CC BY
102
УДК 666.974.6
З.А. Мантуров
КАРБОРУНД-ШАМОТ-СИЛИКАТ-НАТРИЕВОЕ КОМПОЗИЦИОННОЕ
ВЯЖУЩЕЕ КАК ОСНОВА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БЕЗОБЖИГОВЫХ ЖАРОСТОЙКИХ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Z.A. Manturov
KARBORUND-CHAMOTTE- SILICATE-SODIUM COMPOSITION KNITTING AS THE BASIS FOR RECEPTION NON-BURNING OF TEMPERATURE-RESISTANT HEAT INSULATING MATERIALS
Теоретическими и комплексными экспериментальными исследованиями выявлена возможность формирования оптимальной структуры композиционного вяжущего из карборунда, шамота и силикат-глыбы за счет прочных контактов в результате окисления карборунда с образованием кремнезема и высокомодульного стекла в результате взаимодействия кремнезема со щелочью.
Экспериментальными исследованиями выявлена возможность получения эффективных безобжиговых жаростойких теплоизоляционных материалов на основе разработанного силикат-натриевого композиционного вяжущего.
Ключевые слова: силикат-глыба, силикат-натриевое композиционное вяжущее, безобжиговые жаростойкие теплоизоляционные материалы
Theoretical and complex experimental researches reveal possibility of formation of optimum structure composite knitting of a carborundum, chamotte and silicates-lumps at the expense of strong contacts as a result of oxidation a carborundum with formation of silicon dioxide and a high-modulus glasses as a result of interaction кремнезема with alkali.
Experimental researches reveal possibility of reception effective non-burning heat-resisting thermal insulation materials on the basis of the composite knitting developed silicate-natrum compositions is revealed.
Keywords: lump of silicate, silicate-sodium composite knitting, non-burning high-temperature heat-insulating materials
Высокая энергоемкость жаростойких материалов, получаемых по традиционной обжиговой технологии диктуют острую необходимость разработки и реализации новых эффективных жаростойких материалов, прежде всего безобжиговых, для высокотемпературной изоляции тепловых агрегатов различного назначения.
Эффективны в этом плане разработанные работами научно-исследовательских организаций большая номенклатура жаростойких бетонов на жидкостекольных композициях с различными свойствами [1]: с температурой применения от 300 до 1700°С, средней плотностью от 500 до 3000 кг/м , стойкостью в некоторых агрессивных средах.
В качестве пористых заполнителей на практике для легких жаростойких бетонов на основе жидкого стекла используют в основном керамзит, вспученные перлит и вермикулит, шлаковую пемзу и заполнители на основе промышленных отходов. Разработаны также жаростойкие ячеистые бетоны на жидкостекольном вяжущем средней плотностью 400-800 кг/м3, которые могут эксплуатироваться, в зависимости от состава, при температурах 800-1200°С. Промышленная проверка показала высокие эксплуатационные показатели этих жаростойких бетонов - при воздействии высоких температур его прочность не только не понижается, но даже в некоторых случаях
Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 23, 2011 4.
-\-
несколько повышается [1]. Кроме того, они дешевле традиционных легковесных огнеупоров в 2-2,5 раза.
Жаростойкие бетоны на жидком стекле по сравнению с бетонами на гидравлических вяжущих экономичны и обладают лучшими физико-механическими свойствами [1, 2]. Однако, эти жаростойкие бетоны содержат 300.. .500 кг жидкого стекла на 1 м бетона, что сопряжено также с достаточно высоким водосодержанием бетонной смеси (300 л и более) и необходимостью введения в шихту значительного количества тонкомолотых огнеупорных добавок и добавок-отвердителей (более 500 кг на 1 м бетона). Кроме этого, оксид натрия №20, являясь сильным плавнем, снижает термомеханические характеристики жаростойкого бетона.
В этой связи определенный интерес представляют многолетние научные исследования, проводимые в Дагестанском государственном техническом университете совместно с МГСУ по применению безобжиговых силикат-натриевых композиций для разработки на их основе жаростойких материалов различного назначения [2, 3]. Производство этих материалов позволяет: исключить энергоемкую операцию получения из силикат-глыбы жидкого стекла, характерного для бетонов на жидком стекле; повысить однородность смеси; улучшить условия формования; снизить количество воды затворения, что обеспечивает существенное повышение когезионной прочности вяжущего.
