Фибробетон, устойчивый к воздействию высоких температур | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №28 (132) декабрь 2016 г.

Дата публикации: 18.12.2016

Статья просмотрена: 67 раз

Библиографическое описание:

Землянухин А. Д. Фибробетон, устойчивый к воздействию высоких температур // Молодой ученый. — 2016. — №28. — С. 88-90. — URL https://moluch.ru/archive/132/36953/ (дата обращения: 15.08.2018).



Как известно, влияние высокой температуры приводит к значительным изменениям прочности, трещиностойкости и в конечном итоге срока службы бетонов, применяемых в конструкциях теплотехнических сооружений. До настоящего времени подбор оптимальных составов жаростойких бетонов производили исходя из необходимости обеспечения остаточной прочности бетона на сжатие не менее 30 % после его нагрева при температуре 800°C. Однако в реальных условиях эксплуатации при действии высокой температуры и нагрузки бетоны с одинаковой прочностью на сжатие могут иметь различные показатели прочности на растяжение при изгибе, трещиностойкости и долговечности, что необходимо учитывать при выборе вида и состава бетона.

С целью повышения показателей прочности на сжатие и растяжение при изгибе был разработан состав легкого жаростойкого фибробетона [1], не требующего тепловой обработки. По сравнению с известными бетонами, предлагаемый состав при сохранении высоких жаростойких свойств обладает малой плотностью и достаточно высокой прочностью, особенно на растяжение при изгибе. Созданная с помощью газообразователей пористая структура бетона отличается прочными перегородками пор, образованными в результате использования глиноземистого шлака и сернокислого шлама, взаимодействующими с ортофосфорной кислотой и алюминиевой пудрой. Сернокислый шлам представляет собой продукт, образующийся травлением окалины при производстве стальных труб серной кислотой с последующей нейтрализацией известняком. Полученный при этом отход в виде шлама не находил применения и в больших количествах вывозился в отвал, ухудшая экологическое состояние в регионе. Химический состав шлама: Fe2O3 — (10–15) %; MgO — (3–5) %; SiO2 — (7,0–7,3) %; CaSO4 — (25–30) %; Cr2O3–1 %; CaF2 — (25–30) % и др. Содержание в шламе оксидов Si, Cr, Mg и Fe является положительным фактором для применения в огнеупорных смесях, так как фосфатные системы H3PO4, содержащие эти катионы, обладают высокими прочностными и жаростойкими свойствами. Содержащийся в сернокислом шламе сернокислый кальций (до 30 %) взаимодействует с ортофосфорной кислотой по реакции:

В результате образовавшаяся серная кислота взаимодействует с находящейся в смеси алюминиевой пудрой по реакции:

Образовавшиеся соединения Al2(SO4)3, Al(OH)3, а также полученные в результате аналогичного взаимодействия алюминиевой пудры с ортофосфорной кислотой Al(H2PO4)3 обеспечивают быстрый набор прочности.

Снижение плотности полученных изделий происходит за счет выделения водорода и применения вспученного вермикулитового песка фракции (0–5) мм, который отличается по сравнению с керамзитом значительно меньшей плотностью при сохранении высоких жаростойких свойств.

В отличие от известных легких жаростойких бетонов предлагаемая сырьевая смесь для производства легкого жаростойкого фибробетона, включающая алюминиевую пудру, ортофосфорную кислоту 60 %-ной концентрации, глиноземистый шлак, сернокислый шлам, вермикулит, дополнительно содержит фибровые волокна из проволоки «Хромель Т» (относительная длина — 60).

