книги / Неформованные огнеупоры. Т. 1 Общие вопросы технологии
.pdfмальная продолжительность обезвоживания, а содержащего 96,7 % М^О, 1,0 % СаО и 0,2 % Р20 5 — минимальная. Минимальные значения вязкости, а также характер изме нения максимальных напряжений в структурирующемся бетоне также зависят от его состава (см. рис. 2.25, б, в).
У бетонов рассматриваемого класса максимальный размер зерен 5 мм; содержание фракции 1-5 мм равно 50 %, 0,125-1,0 мм — 15 %, мельче 0,125 мм — 35 %. Кажуща яся плотность бетонов на конечной стадии сушки составляет 2,51; 2,05 и 1,33 г/см3 (см. рис. 2.25, кривые 1-3 соответственно). С учетом равной исходной влажности бе тонных смесей их различная пористость (26-60 %) обусловлена неодинаковым эф фектом температурного вспучивания (кипения) массы.
В ряде случаев НЦОБ литейной консистенции применяют для ремонтов по “теп лой” футеровке. В цементной промышленности для футеровки применяют саморастекающиеся НЦОБ [2.18].
2.10.Библиографический список к главе 2
2.1.Замятин С. Р., Пургин А. К Х орош авинЛ . Б. и др. Огнеупорные бетоны. Справочник. — М.: Металлургия, 1982. — 192 с.
2.2.ХорошавинЛ, Б. Магнезиальные бетоны. — М.: Металлургия. — 167 с.
2.3.Ливийский Ю. Е, Новые огнеупорные бетоны. — Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 1996. — 148 с.
2.4.ТесЬпо1о§у оГ топо1Шис геГгас1опез. РНЬпсо .1арап Сотр. Ш . Токуо, 1996.
2.5.РеПоШ А., [ЛЬпсЫГ РеиегЬе1оп ипб Ье1опагб§е ГеиегГез1е Маззе ипс1 Ма1епа1еп. ОеШзсЬег \Ы а§ Шг ОгипсЫоШпбиз^пе. Бе1р21§ - 81ии§аг1, 1994. — 322 з.
2.6.Вапеусе 5, МопоИОпс КеГгасЮпез. Зш^арооге - № \у Зегзеу - Бопбоп - Нопб-Коп§, ^Уог1с1 ЗшепбГю РиЬНзЫпв Со. Р1е Ш ., 1998.
2.7.Сербезов С, А, Неформувани огнеупорни материала Справочник. — София, 2001. — 638 с.
2.8.Ливийский Ю, Е, Огнеупоры XXI века. — Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 1999. — 149 с.
2.9.Огнеупоры для промышленных печей и топок. Справочник. Книга I. Производство огне упоров / Под ред. И, Д, Кащеева. — М.: “Интермет Инжиниринг”, 2000. — 662 с.
2.10.Пургин А, К., Цибин И, Я., Жуков А, В,, Дьячков П, Н, Кремнеземистые бетоны и блоки.
—М.: Металлургия, 1975. — 216 с.
2.11.Ливийский Ю, Е, Керамические вяжущие и керамобетоны. — М.: Металлургия, 1990. —
270 с.
2.12.Великин Б, А К а р к л и т А, К , Колпаков С, В. и др. Футеровка сталеразливочных ков шей. 2-е изд. — М.: Металлургия, 1990. — 248 с.
2.13.Сасса В. С, Футеровка индукционных электропечей. — М.: Металлургия, 1989. — 230 с.
2.14.Гришпун Е, М,, Ливийский Ю, Е Рожков Е, В, и др. Производство и служба высокогли ноземистых керамобетонов. 1. Набивные массы на основе модифицированных ВКВС боксита
//Огнеупоры и техническая керамика. 2000. № 3. С. 37-41.
2.15.Рожков Е. В П и ви н ск и й Ю. Е., Ногинский М. 3. и др. Производство и служба высоко глиноземистых керамобетонов. 2. Свойства и служба виброналивных желобных масс на основе модифицированных ВКВС боксита // Огнеупоры и техническая керамика. 2001. № 5. С. 37-44.
