УДК 691.434.7:666.76:691.33

АНАЛИЗ УСАДОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ЖАРОСТОЙКИХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ГЛИН И ШЛАКОВ

Тарасов Роман Викторович1, Макарова Людмила Викторовна2, Гостева Алена Юрьевна3
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
В работе представлен анализ исследований усадочных деформаций композиционных материалов на основе молотых металлургических шлаков и глин.

Ключевые слова: деформации усадки, жаростойкие материалы


ANALYSIS OF SHRINKAGE DEFORMATION OF HEAT-RESISTANT COMPOSITIONS BASED ON CLAY AND SLAGS

Tarasov Roman Viktorovich1, Makarova Ludmila Viktorovna2, Gosteva Alena Yurevna3
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
The paper presents an analysis of studies shrinkage deformation of composite materials on the basis of ground metallurgical slag and clay.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Тарасов Р.В., Макарова Л.В., Гостева А.Ю. Анализ усадочных деформаций жаростойких композиций на основе глин и шлаков // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 3. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/03/48104 (дата обращения: 02.06.2017).

Использование глиношлакового вяжущего для изготовления жаростойких материалов требует учета длительных процессов усадки, что позволит правильно учитывать трещиностойкость изделий при проектировании конструкций из них, удовлетворяющих эксплуатационным требованиям [1…6].

Школой Глуховского [7] было установлено, что усадку шлакощелочных бетонов большое влияние оказывают: условия твердения и способ обработки материала; вид щелочного компонента. Пропаривание по сравнению с естественным твердением, уменьшает деформации усадки бетона. Деформативность таких бетонов зависит природы щелочного компонента. Наименьшие значения усадочных деформаций имеют бетоны при применении в качестве щелочного компонента едкого натра. Техническая сода несколько повышает усадочные деформации.

В связи с тем, что в глиношлаковом вяжущем присутствует глина, обладающая достаточно высокими показателями воздушной и огневой усадки, то относительные усадочные деформации глиношлаковых материалов несколько выше, чем для бетонов и цементных вяжущих [8, 9].

Усадка также зависит от вида глин и заполнителя. Учет этих факторов позволяет значительно снизить показатели воздушной усадки [10…12].

В работе исследовались прессованные глиношлаковые образцы, изготовленные на различных видах глин и с использованием различного рода заполнителей оптимальной гранулометрии при обеспечении необходимых технологических режимов [13…17].

Вяжущее изготавливалось на основе молотого гранулированного Липецкого шлака (Sуд=3350 см2/г) и местных глин (Sуд=4700-5000 см2/г). В качестве активизатора твердения  использовался едкий натр технический (2% от массы смеси в пересчете на сухое вещество) [18…21]. Соотношение компонентов вяжущего Г:Ш=40:60. Составы образцов приведены в табл. 1.

Образцы твердели во влажных условиях при температуре t=20-25°С в течение 28 суток. После 28-суточного влажностного твердения образцы помещались в естественные воздушные условия при влажности воздуха j=65-85% и t=20±2°С.

Таблица 1. Составы образцов, исследуемых на воздушную усадку

№ состава

Вяжущее

Наполнитель

1

Шлак Липецкий: глина Иссинская = 40:60

-

2

Шлак Липецкий: глина Лягушевская = 40:60

-

3

Шлак Липецкий: глина Долгоруковская = 40:60

-

4

Шлак Липецкий: глина Иссинская = 40:60 20% шамотного песка Мкр=1,8 (от массы вяжущего)

5

Шлак Липецкий: глина Иссинская = 40:60 20% технического глинозема (от массы вяжущего)

6

Шлак Липецкий: глина Иссинская = 40:60 20 % тонкомолотого шамота Sуд=4000 см2/г (от массы вяжущего)

7

Шлак Липецкий: глина Иссинская = 40:60 100% боя шамотного кирпича фр. 1,25-2,5 мм (от массы вяжущего)

После стабилизации усадки в нормальных условиях образцы были помещены в эксикатор над прокаленным хлоридом кальция при относительной влажности воздуха 5-10%. Составы №1, 4, 5 были помещены в эксикатор на 250 и 500 сут. эксперимента, составы № 2, 3, 6 ,7 – на 183 сутки. После стабилизации усадки в эксикаторе образцы высушивались до постоянной массы при t=105-110°С и определялась воздушная усадка. После этого образцы высушивались до постоянной массы при температуре t=105°С, измерялись показатели усадки, а затем образцы насыщались водой. Кинетика усадочных деформаций и кинетика потери массы образцов представлена на рис. 1..3.

 Рисунок 1 – Кинетика изменения деформаций усадки глиношлаковых образцов во времени


Рисунок 2 – Кинетика изменения деформаций усадки глиношлакошамотных и глиношлакоглиноземистых образцов во времени

 

Рисунок 3 – Кинетика изменения массы жаростойких глиношлаковых, глиношлакошамотных и глиношлакоглиноземистых  образцов в процессе испытаний на воздушную усадку.