Сырьевая смесь после затвердевания может применяться в конструкциях теплотехнических сооружений, испытывающих помимо сжимающих значительные растягивающие напряжения. Для повышения сопротивления сжатию и растяжению в сырьевую смесь вводили металлические волокна-фибры, способные воспринимать на себя большие сжимающие и особенно растягивающие нагрузки. Проволока из сплава НХ 9,5 «Хромель Т», применяемая для изготовления термопар и содержащая в своем составе 8–10 % хрома и 90–92 % никеля, характеризуется большой прочностью на растяжение (до 500 МПа) и высокими огнеупорными свойствами. Сохранение заданной плотности полученных изделий в сопоставлении с известными составами [2] обеспечивается тем, что в предлагаемой сырьевой смеси увеличено количество вермикулита фракции 0–5 мм, при этом уменьшено количество глиноземистого шлака, отличающегося повышенной плотностью. image1
Таким образом, введение в сырьевую смесь металлических волокон-фибр, выполненных из проволоки НХ 9,5 «Хромель Т», а также увеличение расхода легкого наполнителя — вермикулита — при одновременном снижении количества более плотного глиноземистого шлака обеспечивает получение быстротвердеющей смеси повышенной прочности на сжатие и растяжение при сохранении малой плотности, высокой жаростойкости и времени отверждения.

Сырьевую смесь готовят в следующей последовательности.

К сернокислому шламу добавляют ортофосфорную кислоту 60 %-ной концентрации в количестве 32 % от общего объема и перемешивают в течение 1–2 мин. Отдельно приготавливают сухую смесь, состоящую из алюминиевой пудры, глиноземистого шлака, вермикулита фракции 0–5 мм и металлических волокон-фибр диаметром 0,5 мм и длиной 30 мм. Время перемешивания обусловлено равномерным распределением фибр в смеси и составляет 2–4 мин. Подготовленные в разных емкостях указанные смеси соединяют и затворяют оставшимся количеством (68 %) ортофосфорной кислоты 60 %-ной концентрации. Полученную сырьевую смесь интенсивно перемешивают до начала бурного тепловыделения и формуют в изделие. Скорость затвердевания смеси составляет 29–31 мин.

Для сравнения физико-механических свойств предлагаемого фибробетона и известных составов легкого жаростойкого бетона [2] были изготовлены образцы, которые подвергались испытаниям прочности на сжатие и на растяжение, термостойкости, усадки, деформации под нагрузкой и др. [3, 4]. Результаты испытаний приведены в таблице.

Анализ представленных в таблице данных показывает, что введение в сырьевую смесь металлических волокон-фибр из сплава «Хромель Т», имеющего высокие огнеупорные свойства, при указанных соотношениях входящих в нее компонентов способствует, согласно составу № 3, увеличению прочности на сжатие в 1,4 раза, а прочности на растяжение — в 2,1 раза при сохранении средней плотности изделий и одинаковом по сравнению с известным составом [2] времени отверждения.

Наличие данных о физической структуре легкого жаростойкого фибробетона, его сопротивление зарождению и подрастанию трещин при различных условиях внешней среды позволяет перейти к количественной оценке трещиностойкости. Применительно к условиям эксплуатации испытания проводились в нагретом состоянии при температурах 110, 300 и 800°С.

Таблица 1

Физико-механические свойства предлагаемых составов легкого жаростойкого фибробетона

Свойства легкого жаростойкого фибробетона

Известный состав [2]

Составы сырьевой смеси

1

2

3

Время отверждения, мин.

28–30

29

30

31

Прочность на сжатие, МПа

2,2–3,2

3,91

4,15

4,53

Прочность на растяжение, МПа

0,32–0,87

1,18

1,29

1,84

Средняя плотность, г/см

0,53–0,64

0,58

0,62

0,64

Класс бетона по предельно допустимой температуре применения

И8

(Т=800°С)

И8

И8

И8

Остаточная прочность после нагрева до температуры 800°С, %

62–67

75

75

78

Термостойкость при 800°С, воздушные теплосмены

35–38

40

41

41

Температура 4 %-ной деформации под нагрузкой, °С

800

1200

1200

1200

Предельное значение усадки после нагрева до предельно допустимой температуры применения, %

1,8–2

1,8

1,7

1,62

Анализ результатов испытаний показал, что при нагреве легкого фибробетона от 20°С до 800°С параметр прочности Rbtf снизился на 8 % при одновременном уменьшении показателя трещиностойкости на 15 %. Такое незначительное снижение вышеуказанных параметров связано со структурой фибробетона. При нагреве до 800°С общая пористость уменьшилась на 3 % при незначительном перераспределении объемов пор по размерам. Использование огнеупорных заполнителей из глиноземистого шлака и сернокислого шлама способствовало стабилизации структуры фибробетона и постоянству его механических характеристик.

