книги / Неформованные огнеупоры. Т. 1 Общие вопросы технологии

Типичные свойства саморастекающихся бетонов и внбробетонов фирмы “РНЬпсо" на основе андалузита

[6.10] приведены исходные составы и основные свойства саморастекающихся НЦОБ и СНЦОБ с общей торговой маркой “Р1Шо\у”.

Среди этих бетонов, прежде всего, следует отметить большую группу высокоглино­ земистых и корундовых бетонов с содержанием А120 3 в пределах 55-98 %. Значитель­ ное место занимают и саморастекающиеся бетоны на основе (или содержащие) ЗЮ. Содержание последнего колеблется в пределах 10-72 %. Показатели пористости бето­ нов после термообработки при 1000 °С (т.е. в дегидратированном состоянии) нахо­ дятся в пределах 16,5-26 %, максимальный диаметр заполнителя для корундовых и высокоглиноземистых бетонов — 7 мм, карборундовых — 4 мм. Содержание СаО, вводимого посредством ВГЦ, колеблется в пределах 0,65-1,9 %. В соответствии с клас­ сификацией, рассмотренной в главе 2, по содержанию СаО бетоны относятся к СНЦОБ (СаО в пределах 0,2-1,5 %) и НЦОБ (1,5-2,5 %).

Остаточное изменение линейных размеров (в большинстве случаев — усадка) ко­ леблется в пределах 0,2-1,4 %. Показатели предела прочности при сжатии в исходном состоянии достаточно высоки (45-110 МПа). Следует отметить, что среди этой груп­ пы бетонов распространены добавки Сг20 3 (4-10 %), которые существенно повыша­ ют их высокотемпературную прочность.

В табл. 6.3 приведены сопоставительные данные вибрационных и саморастекаю­ щихся НЦОБ на основе андалузита.

Сопоставлены показатели их свойств при трех значениях влажности (5-7 %). Если при минимальной влажности (5 %) показатели близки или сопоставимы, то при зна­ чении влажности 6 и 7 % очевидно преимущество саморастекающихся бетонов. Прак­ тически двойное падение показателей прочности для вибробетонов по сравнению с таковыми для саморастекающихся обусловлено, по всей видимости, расслоением (сег­ регацией) заполнителя.

6.1.5. Технология огнеупорных бетонов

с жест коф иксированны м каркасом заполнителя

(процесс Ж ФК)

В отличие от традиционной технологии литых огнеупорных бетонов, в процессе с ЖФК огнеупорный заполнитель предварительно укладывают в форму или опалубку, а матричную (вяжущую) систему методом литья вводят в пористый каркас заполните­ ля. При этом процесс структурообразования может осуществляться по различным

механизмам: вследствие частичного обезвоживания вяжущей суспензии за счет пори­ стого заполнителя гидратационного твердения при получении НЦОБ и СНЦОБ и др.

Керамобетоны с жесткофиксированным каркасом заполнителя (ЖФК). Первый этап создания этой технологий относится к концу 60-х годов. Он состоял в реализации способа шликерной пропитки зернистого каркаса заполнителя из плавленого кварца [6.21,6.34]. Автором [6.21] в тот период уже были получены отливки кварцевой кера­ мики с пористостью 10-13 % при наборе массы в покое и 8-11 % — при наборе с вибрацией. Подобные результаты не были достигнуты ни одним методом формования и ни на одном из материалов. При этом автором [6.21] был поставлен вопрос, возмож­ но ли при формовании получить полуфабрикат с еще более высокой плотностью упа­ ковки, и если возможно, то каковы должны быть при этом принцип подбора зерновых составов и метод формования.

Для реализации этой задачи был предложен вариант формовочной системы с зерни­ стым заполнителем. Предполагали при этом, что плотная упаковка сравнительно круп­ ных частиц (монофракций) может быть достигнута в сухом виде, а упаковка тонко­ дисперсных частиц — в водной среде. Кроме того, в массе, состоящей из крупных и мелких частиц, должно быть обеспечено определенное их соотношение. Этим требо­ ваниям, создающим условия для получения максимальной плотности упаковки час­ тиц при формовании, был предложен и реализован следующий принцип подбора гра­ нулометрического состава и метод формования. Крупную монофракцию порошка (или смесь крупных фракций) засыпают в пористую форму и подвергают утряске (вибра­ ции), после чего заливают тонкодисперсным шликером, который свободно “пропиты­ вает” зернистый “каркас” и заполняет его поры. Таким образом может быть получен высокоплотный полуфабрикат.

При принятой методике формования полуфабриката поры каркаса, состоящего из порошка прерывного гранулометрического состава, заполняются частицами тонкодис­ персного порошка непрерывной гранулометрии, в результате чего достигается высо­ кая плотность упаковки и равномерное распределение фракций в каждом элементе объема. Последнее обусловлено тем, что зернистый каркас имеет перед пропиткой жесткофиксированное положение, и тонкодисперсный порошок, набираемый из шли­ кера, плотно укладывается в его порах.

В общем случае плотность упаковки полуфабриката, полученного описанным мето­

где Кп— коэффициент упаковки полуфабриката; Ке— коэффициент упаковки тонко­ дисперсной связующей массы, набранной из шликера; # — коэффициент упаковки зернистого каркаса.

На рис. 6.23 приведена взаимосвязь между этими величинами.

Очевидно, что плотность полуфабриката может быть повышена тремя путями: од­ новременным увеличением плотности упаковки зернистого каркаса /Г и тонкодиспер­ сной связующей массы Кс; повышением значения только Кспри постоянном повы­ шением значения только К.\ при постоянном Кс. Для получения высокоплотной квар­ цевой керамики целесообразно идти по пути максимального повышения Кспри срав-

стиц (фракции) в шликере. Экспериментально установлено, что минимальный размер частиц "зернистого каркаса” должен быть примерно на порядок больше максималь­ ного размера частиц в шликере.

Для получения полуфабриката максимальной плотности исследовался также и дру­ гой способ. Исходный стабилизированный шликер с плотностью 1,88-1,92 г/см3 "на­ сыщался” крупнозернистыми фракциями с размерами от 50 мкм до 1 мм. При этом их содержание доводилось до 40-50 %, а плотность шликера — 2,00-2,05 г/см3 (влаж­ ность 7-10 %). Полученные из такого шликера отливки обладали пористостью 6,5-

9 % (^уп = 0,91-0,935).

На рис. 6.25 показана плотность упаковки двухфракционных смесей порошков.

В качестве основной, крупной, принята фракция 1,5-2,5 мм (*/р =2,0 мм), в качестве мелких соответственно 0,315-0,4 мм (*/ср=0,36 мм); 0,2-0,315 мм (<А = 0,26 мм); 0,16- 0,2 мм (</р = 0,18 мм) и порошок с удельной поверхностью 9000 см /г (*/р = 3,5 мкм). Как видно из кривых, максимальная плотность упаковки для каждой из бинарных смесей достигается при 30-40 % содержания мелкой фракции, что согласуется с дан­ ными других авторов. Однако для кривой 7 начальное состояние предельной плотно­ сти упаковки соответствует 20 % содержания тонкодисперсного порошка. Из рис. 9.25 следует, что максимальная плотность упаковки достигается в случае большего отно­ шения л(/)макс/*/мин) зернистых фракций.

Для системы с фракцией 0,16-0,2 (л = 11) коэффициент упаковки повышается до 0,755, для системы с фракцией 0,315-0,4 (л = 5,5) — только до 0,705.

Таким образом, используя предложенный принцип упаковки порошков и метод его осу­ ществления, в ряде случаев может быть получен полуфабрикат с плотностью упаковки 0,94-0,96, что значительно выше плотности обычно получаемого полуфабриката. Спека­ ние такого полуфабриката достигается при обычных температурах и усадках 1-1,5 %.

Второй этап развития рассматриваемого процесса связан с разработкой технологии керамобетонов [6.20, 6.24]. Первоначально в тех­ нологии керамобетонов процесс формование с же­ сткофиксированным каркасом заполнителя (ЖФК)

рассматривался в качестве основного [6.20, 6.24]. Если в рассмотренном способе шликерной пропит­ ки зернистого каркаса применялся беспористый за­ полнитель, а структурообразование материала осу­ ществлялось за счет удаления части жидкости в пористую (гипсовую) форму, то в технологии керамобетона преимущественно применяют порис­ тый заполнитель.

