Ковальчук Олександр Юрійович. Пінобетон з підвищеними термомеханічними властивостями на основі лужного портландцементу

brief description

Ковальчук Олександр Юрійович. Пінобетон з підвищеними термомеханічними властивостями на основі лужного портландцементу. : Дис... канд. наук: 05.23.05 2008

Ковальчук О.Ю. Пінобетон з підвищеними термомеханічними властивостями на основі лужного портландцементу. Рукопис.
Рукопис дисертації подано на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 «Будівельні матеріали та вироби». Київський національний університет будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, Київ, 2008.
В дисертаційній роботі теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено можливість отримання пінобетону з підвищеними термомеханічними властивостями на основі лужного портландцементу для теплової ізоляції високотемпературного устаткування. Встановлено взаємозв’язок між компонентним складом, умовами твердіння, фазовим складом новоутворень після гідратації та дегідратації та властивостями штучного каменю на основі лужних портландцементів з використанням різних видів алюмосилікатних модифікаторів. Вивчено вплив піноутворювачів різних функціональних груп на експлуатаційні та термомеханічні властивості лужного портландцементу. Досліджено можливість стабілізації усадочних деформацій за рахунок використання жаростійкого наповнювача меленого шамоту (як у вигляді дрібного заповнювача, так і у тонкомеленому вигляді).
Розроблено склади неавтоклавних пінобетонів марки D600 за середньою густиною, класу И8 за граничною температурою застосування та И6 за оптимальною температурою застосування, марки Т215 за термостійкістю, що характеризуються міцністю при стиску 0,61,8 МПа, залишковою міцністю після випалювання при 600С до 70%, усадкою після випалювання до 0,9% та термостійкістю до 17 повітряних теплозмін. Встановлено можливість створення неавтоклавних лужних пінобетонів за «баротехнологією», що відкриває можливість до створення монолітних ізоляційних конструкцій з підвищеними показниками жаро- та вогнестійкості, досліджено вплив різних технологічних факторів на експлуатаційні та термомеханічні властивості пінобетонів на основі Баротехнології.

Встановлено, що розв’язання актуальної для економіки України проблеми покращання теплоізоляції високотемпературного устаткування та підвищення вогнестійкості відповідальних конструкцій споруд можливе за рахунок традиційних заміни матеріалів, зокрема енергоємних штучних легких вогнетривких виробів ніздрюватими бетонами з підвищеними термомеханічними характеристиками, найбільш перспективним в’яжучим для виробництва яких є лужний портландцемент.
Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено можливість отримання модифікованих лужних портландцементів в системі «портландцемент алюмосилікатний модифікатор лужний компонент» при використанні як лужного компоненту рідинного скла різної густини.
Встановлено взаємозв’язок між компонентним складом в’яжучих речовин, параметрами термообробки, фазовим складом продуктів гідратації та дегідратації та властивостями штучного каменю на основі модифікованих лужних портландцементів. Показано, що для забезпечення високих термомеханічних показників композицій необхідно забезпечити синтез у складі штучного каменю слабкозакристалізованих гідросилікатів кальцій та гідроалюмосилікатів натрію, які здатні до дегідратації і перекристалізації у безводні сполуки без значних змін каркасу, що є необхідною умовою отримання систем з підвищеними термомеханічними властивостями.
Розроблено склади композицій на основі лужних портландцементів, які забезпечують отримання штучного каменю з високими експлуатаційними показниками: строками тужавлення від 30 хв. до 3 годин, міцністю при стиску при підвищеному Р/Т до 56 МПа (що втричі перевищує показники аналогу традиційного портландцементу в аналогічній консистенції), залишковою міцністю до 100% та усадкою після випалювання при 800С до 3,5%. Системи здатні набувати своїх властивостей як при твердненні в стандартних умовах, так і при пропарюванні. Розроблені склади модифікованих лужних портландцементів можуть бути використані не лише для створення пінобетонів з підвищеними термомеханічними властивостями, але й при виробництві інших видів ніздрюватих бетонів з високими вимогами до експлуатаційних показників.
Встановлено основні принципи керування процесом структуроутворення пінобетону з підвищеними термомеханічними властивостями на основі лужного портландцементу, згідно з якими спочатку утворюється ніздрювата макроструктура матеріалу та міцна первинна мікроструктура на основі слабкозакристалізованих гідросилікатів кальцію, що здатні до дегідратації та перекристалізації у стабільні безводні фази (беліт, геленіт, воластоніт, нефелін, тверді розчини на основі плагіоклазів) без руйнування макроструктури матеріалу в ході нагрівання конструкції до робочої температури експлуатації.
Досліджено технологічні прийоми отримання пінобетонів з підвищеними термомеханічними властивостями на основі лужного портландцементу. Встановлено доцільність застосування технології одночасного перемішування компонентів пінобетонної суміші при надлишковому тиску («баротехнології»), визначено оптимальні параметри приготування матеріалу. Показано доцільність управління структуроутворенням пінобетону на основі лужного портландцементу шляхом варіювання вмістом алюмосилікатного модифікатору, вмістом наповнювача, піноутворювача та Р/Т.
Розроблено склади пінобетонів з підвищеними термомеханічними властивостями марки D600 за середньою густиною, класу И8 за граничною температурою застосування та И6 за оптимальною температурою застосування, марки Т215 за термостійкістю, що характеризуються міцністю при стиску до 3,5 МПа, залишковою міцністю після випалювання при температурі 600С до 70%, усадкою після випалювання до 0,9% та термостійкістю до 17 повітряних теплозмін. Відповідність експериментальних результатів аналітичним даним підтверджує достовірність отриманих результатів. Встановлено, що у порівнянні з іншими матеріалами, які традиційно застосовують для теплової ізоляції устаткування з робочою температурою 600800С (легкими вогнетривами та жаростійкими бетонами), розроблений пінобетон з підвищеними термомеханічними властивостями характеризується більш високим коефіцієнтом конструктивної якості, в 1,52 рази кращою термостійкістю, меншою енерго- та ресурсоємністю.
Проведено дослідно-промислове впровадження пінобетону на основі лужного портландцементу для створення теплоізоляції фрагментів футерівки (стіни басейну) скловарної печі Київського склотарного заводу. Розрахунковий економічний ефект від заміни легких вогнетривів неавтоклавним пінобетоном на основі лужного портландцементу становив 682,00 грн/м3пінобетону.
Вперше показано можливість отримання неавтоклавних лужних пінобетонів за «баротехнологією», що відкриває можливість до створення монолітних ізоляційних конструкцій з підвищеними показниками жаро- та вогнестійкості.