Миргород Оксана Володимирівна. Цемент поліфункціонального призначення на основі композицій системи CaO-BaO-Al2O3

brief description

Миргород Оксана Володимирівна. Цемент поліфункціонального призначення на основі композицій системи CaO-BaO-Al2O3 : Дис... канд. наук: 05.17.11 - 2008.

Миргород О.В. Цемент поліфункціонального призначення на основі композицій системи СаОBaОAl2О3. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. Державний вищий навчальний заклад Український державний хіміко-технологічний університет”, Дніпропетровськ, 2008.
Дисертація присвячена питанням розробки та одержання на основі сполук трикомпонентної системи СаОBaОAl2О3барійвмісних глиноземних цементів поліфункціонального призначення, які можуть бути використані для створення високоміцних вогнетривких захисних бетонів. Отриманню спеціальних цементів передувало теоретичне дослідження трикомпонентної системи СаОBaОAl2О3. Здійснено тріангуляцію системи при передбачуваній температурі синтезу 14000С. Ґрунтуючись на проведених теоретичних дослідженнях, одержано високоміцні (міцність на стиск до 64 МПа), вогнетривкі (вогнетривкість до 17000С), захисні цементи (розрахунковий коефіцієнт масового поглинання до 206,6 см2/г). Створено ресурсоощадну технологію одержання вогнетривких барійвмісних глиноземних цементів на основі відходів хімічної промисловості. Захисні бетони, отримані на основі розробленого цементу, характеризуються високою міцністю (межа міцності на стиск до 60 МПа), вогнетривкістю понад 17800С, низьким ступенем розміцнення в інтервалі температур 20-13000С (до 16,5 %), термостійкістю понад 20 теплозмін.

У результаті виконання дисертаційної роботи вирішено науково-практичну задачу одержання вогнетривких барійвмісних глиноземних цементів на основі композицій системи СаОBaОAl2О3поліфункціонального призначення. За результатами проведених досліджень зроблено наступні висновки:
1. Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено можливість одержання нового класу барійвмісних глиноземних цементів на основі композицій системи СаОBaОAl2О3із сировинної суміші, що складається з вуглекислого барію, крейди і глинозему. Отримані цементи характеризуються високими показниками: міцність на стиск через 28 діб тверднення до 64 МПа, є швидкосхоплюючимися початок схоплювання 25-55 хв., кінець 1 год. 20 хв. 1 год. 55 хв.; швидкотверднучими міцність на стиск через 3 доби тверднення досягає 42 МПа; в'яжучими повітряного тверднення з водоцементним відношенням 0,25-0,42; які мають вогнетривкість до 17000С і високий коефіцієнт масового поглинання гама-квантів до 206,6 см2/г. В результаті випробувань розроблених цементів в ХНУ ім. В.Н. Каразіна встановлено, що після опромінювання зразків на лінійному прискорювачі в імпульсному режимі прямого опромінення електронами та гама-квантами до поглиненої дози 1,6 106Гр спостерігається ефект зміцнення матеріалу на 10-20 % в залежності від фазового складу.
2. Розраховано вихідні термодинамічні константи потрійних сполук системи СаОBaОAl2О3, відсутні в довідковій літературі, і сформовано скориговану термодинамічну базу даних алюмінатів кальцію і барію, які входять до складу системи. Отримано нові наукові результати про субсолідусну будову системи СаОBaОAl2О3та здійснено її тріангуляцію при температурі 14000С; надано теоретичну оцінку спрямованості протікання взаємних реакцій та експериментально встановлено пари співіснуючих фаз, стабільних при зазначеній температурі і наведено геометро-топологічну характеристику системи. Встановлено, що система розбивається на 15 елементарних трикутників, які значно відрізняються між собою за геометричними показниками.
3. Визначено перспективну з точки зору наявності комплексу високих експлуатаційних властивостей область ВаAl2О4-СаАl2О4-Са2ВаАl8О15системи СаОBaОAl2О3та одержано на її основі поліфункціональні в’яжучі матеріали.
4. Синтезовано потрійні сполуки системи СаОBaОAl2О3та визначено їх гідравлічну активність. Встановлено, що значну гідравлічну активність має потрійна сполука Са2BaAl8O15, а сполука СаBa3Al2O7проявляє слабкі в’яжучі властивості через інтенсивну взаємодію з водою.
5. Розглянуто особливості протікання процесів фазоутворення в сировинній суміші, що складається з вуглекислого кальцію, вуглекислого барію і оксиду алюмінію. Визначено, що твердофазові реакції починають протікати з помітною швидкістю вже при температурі 10000С і цілком завершуються при температурі 13000С. Первинним продуктом синтезу в зазначеній сировинній суміші є подвійна сполука BaAl2O4, а пізніше утворюється дікальцієвий тетраалюмінат барію. Отримані дані підтверджено рентгенофазовими дослідженнями.
6. Вивчено особливості процесів гідратації вогнетривкого барійвмісного глиноземного цементу і встановлено, що основними продуктами гідратації є сукупність гідроалюмінатів кальцію та барію, саме їх поєднання і визначає властивості цементного каменю.
7. Створено ресурсоощадну технологію одержання барійвмісного глиноземного цементу з використанням відходів хімічної промисловості; розроблено технічні умови і технологічний регламент та випущено дослідно-промислову партію цементу в умовах Харківського дослідного цементного заводу.
8. Розроблено нові склади вогнетривких бетонів з високими фізико-механічними і технічними властивостями: міцність на стиск через 28 діб тверднення 56-60 МПа в залежності від складу цементу; вогнетривкість понад 17800С, ступінь розміцнення в інтервалі температур 20-13000С до 16,5 %, термостійкість понад 20 теплозмін.
9. Випробуваннями, проведеними в ХНУ ім. В.Н. Каразіна, доведено, що бетонний конструктивний елемент експлуатується на установці ЕЛІУС Інституту високих технологій для захисту від радіаційного впливу та забезпечує необхідний рівень захисту при гранично жорстких технологічних умовах роботи прискорювача, зберігаючи необхідні механічні властивості. Випробування бетонних зразків в ТОВ „Кермет-У” на лабораторній установці „Кобальт” довели, що розроблені бетони є радіаційностійкими і можуть бути рекомендовані як захисні матеріали. В рамках експлуатаційних випробувань в ТПК Примекс” (м. Запоріжжя) була виготовлена експериментальна партія тиглів для плавки емалей на основі вогнетривких бетонів оптимальних складів. Доведено, що в експериментальному тиглі не виявлено слідів корозійного впливу на матеріал і не визначена дифузія забарвлюючих оксидів і шкідливих домішок із тиглю в склад фрити.
Теоретичні, технологічні та методологічні розробки, що наведені в дисертаційній роботі,
використовуються в навчальному процесі НТУ ХПІ” при викладанні дисциплін Основи технології тугоплавких неметалічних і силікатних матеріалів”, Фізична хімія тугоплавких неметалічних і силікатних матеріалів”, Виробництво теплоізоляційних та радіаційностійких матеріалів” та при виконанні дипломних науково-дослідних робіт.