лубки керамическим заполнителем и последующего уплотнения (например, вибраци­ ей). Фиксация и упрочнение каркаса (собственно процесс формообразования) осуще­ ствляются введением керамического вяжущего в виде суспензии, которая твердеет в результате обезвоживания или другого механизма структурообразования и последую­ щей сушки. В случае беспористого заполнителя может применяться ранее предло­ женный [6.21,6.34] метод “шликерной пропитки” зернистого каркаса с использовани­ ем пористых форм или структурообразование за счет введения небольших количеств (до 0,5-1 % от общего веса) структурирующих добавок, а также посредством вакуу­ мирования. В случае применения пористого заполнителя с определенной характерис­ тикой поровой структуры обезвоживание может достигаться впитыванием жидкости в поры заполнителя. Формование при этом может вестись в неактивных формах (фор­ мование на заполнитель). По аналогии с внешне подобным процессом бетонирования строительных конструкций по способу раздельной укладки [6.35, с. 87] суспензию в заполнитель можно вводить гравитационным (заливка), инъекционным или вибронагнетательным методами.

В производстве керамобетонов, характеризующихся ЖФК заполнителя, можно при­ менять фракционированный бой обожженных, а в ряде случаев и необожженных из­ делий, а также специально полученный заполнитель (или лом). Существенной харак­ теристикой заполнителя является температура и продолжительность его обжига (теп­ ловое прошлое).

Преимущественное применение в качестве вяжущих для керамобетона получают водные тонкодисперсные полидисперсные суспензии керамических материалов. В отличие от гидравлических вяжущих, для которых “стесненность” (концентрирова­ ние) системы (во многом способствующая проявлению вяжущих свойств) достигает­ ся химическим связыванием жидкости и увеличением объема твердой фазы, для вя­ жущих на основе керамических суспензий их затвердевание достигается за счет час­ тичного обезвоживания (повышения концентрации твердой фазы). Указанный меха­ низм твердения, который целесообразно назвать концентрационным, иногда может дополняться коагуляционным механизмом (тиксотропное упрочнение). В технологии керамобетона можно применять и специфические методы твердения. Еще на первых этапах развития керамобетонов была отмечена [6.20] эффективность применения струк­ турообразующих добавок. Например, введение в состав керамических суспензий не­ больших (до 1-2 %) добавок гидравлических вяжущих (например, глиноземистый цемент) позволяет осуществлять твердение по смешанному — концентрационно-гид- ратационному механизму в случае пористого заполнителя и гидратационному — при беспористом. Для получения таких “самотвердеющих” суспензий можно применять и некоторые другие добавки. Перспективными могут оказаться вяжущие на основе этилсиликата [6.20].

Применительно к технологии керамобетонов, технологические схемы получения фасонных керамобетонов с различной структурой (типа блоков) по данным [6.22] по­ казана на рис. 6.26, 6.27.

Структурообразование при этом может достигаться как за счет впитывания части жидкости в поровый объем пористого заполнителя, так и введением структурирую­ щих добавок типа ВГЦ.

Из представленных на рис. 6.26,6.27 схем следует, что в зависимости от типа струк­ туры керамобетона изменяется и технологическая схема его получения. Мелкий за­ полнитель может вводиться как совместно с суспензией, так и в ЖФК крупного запол­ нителя (или методом предварительного смешения, или его “виброфильтрацией”). Од­ ной из модификаций керамобетона (рис. 6.27), целесообразной при получении особо крупногабаритных монолитных футеровок, является огнеупорный бетон с “виброутопленным” в обычную керамобетонную смесь крупным (до 100-150 мм) огнеупор­ ным ломом. В таком бетоне, названном керамокамнебетоном, объемное заполнение огнеупорным ломом может достигать 40-50 %, что пропорционально понижает рас­ ход ВКВС, влажность бетона, а это, в свою очередь, позволяет интенсифицировать процесс сушки. Подобный керамобетон по структуре и технологии подобен строи­ тельным камнебетонам [6.36].

В общем случае керамобетоны с ЖФК заполнителя состоят из крупного (к) и мелко­ го (м) заполнителя и вяжущего (в) или вяжущей системы. Компоненты керамобетона целесообразно хара!сгеризовать максимальным (шах), минимальным (пип) и средне­ поверхностным (ср) размерами зерен заполнителя (Я) и вяжущего (сГ}\ Ок ;Ок ; Я 1ср’

Для оценки способности различных фракций керамобетона к упаковке существен­ ными показателями являются отношения Якср/Ямср; Ямср/*/ср; для оценки проницаемос­ ти зернистого каркаса суспензией вяжущего Я ^Я */^ или Я ^ .Д /^ .

Учитывая, что составляющие керамобетона могут обладать различными истинной плотностью и пористостью, их суммарный зерновой состав целесообразно представ­ лять в истинных удельных объемах (С,к, Сгм, Сгв). Удельный весовой расход компо­

где Ср Я и р — соответственно объемная доля, пористость (%) и истинная плотность (т/м3) компонентов; в качестве Я принимается пористость отливки, полученной из вяжущего.

Пористость керамобетона Я ^ (рис. 6.28) является функцией пористости и объемно­ го соотношения компонентов; для случая малоусадочного вяжущего Па ориентиро­ вочно определяется по формуле

При формовании керамобетона по концентрационному механизму твердения в не­ активных формах (обезвоживание суспензий на пористый заполнитель) важной ха­ рактеристикой каркаса является коэффициент влагоемкости К1Г показывающий отно­ шение объемной доли активных (открытых) пор в каркасе Я,, к объемной доле жидко­ сти формообразования IVг

Показатель определяет долю жидкости, поглощенной заполнителем (долю сжа­ тия системы) и компенсируемой дополнительным объемом суспензии в процессе фор­ мования. Он тем самым определяет и относительную прибыль К' при формовании:

Если при обычной технологии бетонов максимальный размер заполнителя Отм ог­ раничен требованиями удобоукладываемости и не должен превышать 40-50 мм, то в случае раздельной укладки (жесткофиксированный каркас) он ограничен только ми­ нимальным размером /т.п формуемого изделия [/)тах < (3-*-5)/т1п].

Крупнозернистый заполнитель, являясь основой каркаса, должен занимать в керамобетоне максимальный объем, определяемый его (в пределах 0,45-0,70). Целесо­ образна и технологически удобна определенная полнофракционность крупного запол­ нителя, которая, однако, ограничивается требованием отношения 0 * ^ /0 " ^ . В этой связи область размеров зерен крупного заполнителя для составов без мелкого запол­ нителя (рис. 6.29, б) значительно шире, чем с ним (рис. 6.29, в).

Содержание мелкого заполнителя выбирается с учетом его укладки в межзеренном объеме крупного и находится в пределах 0,15-0,25. Мелкий заполнитель, как правило, должен быть близким к монодисперсному (Д ^ /Д ^ ^ 3), его должен быть, по край­ ней мере, в 6-7 раз меньше Окпт-

Особую роль играют дисперсность и зерновой состав вяжущего, во многом опреде­ ляющие пористость керамобетона, усадку и особенно прочность. Уменьшение порис­ тости вяжущего сопровождается существенным увеличением прочности. Например, шликерных отливок на основе суспензии кварцевого стекла при уменьшении по­

ристости с 20 до 10 % увеличивается с 12 до 60 МПа [6.5, с. 141].

Согласно имеющимся экспериментальным данным, в зависимости от характерис­ тики зернистого каркаса ( Р ^ Су) и дисперсности суспензий качественная “про­ питка” заполнителя достигается при вязкости суспензий 0,1-0,5 Па-с.

Проницаемость каркаса для суспензии при прочих ранних условиях предваритель­ но может быть оценена по показателю межзеренного зазора каркаса п, который в

В связи с изложенным, одной из важных задач при разработке технологии керамо­ бетона является выбор оптимальной концентрации суспензии Скт. Трудность состоит в том, что Су определяется многими переменными факторами, как это показано в

Рис. 6.30. Общийхарактерзависимостисвойствсус­ пензий и вяжущего от объемной концентрации ис­ ходных суспензий, твердеющих по концентрацион­ ному механизму: 1 — аномалия вязкости (степень отклонения от ньютоновского течения); 2 — мини­ мальная вязкость; 3 — коэффициент седиментационнойустойчивости; 4 — проницаемость каркаса; 5

— коэффициентусадкисуспензииприформовании; б— скоростьформования; 7— пористостьвяжуще­

го; 8— прочность вяжущего