2.16.Пивинский Ю. Е. Керамобетоны — заключительный этап эволюции низкоцементных ог неупорных бетонов // Новые огнеупоры. 2002. № 1. С. 96-101.
2.17.Гришпун Е. М .;Пивинский Ю. Е. ВКВС и керамобетоны — прорыв в технологии огне упоров XXI века // Новые огнеупоры. 2002. №2.
2.18.Огнеупоры и футеровки. Пер. с японск. // Под ред. Я С. Кайнарского. — М.: Металлур гия, 1976. — 415 с.
2.19.Огнеупоры и их применение // Под ред. Я. Инамуры. Пер. с японск. — М.: Металлургия, 1984. — 446 с.
2.20.Очагова И. Г. Торкретирование в черной металлургии // Приложение к журналу “Новости черной металлургии за рубежом”. 2001. № 4. С. 1-16.
2.21. Нака§апа Я., УУакатига К, Татига 8. Оеуе1ортеп1 оГ МопоШЫс ЯеГгас1опез Гог 31ее1
ЬасПе 31а§ Ыпе // ТайсаЬШзи-КеГгасЮпез. 1999. V. 51. № 6. Р. 326-332.
2.22.МопоШЫс геГгасЮгу 1есЬпо1о§у. 01е Ргос1ик1е (проспект фирмы РИЬпсо), 1996. — 38 р.
2.23.Ливийский Ю. Е Н и к и т и н Я. Я , Храновская Т. М. Вибролитые периклазовые огне упоры зернистого строения и их некоторые свойства // Огнеупоры. 1986. № 8. С. 9-15.
2.24.Хорошавин Л. Б,Перепелицын В. АКоно но в В. А. Магнезиальные огнеупоры. Спра вочник. — М.: “Интермет Инжиниринг”, 2001. — 575 с.
2.25.Ливийский Ю. Е., Дабижа А. А., Рутман Д. С. О некоторых технологических законо мерностях и свойствах высокопористых керамобетонов // Огнеупоры. 1984. № 2. С. 20-25.
2.26.Немец Я Я , Бельмаз Я С., Семыкина Л. Я и др. Термомеханические свойства диоксидциркониевых бетонов на механохимических фосфатсодержащих вяжущих // Огнеупоры и техническая керамика. 1997. № 5. С. 2-5.
2.27.Кащеев И .Д . Оксидно-углеродистые огнеупоры. — М.: “Интермет Инжиниринг”, 2000.
—265 с.
2.28.КоШзскка С. ТазсЬепЪисЬРеиегГез1е >Уегкз1оГГе-Аиз§.-Еззеп: Уи1кап-Уег1а§, 1996. — 380 с.
2.29.Аксельрод Л. М., Ливийский Ю. Е. Огнеупорная промышленность Китая на подъеме // Огнеупоры и техническая керамика. 2001. № 10. С. 44-49.
2.30.Ливийский Ю. Е, Керамические вяжущие и керамобетоны. — М.: Металлургия, 1990. — 270 с.
2.31.КарнецЛ. А., Куренных Э. АПеределкина А.'В., Перепелицын В. А, Отечественная тор крет-масса для промежуточных ковшей МНЛЗ // В кн.: “Огнеупоры на рубеже веков (ХХ-ХХ1)” Сб. научных трудов. — Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 2001. — С. 111-118.
2.32.Ливийский Ю. Е., Епифанова Т. Я , Перетонина Я А. Получение и свойства тонкозер нистых пенобетонов на основе ВКВС кварцевого песка // Огнеупоры и техническая керамика. 1998. №10. С. 6-10.
2.33. Ливийский Ю. Е., Добродон Д. А Гал енко Я В. и др. Прессование огнеупоров с приме нением ВКВС на основе боксита // Огнеупоры и техническая керамика. 1997. № 3. С. 19-23.
2.34.Ливийский Ю. Е., Добродон Д. А., Рожков Е. В. и др. Оценка способов формования бок ситовых керамобетонов // Огнеупоры и техническая керамика. 1997. № 5. С. 11-14.
2.35.Ливийский Ю. Е., Белоусова В. Ю. Корундовые и корундомуллитовые керамобетоны на основе пластифицированных ВКВС боксита // Огнеупоры и техническая керамика. 1999. № 9.
