УДК 691.434.7:666.76:691.33

ВЛИЯНИЕ ВВЕДЕНИЯ НАПОЛНИТЕЛЯ НА ХАРАКТЕР ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЯ ЖАРОСТОЙКИХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ МОЛОТЫХ ШЛАКОВ И ГЛИН

Тарасов Роман Викторович1, Макарова Людмила Викторовна2, Батынова Алина Алесандровна3
1ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., доцент
2ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., доцент
3ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», студент

Аннотация
Долговечность композиционных материалов в значительной степени зависит от возможного появления трещин в структуре и характера их распространения. В статье исследуется характер трещинообразования образцов на основе шлаком и глин при проведении термических испытаний.

Ключевые слова: термостойкость, трещинообразование


THE IMPACT OF THE INTRODUCTION OF THE FILLER ON THE NATURE OF THE FRACTURE HEAT-RESISTANT COMPOSITES ON THE BASIS OF GROUND SLAG AND CLAY

Tarasov Roman Viktorovich1, Makarova Ludmila Viktorovna2, Batynova Alina Alexandrovna3
1Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
2Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
3Penza State University of Architecture and Construction, student

Abstract
Durability composite materials largely depends on the possible occurrence of cracks in the structure and the nature of their propagation. The article examines the nature of fracture specimens based on slag and clay during thermal testing.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Тарасов Р.В., Макарова Л.В., Батынова А.А. Влияние введения наполнителя на характер трещинообразования жаростойких композитов на основе молотых шлаков и глин // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 1. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/01/45541 (дата обращения: 29.09.2017).

В качестве эффективного жаростойкого материала для футеровки промышленных печей может использоваться композиционный материал на основе глиношлакового вяжущего, обладающий высокими эксплуатационными характеристиками [1…4].

Проведем анализ характер возникновения и распространения трещин при испытаниях на термическую стойкость в зависимости от вида формования и присутствия наполнителя.

При первом нагревании структура материала претерпевает основные структурные и вещественные превращения, значительно изменяющие физико-механические и теплофозические характеристики материала. Усадочные явления и температурное расширение затвердевших глиношлакошамотных композитов обусловливает деформации разного знака в структуре, вызывающие соответствующие напряжения между ее компонентами. Протекающие при высоких температурах реакции в твердых фазах между составляющими материала в одних случаях увеличивают эти напряжения, в других – релаксируют их. Напряжения растяжения ослабляют связи между структурными компонентами и являются основой разделения гетерогенной структуры композита на фрагменты, ограниченные друг от друга трещинами.

В связи с этим при проведении испытаний по оценке термической стойкости образцов проводилась визуальная оценка состояния их поверхности. Образцы изготавливались различными методами на основе ГШ вяжущего и активизатора оптимального состава, как с жаростойким заполнителем, так и без него [5…10]. Образцы твердели в воздушно-влажностных условиях при t=20±2°С, после чего подвергались испытанию. Картина трещинообразования на поверхностях глиношлаковых образцов после различных циклов испытаний приведена на рисунке 1.

При исследовании состояния поверхностей образцов и тещинообразования были выявлены интересные особенности возникновения и развития трещин.

Поверхность виброуплотненных образцов в исходном состоянии имеет некоторое количество пор, различных по форме и размеру. Это только видимые поры, которые можно отнести к макропорам размером 0,5-1,0 мм.

После первого цикла нагрева-охлаждения поверхность образца покрылась небольшим количеством трещин. Причем крупные поры являются центрами трещинообразования, от которых начинается рост трещин. В дальнейшем, после 2-3 циклов, количество трещин растет, увеличивается их размер и глубина проникновения в образец. Трещины в своей совокупности образуют сетку, покрывающую весь образец.

После 4 циклов испытаний на термостойкость часть мелких трещин объединяются в крупные, длина которых составляет до 4-5 сми глубиной до2 см. Ширина трещин до1 мм. После 6 цикла испытаний образец покрылся сетью очень крупных и глубоких трещин. Длина – более5 см, ширина – до2 мм, глубина – более 3-4 см (рис. 1,а). После седьмого цикла нагрева-охлаждения образец рассыпался на мелкие куски по трещинам.

В отличие от виброуплотненных, поверхность прессованных образцов не содержит видимых пор, что свидетельствует о высокой плотности образца.

После первого цикла испытаний на ребрах образца появляются тонкие волосяные трещин длиной до 1,0-1,5 см. В дальнейшем происходит развитие трещин, образовавшихся ранее, и появление новых. Однако общее их количество после 2-го цикла испытаний гораздо меньше, чем на виброуплотненных образцах. После 4 цикла испытаний на термостойкость количество трещин значительно возрастает, они объединяются в достаточно сильно разветвленную сетку. Развитие трещин внутрь структуры оценить сложно, но предполагается, что крупные трещины не нарушают связанности структуры, так как образец сохраняет свою целостность до 6 цикла испытаний (рис. 1, б). Разрушение наступает тогда, когда некоторая часть трещин соединяется и пронизывает весь образец.

Подтверждением тому, что образец содержит небольшое количество крупных магистральных трещин может служить тот факт, что образец разрушается на несколько кусков (2-3 куска), то есть по очень крупным трещинам. Отделения мелких фрагментов при испытаниях не наблюдалось.