Среди образцов, изготовленных на основе ГШВ, максимальной усадкой обладают композиции на Долгоруковской глине. Усадка после выдержки в эксикаторе в данном случае составила 7,69%, что больше на 21%, чем на образцах, где компонентом глиношлакового вяжущего являлась Лягушевская глина. С течением времени усадка растет, что подтверждают данные эксперимента на Иссинской глине. После первой сушки при t=105-110°С усадка составила 7,75%, после второй сушки – 9,96%. отмечено также, что на Лягушевской и Долгоруковской глине глинах усадка при сушке больше, чем на Иссинской глине. Введение мелкозернистого наполнителя в ГШ систему значительно снижает показатели деформации воздушной усадки. Введение 20% шамотного снижает показатели воздушной усадки после сушки на 12% по сравнению с чистым ГШВ (кривые 1 и 4). Аналогичная ситуация наблюдается  при введении 20% глинозема технического (кривая 5)  песка.

Использование в качестве заполнителя боя шамотного кирпича фр. 1,25-2,5 мм (100% от массы вяжущего) позволяет снизить усадку до 5,87 мм/м, что меньше на 41%, чем усадка ГШ композита без заполнителя (кривая 7).

Значительный рост усадки происходит при добавлении тонокомолотого шамота (Sуд=4000 см2/г). Усадка после сушки в данном случае составляет 12,04 мм/м (кривая 6).

Таким образом, в результате экспериментов было установлено, что усадку можно уменьшить следующими методами:

1. Подбор оптимального вида глины для глиношлакового вяжущего [8, 9].

2. Введение в ГШВ эффективного мелкозернистого заполнителя оптимальной гранулометрии и количества [11, 12, 19].

Результаты проведенного эксперимента свидетельствуют о равномерности нарастания усадочных деформаций во времени. Наглядно это представлено на рис. 1и 2 Аналогично выглядят кривые потери массы (рис. 3). Это можно объяснить развитой микропористой структурой с повышенным, по сравнению с цементным камнем, содержанием адосорбционно связанной воды, что приводит к замедленной диффузии воды к поверхности материала.


Библиографический список
  1. 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.
  2. Тарасов, Р.В. Эффективный жаростойкий материал на основе модифицированного глиношлакового вяжущего [Текст] / Р.В. Тарасов: канд. диссертация. –  ПГАСА, 2002.-150 с.
  3. 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.
  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. Тарасов, Р.В. Анализ возможности повышения термической стойкости материалов при комбинировании глин и шлаков в жаростойких композициях [Текст] / Р.В. Тарасов, Л.В. Макарова, А.А. Батынова// Современные научные исследования и инновации. 2015. № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/02/46911 (дата обращения: 21.02.2015).
  6. Тарасов, Р.В. Анализ состояния производства жаростойких композиционных материалов [Текст] / Р.В. Тарасов, Л.В. Макарова, В.А. Калинина // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/02/46518 (дата обращения: 10.02.2015).
  7. Шлакощелочные бетоны на мелкозернистых заполнителях [Текст] /Под ред. В.Д. Глуховского.- Киев: Вища школа, 1981.- 224 с.
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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: 23.01.2015).
  13. 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).
  14. Батынова, А.А. Влияние тепловлажностной обработки на формирование прочности жаростойких 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/2015/01/45664 (дата обращения: 23.01.2015).
  15. 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).
  16. Тарасов, Р.В. Оценка качественных показателей пористости и водопоглощения жаростойких композиций на основе молотых шлаков и глин [Текст] / Р.В. Тарасов, Л.В. Макарова, А.С. Григорьева // Современные научные исследования и инновации.- 2015.- № 1 [Электронный ресурс]. URL:http://web.snauka.ru/issues/2015/01/45837 (дата обращения: 23.01.2015).
  17. Тарасов, Р.В. Влияние обжига на пористость и водопоглощение жаростойких композиций на основе молотых шлаков и глин [Текст] / Р.В. Тарасов, Л.В. Макарова, А.С. Григорьева // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/01/45871 (дата обращения: 28.01.2015).
  18. Батынова, А.А. Оценка влияния дисперсности компонентов вяжущего на свойства композиционных материалов 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/2015/01/44900 (дата обращения: 23.01.2015).
  19. Тарасов, Р.В. Оптимизация рецептуры жаростойких композиционных материалов на основе шлаков и глин методами активного планирования эксперимента / Р.В. Тарасов, Л.В. Макарова, М.В. Шашкина // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/02/46385 (дата обращения: 02.02.2015).
  20. 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)
  21. Тарасов, Р.В. Оценка влияния содержания шлака на физико-механические и термические свойства жаростойких композиционных материалов Текст] / Р.В. Тарасов, Л.В. Макарова, М.В. Шашкина // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/02/46166 (дата обращения: 01.02.2015).


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: