CC BY
68
УДК 666.974
ЖАРОСТОЙКИЙ ФОСФАТНЫЙ ГАЗОБЕТОН С ДОБАВКАМИ ОТХОДОВ ОГНЕУПОРНОГО ВОЛОКНА
В.А. Абызов, О.А. Кпинов
HEAT-RESISTANT PHOSPHATE GAS CONCRETE WITH ADMIXTURES OF WASTE OF FIREPROOF FIBRES
V.A. Abyzov, O.A. Klinov
В работе 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 article considers the issues of improvement of heat-resistant concrete with phosphate bonds. It was proved that admixture of fireproof fiber adds peculiar features to materials.
Keywords: heat-resistant concretes, phosphate bonds, cellular concrete, heat insulation, fireproof fiber, 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 теплосмен).
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.
В связи с этим, 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 фосфатные бетоны на ФС, содержащие 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 цементного камня [5].
Нами была исследована возможность получения ФС на основе ОФК и отходов муллитокремнеземистого волокна. Высокая реакционная способность такого волокна по отношению к ор-тофосфорной кислоте обусловлена составом волокна, которое состоит из алюмосиликатного стекла. Большей активностью отличается хромсодержащее волокно. С целью удаления с поверхности волокна замасливателя, волокно 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 реакционную способность волокна.
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 муллито-кремнеземистое хромсодержащее волокно, в данном случае степень замещения АСФС может быть выше, до 0,3.. .0,4.
Газобетон на основе АСФС с примесями мул-лито-кремнеземистого волокна отличается повышенной прочностью на изгиб (на 10... 15 % против газобетона на основе обычной АФС). Введение в
36
Вестник ЮУрГУ, № 16, 2009
Абызов В.А., Клинов О.А.
Жаростойкий фосфатный газобетон с добавками отходов огнеупорного волокна
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 4ио°с
Аморфные гидрофосфаты алюминия и кремния + + А1(Н2Р04)з + А1Р04 (берлинит) + А1 >1300 °с
Аморфные продукты дегидратации +
+ А1Р04 (берлинит) + А1(Н2Р04)з +
+ А1(РОз)з (В) + А1Р04 (кристобалитового типа) + А1
4^560 °с
А1(Р03)3 (В) + А1Р04 (берлинит)+ 81Р207 + А1 4-700°
А1(РОз)з (В) + А1Р04 (кварцевого типа) + А1Р +
+ 81Р207 + А1 (остаточный)
4 юоо °с
А1(РОз)з + А1Р04 (тридимитового типа) +
+ 81Р207 + а-А1203 ^1300 °с
А1Р04 (кристобалитового типа) + а-А1203 + 81Р207
При ремонтах печей промышленности строительных материалов образуется значительное количество отходов муллито-кремнеземистого волокна - муллито-кремнеземистых плит. Использо-
вание заполнителя фракции 5... 10 мм из боя мулли-то-кремнеземистых плит позволяет получить фосфатный газобетон с пониженной средней плотностью - 400 кг/м3. 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 /
B.А. Абызов: автореф. дис. ... канд. техн. наук. -Пермь, 2000. - 21 с.
2. Абызов, В.А. Ячеистые жаростойкие материалы на основе промышленных отходов / В.А. Абызов// Строительство и образование: сб. науч. тр. -Вып. 4. - Екатеринбург, УГТУ, 2001. - С. 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. Абызов, В.А. Жаростойкий газобетон на алюмоборфосфатном связующем / В.А. Абызов, А.Н. Абызов, В.А. Магилат и др. // Строительные материалы и изделия: межвузовский 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. -
C. 181-185.
6. Абызов, В.А. Ряховский Е.Н. 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 25 марта 2009 г.
Абызов Виктор Александрович, доцент кафедры «Строительные материалы» ЮУрГУ.
Область научных интересов: жаростойкие бетоны, фосфатные материалы, высокотемпературная теплоизоляция, жаростойкие материалы на основе отходов промышленности.
Контактный телефон: 8 (351) 9-044-324.
Abyzov Viktor Alexandrovich, associate professor of the Constructional Materials department of South Ural State University.
Scientific interests: heat-resistant concretes, phosphate materials, high-temperature heat isolation, heat-resistant materials on the base of industrial waste.
Contact phone: 8 (351) 9-044-324.
Клинов Олег Анатольевич, заместитель директора ОАО «Уральские специальные сплавы» по шлаковой продукции, г. Екатеринбург.
Область научных интересов: волокнистые огнеупорные теплоизоляционные материалы, жаростойкие бетоны, применение ферросплавных шлаков в жаростойких и огнеупорных материалах.
Контактный телефон: 8-912-675-28-95.
Klinov Oleg Anatolievich, open joint-stock company “Ural special alloys”, Yekaterinburg, deputy director for slag production.
Scientific interests: fibrous materials, refractory, heat-insulating materials, heat-resistant concrete, usage of ferroalloy slag in heat-resistant and refractory materials.
Contact phone: 8-912-675-28-95.
Серия «Строительство и архитектура», выпуск 8
37
