CC BY
75
УДК 666.974
ЖАРОСТОЙКИЙ ФОСФАТНЫЙ ГАЗОБЕТОН С ДОБАВКАМИ ОТХОДОВ ОГНЕУПОРНОГО ВОЛОКНА
B.A. Абызов, O.A. Клинов
HEAT-RESISTANT PHOSPHORIC EXPANDED CONCRETE WITH THE ADDITION OF WASTE HEAT-RESISTING FIBER
V.A. Abyzov, O.A. Klinov
Рассматриваются вопросы совершенствования жаростойких бетонов на фосфатных связках. Показано, что добавка огнеупорного волокна приводит к получению материалов с особыми свойствами.
Ключевые слова: жаростойкие бетоны, фосфатные связующие, ячеистые бетоны, теплоизоляция, огнеупорное волокно, промышленные отходы.
The issues of improving heat-resistant concretes with phosphate binders are consi-dered.It is shownthat the addition of fire resistant fibersleads to obtainingof thematerials with specialproperties.
Keywords: heat-resistant concrete, phosphate binders, aerated concrete, heat insulation, fire resistant fibers, industrial waste.
Одной из наиболее эффективных разновидностей теплоизоляционных материалов, предназначенных для эксплуатации в области температур 1400...1600 °С, является жаростойкий фосфатный газобетон, получаемый методом самораспростра-няющегося экзотермического синтеза [1, 2]. Данный материал твердеет без термообработки, отличается высокой температурой применения и термической стойкостью (15.25 воздушных тепло-смен).
Вопросы повышения качества и снижения себестоимости жаростойкого фосфатного газобетона в последнее время приобрели большую актуальность [1, 3, 5]. Это вызвано рядом причин: ростом цен на ортофосфорную кислоту (ОФК) и фосфатные связующие (ФС), потребностью в бетонах с плотностью менее 500 кг/м3 и бетонах со специальными свойствами. Кроме того, часто возникает необходимость транспортировки изделий из бетона на большие расстояния, в связи с чем необходима повышенная прочность на изгиб.
Поэтому значительный интерес представляет введение небольших количеств волокна в жаростойкий тяжелый и особенно - в жаростойкий ячеистый фосфатный газобетон. Для газобетона важны как снижение средней плотности, так и повышение предела прочности при изгибе. В фосфатном цементном камне взаимодействие волокна со связующим приведет к повышению прочности сцепления между ними.
Известен опыт использования асбестового волокна в фосфатных материалах, но полученные материалы имеют невысокие температуры применения. Наилучшими свойствами обладают фос-
фатные бетоны на ФС, содержащих фосфаты хрома и алюминия. При взаимодействии муллитокремнеземистого волокна с ОФК трехвалентные катионы А13+, Сг3+ будут образовывать фосфорнокислые соединения, отличающиеся высокой огнеупорностью [3-6]. Трехвалентные катионы не искажают кристаллическую решетку фосфатных соединений и повышают прочность фосфатного цементного камня [5].
Нами была исследована возможность получения ФС на основе ОФК и отходов муллитокремнеземистого волокна. Высокая реакционная способность такого волокна по отношению к ортофос-форной кислоте обусловлена составом волокна, которое состоит из алюмосиликатного стекла. Большей активностью отличается хромсодержащее волокно. С целью удаления с поверхности волокна замасливателя, его предварительно подвергали термообработке. Так как обжиг может вызывать кристаллизацию волокна, изучалось влияние температуры термообработки на реакционную способность волокна. Установлено, что наилучшие результаты дает обжиг при 400.600 °С. Повышение температуры обжига до 800 °С вызывает кристаллизацию волокна и резко снижает его реакционную способность.
Получено алюмосиликофосфатное связующее (АСФС) со степенью замещения 0,25 и 0,5. Такое АСФС отличается тем, что содержит некоторое количество ультрадисперсных фрагментов муллитокремнеземистого волокна, находящихся во взвешенном состоянии.
Наиболее активно взаимодействует с кислотой муллитокремнеземистое хромсодержащее во-
38
Вестник ЮУрГУ, № 35, 2011
Абызов В.А., Клинов О.А.
Жаростойкий фосфатный газобетон с добавками отходов огнеупорного волокна
локно, в этом случае степень замещения АСФС может быть выше, чем при использовании обычного муллитокремнеземистого волокна - до 0,3 .0,4.
Газобетон на основе АСФС с примесями муллитокремнеземистого волокна отличается повышенной прочностью на изгиб (на 10.15 % против газобетона на основе обычной АФС). Введение в состав смеси отходов муллито-кремнеземистого волокна в виде гранул позволяет снизить среднюю плотность до 350.400 кг/м3, предел прочности при сжатии после сушки составляет 0,5 МПа. Газобетон на основе корунда и отходов нефтехимии -отработанного катализатора ИМ 2201 (диалюминия триоксид с примесью дихромоксида) имеет температуру применения до 1500 °С.
Методами физико-химического анализа (де-риватография, рентгено-фазовый анализ) был исследован состав цементного камня в затвердевшем фосфатном газобетоне на АСФС, а также изменение его в процессе нагрева. Установлено, что процессы могут быть описаны следующей схемой:
Аморфные гидрофосфаты алюминия и кремния + + А1 + А1(Н2Р04)3 І110°С
Аморфные гидрофосфаты алюминия и кремния + + А1(Н2Р04)3 + А1 Р04 (берлинит) + А1 І300 °С
Аморфные продукты дегидратации +
+ А1 Р04 (берлинит) + А1(Н2Р04)3 + А1(Р03)3 (В) + + А1 Р04 (кристобалитового типа) + А1 І560 °С
А1(Р03)3 (В) + А1Р04 (берлинит)+ БіР207 + А1 І700 °С
А1(Р03)3 (В) + А1 Р04 (кварцевого типа) + А1 Р +
+ БіР207 + А1 (остаточный)
І1000°С
А1(Р03)3 + А1Р04 (тридимитового типа) +
+ БіР 2О7 + а-А1203 І1300°С
А1Р04 (кристобалитового типа) + а-А1203 +
+ БіР 2О7
Таким образом, после обжига в цементном камне формируются стабильные, высокоогнеупорные соединения.
При ремонтах печей предприятий промышленности строительных материалов образуется значительное количество отходов муллитокремнеземистого волокна - муллитокремнеземистых плит, являющихся потенциальным сырьем для получения волокнистого заполнителя. Использование заполнителя фракции 5.10 мм из боя муллитокремнеземистых плит позволяет получить фосфатный газобетон с пониженной средней плотностью - 400 кг/м3, в то время как традиционный газобетон обычно имеет средние плотности 500 кг/м3 и более.
Литература
1. Абызов, В.А. Жаростойкий газобетон на основе алюмомагнийфосфатного связующего и высокоглиноземистых промышленных отходов: автореф. дис. ... канд. техн. наук / В.А. Абызов. -Пермь, 2000. - 21 с.
2. Абызов, В.А. Ячеистые жаростойкие материалы на основе промышленных отходов /
B.А. Абызов // Строительство и образование: сб. науч. тр. - Екатеринбург: УГТУ, 2001. - Вып. 4. -
C. 123-124.
3. Абызов, В.А. Пути повышения качества жаростойкого фосфатного газобетона /В.А. Абызов, О.А. Клинов // Проблемы повышения надежности и качества строительства: сб. докл. науч.-практ. конф. - Челябинск: Изд-во ЗАО РКФ «Восточные ворота», 2003. - С. 112-113.
4. Жаростойкий газобетон на алюмоборфос-фатном связующем / В.А. Абызов В.А., А.Н. Абызов, В.А. Магилат и др. // Строительные материалы и изделия: межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2002. - С. 143-148.
5. Трофимов, Б.Я. Разработка фосфатного связующего для жаростойкого газобетона / Б.Я. Трофимов, В.А. Абызов // Строительство и образование: сб. науч. тр. - Екатеринбург: УГТУ, 1998. - С. 181-185.
6. Абызов, В.А. Разработка и опыт применения огнеупорных клеев на фосфатных связующих / В.А Абызов, Е.Н. Ряховский // Огнеупоры и техническая керамика. - 2007. - № 11. - С. 28-31.
Поступила в редакцию 12 сентября 2011 г.
Серия «Строительство и архитектура», выпуск 13
39