Использование силикат-глыбы в качестве одного из компонентов композиционного вяжущего открывает широкие перспективы для создания безобжиговых жаростойких материалов и позволяет при правильном подборе других компонентов вяжущего синтезировать материалы по своему химическому и фазовому составам, а также по свойствам аналогичные применяющимся на практике обжиговым огнеупорам. Синтез высокоогнеупорных соединений в данном случае, в отличие от обжиговых огнеупоров, происходит непосредственно в самом тепловом аппарате в процессе первого разогрева и эксплуатации.
Продукты совместного помола (^уд= 2500-3000 см2/г) силикат-глыбы и огнеупорных материалов выполняют роль вяжущих, получивших название силикат-натриевых композиционных вяжущих [2-4]. Вяжущие свойства этих композиций проявляются, главным образом, за счет приобретения безводным силикатом натрия адгезионных свойств, определяющих клеящую способность этого компонента (до 95°С) и когезионной прочностью клеевых контактов (до 200°С), прочность и долговечность которых в свою очередь зависят от условий их образования [2-4].
Свойства этих композиций, приобретенные ими при формовании и последующей низкотемпературной тепловой обработке (до 200°С), могут обеспечить лишь монтажную прочность жаростойкого бетона, а эксплуатационные свойства формируются за счет изменений, происходящих при высоких температурах, которые в свою очередь зависят от вида огнеупорного составляющего, принятого в сочетании с силикатом натрия.
В связи с тем, что носителем основных свойств высокопористых жаростойких материалов являются межпоровые перегородки, полученные на основе различных вяжущих, объектом первоначальных наших исследований явились жаростойкие силикат-натриевые композиции из карборунда, шамота и силикат-глыбы.
В качестве исходных компонентов исследуемых нами жаростойких силикат-натриевых композиционных вяжущих использовались карборунд, шамот из глинистых сланцев Дагестана и натриевая силикат-глыба.
Тонкомолотый шамот, используемый нами в качестве компонента композиционного вяжущего, имел следующий химический состав, масс. %: А1203 - 20.22; 8Ю2 - 64.44; ТЮ2 -0.89; ^Оз - 3.52; СаЮ - 0.31; Mg0 - 0.24; Ыа0 - 0.21; К2О - 1.21; п.п.п. - 8.96.
Технический карбид кремния (карборунд) марки 54С плотностью 3.2 г/см3, используемый нами в качестве одного из компонентов композиционного вяжущего имел следующий химический состав, масс. %: 57С-96.21; £/св-0.4; (А1+Гв) - 1.05; СаЮ - 0.6; Ссв -0.13; &Ю2 - 0.94 (%).
Основным цементирующим компонентом силикат-натревого композиционного вяжущего и жаростойких материалов на его основе является силикат-глыба, которая имела следующий химический состав, масс. %: £Ю2 - 72.00; Ыа20 - 26.50; А1203 - 0.20; ^203 - 0.04; СаЮ - 0.10; Mg0 - 0.07; п.п. - 1.09. Силикатный модуль - 2,8.
С целью более глубокого исследования свойств компонентов композиционного вяжущего нами были проведены также их рентгеноструктурный и дифференциально-термический анализы при различных температурах нагрева.
Рентгеноструктурные исследования проводились с использованием рентгеновского дифрактометра общего назначения ДР0Н-2.0 на отфильтрованном Си излучении рентгеновской трубки БСВ-9 с напряжением на аноде 35 кВ и током 20 мА. Образец и счетчик вращались автоматически в горизонтальной плоскости вокруг общей вертикальной оси с соотношением скоростей: Vcч = 2Vобр, где Vсч - скорость вращения счетчика, град/мин; Vобр - скорость вращения образца, град/мин.
При этом счетчик измеряет интенсивность дифракционной картины в диапазоне 2500 ИМП/сек с постоянной времени РС = 5 сек последовательно под разными углами отражения в интервале углов 20 = 20-60 °С. Идентификация рентгенограмм исследуемых составов осуществлялась при помощи "Рентгенометрической картотеки", издаваемой Американским обществом по испытанию материалов (ASTM).
Дифференциально-термический анализ проводился на приборе "Дериватограф" при скорости нагрева 9°С/мин в интервале температур 20-1400°С. Проведение дифференциально-термического анализа сводился к регистрации степени нагревания системы во времени, эндо- и экзотермических эффектов на дифференциально-термической кривой (ДТА), величины потери массы на термогравиметрической кривой (ТG) и температурных интервалов, соответствующих потере массы на дифференциально-термогравиметрической кривой (DTG).
Данные дифференциально-термического анализа показывают, что разложение минералов сланцевых глин происходит при температуре около 550°С. При температуре обжига 550°С на рентгенограмме отмечается частичное разложение хлорита с образованием гематита, при 800°С пики хлорита еще больше уменьшаются, а количество гематита растет (на что свидетельствует также красная окраска получаемого при обжиге продукта). Удаление адсорбированной воды происходит при 100-170°С , конституционной - при 500-600°С, а разрушение кристаллической решетки - при температуре 800-880°С, что отмечается на термограмме. Обжиг при температуре 1250°С и выше приводит к разложению глинистых минералов с образованием муллита и гематита.
На рентгенограмме обожженных при температуре 900°С сланцевых глин были обнаружены только линии, отвечающие межплоскостным расстояниям кварца А - 4.26; 3.36; 1.82); кристобалита А - 4.10; 2.52; 2.056; 1.78), а также значительное количество аморфного вещества. Линии муллита при этом не были обнаружены. Последнее обстоятельство объясняется тем, что температура получения низкожженного заполнителя
Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 23, 2011 4.
-\-
не превосходит температуру образования муллита. Примеси, ввиду их незначительного количества, на рентгенограммах не были обнаружены.
А на рентгенограмме шамота, который был получен из сланцевых глин обжигом при 1350°С, кроме указанных выше линий кварца, кристобалита и значительного количества аморфного вещества (являющегося весьма активным материалом, легко реагирующим с силикатом натрия с образованием высокомодульного стекла [4, 10]) обнаружены также линии муллита А - 3.42; 3.39; 2.67; 2.54; 2.28; 2.25). Термогравиметрические же исследования данного шамота не выявили каких-либо существенных эффектов.
На рентгенограмме карбида кремния обнаружены только линии, отвечающие межплоскостным расстояниям карбида кремния А - 2.63; 2.51; 2.36; 2.17) и кремнезема (ё, А -1.81; 3.35; 4.26). Ввиду незначительного количества остальных примесных минералов они на рентгенограмме не были обнаружены. Термогравиметрические исследования карбида кремния не выявили также каких-либо существенных тепловых эффектов на дифференциальной кривой. Потеря массы происходила до температуры 1200°С и составляло примерно 0.5%, а с температуры 1200-1400°С происходило прибавление массы до 1%, связанное с процессом окисления.
Рентгеноанализ используемой силикат-глыбы свидетельствовал об отсутствии в ней каких-либо кристаллических модификаций. Анализ дериватограммы силикат-глыбы выявил эндоэффект при 115°С, который объясняется потерей воды, а также возможными а^Р переходами тридимита. Небольшой эндоэффект при 840°С можно объяснить плавлением стеклофазы.
Вначале нами выявлена возможность совместной работы тонкомолотых карборунда (карбида кремния) и силиката натрия (силикат-глыбы) в качестве силикат-натриевого композиционного вяжущего. Приступая к исследованиям, предполагалось, что силикаты натрия будут не только придавать вяжущие свойства исследуемой композиции, но и способствовать уменьшению окисляемости карбида кремния.
Известно, что температура применения карбида кремния во многом определяется его окисляемостью, которая зависит как от условий эксплуатации, так и активизирующей способности добавок, вводимых в карбид кремния в качестве компонента вяжущего. Исследованиям возможности уменьшения окисления, как основного препятствия на пути применения карбидкремниевых огнеупорных изделий, посвящено достаточно много работ [5-9]. Однако эта проблема из-за многогранности влияния минерализующих добавок и среды в заданных условиях эксплуатации остается еще не до конца решенной.
С целью уменьшения окисления карбида кремния в работе [5] в качестве добавки использовали 1,4% СаО, который усиливает окисление SiC в начале процесса, а затем делает процесс менее интенсивным, чем без добавок. В присутствии некоторых стекловидных веществ карбид кремния при 1300°С окисляется воздухом сильнее, чем при их отсутствие [5]. По мере окисления относительное содержание в стекле кремнезема повышается и окисляющее действие стекла снижается. При увеличении содержания в стеклах кремнезема подвижность кислорода в них уменьшается, а следовательно, должно снижаться и их окисляющее действие на карбид кремния [5].
Авторами работ [2, 9], был проведен комплекс исследований по выявлению физико-химических процессов, протекающих в системе «карборунд - силикат натрия». Результаты этих исследований использованы нами, в частности, при рассмотрении вероятности тех или иных физико-химических процессов, происходящих в системе «карборунд - силикат натрия - вода».
А-
Затворение водой данной композиции из карборунда и силикат-глыбы и процесс тепловой обработки при температуре около 90°С, как известно [2, 4, 10, 11], сопровождается диссоциацией растворенной части силикат-глыбы с образованием кремниевой кислоты и щелочи. Щелочь вступает во взаимодействие с тонкоизмельченным карборундом, образуя жидкое стекло:
2SiC + 4NaOH + nH2O = 2Na2OmSiO2 + 2Ш + (П^Щ^.
На возможность взаимодействия карборунда ^¡С) и щелочи (NaOH) с образованием силиката натрия при относительно низких температурах указано в работе М.А. Матвеева [11].
Таким образом, с одной стороны, кремниевая кислота, образованная в результате растворения силикат-глыбы, склонна к гелеобразованию; с другой стороны, выделившаяся при диссоциации обводненного силиката натрия щелочь, взаимодействуя с карбидом кремния, образует дополнительное количество силиката натрия. При обезвоживании композиции в процессе нагревания на зернах карборунда образуются пленки из кремнезема и силиката натрия. При этом силикат натрия характеризуется более высоким силикатным модулем. О возможности образования при окислении на поверхности зерен карборунда таких пленок отмечается И.С. Кайнарским в работе [6]. Последнее связано со значительным увеличением объема, что позволяет предположить образование сплошных пленок на зернах карборунда. По утверждениям авторов [5- 6, 1213] пленка может быть чисто кремнеземистой, и в этом случае она при высоких температурах кристобалитовая. Если же в системе присутствуют оксиды, то пленка силикатная. Защитное действие силикатных пленок зависит от кристаллизационной способности того или иного силиката, близости коэффициентов термического расширения карборунда и пленки, угла смачивания и т.д. [5].
Приступая к исследованиям, мы исходили из возможности увеличения содержания кремнезема, получаемого как из продуктов гидролиза силикат-глыбы, так и при частичном разложении поверхности тонкомолотых частиц карборунда [4-6, 9]. Известно [2-4], что увеличение кремнеземистого модуля силикат-глыбы от 2,5 до 3,3 повышает огнеупорность композиционного вяжущего на 300°С при незначительном уменьшении его прочности.
При проведении предварительных исследований композиция готовилась нами путем совместного помола карборунда и силикат-глыбы до удельной поверхности 3000см 2/г, взятых в соотношении 80:20 (% по массе карборунд:силикат-глыба). Изготовленные методом виброформования с пригрузом образцы размером 7,07x7,07x7,07см композиционного вяжущего подвергались тепловой обработке по режиму: подъем температуры до 90°С - 1ч, выдержка при 90°С - 3ч, подъем до 200°С - 1ч, выдержка при 200°С - 2ч, охлаждение до 20°С. При этом средняя прочность при сжатии данной серии образцов имела значение около 40 МПа.
Следует отметить, что свойство этой композиции, приобретенное им при формовании и последующей низкотемпературной тепловой обработке (до 200°С), может обеспечить лишь монтажную прочность жаростойкого бетона. Эксплуатационные свойства этих бетонов формируются за счет изменений, происходящих в композиционных вяжущих при высоких температурах. Поэтому нами изготавливалась другая часть образцов в виде цилиндров д=25мм и высотой h=65мм для испытания на прочность в нагретом состоянии при различных температурах. Результаты этих термомеханических испытаний образцов из карборунд-силикат-натриевой композиции приведены ниже (см. рис.). Графический анализ результатов испытаний образцов из этой композиции
показывает неудовлетворительную прочность их при температурах выше температуры начала размягчения силикат-глыбы с модулем 2,8-3,0 (760-800°С). Так, прочность образцов при температуре 800°С составляет всего 0,4-0,8 МПа. Затем в интервале температур 1000-1200°С за счет взаимодействия продукта частичного окисления тонкодисперсного карборунда с силикатом натрия прочность образцов несколько повышается до 0,8-1,0 МПа.
50
й
К 40
к к
ё *
о
к а с
Л
н о о К сг о
¿р 10
30
20
N _ —-< ► 1
\ \
3 1 V
г - ■ - -1 . " - \ \ к « * \
1 \\ и * \ *
* 1 \ 1 ► — з 1 — - н =н г 1
200 400 600 800 1000 Температура, °С
1200
Композиционное вяжущее состава 80:20 ■ То же, состава 80:15
■ А - То же, состава 80:10
Карборунд-шамот-силикат-натриевое композиционное вяжущее состава 30:55:15
0
Рис. Зависимость прочности композиционного вяжущего от состава и температуры нагрева
Так как на термомеханические свойства композиционного вяжущего, главным образом, влияет содержание силикат-глыбы в ней, нами были изготовлены еще две серии таких же образцов с содержанием силикат-глыбы соответственно 10 и 15 % по массе. Результаты испытаний этих образцов, приведенные на рисунке, показывают также неудовлетворительную прочность в указанном выше интервале температур. В связи с этим возникает необходимость в добавлении третьего компонента в состав вяжущего.
В качестве третьего компонента из анализа литературы по этому вопросу [4-5, 9, 11 и др.] принят шамот, который при этих температурах должен образовать высокотемпературные соединения. Образование высокотемпературных соединений
А-
подтверждается проведенными нами термомеханическими исследованиями трехкомпонентного композиционного вяжущего.
Для выявления оптимального содержания силикат-глыбы в трехкомпонентном композиционном вяжущем (карборунд-шамот-силикат-глыба) и соотношения карборунд: шамот, % по массе, нами было проведено двухфакторное квадратичное планирование эксперимента. Матрица планирования и результаты опытов приведены в табл. 1. Испытания проводились на образцах в виде цилиндров 25мм, h=65мм) как в нагретом состоянии, так и при обычной температуре. Такое решение по выбору образцов принято для того, чтобы можно было сравнить эти результаты.
В качестве независимых факторов были приняты: Х1 - содержание силикат-глыбы в композиционном вяжущем, % по массе; Х2 - отношение массы карборунда к массе шамота в трехкомпонентном вяжущем (К/Ш). Критериями оптимизации являлись: Y1 - прочность на сжатие после сушки., МПа; Y2 - то же, в нагретом состоянии, МПа.
Таблица 1.
Матрица планирования и результаты опытов
Матрица планирования Параметры оптимизации, прочность на сжатие
№ опыта Кодированные переменные Натуральные переменные
отношение карборунд: шамот (К/Ш) содержание после сушки, МПа в нагретом
х1 х2 силикат-глыбы состоянии при 1200°С, МПа
1 + + 2,0 20 38,2 0,9
2 + - 2,0 10 20,9 1,8
3 - + 0,5 20 24,3 1,0
4 - - 0,5 10 16,2 2,1
5 + 0 2,0 15 30,2 1,2
6 - 0 0,5 15 18,0 1,7
7 0 + 1,0 20 32,4 2,6
8 0 - 1,0 10 20,2 6,3
9 0 0 1,0 15 29,7 4,4
10 0 0 1,0 15 29,2 4,2
11 0 0 1,0 15 28,8 4,5
Нами составлена программа расчета на ЭВМ коэффициентов уравнений, описывающих свойства жаростойкого керамзитобетона методом наименьших квадратов, а также проверки соответствия (адекватности) полученных уравнений опытным данным. Такая проверка была необходима, так как вид зависимости был заранее неизвестен и выбирался по возможности простым.
