УДК 691.434.7:666.76:691.33

ВЛИЯНИЕ ТЕПЛОВЛАЖНОСТНОЙ ОБРАБОТКИ НА ФОРМИРОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ЖАРОСТОЙКИХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ШЛАКОВ И ГЛИН

Батынова Алина Александровна1, Тарасов Роман Викторович2, Макарова Людмила Викторовна3
1ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, студент
2ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, к.т.н., доцент
3ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, к.т.н., доцент

Аннотация
В статье приводятся исследования влияния тепловлажностной обработки на кинетику набора прочности жаростойких композиционных материалов на основе шлаков и глин.

Ключевые слова: жаростойкий материал, тепловлажностная обработка


EFFECT OF HEAT AND HUMIDITY TREATMENT ON THE STRENGTH OF HEATRESISTANT COMPOSITES BASED ON SLAG AND CLAY

Batynova Alina Aleksandrovna1, Tarasov Roman Viktorovich2, Makarova Ludmila Viktorovna3
1Penza State University of Architecture and Construction, student
2Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
3Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

Abstract
The paper presents the study of the effect of heat and humidity treatment on the kinetics of curing of heat-resistant composite materials based on slag and clay.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Батынова А.А., Тарасов Р.В., Макарова Л.В. Влияние тепловлажностной обработки на формирование прочности жаростойких композитов на основе шлаков и глин // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 1. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/01/45664 (дата обращения: 04.10.2017).

Композиционные материалы на основе активированных шлаков и глин обладают достаточно высокими эксплуатационными характеристиками и могут использоваться в качестве футеровочного материала промышленных печей [1…8].

Скорость большинства химических реакций, в том числе и взаимодействие шлакового вяжущего с водой (в присутствии щелочного активизатора), обеспечивающая твердение вяжущего, возрастает с повышением температуры и тем она больше, чем выше температура.

Прочность глиношлакового материала, твердеющего в нормальных условиях (при j»100%, t = 20¸25°С), увеличивается прямо экспоненциально во времени твердения и этот темп может меняться в большую и меньшую сторону в зависимости от различных факторов.

В данной статье изучалось влияние тепло-влажностной обработки (ТВО) на формирование прочности глиношлакового материала и проведено сравнение с режимом твердения подобных образцов в нормальных условиях.

Целью данных исследований являлось выявление оптимального режима тепловлажностной обработки жаростойких глиношлаковых композиций с целью интенсификации набора прочности материала во времени.

Ранее проведенными исследованиями [12] подобран оптимальный режим ТВО глиношлаковых изделий – 2+tиз+2 ч, где tиз - время изотермической выдержки (6, 12 и 24 часа). Температура при изотермической выдержке составляла 50 и 85°С.

Для исследования влияния ТВО на твердение глиношлаковых материалов была отформована серия образцов-кубиков размером 5´5´5 см, изготовленных методом прессования (р=20 МПа) и методом виброуплотнения. Вяжущее приготавливалось на основе тонкомолотого Липецкого гранулированного шлака (Sуд=3200 см2/г) и измельченной глины Иссинского карьера Пензенской области (Sуд=5000 см2/г) [10…13].. В качестве жаростойкого заполнителя использовался шамотный песок (Мкр=1,8).

Часть изготовленных образцов твердела в естественных воздушно-влажностных условиях при t=20-22°С. Другая часть образцов была подвергнута ТВО по различным режимам. После ТВО по режиму 2+24+2 часа часть образцов была оставлена на длительное твердение в течение 28 суток в нормально-влажностных условиях. Составы исследуемых композиций и полученные прочностные характеристики приведены в табл.1. и 2.

Таблица 1. Виды формования и составы композиций для различных тепловых режимов твердения

№ пп

Соотношение компонентов смеси

Вид формования

1

Глина:Шлак=40:60 прессование (Wсм=12%)

2

Глина:Шлак:Шамотный песок=40:60:100 прессование (Wсм=12%)

3

Глина:Шлак=40:60 виброуплотнение (Wсм=32%)

4

Глина:Шлак:Шамотный песок=40:60:100 виброуплотнение (Wсм=32%)

5

Глина:Шлак=40:60 прессование (Wсм=12%)

6

Глина:Шлак:Шамотный песок=40:60:100 прессование (Wсм=12%)

7

Глина:Шлак=40:60 виброуплотнение (Wсм=32%)

8

Глина:Шлак:Шамотный песок=40:60:100 виброуплотнение (Wсм=32%)

 Полученные результаты позволили выявить некоторые особенности твердения глиношлаковых композитов в условиях повышенных температур.

Максимальная эффективность пропаривания наблюдается у прессованных ненаполненных глиношлаковых материалов. Причем, чем выше температура обработки, тем интенсивнее набор прочности. Согласно полученным результатам (табл. 2, рис. 1), пропаривание прессованных образцов на основе ГШВ в течение 24 часов при t=50°С позволяет получить »90% прочности от 28-суточной прочности образцов, твердевших в нормальных условиях, а пропаривание при температуре t=85°С позволяет даже превысить результаты 28-суточной прочности.

 

Рисунок 1 – Влияние температурных режимов ((а) – 50°С б) – 85°С) на кинетику набора прочности глиношлаковых и глиношлакошамотных композитов.

 Введение заполнителя значительно снижает интенсивность роста прочности при пропаривании. Через 24 часа изотермической выдержки, вне зависимости от температуры, прочность составляет 50-65% от 28-суточной прочности. Кроме того, отмечен тот факт, что после пропаривания оставленные на длительное твердение в течение 28 суток образцы так и не достигли прочности контрольных непропаренных образцов (табл. 2, рис. 1). Исключением является чистое прессованное глиношлаковое вяжущее, пропаренное в течение 24 часов и оставленное на длительное твердение в течение 28 суток, но и в этом случае прочность увеличилась незначительно.

Таблица 2. Изменение кинетики набора прочности глиношлаковых композитов в зависимости от режима тепловлажностной обработки и вида формования

п.п

Прочность на сжатие (МПа) через, сут.

Прочность на сжатие (МПа) после ТВО в течение , час

Прочность на сжатие (МПа) на 28 сут после 24 часов ТВО

3

7

28

6

12

24

Температура ТВО – 50°С

1

20,20

24,00

28,80

17,00

24,40

26,30

27,40

2

12,55

16,67

25,55

9,96

11,37

12,75

14,70

3

9,68

12,60

20,40

4,57

8,36

9,66

12,00

4

4,94

8,33

13,82

3,20

4,00

7,22

10,16

Температура ТВО – 85°С

5

20,20

24,00

28,80

19,33

24,60

28,83

29,3

6

12,55

16,67

25,55

15,44

15,88

16,67

20,00

7

9,68

12,60

20,40

6,02

8,50

10,44

12,22

8

4,94

8,33

13,82

4,26

4,98

8,67

9,00

Примечание: цифра на графике (рис. 1) обозначает состав по табл. 2., индексы – условия твердения (НТ – твердение в нормальных условиях, ТВО-тепловлажностная обработка)

Снижение интенсивности набора прочности после ТВО может быть вызвано резким ускорением процессов гидратации вяжущего в условиях высоких температур. Быстрая гидратация по мнению П.В. Кривенко, приводящая к выделению в ранний период большого количества тоберморитового геля, создает неблагоприятные условия для роста кристаллов, обусловливает образование несовершенной структуры [14].

Наиболее высокие темпы роста прочности наблюдаются в первые 6 часов изотермической выдержки. В это время формируется около 40-70% прочности прессованных образцов и 23-30% прочности виброуплотненных образцов. Затем, в течение следующих 6-12 часов, ТВО прочность растет незначительно (5-30%). Что касается воздействия различных температур изотермической выдержки, то прочность образцов твердевших при t=50°С незначительно отличается от прочности тех же самых составов, но обработанных при температуре t=85°С. Прочность вторых больше на 2-15%.

Высокая температура изотермии (t=85°С) весьма эффективна для прессованных образцов и менее эффективна для виброуплотненных составов. Так, прочность прессованных составов после 12 часов ТВО при t=85°С составляет 93% от 28-суточной прочности образцов нормального твердения. Этот эффект можно объяснить высокой начальной формовочной прочностью образцов. При ТВО в образцах за счет процессов тепломассообмена возникает избыточное давление жидкой фазы и пара на стенки пор и капилляров. Таким образом, увеличение начальной прочности, уменьшение содержания жидкой фазы и пористости за счет высокого давления прессования приводит к снижению вероятности образования микродефектов структуры материала при температурном воздействии. Образцы, изготовленные при низком давлении прессования проявляют склонность к сильным деструктивным процессам при твердении в условиях повышенных температур, о чем свидетельствуют невысокие результаты повышения прочности виброуплотненных образцов в течение 6-12 часов ТВО.

Сильное влияние на формирование прочности оказывает скорость подъема температуры. Формирование более прочного каркаса шлакового вяжущего наблюдается при мягких режимах с предварительной выдержкой изделий и невысокой скоростью подъема температуры [15, 16], причем весьма эффективен ступенчатый подъем температуры [15].

Поскольку шлаковые и шлакощелочные вяжущие характеризуются значительной усадкой [17], для некоторых видов шлакощелочных бетонов нежелателен подъем температуры выше 65-70°С, так как это приводит к развитию усадочных трещин.

На основании вышеизложенного оптимальным режимом ТВО будет пропаривание образцов при t=85°С в течение 12 часов изотермической выдержки, позволяющий значительно ускорить процесс набора прочности жаростойких глиношлаковых материалов.


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  [Текст] /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. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Тарасов, Р.В. Влияние введения наполнителя на характер трещинообразования жаростойких композитов на основе молотых 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/2015/01/45541 (дата обращения: 17.01.2015).
  9. Глуховский В.Д., Жукова Р.С. Синтез щелочных алюмосиликатов на основе глин и гидроксида калия//Докл. и тез. докл. третьей всесоюзной науч. – практич. конф.: В 2-х т. – Киев, 1989. – Т 1. – С. 32-33.
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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)
  13. Батынова, А.А. Влияние межчастичных расстояний наполнителя на термические свойства композитов на основе 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/2015/01/45614 (дата обращения: 18.01.2015).
  14. Некрасов, К.Д. Исследование отвальных доменных шлаков как заполнителей жароупорного бетона  [Текст] /К.Д. Некрасов, Э.Г. Оямаа   // ЦНИПС, научное сообщение.- Вып. 19. – 1955.
  15. Али-заде, З.И. Основные мартеновские шлаки – строительные сырье [Текст] / З.И. Али-заде. –Баку.- 1962.
  16. Грибачев, В.Н. Исследования технологии и свойств неавтоклавного глиноцементного газобетона [Текст]: автореферат дис. канд. техн. наук / В.Н. Грибачев. – М., 1974. – 16 с.
  17. Глуховский, В.Д. Грунтосиликаты, их свойства, технология изготовления и область применения [Текст]: автореферат дис. д-ра техн. наук // В.Д. Глуховский. – Киев, 1965. – 19 с.


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: