Исследование и разработка составов и технологии производства жаростойкого бетона путем управления физико-химическими процессами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.05, кандидат технических наук Пушкарская, Ольга Юрьевна

• Пушкарская, Ольга Юрьевна
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Пушкарская, Ольга Юрьевна

Введение.

1. Аналитический обзор.

1.1. Технологическая характеристика жаростойких бетонов.

1.2.Карбид кремния и карбидкремниевые материалы.

1.3. Строительные материалы в абразивной промышленности.

2. Материалы, оборудование, методики исследования.

2.1. Материалы.

2.2. Оборудование.

2.3. Планирование эксперимента

3. Теоретические предпосылки разработки состава жаростойкого бетона

3.1. Добавки в бетон. Механизм их действия.

3.2. Физико-химическая модель взаимодействия поверхностных примесей заполнителя карбида кремния с компонентами композита жаростойкого бетона.

4. Разработка составов жаростойкого бетона и безобжиговой технологии его изготовления.

4.1. Рецептура состава жаростойкого бетона.

4.2 Технология изготовления жаростойкого бетона.

4.3. Определение влияния добавки однозамещенного фосфорнокислого кальция на показатель водопоглащения жаростойкого бетона.

4.4 Определение влияния мелких фракций карбида кремния как заполнителя в композите бетона на прочностные характеристики бетона.

5. Практическая реализация результатов работы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка составов и технологии производства жаростойкого бетона путем управления физико-химическими процессами»

Значительная роль во всех ведущих отраслях народного хозяйства страны отведена науке, призванной усилить внимание к техническому совершенствованию производства и, в частности, к созданию прогрессивных технологий в строительной индустрии при оптимальных расходах материальных и энергетических ресурсов.

Ускорение технического прогресса в производстве новых строительных материалов может быть достигнуто в результате практической реализации глубоких теоретических разработок. Это же относится к технологии бетона в связи с необходимостью значительного улучшения его физико-механических свойств.

Преимущества бетона перед другими материалами способствовали быстрому и широкому его применению в мировой строительной практике еще до того, как важнейшие технологические особенности и технические качества бетона были надлежащим образом изучены.

Бетон справедливо относят к числу важнейших материалов современного строительства. Широкое использование бетона объясняется многими преимуществами его, к числу которых относятся следующие: большая сырьевая база, простота переработки сырья, широкий диапазон строительно-технических свойств изделий.

Жаростойкие бетоны предназначены для конструкций, испытывающих в процессе эксплуатации длительное воздействие высоких температур.

Используется данный материал и в абразивной промышленности при сборке печей для плавки карбида кремния.

Исходя из условий эксплуатации бетонных конструкций в печах сопротивления, к материалу бетона предъявляют определенные требования: высокий предел прочности при сжатии, низкое водопоглащение, низкая пористость и высокая плотность, высокая термостойкость бетона.

Диссертационная работа посвящена разработке и оптимизации составов жаростойкого бетона, предназначенного для изготовления щитов и пода печи сопротивления производства карбида кремния, с использованием в качестве заполнителя бетона материалов из карбида кремния, а также введение в состав бетона гидрофобных добавок и пластификатора.

Цель - исследование физико-химических процессов при производстве жаростойкого бетона, разработка оптимальных составов путем управления его физико-химическими показателями.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

- Исследовать физико-химические процессы при изготовлении жаростойкого бетона с наполнителем из карбида кремния;

- Исследовать влияние заполнителя из карбида кремния, а также добавок пластификатора и гидрофобизатора на физико-химические и прочностные характеристики жаростойкого бетона;

- Провести комплексное исследование физико-механических свойств образцов из жаростойкого бетона;

- Разработать составы и технологию производства жаростойкого средне-цементного бетона с заполнителем из карбида кремния;

- Испытать щиты из жаростойкого бетона в заводских условиях.

Заключение диссертации по теме «Строительные материалы и изделия», Пушкарская, Ольга Юрьевна

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны составы жаростойкого бетона с заполнителем из карбида кремния.

2. С единых классификационных позиций рассмотрена структура цементного камня и текстура бетона с учетом их порового пространства, влияния добавок и уровней дисперсности.

3. Исследовано влияние заполнителя из карбида кремния, а также добавок пластификатора и гидрофобизатора на физико-химические и прочностные характеристики жаростойкого бетона. Проведены комплексные исследования физико-механических свойств жаростойкого бетона.

4. По результатам проведенных испытаний предложено взять за основу при разработке технологии изготовления конструкций из жаростойкого бетона температурно-влажный режим набора прочности по ГОСТ 20910, бетоны плотной структуры на портландцементе

5. Экспериментально подтверждено действие добавки однозамещенного фосфорнокислого кальция на молекулярном уровне дисперсности путем образования защитного слоя на поверхности частиц СаО из гидроксидапатитов или трикальцийфосфата в композите бетона, что привело к снижению показателя водолпоглащения в 4 раза.

6. Введение в рецепт жаростойкого бетона добавки из материалов карбида кремния черного и зеленого дало положительный результат в части увеличения характеристики термической стойкости в 7 раз.

7. Исходя из полученных прочностных характеристик, разработанный бетон можно отнести к разряду жаростойких.

Согласно ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия» подобрана марка бетона: BRP В20 И8 - бетон жаростойкий на портландцементе, класса В20 по прочности на сжатие, температурой применения 800°С, с заполнителем из карбида кремния.

8. Разработан оптимальный для практического применения состав жаростойкого бетона, который был использован для изготовления опытно-промышленной партии железобетонных конструкций щитов самоходных печей электроплавильного цеха ОАО «Волжский абразивный завод». Проведены испытания жаростойкого бетона в производственных условиях. Технико-экономическая эффективность нового состава жаростойкого бетона подтвердилась увеличением термической стойкости в 7 раз, снижением показателя водо-полгащения в 4 раза, что значительно расширило срок эксплуатации железобетонных конструкций щитов самоходных печей электроплавильного цеха в условиях периодического процесса плавки карбида кремния.

105

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Пушкарская, Ольга Юрьевна, 2006 год

1. Домокеев, А. Г. Строительные материалы / А. Г. Домокеев. - М., 1989.

2. Ахвердов, И. Н. Основы физики бетонов / И. Н. Ахвердов. М., 1981.

3. Баженов, 10. М. Технология бетона /10. М. Баженов. М., 1987.

4. Бутт, Ю. М. Химическая технология вяжущих материалов / Ю. М. Бутт, М. М. Сычев, В. В. Тимашев. М., 1980.

5. Волженский, А. В. Минеральные вяжущие вещества / А. В. Волжен-ский.-М., 1986.

6. Горчаков, Г. И. Строительные материалы / Г. И. Горчаков. М., 1981.

7. Комар, А. Г. Строительные материалы / А. Г. Комар. М., 1988.

8. Горшков, В. С. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ / В. С. Горшков, В. В. Тимашев, В. Г. Савельев. М., 1981.

9. Ратинов, В. Б. Химия в строительстве / В. Б. Ратинов, Ф. М. Иванов. -М, 1977.

10. Роговой, М. И. Технология искусственных пористых заполнителей и керамики / М. И. Роговой. М., 1974.

11. Кравченко, И. В. Высокопрочные и особо быстротвердеющие порт-ландцементы / И. В. Кравченко, Власова М.Т., Юдович Б.Э. М. : Стройиздат, 1971.

12. Лыков, А. В. Теория сушки / А. В. Лыков. М.: Энергия, 1968.

13. Некрасов, К. Д. Жароупорный бетон / К. Д. Некрасов. М. : Промст-ройиздат, 1957.

14. Некрасов, К. Д. Исследование крупных блоков из жаростойкого бетона при одностороннем нагреве / К. Д. Некрасов, В. В. Жуков, В. И. Шевченко У/ Огнеупоры. 1967.-N6.-С. 16-18.

15. Некрасов, К. Д. Жаростойкий бетон на портландцементе / К. Д. Некрасов, А. П. Тарасова. М.: Стройиздат, 1969.

16. Батраков, В. Г. Применение суперпластификаторов в бетоне / В. Г. Батраков, Ф. М. Иванов Ф.М., Е. С. Силина // Строительные материалы и изделия / ВНИИИС. 1982. - Вып. 2, сер. 7. - С. 21-23.

17. Батраков, В. Г. Суперпластификаторы исследования и опыт применения. Применение химических добавок в технологии бетона / В. Г. Батраков ; МДНТП.- М.: Знание, 1980.

18. Вавржин Ф. Химические добавки в строительстве / Ф. Вавржин, Р. Крмча. М.: Стройиздат, 1964.

19. Грапп, В. Б. Применение химических добавок для интенсификации процесса производства и повышения качества бетона и железобетона / В. Б. Грапп, В. Б. Ратинов; ЛатНИИНТИ. Рига, 1997.

20. Горчаков, Г. И. Состав, структура и свойства цементных бетонов / Г. И. Горчаков, Л. П. Орентлихер, В. И. Савин. М.: Стройиздат, 1976.

21. Грушко, И. М. Влияние комплексных добавок на прочность бетона / И. М. Грушко, Э. В. Дегтярева // Строит, материалы и конструкции. 1985. - N 3.-С. 33-35.

22. Добролюбов, Г. Г. Прогнозирование долговечности бетона с добавками / Г. Г. Добролюбов, В. Б. Ратинов, Т. И. Розенберг. М.: Стройиздат, 1983.

23. Иванов, Ф. М. Добавки в бетоны и перспективы применения суперпластификаторов. Бетоны с эффективными суперпластификаторами / Ф. М. Иванов ; НИИЖБ. М., 1979.

24. Иванов, Ф. М. Современное состояние применения химических добавок в технологии бетонов / Ф. М. Иванов. М.: Знание, 1980.

25. Иванов, Ф. М. Основные направления применения химических добавок к бетону / Ф. М. Иванов, В. Г. Батраков, А. В. Лагойда // Бетон и железобетон. -1981.-N 9.-С. 17-20.

26. Иочинская, И. А. Влияние комплексных добавок на процессы гидратации и твердения портландцемента : авторефер. дне. канд. техн. наук / И. А. Иочинская. М., 1974.

27. Курбатова, И. И. Химия гидратации портландцемента / И. И. Курбатова. М.: Стройиздат, 1981.

28. Ларинов, 3. М. Формирование структуры цементного камня и бетона / 3. М. Ларинов. М.: Стройиздат, 1971.

29. Лыков, А. В. Теория сушки / А. В. Лыков. М.: Энергия, 1968.

30. Окороков, С. Д. Взаимодействие минералов портландцементного кли-кера в процессе твердения цемента / С. Д. Окороков. Л.: Стройиздат, 1945.

31. Пантелеев, А. С. Цементы с минеральными добавками -микронаполнителями. Новое в химии и технологии цемента / А. С. Пантелеев, В. М. Колбасов. М., 1962.

32. Пауэре, Т. К. Физическая структура портландцементного теста. Химия цементов / Т. К. Пауэре. М., 1969.

33. Полак, А. Ф. Твердение мономинеральных вяжущих веществ / А. Ф. Полак. М.: Стройиздат, 1966.

34. Рапопорт, Б. Е. Оптимизация тепловлажной обработки бетонов с помощью добавок / Б. Е. Рапопорт // Бетон и железобетон. 1981. - N 8. - С. 1920.

35. Ратинов, В. Б. Химия в строительстве / В. Б. Ратинов, Ф. М. Иванов. -М.: Стройиздат, 1977.

36. Справочник по химии цемента. Л.: Стройиздат, 1980.

37. Стейнор, Г. Реакции и термохимия гидратации цемента при обычной температуре / Г. Стейнор ; Междун. конгресс по химии цемента : тр. М., 1958.-С. 82-86.

38. Тарнаруцкий, Г. М. Новые пластифицирующие добавки к цементу и бетону / Г. М. Тарнаруцкий, 10. С. Малинин // Цемент. 1980. -N 9. - С. 11-13.

39. Таубе, П. Р. Изменение дисперсности цемента при его гидратации в присутствии добавок / П. Р. Таубе, 10. М. Чумаков, В. Б. Ратинов // Цемент. -1980.-N 1.-С. 22-24.

40. Бердиков, В. Ф. Изучение механических свойств различных абразивных материалов / В. Ф. Бердиков, А. В. Бабанин, Н. И. Богомолов // Абразивы : сб.-М., 1975.-N 8.-С. 8-10.

41. Гнесин, Г. Г. Карбидокремниевые материалы / Г. Г. Гнесин. М.: Металлургия, 1977.

42. Деркаченко, JI. И. Минералогия карбида кремния / JI. И. Деркаченко. -Л.: Наука, 1972.

43. Кайнарский, И. С. Карборундовые огнеупоры / И. С. Кайнарский, Э. В. Дегтярева. Харьков : Металлургиздат, 1963.

44. Каменцев, М. В. Искусственные абразивные материалы / М. В. Камен-цев. М.: Машгиз, 1950.

45. Добролеж, С. А. Карбид кремния / С. А. Добролеж. Киев : Гостехиз-дат, 1963.

46. Францевич, И. Н. Карбид кремния / И. Н. Францевич. Киев : Науко-ва думка, 1966.

47. Хениша, Г. Карбид кремния : пер. с англ / Г. Хениша, Р. Роя. М. : Мир, 1972.

48. Кац, И. С. Основные закономерности процесса получения карбида кремния в промышленной печи сопротивления : тр. ВНИИАШ / И. С. Кац. -М., 1975.

49. Котельников, Р. Б. Особо тугоплавкие элементы и соединения / Р. Б. Котельников. М.: Металлургия, 1969.

50. Певзнер, P. J1. Спектральные исследования состава примесей в карбиде кремния зеленом / P. JT. Певзнер ; НИИМАШ // Абразивы. 1968. - N 4. - С. 32-39.

51. Филоненко, Н. Е. Петрография искусственных абразивов / Н. Е. Фи-лоненко, И. В. Лавров. М.; Л.: Машгиз, 1958.

52. Тейлор, Ф.Х.У. Кристаллохимия продуктов гидратации портландцемента / Ф. X. У. Тейлор. М. Стройиздат, 1976.

53. Тейлор, Ф.Х.У. Гидросиликаты кальция. Химия цементов / Ф. X. У. Тейлор. М.: Стройиздат, 1969.

54. Горшков, В. С. Методы физико-химического анализа вяжущих веществ / В. С. Горшков, В. В. Тимашев, В. Г. Савельев. М.: Высш. шк., 1981.

55. Накагава, X. Разработка бетонов для шлакового пояса стальковша : сб. докл. междунар. конгресса / X. Накагава, И. Накамура. Новый Орлеан (США), 1997.

56. Разработка основных кальцийсодержащих бетонов : сб. докл. / Т. Са-саки и др.. Киото (Япония), 1968.

57. Васильев, Г. М. Жаростойкие бетоны на местных шлаковых заполнителях : сб. тезисных докл. к координационному совещанию / Г. М. Васильев ; ЛипПИ. Липецк, 1984.

58. Шипулин, М. К. Применение отходов промышленности с целью повышения эффективности жаростойких бетонов : сб. тезисных докл. к координационному совещанию / М. К. Шипулин ; ЛипПИ. Липецк, 1984. - С. 74-76.

59. Васильева, Г. М. Рекомендации по использованию продуктов шлако-переработки НЛМЗ в жаростойких бетонах с температурой службы 800. 1100°С / Г. М. Васильева ; ЛипПИ. Липецк, 1981.

60. Васильева, Г. М. Жаростойкий бетон на шлакопемзовых заполнителях с температурой службы 800°С : информ. лист 3267 / Г. М. Васильева ; МЦТИ. -Липецк, 1975.

61. Носов, С. В. Планирование эксперимента / С. В. Носов. Липецк,2003.

62. Адлер, Ю. П. Теория эксперимента: прошлое, настоящее, будущее / Ю. П. Адлер. М.: Знание, 1982.

63. Бобоколонова, О. В. Исследование расхода цемента и ТМД на свойства жаростойкости бетонов на шлаковых и шамотных заполнителях : тез. докл. науч.-техн. конф. техн. вузов Центральной России. Орел, 1999.

64. Хлыстов, А. И. Теоретические и технические принципы повышения долговечности огнеупорных футеровочных материалов : автореф. дис. д-ра техн. наук / А. И. Хлыстов. Самара, 2004.

65. Фориков, А. И. Разработка составов и технологии безобжиговых огнеупорных карбидкремниевых строительных композиций : автореф. дис. канд. техн. наук/ А. И. Фориков. Волгоград, 2005.

66. Хлыстов, А. И. Применение глиноземсодержащих шлаков в составах жаростойких бетонов : тез. докл. / А. И. Хлыстов. Саранск : Изд-во Морд, унта, 1997.

67. Гропянов, А. В. Водосодержащие связки и консерванты для известковых огнеупоров / А. В. Гропянов // Новые огнеупоры. 2003. - №3. - С. 15-17.

68. Определение оптимальных составов жаростойких шлакобетонов с помощью планирования эксперимента / О. В. Бобоколонова и др.. // Огнеупоры и техн. керамика. -2005. №1.-С. 17-19.

69. Бобоколонова О.В. Влияние наполнителей на составы жаростойких шлакопемзобетонов для тепловых агрегатов / О. В. Бобоколонова и др. // Огнеупоры и техн. керамика. 2005. - №4. - С. 14-16.

70. Пушкарская, О. 10. Использование карбида кремния в производстве огнеупорных поликристаллических материалов / О. Ю. Пушкарская, А. И. Фориков, И. В. Надеева// Огнеупоры и техн. керамика. 2004. - № 11. - С. 11-12.

71. Пронякин, А. 10. Применение кварцита Антоновского месторождения в качестве заполнителя при производстве огнеупорных бетонных изделий / А. Ю. Пронякин // Огнеупоры и техн. керамика. 2003. - №2. - С. 17-19.

72. Борзов, Д. Н. Разработка низкоцементных огнеупорных бетонов системы А1203 SiC - С / Д. Н. Борзов // Огнеупоры и техн. керамика. - 2002. -№4.-С. 18-20.

73. Хорошавин, JI. Б. Проблемы техногенного сырья / JI. Б. Хорошавин // Огнеупоры и техн. керамика. 1998. - №10. - С. 21-23.

74. Будников, П. П. Технология керамики и огнеупоров / П. П. Будников, А. С. Бережной, И. Д. Булавин. М. : Гос. изд-во. по стр-ву, архитектуре и строит, материалам, 1962.

75. Некрасов, К. Д. Жаростойкие бетоны / К. Д. Некрасов. М. : Стройиздат, 1974.

76. Тейлор, X. Химия цементов / X. Тейлор. М.: Мир, 1996.

77. Гоберис, С. Среднецементный жаростойкий бетон перспективный материал для футеровок тепловых агрегатов / С. Гоберис, И. Прундене // Огнеупоры и техн. керамика. - 2002. - № 10. - С. 15-18.

78. Звягин, К. А. Применение низкоцементных тиксотропных корундовых бетонных смесей в агрегатах черной металлургии / К. А. Звягин, А. А. Бой-кова // Огнеупоры и техн. керамика. 2003. - № 10. - С. 20-22.

79. Тодес, О. Д. Кинетика процессов кристаллизации и конденсации. Проблемы кинетики и катализа / О. Д. Тодес ; АН СССР. М., 1949.

80. Тринкер, Б. Д. Сравнительные исследования эффективности химических добавок. Применение химических добавок в технологии бетона / Б. Д. Тринкер ; МДНТП. М.: Знание, 1980.

81. Угулава, JI. Г. Повышение водозащитных свойств легкого бетона комплексной химической добавкой : автореф. дис. . канд. техн. наук / J1. Г. Угулава. Тбилиси, 1986.

82. Ушеров-Маршак, А. В. Скорость и полнота ранних стадий гидратации цемента в присутствии суперпластификаторов. Бетоны с эффективными модифицирующими добавками / А. В. Ушеров-Маршак, Н. Н. Осенкова, М. Циак ; НИИЖБ.-М., 1985.

83. Ушеров Маршак, А. В. Воздействие суперпластификатора на гидра-; тацию трехкальциевого силиката / А. В. Ушеров-Маршак, Н; И. Осенкова, В. Р. Фаликман // Цемент. - 1986. - №5. - С. 12-14.

84. Хигерович, М. И. Гидрофобнопластифицирующие добавки для цементов, растворов и бетонов / М. И. Хигерович, В. Е. Байер. М. : Стройиздат, 1979.

85. Черкинский, Ю. С. Высокоэффективный пластификатор бетонных смесей /10. С. Черкинский, Р. К. Юсупов // Бетон и железобетон. -1980. №6. -С. 32-33.

86. Черкинский, Ю. С. Особенности пластификации бетонных смесей суперпластификаторами. Применение химических добавок в технологии бетона / Черкинский, Ю. С.; МДНТП. М.: Знание, 1980.

87. Шейкин, А. Е. Структура и свойства цементных бетонов / А. Е. Шей-кин, Ю. В. Чеховский, М. И. Бруссер. М.: Стройиздат, 1979.

88. Шестоперов, С. В. Долговечность бетона / С. В. Шестоперов. М.,1966.

89. Юшкевич, М. Ю. Справочник по производству строительной керамики / М. Ю. Юшкевич. М.: Госстройиздат, 1961.

90. Августинник, А. И. Физическая химия силикатов / А. И. Августинник. -М.: Госхимиздат, 1947.

91. Белянкин, Д. С. Физико-химические системы силикатной технологии / Д. С. Белянкин, В. В. Лапин, Н. А. Торопов. М.: Промстройиздат, 1954.

92. Беркман, А. С. Контроль производства красного строительного кирпича / А. С. Беркман, И. Г. Мельникова, М. И. Полляк. Рига, 1957.

93. Ботвинкин, О. К. Физическая химия силикатов / О. К. Ботвинкин. М. : Промстройиздат, 1955.

94. Воробьев, В. А. Лабораторный практикум по общему курсу строительных материалов / В. А. Воробьев. М.: Промстройиздат, 1955.

95. Дудеров, Г. Н. Практикум по технологии керамики и строительных материалов / Г. Н. Дудеров. М.: Промстройиздат, 1953.

96. Евстропьев, К. С. Химия кремния и физическая химия силикатов / К. С. Евстропьев, Н. А. Торопов. М.: Промстройиздат, 1956.

97. Киреев, В. А. Курс физической химии / В. А. Киреев. М. : Госхимиздат, 1951.

98. Лыков, А. В. Теория сушки / А. В. Лыков. М. : Госэнергоиздат,1950.