С.13-18.
2.36.Ливийский Ю. Е., Дороганов В. А., Дороганов Е. А. Огнеупорные пластичные массы на основе высококонцентрированных керамических вяжущих суспензий (серия статей) // Огне упоры и техническая керамика. 2000. № 2. С. 14-19; 2001. № 3. С. 17-21; 2001. № 4. С. 18-23.
2.37.Ногинский М. 3., КарпецЛ. А., Добродон Д. А. и др. Организация производства и эксплуа тация желобных и легочных масс для доменных печей // Новые огнеупоры. 2002. № 1. С. 60-66.
2.38.ЗекИсака М., Таока К. Епег^у апб Кезоигсе Зауш^ апб Оиз1у ЕпУ1гопшеп1 т Мопо1ИЫс Яе6-ас1опез // Та1каЬи1зи-Яе1гас1опе5. 2000. V. 52. № 4. Р. 234-239.
2.39. НаказЫ Я , Тзипо М., Науа’кЫ М. 11зес1 геГгас1опез гесус1е 1есЬпо1о§у т тек тб зЬор // Та1каЬЩзи-Яе!гас1опе5. 2000. V. 52. № 4. Р. 178-184.
2.40. Стрелов К. К. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов. — М.: Ме таллургия, 1985. — 480 с.
2.41. Стрелов К К К а щ е е в И . Д М а м ы к и п И С. Технология огнеупоров. 4-е изд. — М.: Металлургия, 1988. — 528 с.
2.42.Некрасов К. Д. Жароупорный бетон. — М.: Изд-во по строительным материалам, 1957. — 283 с.
2.43.Пивинский Ю. Е. Основы технологии керамобетона // Огнеупоры. 1978. № 2. С. 34-42.
2.44.ЗскиИе Ж РеиегГез'е \Уегкз1о#е, Ье1р21§, Уег1а§ Шг Огипс1з1о1Гтбиз1пе, 1990. — 494 з.
2.45.Проценко 77. В, Вибронагнетательный способ раздельного бетонирования конструкций.
—М.: Стройиздат, 1978. — 72 с.
2 .4 6 . РгазаШ а /V ., 2 а к к зт а н I , З а п ка г М . М ю го п е гМ а - А 1 20 3 т г е г о -с е т е Ш са з 1а Ы е з / / А т е г .
С е г а т . 5 о с . В и 11. 19 9 6 . V . 7 5 . № 1 1 . Р. 7 1 - 7 5 .
2.47.Зскгауеп Т, Ш§Ь \уеаггез1з1ап1зрте1 сегатюз (ог зНбе апб риг^т^ зуз(ет // Рекламная ста тья компании “РаНа^е ГеиегГез1е Еггеи§шззе”. ФРГ. 1998. — 12 с.
2.48.ЗшйаггА. Я.,2коп§ Ж, РИе^г К. О. е(а1 Ргосеззт§ оГгего-сетеп! зе1Мо\у актнпа саз1аЫез
//Атег. Сегат. Зое. Ви11. 1999. V. 77. № 12. Р. 60-66.
2.49.ЗшАаПА. Я.,2кон§ Ж, РапйоЩИ V. С Ш1ео1о§1са1 без1§п оГгего-сетеп1 зе1Г-Пошсаз1аЫез
//Атег. Сегат. Зое. Ви11. 1999. V. 78. № 5. Р. 65-72.
2.50.Уагш 7). А. ТЬе Соз* ЕГУекбуе 1пз1а11абоп оГ1Ье Кеду Сепегабоп оГМопоШЫс Ке&асЮпез, 1М1есг 97. III. — 3. 1257-1271.
2.51.Хаиров Т. Э. Торкретирование тепловых агрегатов // В кн.: “Огнеупоры на рубеже веков (ХХ-ХХ1)” Сб. научных трудов. — Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 2001. — С. 119-123.
2.52.Шепетьева Н. 77., Давыдов В* В., БубраА. М. Высокотемпературная керамическая свар ка — новое решение проблемы сохранения огнеупорных футеровок // Огнеупоры и техничес кая керамика. 1999. № 5. С. 41-44.
