Разработка жаростойких материалов на основе искусственных керамических вяжущих из термоактивированных глин

В данной работе была показана возможность получения теплоизоляционных и теплоизоляционно-конструкционных материалов на основе искусственных керамических вяжущих (из термоактивированных глин) различного состава с комплексным механизмом упрочнения, основанном на сочетании самоотвердения шлакощелочного вяжущего и росте прочности после сушки и обжига керамических вяжущих.

Целью данной работы является разработка эффективных легковесных жаростойких теплоизоляционных материалов на основе искусственного керамического вяжущего из термоактивированных глин.
Научная новизна включает в себя следующие составляющие:
• Для создания жаростойких пеноблоков предлагается новая композиция на основе шлакощелочного вяжущего и искусственного керамического вяжущего (ИКВ);
• Пластическая прочность и прочность готовых изделий (формирование межпоровых перегородок) определяется наличием колоидного компонента ИКВ и шлакощелочного вяжущего;
• Использование разработанных составов дает экологический эффект от вовлечения вторичных сырьевых ресурсов в технологический процесс засчет утилизации отходов;
• Комплексное упрочнение материала основано на сочетании самоотвердения шлакощелочного вяжущего и росте прочности после сушки и обжига.

В настоящее время в связи с быстрым ростом цен на энергоносители особую актуальность приобретает вопрос улучшения энергоэффективности жилых и производственных зданий и сооружений. Одним из путей повышения энергоэффективности является применение современных теплоизоляционных материалов.

Обоснованная техническая и экономическая концепция развития производства и применения теплоизоляционных материалов способна оказать большое влияние на всю структуру строительного производства.

Спрос на теплоизоляцию находится на достаточно высоком уровне и продолжает демонстрировать устойчивый рост.

Все это обусловило расширение работ по созданию новых высокотемпературных и огнеупорных теплоизоляционных материалов.

 

 Теплоизоляционный материал получали путем смешения минеральной составляющей – ИКВ (ИКВ получали помолом активированного материала осуществлялся в мельнице объемом 100 л, в щелочной области рН методом постадийной загрузки) и шлакощелочного вяжущего с  предварительно полученной пеной на основе раствора ПАВ, т.к.  наиболее высокая степень пористости (85-90%) достигается именно при пеновом способе производства. В работе использовался 3 % раствор пенообразователя «ТЭАС». Содержание шлакощелочного вяжущего в массе составляло от 5 до 15 %. Для его получения использовали жидкое стекло и шлак Северского трубного завода (СТЗ).

В данной работе для механоактивации шлака СТЗ, полученного по воздушно-сухой технологии, использовалась шаровая мельница. 

Формование образцов осуществлялось методом литья в металлические формы размером 50х50х50 мм. В формах образцы выдерживались в течение суток, а затем формы разбирались и образцы подвергались сушке при температуре 50–100°С .

Термообработка производилась в силитовой печи с карбидокремниевыми нагревателями при двух различных температурах: 1000ºС -  в первом случае и 1100°С во втором, с выдержкой в 1 ч. при 600°С.

После обжига образцы теплоизоляционных материалов были подвержены испытаниям, в результате которых были определены такие физико-механические характеристики, как кажущаяся плотность, усадка, предел прочности при сжатии и рассчитан  коэффициент конструктивного качества.

1. Показана возможность получения теплоизоляционных и теплоизоляционно-конструкционных материалов на основе искусственных керамических вяжущих (из термоактивированных глин) различного состава с комплексным механизмом упрочнения, основанном на сочетании самоотвердения шлакощелочного вяжущего и росте прочности после сушки и обжига керамических вяжущих.
2. Получены искусственные керамические вяжущие на основе термоактивированных глин и определены их свойства и реологические характеристики.
3. Проведен сравнительный анализ зернового состава шлака при различном времени помола и определены основные гранулометрические характеристики.
4. Анализ полученных данных показал, что оптимальным содержанием шлакощелочного вяжущего в составе материала является 5%.
5. Получен легковесный теплоизоляционный материал на основе искусственной керамической вяжущей суспензии из краснояружской глины со следующими характеристиками:

• плотность 0,5 г/см³;
• усадка 1,2 %;
• прочность при сжатии 5,3 МПа;
• коэффициент конструктивного качества 21.

1. Получен легковесный теплоизоляционный материал на основе искусственной керамической вяжущей суспензии из быковской голубой глины со следующими характеристиками:

• плотность 0,75 г/см³;
• усадка 1,5 %;
• прочность при сжатии 23 МПа;
• коэффициент конструктивного качества 28.

1. Получен легковесный теплоизоляционный материал на основе искусственной керамической вяжущей суспензии из быковской пестроцветной глины со следующими характеристиками:

• плотность 0,56 г/см³;
• усадка 1,9 %;
• прочность при сжатии 14 МПа;
• коэффициент конструктивного качества 35.

Составы 1.1, 4.1, и 7.2 соответствуют требованиям ГОСТ Р 52803-2007 «Изделия огнеупорные, теплоизоляционные» и могут быть рекомендованы к производству.

С экономической точки зрения производство проектируемого вида жаростойких пеноматериалов необходимо и выгодно; при сравнении разработанного состава с промышленным прототипом он имеет ряд преимуществ. С изменением состава уменьшается стоимость сырьевых материалов. Это даёт существенную экономию при производстве и снижает себестоимость жаростойких бетонов, не снижая при этом их качества, что позволяет увеличить прибыль предприятия производителя и делает товар конкурентоспособным на рынке стройматериалов.

Таким образом, использование шлакощелочного вяжущего и искусственной керамической вяжущей на основе термоактивированных глин является весьма эффективным технологическим приемом для получения жаростойкого теплоизоляционного материала, т.к. позволяет расширить сырьевую базу, снизить стоимость жаростойких материалов и в ряде случаев получать изделия с более высокими показателями, чем на традиционных составляющих.

1. Пивинский Ю.Е., Епифанова Т.Н., Перетокина Н.А. Материалы на основе высококонцентрированных керамических вяжущих суспензий (ВКВС). Получение и свойства тонкозернистых пенобетонов на основе ВКВС кварцевого песка // Огнеупоры и техническая керамика. 1998. № 10. С. 6-11.
2. Евтушенко Е.И., Перетокина Н.А. Теплоизоляционные материалы на основе искусственных керамических вяжущих различного состава // Вестник БГТУ им. В. Г. Шухова. 2013. № 6. С. 149-151.
3. 0Евтушенко Е.И., Перетокина Н.А. Получение ячеистого керамобетона на основе высококонцентрированных вяжущих суспензий // Известия вузов. Строительство. 2007. № 9. С. 28-31.
4. Дороганов В.А., Перетокина Н.А. Разработка и исследование составов масс и технологии изготовления шамотных теплоизоляционных огнеупоров // Новые огнеупоры. 2011. N 2. С. 27-29.

Possibility of receiving a heat insulating structural materials based on artificial ceramic binders (thermoactivating clays of different composition with a complex mechanism of hardening, based on a combination of samootverzhennyj slag-alkaline binder and the strength after drying and firing, the ceramic binders.