Жаростійкий газобетон на основі лужного алюмосилікатного зв’язуючого

Як свідчить аналіз отриманих результатів, час тверднення газобетону в обох системах залежить головним чином від вмісту клінкеру, що підтверджує доцільність його застосування як прискорювача строків тверднення газобетону на основі лужних алюмосилікатних зв’язуючих. Водночас всі інші властивості газобетону на основі системи “зола – шамот” визначаються насамперед водотвердим відношенням, засвідчуючи про високу чутливість такої системи до зміни водовмісту, що проявляється зокрема у широкому діапазоні значень середньої густини в рамках експерименту в даній системі (335…1187 кг/м3) у порівнянні з аналогами в системі “метакаолін – зола” (416…661 кг/м3), в якій середня густина та усадка залежать в основному від вмісту клінкеру, а коефіцієнт конструктивної якості та залишкова міцність – від вмісту наповнювача. Порівнюючи властивості газобетонів в різних системах, слід зазначити, що матеріали системи “метакаолін – зола” у порівнянні з аналогами системи “зола -шамот” характеризуються більш короткими строками тверднення та більш високою міцністю після пропарювання, але погіршеними термомеханічними властивостями: низькою залишковою міцністю після випалювання та більш високою усадкою. В ході досліджень отримано матеріал, що характеризуються середньою густиною 300…1100 кг/м3, міцністю при стиску до 15, 8 МПа, коефіцієнтом конструктивної якості до 140 (в установчих експериментах – до 179), міцністю при стиску після випалювання до 22, 1 МПа, залишковою міцністю до 570% та усадкою в межах 0, 82…5, 73%.

На основі побудованих експериментально-статистичних моделей розроблено склади жаростійких газобетонів марки D500 за середньою густиною, класу И8 за граничною температурою застосування та марки Т220…Т225 за термостійкістю, що характеризуються міцністю при стиску 0, 6…2, 1 МПа, залишковою міцністю після випалювання при 800ºС 75…537%, усадкою після випалювання в межах 0, 94…1, 97% та термостійкістю 24…34 повітряних теплозміни.

Формування структури жаростійкого газобетону на основі лужного алюмосилікатного зв’язуючого проходить у дві стадії. На першій стадії при застосуванні низькотемпературної теплової обробки утворюється ніздрювата макроструктура матеріалу та міцна первинна мікроструктура, основу якої складають цеолітоподібні сполуки. Друга стадія структуроутворення відбувається в процесі експлуатації матеріалу при першому нагріванні виробів до робочої температури. На цій стадії макроструктура матеріалу майже не змінюється, а основа мікроструктури – гідратні новоутворення – перекристалізовуються на безводні без зміни об’єму і, відповідно, без руйнування каркасу. Дегідратація новоутворень при температурах до 600ºС призводить до незначного за амплітудою та плавного за характером зниження міцності конгломерату, а їх перекристалізація в діапазоні температур 600…800ºС супроводжується збільшенням міцності, особливо різким для зв’язуючих на основі золи-винесення, а також зростанням усадки матеріалу (до 2%). Подальше нагрівання газобетону до температури 1000ºС, не викликаючи руйнування структури, призводить до подальшого зростанням усадки, особливо композицій на основі метакаоліну, що обмежує діапазон застосування розроблених складів матеріалу температурою 800ºС. Відсутність значних спадів міцності при нагріванні обумовлює високу термостійкість матеріалу.

У порівнянні з іншими матеріалами, що традиційно застосовують для теплової ізоляції устаткування з робочою температурою до 800ºС, розроблений жаростійкий газобетон характеризується в 2…5 разів більшою абсолютною та в 5…14 разів вищою залишковою міцністю після випалювання, в 1, 5…4, 9 разів кращою термостійкістю (рис. 2), а також меншою енерго- та ресурсоємністю, що відкриває можливість зниження середньої густини і, відповідно, товщини футерівки при збереженні її несучої здатності та теплозахисних властивостей.

В п’ятому розділі наведено результати дослідно-промислового впровадження жаростійкого газобетону на основі лужного алюмосилікатного зв’язуючого для теплоізоляції фрагментів футерівки скловарної печі Київського склотарного заводу загальною площею 5 м2. Максимальна робоча температура на внутрішній поверхні жаростійкого газобетону становила до 700С. Після розігрівання до робочої температури не виявлено деформування або інших ознак руйнування виробів, що підтверджує можливість використання запропонованого безвипалювального жаростійкого газобетону як альтернативу легким вогнетривам аналогічної середньої густини, в тому числі при гарячих ремонтах високотемпературного устаткування. Економічний ефект від застосування жаростійкого газобетону становив 2830, 73 грн/м3 матеріалу.

 

На підставі аналізу літературних джерел встановлено, що вирішення актуальної для економіки України проблеми покращання теплоізоляції високотемпературного устаткування можливе за рахунок заміни енергоємних штучних легких вогнетривких виробів жаростійкими ніздрюватими бетонами, найбільш перспективним в’яжучим для виробництва яких є лужне алюмосилікатне зв’язуюче.

Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено подібність процесів гідратаційно-дегідратаційного структуроутворення лужних алюмосилікатних зв’язуючих на основі метакаоліну та золи-винесення, що обумовило можливість створення жаростійких матеріалів на основі таких зв’язуючих при використанні алюмосилікатних компонентів різного походження.

Встановлено взаємозв’язок між компонентним складом зв’язуючих, умовами термообробки, фазовим складом новоутворень після гідратації та дегідратації та властивостями жаростійкого штучного каменю на основі лужних алюмосилікатних зв’язуючих в системі Na2O-Al2O3-SiO2-H2O. Показано,