2.53.Баланов В. Л, Носков Ю. В., Рыженков А. ТУ. Опыт ремонта футеровки миксера спосо бом керамической наплавки // Сталь. 2001. № 3. С. 22-24.
2.54.Басьяс И. 77. ,Фрейденберг А. С,, Привалов М, М, Новое в изготовлении и службе подин. 2-е изд. — М.: Металлургия, 1974. — 264 с.
2.55.Пивинский Ю. Е., Череватова А. В., Босак Ю. Н. О получении и некоторых свойствах кремнеземистых огнеупорных масс на основе ВКВС кварцита // Огнеупоры и техническая ке рамика. 1999. № 7. С. 21-25.
2.56.Пивинский Ю. Е., Тимошенко К. В., Череватова А . В. и др. О процессах формования и прочности кремнеземистых масс на основе пластифицированных ВКВС кварцевого песка // Огнеупоры и техническая керамика. 1999. № 8. С. 7-10.
2.57.Огнеупоры для промышленных агрегатов и топок. Справочник в двух книгах. Книга 2. Служба огнеупоров / Под ред. ТУ.Д, Кащеева, Е. Е. Грищенкова. — М.: “Интермет Инжини ринг”, 2002. — 655 с.
2.58.Сизов В. ТУ., Тонков В. ТУ., КарпецЛ. А. Корундовые массы для футеровки печей чугуноп лавильного производства // В кн.: “Огнеупоры на рубеже веков (ХХ-ХХ1)” Сб. научных тру
дов. — Екатеринбург: Изд-во Уральского университета, 2001. — С. 102-107.
2.59.Суворов С. А. Современные проблемы производства огнеупоров для металлургической промышленности // Новые огнеупоры. 2002. № 3. С. 38-44.
2.60.ЖаШаЬеА., Окатига Тч 01а Е ВоШп^ РЬепотепа оУНо1-Сазбпб ЯеГгас1огу //Та1каЬи1зи оуегзеаз. 1984. V. 4. № 1. Р. 25-31.
Глава 3.
ЦЕМЕНТЫ, ВЯЖУЩИЕ, СВЯЗКИ И МАТРИЧНЫЕ (ВЯЖУЩИЕ) СИСТЕМЫ.
ТЕРМИНОЛОГИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ
ИОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
3.1.Терминология и определения
Основные виды неформованных огнеупоров (огнеупорные бетоны, торкрет-бето ны, мертели) своему “рождению” обязаны ранее существовавшим аналогичным мате риалам в строительной индустрии. Это же касается и цементов или вяжущих, приме няемых в производстве неформованных огнеупоров. Поэтому терминология и опре деления, принятые в области неформованных огнеупоров, в значительной степени связаны с аналогичными строительными материалами и вяжущими (цементами).
В соответствии с понятиями, существующими в строительной отрасли, чаще всего цементами (от латинского саетепШш, битый или дробленый, камень) принято назы вать тонкодисперсные порошки со специальными вещественным и химико-минера логическим составами, которые, будучи смешаны в определенных соотношениях с водой или другими жидкостями, образуют пластичную массу. Последняя за счет фи зико-химических процессов сначала теряет пластичность (схватывается), а затем на ращивает прочность (твердеет), превращаясь в искусственный камень [3.1, 3.2, 3.3].
Жидкости (воду, растворы солей и т.п.), образующие с цементами самотвердеющие массы, называют жидкостями затворения (затворителями).
Схватывание и твердение на практике характеризуют как проявление вяжущих свойств.
Исторически использование термина “цемент” для соответствующих материалов происходило без учета сущности явлений, вызывающих главный практический ре зультат применения цемента — твердение первоначально подвижной (пластичной) смеси цемента с жидкостью затворения.
В связи с созданием и применением разнообразных материалов, аналогичных це менту по назначению (связывание, цементация), возникло обобщающее понятие “вя жущее вещество”. В соответствии с общепринятым определением [3.2, 3.3], вяжу щим веществом называется тонкодисперсный порошок, способный при смешивании в определенных соотношениях с водой или другими жидкостями образовывать плас тичную массу, способную независимо от химической сущности процессов твердеть, превращаясь в искусственный камень. В соответствии с этим определением, к вяжу щим веществам относятся и пластичная глина, и расплавленная сера, и традиционные строительные вяжущие вещества.
Таким образом, во многих случаях термины “цемент” и “вяжущее вещество” тожде ственны. Однако чаще цемент рассматривают как определенный вид вяжущего веще ства, образующий при твердении водостойкий камень.
Приведенные выше определения цемента и вяжущего вещества со всей очевиднос тью предполагают, что их практические свойства реализуются только в сочетании с
жидкостями (затворителями). Более того, в принципе невозможно однозначно опре делить данный порошок как вяжущее вещество без привлечения состава затворителя. С учетом этого обстоятельства возникло понятие о вяжущей системе, включающей в свой исходный состав в качестве равноправных компонентов твердую составляющую
— цемент (вяжущее вещество) и жидкую составляющую — затворитель. В самоопре деление вяжущей системы в этом случае можно включить важнейшие отличительные факторы, обусловливающие проявление вяжущих свойств, а именно: гетерогенность системы, включающей твердые фазы и жидкость; химическое взаимодействие исход ных компонентов системы.
Кроме того, значимым фактором являются параметры окружающей среды — темпе ратура, давление, химический состав. Например, смесь у-формы двухкальциевого си ликата и воды при комнатной температуре и атмосферном давлении не проявляет вя жущих свойств, а при автоклавной обработке (температуре и давлении) схватывается
итвердеет.
Всоответствии с изложенным применительно к строительным вяжущим, вяжущи ми системами называются объекты, представляющие собой в исходном виде под вижные смеси дисперсных твердых веществ с жидкостями; эти смеси при опреде ленных физических условиях (температуре, давлении) схватываются и отвердева ют, образуя искусственный камень в результате химического взаимодействия ис ходных компонентов и физико-химических превращений продуктов взаимодействия
[3.2].
Наряду с рассмотренными гетерогенными вяжущими системами существуют и го могенные системы — связки, представляющие собой концентрированные растворы некоторых соединений, которые во многих случаях имеют полимерную и (или) колло идную природу [3.2, 3.4, 3.5].
Применительно к связкам в ряде случаев используют тождественный термин “неор ганические клеи” [3.5], а также 44связующие составы”. Под последними понимают составы, обладающие смачиванием, адгезией и способные к самопроизвольной кон денсации (отвердеванию) при нормальных условиях или при изменении условий (на гревание, изменение рН, взаимодействие с отвердителем). Если в органическом клее обычно выделяют растворитель и клеящее (связующее) вещество, то в неорганичес ких клеях правильнее говорить о клеящей (вяжущей) системе или о клеевой компози ции [3.2, 3.5].
Согласно [3.5] связками или клеями являются водные растворы щелочных силика тов (жидкие стекла), фосфатов; золи, а также другие вязкие концентрированные ра створы неорганических полимеров в воде или неводных растворителях.
Существуют, и широко применяются в технологии неформованных огнеупоров орга нические связки, например, на основе различных смол, пеков, сульфитно-дрожжевой бражки (СДБ).
Большинство вяжущих систем используется в сочетании с другими материалами, которые целенаправленно изменяют различные свойства получаемого искусственно го камня. Такое сочетание называют вяжущей композицией. Самый характерный при мер композиционного материала на основе вяжущих систем (цемента) — строитель ный бетон [3.6, 3.7].
В соответствии с рассмотренными общими положениями, большинство видов не формованных огнеупоров вполне обоснованно можно рассматривать как композици онные (гетерогенные) материалы. Исходные формовочные системы при их получе нии на макроуровне более удобно рассматривать как дисперсные бинарные системы, состоящие из двух компонентов или фаз: дисперсионной среды (ВКВС, вяжущей си стемы или суспензии высокодисперсных компонентов смеси) и дисперсной фазы (полидисперсного огнеупорного заполнителя).
С другой стороны, при рассмотрении на микроуровне дисперсионная среда формо вочных систем также является дисперсной системой, в данном случае высококонцен трированной суспензией [3.8]. Ее дисперсной фазой служат высокодисперсные части цы огнеупорных компонентов, дисперсионной средой — вода с различными неорга ническими или органическими добавками, вводимыми для регулирования реотехнологических свойств вяжущей системы. Рассмотренные положения удобнее всего рас сматривать применительно к новым огнеупорным бетонам.
Сформировавшийся огнеупорный бетон является композиционным материалом, состоящим из матрицы (дисперсионной среды) и заполнителя. Условно допускается, что среда (матрица) обладает свойствами непрерывности, а заполнитель имеет грани цу раздела. При этом зерна заполнителей лишь ограниченно (с поверхности) взаимо действуют с вяжущей системой. Дисперсионная среда (вяжущая система), или мат рица, условно принимается гомогенной. Она объединяет в единое целое многочис ленные полидисперсные частицы заполнителя, что придает монолитность и задан ную форму изделию или футеровке. Матрица обеспечивает передачу механических и термических напряжений на заполнитель, а также может частично предохранять его от коррозионных воздействий благодаря своей тонкокапиллярной структуре, непро ницаемой для расплавов [3.8].
В зависимости от типа и состава огнеупорного бетона объемное содержание фаз может колебаться в пределах 25-60 % матрица и 75-40 % заполнитель соответствен но. Бетоны, как правило, характеризуются непрерывным зерновым составом заполни теля. При этом минимальный (1т.пи максимальный диаметры могут колебаться в широких пределах: с1т.пот 0,1 до 0,5 мм; 4 ^ от 1 до 20 мм. Очевидно, что с увеличени ем потенциально возможно достижение повышенной объемной доли заполнителя в бетоне К с соответствующим уменьшением объемной доли матрицы Км, так как в случае оптимального уплотнения смеси К + Уы= 1.
Если для однотипных по химическому составу видов новых огнеупорных бетонов (керамобетоны, НЦОБ, СНЦОБ) характеристика и объемное содержание заполнителя сопоставимы, то состав и свойства матрицы или вяжущей системы существенно раз личаются.
Между отличительными признаками и определениями вяжущих систем примени тельно к строительным вяжущим [3.2, 3.3] и рассматриваемыми нами для огнеупор ных бетонов существует ряд принципиальных различий. Если в случае строительных вяжущих это преимущественно смеси порошков и жидкости, твердеющие по гидратационному механизму, то применительно к керамобетонам вяжущие системы синтези руются непосредственно при протекании технологического процесса, минуя стадию получения порошка.
Отличительным признаком вяжущих систем как керамобетонов, так и НЦОБ, СНЦОБ является предельно высокая степень их объемной концентрации, достигаемая полидисперсным составом частиц твердой фазы, а также оптимальной дефлокуляцией (раз жижением). В этой связи за рубежом для этой группы бетонов иногда применяется термин Ое/1оси1аШ СазшЫе — разжижаемые бетоны.
Механизмы струкгурообразования (схватывания) и твердения керамобетонов и бе тонов на высокоглиноземистых цементах (ВГЦ) существенно различаются. Если для НЦОБ и СНЦОБ характерен преимущественно гидратационный механизм, то структурообразование керамобетонов определяется тиксотропным загустеванием, частич ным обезвоживанием, а твердение протекает преимущественно по контакгно-поли- меризационному механизму.
Исходя из изложенного, применительно к новым огнеупорным бетонам, под вяжу щими системами принимаются высококонцентрированные, дефлокулированные, под вижные водные дисперсные системы (суспензии или пасты), которые (при совмеще нии с огнеупорным заполнителем) при определенных физических условиях незави симо от физико-химической сущности процессов схватываются и отвердевают, обра зуя относительно прочный материал [3.8].
Сформулированное выше определение существенно отличается от рассмотренного в работе [3.9] понятия о вяжущих для огнеупорных бетонов как системах, состоящих из огнеупорного цемента и химической связки.