В проведенных дополнительно испытаниях установлена критическая температура (1500°С) применения предлагаемого состава легкого жаростойкого бетона, при которой потеря прочности составляет 70 % от начального значения по сравнению с прочностью при 20°С.

Применение разработанных составов легкого жаростойкого фибробетона позволит повысить прочность, трещиностойкость и долговечность (срок службы) конструкций теплотехнических сооружений, снизить себестоимость такого бетона и улучшить экологическую обстановку за счет полного отсутствия тепловой обработки и использования неутилизированных отходов алюминиевого и трубного производств.

Литература:

1. Патент РФ № 2257363. Сырьевая смесь для производства легкого огнеупорного фибробетона / Перфилов В. А., Алаторцева У. В., Агеев Ю. С., Митяев С. П., Тютюрин А. А. Бюлл. № 20, зарег. 20.07.2009 г.

2. Патент РФ № 2257363. Сырьевая смесь для производства легкого огнеупорного бетона / Перфилов В. А., Агеев Ю. С., Тютюрин А. А. Бюлл. № 21, зарег. 27.07.2005 г.

3. ГОСТ 10180–90 (2003). Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам

4. ГОСТ 10180–90 (2003). Бетоны жаростойкие. Технические условия.

Основные термины (генерируются автоматически): ортофосфорная кислота, сернокислый шлам, алюминиевая пудра, глиноземистый шлак, сырьевая смесь, растяжение, время отверждения, сжатие, допустимая температура, высокая температура.


Ключевые слова

проектирование, фибробетон, жаростойкий бетон, состав бетона, металлические волокна

Похожие статьи

Получение штучных прессованных огнеупоров на основе...

Для проведения исследования были использованы следующие сырьевые компоненты: термическая ортофосфорная кислота 70% концентрации по ГОСТ 10678-76, в качестве порошкообразных наполнителей был применен алюмокальциевый шлам...

Диверсификация производства: использование отходов...

Важнейшим глиноземсодержащим сырьевым компонентом в производстве глиноземистого шлака (цемента) являются бокситы — алюминиевые руды, состоящие из коллоидных минеральных частиц.

Повышение эффективности жаростойких вяжущих за счет...

Дело в том, что портландцемент до сих пор остается одним из дешевых и доступных вяжущих, по сравнению с глиноземистыми цементами.

При дальнейшем нагреве цементного камня на основе портландцемента в смеси с тонкомолотой добавкой в интервале температур...

Утилизация отходов пищевых кислот и характеристика сточных вод

Дрожжи выращивают при температуре 32–35 °С при аэрации среды в течение 8–9 ч при рН

На 1 т лимонной кислоты образуется гипсового шлама около 1,3 т (в расчете на

Биологическое и химическое потребление кислорода кислотами и допустимая концентрация их в сточных водах.

Отмывка водорастворимых частей шлама. Химический...

Ключевые слова: отмывка переработка шламовых отходов, глинозем-содержащее сырье.

В настоящее время на Таджикском алюминиевом компания накоплены, по приблизительным оценкам, сотни тысяч тонн шламов, которые складируются на шламовых полях и загрязняют...

Исследование химической стойкости серных композитов на...

серная кислота. хлорид натрия. сульфат магния. бензин. дизельное топливо.

Очевидно, это связано с достаточно высокой их пористостью (из-за интенсивного выделения газообразных продуктов вулканизации, которые не успевают удалиться из смеси; с увеличением...

Технические условия применения минерального порошка из...

при температуре 50°С, МПа. 0,93. По выше перечисленным показателям данная смесь соответствует типу Б марки III ГОСТ 9128-97.

Общие технические условия. 4. ГОСТ 28840—90 Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб.

К вопросу о производстве керамзита из техногенных отходов...

Температура обжига, 0С. Средний коэффициент вспучивания, kв.

Проанализировав литературные источники, добавление в шихту бурового шлама или шлама водоочистки повышает физико-механические характеристики керамзита.

Химия варки древних стекол на зольной шихте | Статья в журнале...

Температура образования эвтектики 638°С, что на 217°С ниже, чем плавление карбоната натрия (см. табл. 1) — основного компонента шихты.

Сернокислый натрий (Na2SO4) не реагирует непосредственно с кремнеземом.

Получение штучных прессованных огнеупоров на основе...

Для проведения исследования были использованы следующие сырьевые компоненты: термическая ортофосфорная кислота 70% концентрации по ГОСТ 10678-76, в качестве порошкообразных наполнителей был применен алюмокальциевый шлам...

Диверсификация производства: использование отходов...

Важнейшим глиноземсодержащим сырьевым компонентом в производстве глиноземистого шлака (цемента) являются бокситы — алюминиевые руды, состоящие из коллоидных минеральных частиц.

Повышение эффективности жаростойких вяжущих за счет...

Дело в том, что портландцемент до сих пор остается одним из дешевых и доступных вяжущих, по сравнению с глиноземистыми цементами.

При дальнейшем нагреве цементного камня на основе портландцемента в смеси с тонкомолотой добавкой в интервале температур...

Утилизация отходов пищевых кислот и характеристика сточных вод

Дрожжи выращивают при температуре 32–35 °С при аэрации среды в течение 8–9 ч при рН

На 1 т лимонной кислоты образуется гипсового шлама около 1,3 т (в расчете на

Биологическое и химическое потребление кислорода кислотами и допустимая концентрация их в сточных водах.

Отмывка водорастворимых частей шлама. Химический...

Ключевые слова: отмывка переработка шламовых отходов, глинозем-содержащее сырье.

В настоящее время на Таджикском алюминиевом компания накоплены, по приблизительным оценкам, сотни тысяч тонн шламов, которые складируются на шламовых полях и загрязняют...

Исследование химической стойкости серных композитов на...

серная кислота. хлорид натрия. сульфат магния. бензин. дизельное топливо.

Очевидно, это связано с достаточно высокой их пористостью (из-за интенсивного выделения газообразных продуктов вулканизации, которые не успевают удалиться из смеси; с увеличением...

Технические условия применения минерального порошка из...

при температуре 50°С, МПа. 0,93. По выше перечисленным показателям данная смесь соответствует типу Б марки III ГОСТ 9128-97.

Общие технические условия. 4. ГОСТ 28840—90 Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб.

К вопросу о производстве керамзита из техногенных отходов...

Температура обжига, 0С. Средний коэффициент вспучивания, kв.

Проанализировав литературные источники, добавление в шихту бурового шлама или шлама водоочистки повышает физико-механические характеристики керамзита.

Химия варки древних стекол на зольной шихте | Статья в журнале...

Температура образования эвтектики 638°С, что на 217°С ниже, чем плавление карбоната натрия (см. табл. 1) — основного компонента шихты.

Сернокислый натрий (Na2SO4) не реагирует непосредственно с кремнеземом.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Получение штучных прессованных огнеупоров на основе...

Для проведения исследования были использованы следующие сырьевые компоненты: термическая ортофосфорная кислота 70% концентрации по ГОСТ 10678-76, в качестве порошкообразных наполнителей был применен алюмокальциевый шлам...

Диверсификация производства: использование отходов...

Важнейшим глиноземсодержащим сырьевым компонентом в производстве глиноземистого шлака (цемента) являются бокситы — алюминиевые руды, состоящие из коллоидных минеральных частиц.

Повышение эффективности жаростойких вяжущих за счет...

Дело в том, что портландцемент до сих пор остается одним из дешевых и доступных вяжущих, по сравнению с глиноземистыми цементами.

При дальнейшем нагреве цементного камня на основе портландцемента в смеси с тонкомолотой добавкой в интервале температур...

Утилизация отходов пищевых кислот и характеристика сточных вод

Дрожжи выращивают при температуре 32–35 °С при аэрации среды в течение 8–9 ч при рН

На 1 т лимонной кислоты образуется гипсового шлама около 1,3 т (в расчете на

Биологическое и химическое потребление кислорода кислотами и допустимая концентрация их в сточных водах.

Отмывка водорастворимых частей шлама. Химический...

