Влияние межчастичных расстояний наполнителя на термические свойства композитов на основе шлаков и глин

Спектр используемых в промышленности жаростойких футеровочных материалов достаточно высок и отличается разнообразием в плане выбора вида материалов и способа использования [1…8].

В качестве более дешевой альтернативы традиционным материалам могут использоваться композиты на основе активированных молотых шлаков и глин [9…11]. Как показали ранее проведенные эксперименты, молотый металлургический шлак и глина в присутствии щелочного активизатора, создают достаточно прочную структуру, обладающую высокими эксплуатационными характеристиками [12…14].

Гранулометрический состав жаростойких заполнителей и их вводимое количество оказывает значительное влияние на термическую стойкость наполненных глиношлаковых материалов [15…18]. В связи с этим, чрезвычайно важной является оценка оптимизации структурной топологии высокотермостойких наполненных композитов. С этих позиций целесообразно определить межчастичные расстояния наполнителя в структуре вяжущего на основе глины и шлака. Такая оценка дает возможность достаточно точно оценить межчастичные расстояния, определяющие развитие трещин.

На рисунке 1 представлены зависимости расстояния между поверхностями частиц шамотного заполнителя и термостойкости композиций от содержания заполнителя с различными размерами частиц.

Из графиков видно, что максимальная термостойкость в 71 цикл обеспечивается при расстояниях межу поверхностями частиц шамотных зерен, равных 0,6 мм. При этом средний размер зерен равен 1,87 мми при содержании их в количестве 100% от массы вяжущего. При уменьшении среднего размера частиц шамотного боя до 0,924 мм максимум термостойкости в 42 цикла водных теплосмен обеспечивается при расстоянии между поверхностями частиц 0,27 мм, что соответствует 100% содержанию шамотного заполнителя от массы вяжущего. С уменьшением среднего размера частиц до 0,45 мм термостойкость существенно падает до максимального значения в 12 циклов при наполнении 80% от массы глиношлакового вяжущего. Оптимальное расстояние, обеспечивающее эту термостойкость, составляет 0,17 мм.

Для конкретной матрицы с соотношением компонентов «шлак:глина», равным 60:40, при наполнении ее шамотными наполнителем со средним размером 1,87 мм, расстояние между зернами, равное 0,55−0,6 мм является оптимальным для создания условий, когда трещины развиваются без ветвления. При этом продолжительность распространения трещин позволяет получить композиционный материал с достаточно высокой термостокостью. Уменьшение расстояний между частицами (состав с боем шамотного кирпича фр. 0,3−0,6 мм) приводит к уменьшению времени распространения трещин от зерна к зерну и после первого-второго цикла испытаний на термостойкость трещина проходит расстояние между частицами заполнителя. При последующих циклах испытания трещины расширяются, что приводит к разрушению структуры. Это отчетливо подтверждается низкой термостойкостью композиций с зернами 0,3−0,6 мм (рис. 1., а), не превышающей 12 циклов.

Выявление закономерности подтверждает важную роль полиструктурности композитов в снижении трещинообразования их не только при развитии капиллярной усадки, но и при термических перепадах.

Библиографический список

• 1. Горлов, Ю. П. Огнеупорные и теплоизоляционные материалы [Текст]: учебное пособие для техникумов / Ю. П. Горлов, Н. Ф. Еремин, Б. У. Седунов. -М.: Стройиздат, 1976. 192 с., ил.
• 2. Тарасова, А. П. Готовые сухие смеси для жаростойких бетонов [Текст] / А. П. Тарасова, Н. П. Жданова // Бетон и железобетон. — 1981. — № 12. — С. 17.
• 3. Жаростойкие бетоны [Текст] / Под ред. К. Д. Некрасова. -М.: Стройиздат, 1974.-176 с.
• 4. Некрасов, К. Д. Жаростойкие вяжущие на жидком стекле и бетоны на их основе [Текст] / К. Д. Некрасов, А. П. Тарасова. — М.: Стройиздат, 1982.
• 5. Стрелов, К. К. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов [Текст] /К.К. Стрелов.- М.: Металлургия, 1985. — 480 с.
• 6. Ферворнер, О. Огнеупорные материалы для стекловаренных печей [Текст] / О. Ферворнер, К. Берндт, пер. с нем. О. Н. Попова; под ред. А. С. Власова. — М.: Стройиздат, 1984. — 260 с, ил.
• 7. Физико-химические и технологические основы жаростойких цементов и бетонов [Текст] / отв. ред И. В. Тананаев.- М.: «Наука», 1986. — 191 с, ил.
• 8. Фомичев Н. А. Жаростойкие бетоны на основе металлургических шлаков [Текст] / Н. А. Фомичев.- М.:Стройиздат, 1972.
• 9. Тарасов, Р. В. Эффективный жаростойкий материал на основе модифицированного глиношлакового вяжущего [Текст] / Р. В. Тарасов: канд. диссертация. — ПГАСА, 2002.-150 с.
• 10. 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.
• 11. 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/2015/01/43 378 (дата обращения: 06.01.2015).
• 12. 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/2014/08/37 211 (дата обращения: 20.08.2014).
• 13. 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/2014/08/37 254 (дата обращения: 25.08.2014).
• 14. 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/2015/01/43 380 (дата обращения: 06.01.2015)
• 15. 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/2015/01/43 495 (дата обращения: 08.01.2015).
• 16. 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/2015/01/45 013 (дата обращения: 17.01.2015).
• 17. 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/2015/01/44 984 (дата обращения: 17.01.2015).
• 18. 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/2015/01/45 541 (дата обращения: 17.01.2015).