, Український науково-дослідний і проектно-конструкторський інститут будівельних матеріалів та виробів “НДІБМВ”, м. Київ, заступник директора з наукової роботи.

 

 

Актуальність теми. Орієнтація вітчизняної промисловості на енергозатратні технології за часів існування СРСР значною мірою обумовлює сучасну енергетичну кризу в Україні. Одним з пріоритетних напрямків енергозбереження в промисловості та підвищення ефективності виробництва є покращання теплової ізоляції високотемпературного устаткування. Виготовлення традиційних легких вогнетривів, у свою чергу, пов’язане із застосуванням складної високоенергоємної технології виготовлення. Проблему може бути вирішено за рахунок заміни легких вогнетривів на жаростійкі легкі, насамперед газобетони, для яких, проте, характерні достатньо низька залишкова міцність після випалювання, а також, у більшості випадків, значна вартість та дефіцитність відповідних в’яжучих речовин (фосфатних та алюмінатних цементів тощо).

З цієї точки зору особливий інтерес для створення жаростійких газобетонів викликають сучасні в’яжучі системи, що дозволяють проектувати задані спеціальні властивості композиційних будівельних матеріалів на їх основі. До таких в’яжучих належать розроблені в Державному науково-дослідному інституті в’яжучих речовин і матеріалів ім. В. Д. Глуховського лужні алюмосилікатні зв’язуючі, високі характеристики яких (значна міцність, жаростійкість тощо) обумовлені можливістю синтезу в складі новоутворень певних цеолітоподібних сполук, що визначають необхідні спеціальні властивості штучного каменю.

Недоліком зазначених зв’язуючих є підвищена вартість, обумовлена головним чином значною енергоємністю базового алюмосилікатного компоненту – метакаоліну. Подібність хімічного складу метакаоліну та золи-винесення, поряд із доцільністю синтезу штучних цеолітів на основі паливних зол, дозволяє передбачити можливість заміни метакаоліну на золу-винесення, що сприятиме підвищенню ефективності матеріалів на основі лужних алюмосилікатних зв’язуючих одночасно з вирішенням екологічних проблем утилізації відходів теплоенергетичної галузі.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у відповідності до держбюджетних тем Міністерства освіти і науки України: 9ДБ-99 “Розробка рекомендацій по технологіях виготовлення легких бетонів на алюмосилікатних в’яжучих” (1999-2001 рр., № державної реєстрації 0199U000666) та етапу 2 “Встановлення впливу речовинного складу дисперсної фази неорганічних в’яжучих на фазовий склад продуктів їх тверднення, який забезпечує направлене формування структури штучного каменю” теми 4ДБ-99 “Фізико-хімічні основи отримання мінералоподібного штучного каменю на основі неорганічних в’яжучих в системі (Na, K) 2O-CaO-Al2O3-SiO2-H2O, модифікованих органічними сполуками” (2000 р., № державної реєстрації 0199U000665). В зазначених роботах автор виконував обов’язки відповідального виконавця.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є визначення закономірностей структуроутворення жаростійких лужних алюмосилікатних зв’язуючих та газобетонів на їх основі.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

встановити взаємозв’язок між компонентним складом, умовами термообробки, фазовим складом новоутворень і властивостями штучного каменю на основі лужних алюмосилікатних зв’язуючих з використанням різних алюмосилікатних компонентів та розробити склади зв’язуючих з підвищеною жаростійкістю;

визначити оптимальні технологічні параметри отримання та розробити склади жаростійких газобетонів на основі лужних алюмосилікатних зв’язуючих;

дослідити фізико-механічні та спеціальні властивості розроблених матеріалів;

провести дослідно-промислове впровадження жаростійкого газобетону та визначити його економічну ефективність.

Об’єктом досліджень є жаростійкий газобетон на основі лужного алюмосилікатного зв’язуючого.

Предметом досліджень є процес направленого формування структури жаростійкого газобетону на основі лужного алюмосилікатного зв’язуючого на мікро- та макрорівнях.

Методи досліджень. Експериментальні дослідження виконано за допомогою сучасних методів фізико-хімічного аналізу: рентгенофазового та диференційно-термічного. Структуру газобетонів було досліджено із застосуванням оптичної мікроскопії. Визначення фізико-механічних (середньої густини, міцності при стиску) та термомеханічних (залишкової міцності та усадки після випалювання, термостійкості) властивостей проведено за традиційними методиками згідно діючих нормативних документів. Розрахунки та оптимізацію складів жаростійких газобетонів проведено із застосуванням математичних методів планування експерименту.

Наукова новизна одержаних результатів:

теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено можливість отримання в системі Na2O-Al2O3-SiO2-H2O на основі різних алюмосилікатних компонентів (метакаоліну, золи-винесення ДРЕС) жаростійких лужних алюмосилікатних зв’язуючих за рахунок направленого синтезу в складі продуктів гідратації термостабільних цеолітоподібних продуктів типу анальциму, гідросодаліту та цеоліту R, що здатні до плавної дегідратації та подальшої перекристалізації у безводні алюмосилікати типу нефеліну та альбіту, визначаючи таким чином стабільність штучного каменю за умов нормальних та підвищених (до 800ºС) температур;

теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено можливість заміни метакаоліну як алюмосилікатного компоненту зв’язуючих на золу-винесення, зокрема для створення жаростійких матеріалів;

вивчено закономірності процесів гідратації та дегідратації зв’язуючих в залежності від виду алюмосилікатного компоненту, мольного співвідношення SiO2/Al2O3 і умов термообробки та встановлено вплив фазового складу мікроструктури на