Ключевые слова: отмывка переработка шламовых отходов, глинозем-содержащее сырье.

В настоящее время на Таджикском алюминиевом компания накоплены, по приблизительным оценкам, сотни тысяч тонн шламов, которые складируются на шламовых полях и загрязняют...

Исследование химической стойкости серных композитов на...

серная кислота. хлорид натрия. сульфат магния. бензин. дизельное топливо.

Очевидно, это связано с достаточно высокой их пористостью (из-за интенсивного выделения газообразных продуктов вулканизации, которые не успевают удалиться из смеси; с увеличением...

Технические условия применения минерального порошка из...

при температуре 50°С, МПа. 0,93. По выше перечисленным показателям данная смесь соответствует типу Б марки III ГОСТ 9128-97.

Общие технические условия. 4. ГОСТ 28840—90 Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб.

К вопросу о производстве керамзита из техногенных отходов...

Температура обжига, 0С. Средний коэффициент вспучивания, kв.

Проанализировав литературные источники, добавление в шихту бурового шлама или шлама водоочистки повышает физико-механические характеристики керамзита.

Химия варки древних стекол на зольной шихте | Статья в журнале...

Температура образования эвтектики 638°С, что на 217°С ниже, чем плавление карбоната натрия (см. табл. 1) — основного компонента шихты.

Сернокислый натрий (Na2SO4) не реагирует непосредственно с кремнеземом.

Получение штучных прессованных огнеупоров на основе...

Для проведения исследования были использованы следующие сырьевые компоненты: термическая ортофосфорная кислота 70% концентрации по ГОСТ 10678-76, в качестве порошкообразных наполнителей был применен алюмокальциевый шлам...

Диверсификация производства: использование отходов...

Важнейшим глиноземсодержащим сырьевым компонентом в производстве глиноземистого шлака (цемента) являются бокситы — алюминиевые руды, состоящие из коллоидных минеральных частиц.

Повышение эффективности жаростойких вяжущих за счет...

Дело в том, что портландцемент до сих пор остается одним из дешевых и доступных вяжущих, по сравнению с глиноземистыми цементами.

При дальнейшем нагреве цементного камня на основе портландцемента в смеси с тонкомолотой добавкой в интервале температур...

Утилизация отходов пищевых кислот и характеристика сточных вод

Дрожжи выращивают при температуре 32–35 °С при аэрации среды в течение 8–9 ч при рН

На 1 т лимонной кислоты образуется гипсового шлама около 1,3 т (в расчете на

Биологическое и химическое потребление кислорода кислотами и допустимая концентрация их в сточных водах.

Отмывка водорастворимых частей шлама. Химический...

Ключевые слова: отмывка переработка шламовых отходов, глинозем-содержащее сырье.

В настоящее время на Таджикском алюминиевом компания накоплены, по приблизительным оценкам, сотни тысяч тонн шламов, которые складируются на шламовых полях и загрязняют...

Исследование химической стойкости серных композитов на...

серная кислота. хлорид натрия. сульфат магния. бензин. дизельное топливо.

Очевидно, это связано с достаточно высокой их пористостью (из-за интенсивного выделения газообразных продуктов вулканизации, которые не успевают удалиться из смеси; с увеличением...

Технические условия применения минерального порошка из...

при температуре 50°С, МПа. 0,93. По выше перечисленным показателям данная смесь соответствует типу Б марки III ГОСТ 9128-97.

Общие технические условия. 4. ГОСТ 28840—90 Машины для испытания материалов на растяжение, сжатие и изгиб.

К вопросу о производстве керамзита из техногенных отходов...

Температура обжига, 0С. Средний коэффициент вспучивания, kв.

Проанализировав литературные источники, добавление в шихту бурового шлама или шлама водоочистки повышает физико-механические характеристики керамзита.

Химия варки древних стекол на зольной шихте | Статья в журнале...

Температура образования эвтектики 638°С, что на 217°С ниже, чем плавление карбоната натрия (см. табл. 1) — основного компонента шихты.

Сернокислый натрий (Na2SO4) не реагирует непосредственно с кремнеземом.

Задать вопрос