Жаростійкий газобетон на основі лужного алюмосилікатного зв’язуючого

Проблему дещо підвищеної вартості зв’язуючих, обумовлену головним чином значною енергоємністю базового алюмосилікатного компоненту – метакаоліну, може бути вирішено шляхом його заміни на більш дешеві матеріали, що забезпечують можливість синтезу цеолітоподібних новоутворень.

Аналіз інформації щодо доцільності заміни легких вогнетривів на жаростійкі ніздрюваті бетони, теоретичних основ синтезу штучного каменю на основі лужних алюмосилікатних зв’язуючих, даних про ефективність використання золи-винесення ТЕС як алюмосилікатного компоненту геоцементів, а також відомостей в області синтезу цеолітоподібних продуктів на основі золи-винесення дозволяє висунути наукову гіпотезу щодо можливості отримання жаростійкого газобетону на основі лужного алюмосилікатного зв’язуючого та золи-винесення за рахунок регулювання властивостей матеріалу на різних ієрархічних рівнях, при цьому на мікрорівні регулювання забезпечуватиметься шляхом синтезу термостабільних цеолітоподібних новоутворень, на мезорівні – підбором оптимальної кількості жаростійкого наповнювача та на макрорівні – шляхом відповідного управління ніздрюватою макроструктурою матеріалу. Застосування золи-винесення сприятиме підвищенню ефективності зв’язуючих шляхом зниження їх вартості при одночасному вирішенні екологічних проблем утилізації відходів теплоенергетичної промисловості.

У другому розділі наведено характеристики застосованих сировинних матеріалів та методів досліджень.

Як об’єкти дослідження фізико-хімічних процесів структуроутворення в’яжучих композицій для виготовлення жаростійкого газобетону було використано модельні системи (Na, K) 2O-Al2O3-SiO2-H2O, представлені лужними алюмосилікатними зв’язуючими, що відрізнялись мольним співвідношенням оксидів Me2O/Al2O3, SiO2/Al2O3 та Н2O/Al2O3, а також видом алюмосилікатного компоненту. Як алюмосилікатний компонент використовували метакаолін, отриманий дегідратацією каоліну Просянівського родовища при температурі 800С, золу-винесення Бурштинської ДРЕС (ГОСТ 25818) та відвальну золу гідровидалення Трипільської ДРЕС, що представлена фракцією золошлакової суміші < 0, 16 мм (ГОСТ 25592). Як базовий лужний компонент використовували силікат натрію розчинний з силікатним модулем 2, 8, густиною 1400 кг/м3 Київського склотарного заводу (ГОСТ 13078). Коригування дисперсної фази здійснювали введенням добавок мікрокремнезему (білої сажі БС-50 Вінницького хімічного заводу), натру їдкого технічного (ГОСТ 2263) та калі їдкого технічного (ГОСТ 9285). Як добавку-регулятор процесів структуроутворення зв’язуючих застосовували портландцементний клінкер Ольшанського цементного заводу.

Як наповнювач при дослідженні жаростійкості зв’язуючих було використано шамот Першотравеньського електрофарфорового заводу марки ШКМ-10 (ГОСТ 23037), розмелений до питомої поверхні 410 м2/кг за Блейном. При виготовленні газобетону як наповнювачі застосовували золу-винесення Бурштинської ДРЕС, золу Трипільської ДРЕС та мелений шамот. Як газоутворювач застосовували пудру алюмінієву пігментну ПАП-1 (ГОСТ 5494), знежирену розчином господарчого мила (ГОСТ 30288), у вигляді суспензії.

Склад новоутворень лужних алюмосилікатних зв’язуючих та продуктів їх дегідратації вивчали за допомогою рентгенофазового та диференційно-термічного аналізів. Підбір складу та виготовлення зразків газобетону проводили з урахуванням рекомендацій ДСТУ Б В. 2. 7-45 та СН 277 із застосовуванням попереднього розігрівання форм та методу гарячого формування. Фізико-механічні властивості матеріалів досліджували згідно діючих нормативних документів: середню густину – за ГОСТ 12730. 1, міцність при стиску – за ГОСТ 10180, жаро- та термостійкість – за ГОСТ 20910.

У третьому розділі наведено результати досліджень процесів структуроутворення штучного каменю на основі лужних алюмосилікатних зв’язуючих в залежності від компонентного складу та умов термообробки.

Попередні експерименти показали, що при замішуванні золи-винесення розчином на основі рідкого скла відбувається швидке коагуляційне тужавлення з утворенням неводостійкого каменю, здатного до оборотного переходу у рідкий стан при нагріванні вище температури 60ºС. В ході досліджень було обґрунтовано доцільність запобігання такого явища за рахунок гарячого формування з подальшим витримуванням суміші при температурі 60…80ºС до тверднення. Виготовлені таким чином зразки на основі різних зол характеризувались міцністю при стиску після термообробки – до 57 МПа, водостійкістю – не менше 0, 8 та залишковою міцністю після випалювання при 800ºС – до 137, 5%, що підтвердило можливість отримання зв’язуючих на основі золи-винесення.

Для встановлення впливу речовинного складу дисперсної фази лужних алюмосилікатних зв’язуючих на фазовий склад новоутворень згідно результатів попередніх досліджень було відібрано 10 композицій, які відрізнялись видом алюмосилікатного компоненту та мольним співвідношенням SiO2/Al2O3, що знаходилось в межах 2…8 для зв’язуючих на основі метакаоліну та 4…8 для зв’язуючих на основі зол.

Після формування зразки витримували при температурі 80С до тужавлення, після чого розпалублені зразки направляли на термообробку за одним з п’яти режимів: автоклавування при надлишковому тиску 0, 8 МПа та температурі 174С, пропарювання при температурі 80С; сушку при температурах 80С, 150 або 220ºС. Тривалість ізотермічного витримування в усіх випадках становила 6 годин.

Як показали дослідження, склад продуктів гідратації лужних алюмосилікатних зв’язуючих визначається видом алюмосилікатного компоненту, мольним відношенням SiO2/Al2O3, видом та концентрацією лужного компоненту та, насамперед, режимом термообробки. Виключенням є зв’язуюче складу   на основі метакаоліну, продуктами гідратації якого незалежно від режиму термообробки є цеоліт Na-А та гідронефелін. При застосуванні автоклавування спостерігається тенденція до синтезу аналогів природних цеолітів (анальциму, цеолітів А, P та R), причому інтенсивність рефлексів зазначених сполук на рентгенограмах вказує на утворення достатньо великої кількості цих продуктів. При застосуванні ж пропарювання і особливо сушки спостерігається переважне утворення гідросодаліту та, ймовірно, близької до нього за природою неідентифікованої фази Z, невисока інтенсивність рефлексів яких свідчить про певну локалізацію та недосконалість процесів кристалоутворення цих фаз у зазначеній системі. За умов пропарювання ініціюється утворення