Жаростойкие композиционные материалы на основе отходов металлургической промышленности

• Автор: Дергунов, Николай Николаевич
• Шифр специальности: 05.23.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Липецк
• Количество страниц: 147 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Современные представления о состоянии бетонов

1 ЛНекоторые представления о модифицировании материалов. Определение понятия модификатора бетона. Особенности процесса гидратации и структурообразования цементного камня в присутствии модификаторов
1.2 Современное состояние и представление о структурообразования, свойствах, технологии производства жаростойких бетонов и изделий из них. Свойства и технологии приготовления жаростойких бетонов и изделий из них
1.3 Вяжущие вещества, тонкомолотые добавки и пластификаторы для жаростойких бетонов

1.4 Жаростойкие бетоны на основе шлаковых заполнителей

1.5 Бетоны на заполнителях из боя шамотных огнеупоров

1.6 Выводы

2. Используемые материалы оборудование и методы исследований

2.1 Характеристики материалов
2.2 Методы испытаний. Испытания исходных материалов и бетонов. Определение огнеупорности заполнителей и бетонов. Методы рентгенофазового анализа. Методы оптимизации составов и свойств бетонов. Понятие о планировании эксперимента. Основные задачи эксперимента
2.3 Выводы
3. Подбор составов и технология изготовления жаростойких бетонов
3.1 Сырьевые материалы для бетонов
3.2 Исследование влияния количества и вида наполнителей на огнеупорность вяжущих веществ
3.3 Исследование влияния наполнителей на свойства жаростойких бетонов на заполнителях из боя шамотных огнеупоров
3.4 Выводы
4. Технология изготовления жаростойких бетонов на заполнителях из боя шамотных огнеупоров с высокодисперсными добавками
4.1 Требования к вяжущим веществам
4.2 Подготовка наполнителей
4.3 Подготовка заполнителей
4.4 Подготовка арматуры
4.5 Подбор составов жаростойких бетонов. Расчет состава

жаростойких бетонов по нормативным документам. Определение оптимального состава жаростойкого бетона экспериментальным
методом
4.5.1Математическое моделирование и оптимизация влияния многокомпонентного наполнителя на теплостойкость и прочность
4.6 Технология приготовления бетонной смеси
4.7 Изготовление монолитных конструкций из жаростойкого железобетона методом скользящей опалубки
4.8 Твердение жаростойких бетонов на портландцементе
4.9 Особенности зимнего бетонирования жаростойкими бетонами
4.10 Сушка и первый разогрев жаростойкого бетона
4.11 Контроль качества работ
4.12 Выводы
5. Практическая реализация результатов исследований
5.1 Составы жаростойких композиционных материалов
5.2 Технология устройства жаростойких конструкционных материалов
в шлаковых траншеях ОАО «Новолипецкого МК»
5.3 Расчет экономической эффективности
5.4 Выводы
Основные выводы
Список используемых источников
ВВЕДЕНИЕ
Разработка оптимальных составов жаростойких бетонов на цементных вяжущих является актуальной проблемой. На предприятиях металлургической промышленности реконструкции подлежит большое количество тепловых агрегатов. Для этого требуются жаростойкие материалы, которые в больших количествах завозятся из других областей и регионов. С ростом стоимости перевозок встал вопрос о замене части огнеупоров на жаростойкие бетоны с использованием отходов местной промышленности. Возрастающие объемы выплавки черных металлов, особенно сталей специального назначения, в том числе динамной стали, применяемой в производстве легковых автомобилей, требуют внедрения новых видов жаростойких материалов, устойчивых к резким перепадам и длительному воздействию высоких температур.
В настоящее время на металлургических предприятиях страны в шлаковых отвалах находится более 500 миллионов тонн отходов, в том числе и бой огнеупорного кирпича. Площадь, занимаемая этими отходами, составляет десятки тысяч гектаров и ежегодно увеличивается на 100 - 120 га. В связи с этим разработка составов жаростойких бетонов с использованием отходов металлургической промышленности является актуальной задачей. Производство жаростойких бетонов для удовлетворения нужд металлургической промышленности способствует расширению сырьевой базы строительной индустрии, снижению энергозатрат и улучшению экологии окружающей среды.
Цель диссертационной работы - разработка оптимальных составов и технологии изготовления жаростойких бетонов на цементных вяжущих, шлаковых и шамотных заполнителях с высокодисперспыми отходами металлургической промышленности.
Для достижения намеченной цели поставлены следующие задачи:
- изучить физико-механические и химико-минералогические свойства отходов металлургического производства и исследовать их влияние на огнеупорность цементных вяжущих веществ;
разработать составы жаростойких бетонов с тонкомолотыми добавками из отходов металлургической (бой шамотных и высокоглиноземистых огнеупоров, доменные шлаки, шлаки ферробора и ферротитана) промышленности и выяснить влияние их количества на свойства бетонов;

1.4 Жаростойкие бетоны на основе шлаковых заполнителей
13опросам использования шлаковых отходов в составах жаростойких бетонов в отечественной литературе, как было указано выше, уделяется самое пристальное внимание [10-11,23,27,51,53,76,152]. Это обусловлено не только необходимостью утилизации шлаковых отвалов и защиты промышленной зоны металлургических предприятий, но и рядом ценных свойств шлаков, имеющих метастабильную структуру, повышающую их активность и не вызывающих термических напряжений при нагреве и охлаждении. Свойства этих материалов охарактеризованы в п. 1.1 настоящей главы.
Подбор составов жаростойких бетонов, имеющий свои особенности, осуществляется по нормативным документам [47,49], либо обычным, расчётноэкспериментальным методом [85]. Известны способы оптимизации составов жаростойких бетонов [104,114] с добавлением ТМД, содержащих глинозёмистые отходы и учитывающие влияние компонентов на электросопротивление огнеупорных бетонов. Авторы полагают, что оптимизировать структуру таких композитов можно путём построения «терморезистограмм» и выбирая составы с минимальной электропроводимостью при рабочих температурах бетонов в службе. Однако, с нашей точки зрения, этот метод является длительным и трудоёмким, требующим наличия в лабораториях специального дорогостоящего оборудования. На заводах по производству жаростойких бетонов на шлаковых заполнителях обычно таких условий нет. Кроме того, метод не позволяет прогнозировать свойства, в том числе и температуру службы бетона.
Методики подбора составов жаростойких бетонов, разработанные в НИИЖБ, не всегда совпадают с экспериментальными данными по свойствам жаростойких бетонов на цементных вяжущих и шлаковых заполнителях. Тем более, что эти свойства в значительной мере зависят от химикоминералогического состава и способов получения шлаковых заполнителей. Поэтому оптимизацию составов жаростойких бетонов на этих заполнителях следует производить для каждого конкретного их вида и с использованием методов математического планирования экспериментов, дающих возможность по-