 Рисунок 1 – Характер трещинообразования виброуплотненных и прессованных образцов из глиношлакового вяжущего после 6 циклов испытаний на термостойкость

 Введение наполнителя (рис. 2) значительно увеличивает сроки начала образования крупных трещин, что, в свою очередь, повышает термическую стойкость образцов. Первые крупные трещины появляются на образце лишь после 20-25 циклов водных теплосмен. Из этого следует, что вкрапления частиц шамотного песка усиливает структуру материала за счет гашения трещин при их развитии от цикла к циклу. В связи с этим введение шамотного наполнителя в виде включений в недостаточно термостойкую ГШ–матрицу можно считать эффективным приемом для улучшения эксплуатационных свойств глиношлакового материала [10, 11]. Еще большее повышение термостойкости достигнуто нами при введении в матрицу боя шамотного кирпича фр 1,25-2,5 мм, 

 Рисунок 2 – Характер трещинообразования прессованных образцов из глиношлакового вяжущего с шамотным песком после испытаний на термостойкость: а) до испытания;  б) после 7 циклов; в) после 15 циклов; г) после 25 циклов;  д) после 40 циклов

 Оценка характера трещинообразования и термостойкости различных образцов свидетельствует о том, что прессованные структуры более устойчивы в условиях резкой смены температур от 800 до 20°С. При введении заполнителей термостойкость многократно увеличивается, характер трещинообразования меняется в сторону уменьшения количества трещин и величины раскрытия их до разрушения образцов.

Необходимо отметить, что, поскольку источником зарождения трещин, раскрывающихся в процессе испытания на термостойкость, является воздушная усадка при сушке, то проведено определение ее для наполненных и ненаполненных глиношлаковых материалов. Воздушная усадка прессованного глиношлакового вяжущего состава 40:60 при естественном выдерживании в течение 150-180 сут. при относительной влажности воздуха 70-85 % достигает 5,5-6,0 мм/м.

При наполнении вяжущего боем шамотного заполнителя фр. 1,25-2,5 мм в количестве 100% от массы вяжущего усадка за этот период снижается до 3,0-3,5 мм/м. При сушке такого композита при t=105-110°С после его 28-ми суточного твердения во влажном состоянии усадка составляет 6,0-6,5 мм/м. Огневая усадка при обжиге при t=1000°С достигает 3 мм/м. Таким образом, общая усадка составляет 9-10 мм/м. Почти двукратное уменьшение ее до 5,0-5,5 мм/м достигается дополнительным введением тонкомолотого шамота в количестве 50-60% от массы вяжущего, что приводит к повышению жаростойкости материала и снижению потери прочности после прокаливания.


Библиографический список
  1. Тарасов, Р.В. Эффективный жаростойкий материал на основе модифицированного глиношлакового вяжущего [Текст] / Р.В. Тарасов: канд. диссертация. –  ПГАСА, 2002.-150 с.
  2. Калашников, В.И. Новый жаростойкий материал для футеровки промышленных печей [Текст] /  В.И. Калашников, В.Л. Хвастунов, Р.В. Тарасов, Д.В. Калашников // Строительные материалы. – 2003. – №11. – С.40-42.
  3. Глиношлаковые строительные материалы /В.И. Калашников, В.Ю. Нестеров, В.Л. Хвастунов и др.; Под общ. ред. д-ра техн. наук, проф. В.И. Калашникова. – Пенза: ПГАСА, 2000. -  207 с.: ил.
  4. Батынова, А.А. Технология производства материалов на основе активированного шлака и глин [Текст] / А.А. Батынова, Р.В. Тарасов, Л.В. Макарова // Современные научные исследования и инновации.- 2015.- № 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/01/43378 (дата обращения: 06.01.2015).
  5. Слепова, И.Э. Оценка возможности использования глин месторождений Пензенской области для производства керамической продукции [Текст] / И.Э. Слепова, Р.В. Тарасов, Л.В. Макарова // Современные научные исследования и инновации.- 2014.- № 8 [Электронный ресурс].- URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/08/37211 (дата обращения: 20.08.2014).
  6. Блохина, Т.П. Оценка воздушных и огневых усадочных деформаций глин месторождений Пензенской области [Текст] / Т.П. Блохина, Р.В. Тарасов, Л.В. Макарова // Современные научные исследования и инновации.- 2014.-№ 7. [Электронный ресурс].- URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/08/37254 (дата обращения: 25.08.2014).
  7. Батынова, А.А. Анализ термических свойств металлургических шлаков [Текст] / А.А. Батынова, Р.В. Тарасов, Л.В. Макарова // Современные научные исследования и инновации.- 2015.- № 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/01/43380 (дата обращения: 06.01.2015)
  8. Батынова, А.А. Анализ огнеупорных свойств композитов на основе металлургических шлаков и глин [Текст] / А.А. Батынова, Р.В. Тарасов, Л.В. Макарова // Современные научные исследования и инновации.- 2015.- № 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/01/43495 (дата обращения: 08.01.2015).
  9. Батынова, А.А. Влияние рецептурных и технологических факторов на эксплуатационные свойства жаростойких материалов на основе молотых шлаков и глин [Текст] / А.А. Батынова, Р.В. Тарасов, Л.В. Макарова // Современные научные исследования и инновации.- 2015.- № [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/01/45013 (дата обращения: 17.01.2015).
  10. Батынова, А.А. Анализ теплопроводности теплоизоляционных материалов на основе металлургических шлаков и глин [Текст] / А.А. Батынова, Р.В. Тарасов, Л.В. Макарова // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/01/44984 (дата обращения: 17.01.2015).


Все статьи автора «Макарова Людмила Викторовна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: