Легкий огнеупорный бетон Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ.2005. № 2

грунта и ликвидация просадочных свойств, но и наличие в уплотнённом основании горизонтальных технологических напряжений. Их величина пропорциональна степени расширения сваи. При применении шнековой технологии горизонтальные напряжения будут больше, чем в случае формирования скважины пробивкой или раскатыванием.

Горизонтальные технологические напряжения, превышающие горизонтальную составляющую бытовых напряжений в грунте такой же плотности, появляются и в насыпях, уплотнённых путём трамбования или укатки. В тех случаях, когда предельное состояние грунтового сооружения возникает от действия вертикально направленных сил, наличие горизонтальных технологических напряжений можно отнести в запас надёжности. Но следует непосредственно учитывать эти силы в расчётах грунтовых сооружений, так как это сблизит прогнозируемые и реальные напряжения и деформации.

Литература

1. Драновский А.Н. Предельное давление на стенки цилинд-

рической скважины // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1980. № 5. С. 22-25.

2. Свайные фундаменты и заглублённые сооружения при реконструкции действующих предприятий / Е.М. Пер-лей, В.Ф. Раюк, В.В. Беленькая, А.Н. Алмазов. Л., 1989.

3. Мишаков В. А., Раюк В.Ф. Исследование и расчёт несущей

способности инъекционных грунтовых анкеров // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1989. № 2. С. 6-8.

4. Столяров В.Г. Реконструкция и строительство городов Северного Кавказа: устройство грунтовых и бетонных свай шнековым способом в просадочных грунтах // Реконструкция исторических городов и геотехническое строительство: Тр. Междунар. конф. по геотехнике, по-свящённой 300-летию Санкт-Петербурга, 17-19.09.2003 г. Т 2. С 217-222.

5. Григорян А.А. Несущая способность кустов свай в просадочных грунтах // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1996. № 1. С. 22-25.

Северо-Кавказский государственный технический университет, г. Ставрополь 13 октября 2004 г.

УДК 691.32: 620.169.1

ЛЕГКИЙ ОГНЕУПОРНЫЙ БЕТОН

© 2005 г. В.А. Перфилов

Лёгкие огнеупорные бетоны, применяются в качестве футеровочных материалов для конструкций теплотехнических зданий и сооружений. Однако основными недостатками многих из них являются невысокая прочность и трещиностойкость при больших значениях плотности, а также высокая стоимость их изготовления с учетом тепловой обработки.

При разработке нового состава легкого огнеупорного бетона ставилась задача повышения прочностных свойств, а также трещиностойкости при сравнительно небольшой плотности и сокращения сроков твердения без применения тепловой обработки.

Известен легкий огнеупорный бетон, изготовленный из сырьевой смеси, включающей ортофосфорную кислоту 60 %-й концентрации, алюминиевую пудру, глиноземистый шлак, керамзит и отработанную серную кислоту 72-74 %-й концентрации [1]. Недостатками полученного состава бетона являются невысокая прочность при больших значениях плотности из-за применения в качестве наполнителя малопрочного и относительно тяжелого керамзита фракции 0-5 мм.

Для повышения прочности и трещиностойкости, а также снижения плотности свежеотформованных изделий при утилизации отходов и сохранении времени отверждения были подобраны составы бетонной смеси, включающие алюминиевую пудру, ортофос-

форную кислоту 60 %-й концентрации, глиноземистый шлак и дополнительно содержащие сернокислый шлам и вспученный вермикулит при следующем соотношении компонентов (% по массе): алюминиевая пудра 3-4, указанная ортофосфорная кислота 22-25, глиноземистый шлак 40-42, сернокислый шлам 12-14, вспученный вермикулит 15-23.

Сернокислый шлам представляет собой продукт, образующийся травлением окалины при производстве стальных труб серной кислотой с последующей нейтрализацией известняком. Полученный при этом отход в виде шлама не находил применения и в больших количествах (5-10 т в год) вывозился в отвал, ухудшая экологическое состояние в регионе. Химический состав шлама включает: Бе203 - 10-15%; MgO - 3-5%; 8102 - 7,3%; Са804 - 25-30%; Сг203 - 1%; СаБ2 -25-30% и др. Содержание в шламе оксидов 81, Сг, Mg и Бе является положительным фактором для применения в огнеупорных смесях, так как фосфатные системы Н3Р04 с этими катионами обладают высокими прочностными и огнеупорными свойствами.

Содержащийся в шламе сернокислый кальций (до 30 %) взаимодействует с ортофосфорной кислотой по реакции:

Н20

Са804 + Н3Р04 ^ Са3(Р04)2 + Н2804.

ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИМ РЕГИОН.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ.2005. № 2

В результате образовавшаяся серная кислота вступает в реакцию с находящейся в смеси алюминиевой пудрой

Н20

Н28 04 + А1 ^ А12 (804)3 + Н2Т + Оккал Н20

I

А1(0Н)3

Образовавшиеся соединения А12(804)3, А1(0Н)3, а также полученные в результате аналогичного взаимодействия алюминиевой пудры с ортофосфорной кислотой А1(Н2Р04)3 обеспечивают быстрый набор прочности.

Снижение плотности полученных изделий происходит за счет выделения водорода и применения вспученного вермикулита фракции 0-5 мм, который отличается по сравнению с керамзитом меньшей в 2-3 раза плотностью при сохранении высоких огнеупорных свойств.

При указанных соотношениях компонентов, наличии в сернокислом шламе оксидов Са, Ре, Сг, М^ и 81, активно взаимодействующих с ортофосфорной кислотой и повышающих прочность и огнеупорность, а также вспученного вермикулита подобранные составы легких огнеупорных бетонов позволяют активно утилизировать отходы производств алюминия и стальных труб с одновременной экономией энергетических ресурсов в связи с отсутствием затрат на термическую обработку бетона.

Сырьевую смесь готовят в следующей последовательности. К сернокислому шламу добавляют орто-фосфорную кислоту 60 %-й концентрации в количестве 30 % от общего объема и полученную смесь перемешивают в течение 1-2 мин. Алюминиевую пудру, глиноземистый шлак и вспученный вермикулит фракции 0-5 мм перемешивают до однородной массы. Подготовленные смеси сернокислого шлама и орто-фосфорной кислоты, а также алюминиевой пудры, глиноземистого шлака и вспученного вермикулита соединяют и затворяют оставшимся количеством (70 %) ортофосфорной кислоты. Полученную смесь перемешивают до начала тепловыделения и формуют в изделие.

Были проведены экспериментальные исследования подобранных составов легкого огнеупорного бетона и определены его основные физико-механические свойства в сравнении с известным составом бетона [1]. Параметры трещиностойкости определялись по стандартной методике с получением силового критерия механики разрушения - критического коэффициента интенсивности напряжений К1с [2].

Подобранные составы легкого огнеупорного бетона при указанных соотношениях входящих в них компонентов по сравнению с известным составом [1] при одинаковом времени отверждения обеспечивают повышение прочности на 60-68,7 % при уменьшении плотности на 6-13 % (табл. 1).

Таблица 1

Физико-механические свойства разработанных составов легкого огнеупорного бетона в сравнении с известным составом [1

Свойства Известный состав [1] Состав

1 2 3

Время отверждения, мин 25-30 28 30 30

Прочность при сжатии, МПа 1,38-1,95 2,2 2,7 3,2

Средняя плотность, г/см3 0,61-0,68 0,53 0,58 0,64

Критический коэффициент интенсивности напряжений, МПа-м0'5 0,49 0,54 0,6 0,63

Огнеупорность, ° С 1500 1580 1580 1580

Таким образом, использование предлагаемых составов бетона позволит повысить огнеупорные свойства при увеличении прочности и трещиностойкости, снижении плотности, улучшить экологическую обстановку и снизить стоимость за счет использования неутилизированных отходов производства и отсутствия затрат на термическую обработку при формовании изделий.

Литература

1. Пат. 2102357 РФ С 04 В 28 / 34. Сырьевая смесь для производства легкого огнеупорного бетона / А.Ф. Жарков, Ю.С. Агеев, В.А. Перфилов // БИ. 1998. № 2.

2. ГОСТ 29167 - 91. Бетоны. Методы определения характеристик трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении.

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет

9 сентября 2004 г.

УДК 539.3

УСТОЙЧИВОСТЬ ПЛИТЫ Э. РЕЙСНЕРА НА УПРУГОМ НЕВИНКЛЕРОВОМ ОСНОВАНИИ

© 2005 г. В.И. Шумейко

Рассмотрим плиту, имеющую форму ^ и ограниченную цилиндрическим контуром Г, лежащую на упругом трехмерном слое: х,у) < ; 0 < г 1 < Нх. Пусть упругие постоянные слоя Еь уь толщина плиты

Н, ее упругие постоянные Е, V, Б = Н3 Е/12(1-V 2). Торцевые поверхности слоя гладкие, связи удерживающие. Предположим, что плита находится в плоском напряженно-деформированном состоянии от