Линейная модель оказалась неадекватной, т.е. сходимость между расчетными и экспериментальными данными недостаточная. При использовании нелинейной модели второго порядка по показателям прочности на сжатие после сушки и в нагретом состоянии при 1200°С получена достаточная сходимость между расчетными и экспериментальными данными, поэтому нами для дальнейших расчетов принята модель второго порядка.
Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 23, 2011 4. -\-
Уравнения регрессии в виде полиномов второго порядка, которые были нами получены после отбрасывания незначимых коэффициентов принимают следующий вид (кодированные переменные):
для прочности после сушки
Ух = 28,46 + 5,13х1 + 6,27x2 + 2,3х^ - 3,18x12
для прочности в нагретом состоянии при 1200°С
У2 = 4,39 - 0,95x2 - 2,96x12.
С помощью этих уравнений регрессии были построены графические зависимости прочностей после сушки и в нагретом состоянии от содержания силикат-глыбы при различных соотношениях карборунд:шамот (К/Ш), которые в связи с ограниченности объема нами здесь не приводятся. Анализ этих графических зависимостей выявил, что наиболее рациональным составом карборунд-шамот-силикат-натриевого
композиционного вяжущего является состав 85:15 - (карборунд+шамот):силикат-глыба, % по массе. Состав двухкомпонентной смеси карборунд+шамот принят нами 35:65 (карборунд:шамот, % по массе). Таким образом, нами в качестве трехкомпонентного композиционного вяжущего выбран состав 30:55:15 (карборунд:шамот:силикат-глыба), прочностью на сжатие после сушки 30-32 МПа, а в нагретом состоянии при 1200°С -более 5 МПа (см. рис.).
Следует отметить, что по данным [6] А1203 вызывает увеличение объема карборундовых изделий за счет реакции образования муллита из SiO2 и А1203, являясь, по их мнению, вредной примесью. В нашем случае эти деформации могут компенсироваться усадочными деформациями низкожженного (при 900°С) шамотного заполнителя из сланцевых глин при использовании его в жаростойких материалах на основе исследуемых нами композиционных вяжущих.
Для установления возможности применения выбранного нами силикат-натриевого композиционного вяжущего при высоких температурах эксплуатации, кроме проведенных выше термомеханических испытаний, нами были определены также огнеупорности этого вяжущего при различном содержании силикат-глыбы в нем, результаты которых приведены в табл. 2.
Таблица 2.
Огнеупорность карборунд-шамот-силикат-натриевого вяжущего
№ Компоненты вяжущего, % по массе Огнеупорность, °С
опыта Карборунд+шамот (1:1) Силикат-глыба
1 95 5 Более 1700
2 90 10 1700
3 85 15 1680
4 80 20 1620
Таким образом, теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что формирование оптимальной структуры исследуемого трехкомпонентного композиционного вяжущего может быть осуществлено за счет образования прочных контактов, образуемых в результате окисления карборунда с
А-
образованием кремнезема и взаимодействия его со щелочью с образованием высокомодульного стекла.
При этом в начальный период (в процессе сушки и первого разогрева) образуются, главным образом, силикатные связки, а при рабочих температурах превалирует окисление карборунда с образованием кремнеземистых связок.
Формирование омоноличивающих новообразований в структуре материала из силикат-натриевых композиций принципиально отличаются от образования связующей пленки из традиционных вяжущих веществ (цементы, жидкое стекло и др.) и поэтому связка из безводного силиката натрия характеризуется более высокой прочностью и клеящей способностью (3-5 раз выше чем у традиционных вяжущих). Это может обеспечить повышенную прочность межпоровых перегородок в высокопористой структуре теплоизоляционного материала на основе силикат-натриевых композиционных вяжущих.
Обобщая результаты проведенных нами теоретических и экспериментальных исследований, было сделано предположение о возможности разработки безобжиговых жаростойких теплоизоляционных материалов на основе карборунд-шамот-силикат-натриевого композиционного вяжущего с высокими термомеханическими показателями.
Проведенные нами предварительные комплексные исследования выявили возможность получения на основе разработанного композиционного вяжущего безобжиговых жаростойких пено-силикат-натриевых теплоизоляционных материалов с повышенными эксплуатационными и технико-экономическими показателями, а также зернистого безобжигового теплоизоляционного материала, пригодного как для засыпной теплоизоляции, так и в качестве заполнителя для легких жаростойких бетонов.
Разработаны жаростойкие теплоизоляционные пеноматериалы на исследуемом силикат-натриевом композиционном вяжущем средней плотностью 400-900 кг/м3, прочностью на сжатие после сушки 2,0-5,0 МПа температурой начала деформации 1100-1400°С, термостойкостью 5-20 теплосмен (1000°С- воздух). С использованием разработанного карборунд-шамот-силикат-натриевого композиционного вяжущего получены эффективные гранулированные насыпные безобжиговые жаростойкие материалы с насыпной плотностью 400-1000 кг/м .
При этом формирование высокопористой структуры пенокомпозиции, используемой для этих теплоизоляционных материалов, складывается из таких процессов как: придание вяжущих свойств силикат-натриевой композиции путем обводнения его с предварительным нагревом до 90°С и одновременным перемешиванием в течение около 6 минут; введение пены в охлажденную до комнатной температуры высоковязкую жидкостекольную композицию для получения устойчивой пеномассы; окончательное упрочнение полученной высокопористой структуры низкотемпературной обработкой до 200 °С по определенному режиму.
Кроме того были проведены также исследования и получены положительные результаты по повышению термомеханических характеристик разработанных безобжиговых жаростойких теплоизоляционных материалов путем армирования различными волокнами (муллитокремнеземистое, синтетические и др.). Дисперсное армирование разработанных безобжиговых теплоизоляционных материалов позволяет получить изделия с термостойкостью в несколько раз выше значений для традиционных легковесных огнеупоров и существенно повысить также прочностные показатели.
Таким образом, в результате выполненных комплексных исследований была разработана эффективная безобжиговая технология жаростойких теплоизоляционных
Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 23, 2011 4.
-\-
изделий из карборунд-шамот-силикат-натриевых композиционных вяжущих, получаемых пеновым способом и гранулированного сыпучего безобжигового теплоизоляционного материала на основе силикат-натриевых композиций, которая может быть использована в качестве заполнителя для легких жаростойких бетонов.
Опытно-промышленное апробирование разработанной безобжиговой технологии жаростойких теплоизоляционных изделий и гранулированного сыпучего теплоизоляционного материала прошла апробацию в условиях действующего цеха по производству пенобетонных изделий ЗАО ОНПП.
Библиографический список
1. Новое в технологии жаростойких бетонов/ под ред. К.Д. Некрасова.-М.: НИИЖБ Госстроя СССР, 1981. -110 с.
2. Жаростойкие бетоны на основе композиций из природных и техногенных стекол/ Горлов Ю.П. и др.. -М.: Стройиздат, 1986. -144с.
3. Тотурбиев Б.Д. Силикат-натриевые композиции для жаростойких бетонов / Бетон и железобетон. -1985. -№ 10. -С. 5-7.
4. Тотурбиев Б.Д. Строительные материалы на основе силикат-натриевых композиций. -М.: Стройиздат, 1988. -208с.
5. Гнесин Г.Г. Карбидкремниевые материалы.- М.: Металлургия, 1977.- 216с.
6. Кайнарский И.С., Дегтярева Э.В. Карборундовые огнеупоры.- Харьков: Металлургия, 1963.- 252с.
7. Кайнарский И.С., Дегтярева Э.В. Окисляемость карборундовых огнеупоров.-Огнеупоры, 1960, №2, с. 77-84.
8. Easier T.E. Распределение прочности карбида кремния после окисления под нагрузкой. American Ceramic Sosiety Journal, 1981, т. 64, №12, с. 731-734.
9. Гусейнов З.Т. Мелкозернистый жаростойкий карбидкремниевый бетон на силикат-натриевом композиционном вяжущем: Дис. ... канд. техн. наук.- М., 1986.- 193 с.
10. Айлер Р. Химия кремнезема: Пер. с англ.-М.: Мир, 1982. Ч. 1-2.- 1127 с.
11. Матвеев М.А. Растворимость стеклообразных силикатов натрия.- М.: Промстройиздат, 1957.- 95с.
12. Suzuki H. Ceram. Assoc. Japan. 1959, 221.
13. Ensley Y., Frechette V.D. Microscopy of Ceramis am cements, 1955.
