Жаростійкий газобетон на основі лужного алюмосилікатного зв’язуючого

Інтенсивність процесів цеолітоутворення зменшується при збільшенні мольного відношення SiO2/Al2O3 у складі лужних алюмосилікатних зв’язуючих, яке супроводжується зменшенням концентрації лужного компоненту. Серед режимів термообробки найінтенсивніше цеолітоутворення зафіксовано при застосуванні автоклавування. В залежності від виду алюмосилікатного компоненту інтенсивність зменшується в ряду: зола-винесення Бурштинської ДРЕС > зола Трипільської ДРЕС > метакаолін, в залежності від виду лужного компоненту – в ряду: їдкий натр > рідке скло.

На відміну від фазового складу продуктів гідратації, фазовий склад продуктів дегідратації лужних алюмосилікатних зв’язуючих при температурі 800ºС не залежить від виду низькотемпературної обробки і визначається виключно компонентним складом зв’язуючого. При цьому спостерігається кореляція між співвідношенням SiO2/Al2O3 вихідних зв’язуючих та продуктів їх дегідратації: при збільшенні цього відношення від 2 до 8 склад продуктів дегідратації в загальному випадку змінюється у напрямку: нефелін ( )  альбіт ( )  -кристобаліт ( ).

В ході досліджень було відмічено, що висококремнеземні зольні зв’язуючі навіть більшою мірою за їх аналоги на основі метакаоліну схильні до низькотемпературного (до 200ºС) спучення при нагріванні, що було покладено в основу створення високоміцного безвипалювального зольного гравію. Водночас створення жаростійких матеріалів вимагає забезпечення стабільності об’єму матеріалу в широкому діапазоні температур. Як показали експерименти, регулювання процесів усадки/спучення штучного каменю при нагріванні доцільно проводити шляхом підбору оптимальних складів зв’язуючих та введенням жаростійкого наповнювача.

Дослідження взаємозв’язку між складом, параметрами термообробки, фазовим складом новоутворень та властивостями штучного каменю на основі лужних алюмосилікатних зв’язуючих було проведено на основі композицій, модифікованих меленим шамотом у співвідношенні 1: 1. Було встановлено, що оптимальними термомеханічними властивостями (високою абсолютною та залишковою міцністю поряд з низькою усадкою після випалювання) характеризуються композиції, фазовий склад яких за відповідних умов представлено середньою кількістю термостабільних цеолітоподібних новоутворень – анальциму, гідросодаліту та цеоліту R, що здатні до плавної дегідратації та перекристалізації у кристалохімічно подібні безводні алюмосилікати – нефелін та альбіт – без руйнування каркасу. Значна інтенсивність кристалоутворення, що спостерігається при застосуванні автоклавування, так само як і недостатнє проходження процесів кристалізації новоутворень висококремнеземних зв’язуючих призводять до різкого погіршення експлуатаційних характеристик матеріалу. При цьому композиції на основі зол переважають аналогічні композиції на основі метакаоліну за своїми властивостями, особливо після випалювання. Подібність фазового складу продуктів гідратації та дегідратації поруч із високими експлуатаційними властивостями підтвердили доцільність заміни метакаоліну як алюмосилікатного компоненту зв’язуючих на золу-винесення.

На підставі зазначених досліджень, з урахуванням підвищеної активності метакаоліну на ранніх стадіях гідратації у порівнянні з золою-винесення, було розроблено жаростійкі композиції на основі лужних алюмосилікатних зв’язуючих (табл. 1), що характеризуються строками тверднення при 80ºС – до 4 годин, міцністю при стиску після низькотемпературної термообробки – до 88, 5 МПа, міцністю при стиску після випалювання при температурі 800ºС – до 88, 7 МПа, залишковою міцністю після випалювання – до 245% та усадкою після випалювання – в межах 0…4, 2%. Розроблені композиції було покладено в основу створення жаростійких газобетонів.

В четвертому розділі проведено проектування складів та дослідження властивостей жаростійких газобетонів.

 

Таблиця 1

Оптимальні жаростійкі композиції на основі лужних алюмосилікатних зв’язуючих

Характеристика зв’язуючого Наповнювач

алюмосилікатний компонент SiO2/

Al2O3

метакаолін 4, 0 зола-винесення Бурштинської ДРЕС

метакаолін 4, 0 зола Трипільської ДРЕС

зола-винесення Бурштинської ДРЕС 4, 5 мелений шамот

зола Трипільської ДРЕС 5, 0 мелений шамот

 

Враховуючи те, що за умов високого показника рН дисперсійного середовища лужних алюмосилікатних зв’язуючих алюмінієва пудра бурхливо реагує з лугами, в ході попередніх досліджень було встановлено доцільність забезпечення синхронізації строків спучення та тверднення газобетонної суміші шляхом прискорення строків тверднення за рахунок застосування технології гарячого формування з подальшим витримуванням суміші до досягнення необхідної пластичної міцності, а також введення добавки-прискорювача строків тужавлення – портландцементного клінкеру.

Виходячи з функціонального призначення матеріалу, особливий інтерес при розробці складів жаростійкого газобетону викликає дослідження можливості отримання матеріалів з широким діапазоном значень середньої густини та, відповідно, теплофізичних властивостей, при одночасному забезпеченні необхідних механічних та термомеханічних характеристик. Аналіз результатів попередніх досліджень дозволив зробити висновок щодо доцільності керування цими властивостями шляхом підбору оптимального співвідношення між технологічними параметрами, які відіграють головну роль у структуроутворенні газобетону на основі лужних алюмосилікатних зв’язуючих: вмістом наповнювача та добавки – регулятора процесів структуроутворення (портландцементного клінкеру), а також водовмісту суміші.

Для виготовлення газобетону було взято склади жаростійких композицій в двох принципово відмінних системах (табл. 1) : “зв’язуюче на основі метакаоліну – зола-винесення як наповнювач” та “зв’язуюче на основі золи-винесення – мелений шамот як наповнювач”. Виходячи з того, що вид золи принципово не впливає на процеси структуроутворення та властивості композицій в кожній із зазначених систем, для подальших досліджень було відібрано по одній з розроблених композицій з кожної системи, а саме: “зв’язуюче на основі метакаоліну – зола Трипільської ДРЕС як наповнювач” та “зв’язуюче на основі золи-винесення Бурштинської ДРЕС – мелений шамот як наповнювач”. На основі цих складів було виготовлено зразки газобетону за литтьовою технологією із застосуванням відповідних технологічних засобів.

Дослідження було