3.2. Вяжущие системы как высококонцентрированные суспензии (пасты)
Все известные и применяемые в технологии неформованных огнеупоров исходные вяжущие и формовочные системы (порошки, суспензии, пасты, минерализованные пены) являются дисперсными системами. Большинство из них относится к суспензи ям (дисперсная фаза — твердое тело, дисперсионная среда — жидкость). При опреде ленных реологических свойствах суспензии называют пастами (наличие значитель ного предела текучести).
Применительно к технологии огнеупорных бетонов, как важнейшего класса нефор мованных огнеупоров, целесообразно классифицировать суспензии (пасты) на два типа: тонкодисперсные и наполненные (с зернистым заполнителем). К первому относятся суспензии, представляющие матричную систему бетона, ко второму — бетонные сме си, т.е. формовочные системы. Если максимальный размер (диаметр) частиц для суспензий первого типа не превышает 40-100 мкм, то для наполненных суспензий, в зависимости от вида и назначения бетона, (I может составлять 3-10 мм.
В этой главе рассмотрены общие характеристики суспензий первого типа. Таковы ми являются ВКВС для получения керамобетонов, а также матричные (вяжущие) сус пензии различных типов других огнеупорных бетонов (НЦОБ, СНЦОБ).
3.2.1. Массовое и объемное содержание фаз
Несмотря на разнообразие типов применяемых в технологии огнеупорных бетонов суспензий, их состав всегда характеризуется определенным массовым и объемным
соотношением твердого компонента (дисперсной фазы с плотностью р5) и жидкой фазы (дисперсионной среды с плотностью Высококонцентрированные суспен зии, особенно тиксотропные, могут удерживать и определенный объем газовой фазы.
При постановке задачи получения и применения ВКВС из различных материалов было предположено существование закономерной зависимости между химической природой твердой фазы, технологией получения, состоянием в системе дисперсион ной среды (различным образом связанной и свободной) и реологическими свойства ми, что в значительной степени определяет характеристики полуфабриката (или вя жущие свойства). Такой подход к разработке вызвал необходимость все разнообраз ные литейные системы рассматривать и анализировать с точки зрения объемного фа зового их состава и объемных критериев оценки технологических процессов. С одной стороны, объемные показатели содержания фаз в системе (твердой с^ жидкой с1Ггазо образной с,) по сравнению с обычно применяемыми массовыми характеристиками имеют ясный физический смысл и важное технологическое значение. С другой сторо ны, такой подход позволяет обоснованно и объективно оценивать разнообразные ма териалы (например, с различной плотностью твердой фазы, которая изменяется от 2,20 г/см3 для кварцевого стекла до 6,30 г/см3 для оксида 2Ю 2), вводить новые харак теристики систем и процессов, применять модельные представления к технологичес ким процессам, т.е. способствует разработке теоретических основ технологии ВКВС и материалов на их основе [3.10,3.11]. Все это в полной мере относится и к вяжущим суспензиям в технологии НЦОБ и СНЦОБ. В последних публикациях [3.12,3.13] так же приняты объемные характеристики вяжущих систем и составов низкоцементных огнеупорных бетонов.
В общем случае объемная доля в системе твердой скили жидкой с1Уфаз определяет ся соотношениями:
Су=(У,-У№)1У- |
(3.1) |
с„ = (У<-Уу)!У- |
(3.2) |
где Ур и Уу— объем жидкости и твердого компонента в суспензии; Уй— истинный
объем дисперсной системы (Vй= т^р8+ |
ту и |
— масса твердой и жидкой |
фаз). |
|
|
Как это впервые показано в работе [3.33], весьма важной и информативной является объемная характеристика, выражаемая показателем объемного твердожидкого отно шения ОТЖ. Последний представляет собой отношение в системе объемных долей твердой и жидкой фаз, т.е. ОТЖ = с^су^
Взаимосвязь между рассмотренными объемными характеристиками с^ и обычно применяемыми массовыми показателями: влажностью IV, плотностью суспензии жидкотвердым (Ж:Т) или твердожидким (Т:Ж) отношением для случая водных сис тем показана на рис. 3.1.
В ряде случаев для оценки суспензий необходимы характеристики их удельной кон центрации твердой (2Уи жидкой 0 ^ фаз.
Легко вывести зависимости между рассмотренными показателями концентрации суспензий:
Рис. 3.1. Взаимосвязь между показателями IV(а), (б), Ж:Т, Т:Ж (в) и объемными характеристиками суспензий с„, при различных значениях плотности твердой фазы р5 (указаны на кривых, г/см3)
IV =----Р$__Р<2— -.100%;
Р*/ “*(Р.5 "РИ')
|
су —1 |
|
^Рз |
|
|
|
|
|
(Ю О -^)р^ +№р§ |
||||||
|
|
||||||
|
би = |
@\у ” сч№\т |
|
|
|||
}у = . |
су9\У |
• |
|
|
% ; |
||
|
(Ю0-ЮРг+1Ур8 |
100 |
|||||
|
|
|
|
||||
|
(9(1 ~~Р}у]Рз. |
|
Р</ |
ву* |
|||
О.У - |
|
» |
|
||||
|
Рз ~Р\У |
|
|
|
|
||
|
'( щ № |
1 |
/г |
Рш |
+ |
I ^Рз |
|
Ра = |
—— рс |
+ Р$ |
|
—^ . |
|||
1 |
Ч |
/ [ |
™ |
|
[ |
100 ^ |
_ Рн “ Р я '.
Су - ,
Рз ~Р IV
+ си = 1, ОТЖ = Су/с1Г
(3.3)
(3.4)
(3.5)
(3.6)
(3.7)
(3.8)
(3.9)
(3.10)
В практике получения суспензий распространены случаи, когда твердая фаза имеет сложный состав, например, состоит из двух (а иногда и трех) сырьевых компонентов, характеризующихся различной плотностью. В этих случаях объем твердого компо нента и усредненное значение плотности рассчитывают по следующим выражениям:
Vу —т у[/р51 + л ^/р я» Р$ “ т у\^у\ + т у/Уу2>
где т п, т1Т Ууг У^ — масса и объем первого и второго компонента твердой фазы. Например, суспензии для получения матричной системы НЦОБ, как правило, со
стоят из трех компонентов: ВГЦ с плотностью р5 в пределах 3,20-3,30 г/см3, реактив ного глинозема с р5- 3,90 г/см3 и микрокремнезема с р5= 2,20 г/см3
Все рассмотренные соотношения для объемных характеристик справедливы для “идеальных” суспензий, не содержащих газообразной фазы (т.е. без воздухововлечения). В этих случаях выполняется условие (3.10). Между тем многие высококонцент рированные (и особенно тиксотропные) суспензии характеризуются определенным содержанием вовлеченного воздуха— газообразной фазы. В таких случаях фактичес кие величины объемной доли твердой фазы в системе сК|, определяемые по экспери ментальным значениям плотности литейной системы в соответствии с соотношением (3.9), оказываются заниженными за счет содержания газообразной фазы, объемная доля которой определяется по формуле: = сп - сК1, где сп — фактическая объемная доля в конденсированной части системы, определяемая истинными соотношениями жидкой и твердой фаз из выражений (3.1), (3.2).
В процессе получения суспензий заданной концентрации бывает необходимо про изводить их разжижение или концентрирование. В первом случае необходим расчет объема вводимой жидкости А\У, а во втором — массы вводимой твердой фазы Ар. В
этом случае расчет ведется из соотношений: |
|
Р 5 -» |
(3.11) |
|
|
А/> = -----------—к— . |
(3.12) |
где Уи— исходный объем суспензий; р /, р / — исходная и конечная плотность литей ной системы; (?уи, ()* — исходная и конечная удельная концентрация твердой фазы в системе.
Плотность суспензии после дополнительного введения твердой фазы или жидкости определяется из соотношений:
Р,,= (Рн+ ЬрЖУи+ Ар/Р5),
или
|
А\У V |
„ |
Л И |
|
р* = Ри + |
У |
Уи |
Рг |
(3.13) |
|
Р\у , |
|
|
где рч— исходная масса суспензии.
Взаимосвязь между основными из рассмотренных характеристик удобно представ лять в виде номограммы, пример которой для случая суспензии с р5= 2,65 г/см3 (кварц, шамот, глина) показан на рис. 3.2.
ПО