Жаростойкий фосфатный газобетон с добавками отходов огнеупорного волокна

Одной из наиболее эффективных разновидностей теплоизоляционных материалов, предназначенных для эксплуатации в области температур 1400... 1600 °C, является жаростойкий фосфатный газобетон, получаемый методом самораспростра-няющегося экзотермического синтеза [1, 2]. Данный материал твердеет без термообработки, отличается высокой температурой применения и термической стойкостью (15.. .25 воздушных теплосмен).

Вопросы повышения качества и снижения себестоимости жаростойкого фосфатного газобетона в последнее время приобрели большую актуальность [1, 3, 5]. Это вызвано рядом причин: ростом цен на ортофосфорную кислоту (ОФК) и фосфатные связующие (ФС), потребностью в бетонах с плотностью менее 500 кг/м3 и бетонах со специальными свойствами. Кроме того, часто возникает необходимость транспортировки изделий из бетона на большие расстояния, в связи с чем необходима повышенная прочность на изгиб.

В связи с этим, значительный интерес представляет введение небольших количеств волокна в жаростойкий тяжелый и особенно - в жаростойкий ячеистый фосфатный газобетон. Для газобетона важны как снижение средней плотности, так и повышение предела прочности при изгибе. В фосфатном цементном камне взаимодействие волокна со связующим приведет к повышению прочности сцепления между ними.

Известен опыт использования асбестового волокна в фосфатных материалах, но полученные материалы имеют невысокие температуры применения. Наилучшими свойствами обладают фосфатные бетоны на ФС, содержащие фосфаты хрома и алюминия. При взаимодействии муллитокремнеземистого волокна с ОФК, трехвалентные катионы А13+, Сг3+ будут образовывать фосфорнокислые соединения, отличающиеся высокой огнеупорностью [3-6]. Трехвалентные катионы не искажают кристаллическую решетку фосфатных соединений и повышают прочность цементного камня [5].

Нами была исследована возможность получения ФС на основе ОФК и отходов муллитокремнеземистого волокна. Высокая реакционная способность такого волокна по отношению к ор-тофосфорной кислоте обусловлена составом волокна, которое состоит из алюмосиликатного стекла. Большей активностью отличается хромсодержащее волокно. С целью удаления с поверхности волокна замасливателя, волокно предварительно подвергали термообработке. Так как обжиг может вызывать кристаллизацию волокна, изучалось влияние температуры термообработки на реакционную способность волокна. Установлено, что наилучшие результаты дает обжиг при 400...600°C. Повышение температуры обжига до 800 °C вызывает кристаллизацию волокна и резко снижает реакционную способность волокна.

Получено алюмосиликофосфатное связующее (АСФС) со степенью замещения 0,25 и 0,5. Такое АСФС отличается тем, что содержит некоторое количество ультрадисперсных фрагментов муллитокремнеземистого волокна, находящихся во взвешенном состоянии.

Наиболее активно взаимодействует с кислотой муллито-кремнеземистое хромсодержащее волокно, в данном случае степень замещения АСФС может быть выше, до 0,3.. .0,4.

Газобетон на основе АСФС с примесями муллито-кремнеземистого волокна отличается повышенной прочностью на изгиб (на 10... 15 % против газобетона на основе обычной АФС). Введение в

Абызов В.А., Клинов О.А.

состав смеси отходов муллито-кремнеземистого волокна в виде гранул позволяет снизить среднюю плотность до 350...400 кг/м3, предел прочности при сжатии после сушки составляет 0,5 МПа. Газобетон на основе корунда и отходов нефтехимии -отработанного катализатора ИМ 2201 (диалюминия триоксид с примесью дихромоксида) имеет температуру применения до 1500 °C.

Методами физико-химического анализа (де-риватография, рентгено-фазовый анализ) был исследован состав цементного камня в затвердевшем фосфатном газобетоне на АСФС, а также изменение его в процессе нагрева. Установлено, что процессы могут быть описаны следующей схемой:

Аморфные гидрофосфаты алюминия и кремния + + А1 + А1(Н2РО4)3

>1110 °C

Аморфные гидрофосфаты алюминия и кремния + + А1(Н₂РО₄)з + А1РО₄ (берлинит) + А1

4,зоо °с

Аморфные продукты дегидратации + + А1РО4 (берлинит) + А1(Н2РО4)3 +

+ А1(РО3)з (В) + А1РО4 (кристобалитового типа) + А1 4,560 °C

А1(РО3)з (В) + А1РО4 (берлинит)+ SiP2O7 + Al 4-700°

А1(РО3)з (В) + А1РО4 (кварцевого типа) + А1Р + + SiP2O7 + Al (остаточный)

4-юоо °с

А1(РОз)з + А1РО4 (тридимитового типа) + + SiP2O7 + а-А12Оз

4-1300 °с

А1РО4 (кристобалитового типа) + а-А12О3 + SiP2O7

При ремонтах печей промышленности строительных материалов образуется значительное количество отходов муллито-кремнеземистого волокна - муллито-кремнеземистых плит. Использо

Жаростойкий фосфатный газобетон с добавками отходов огнеупорного волокна вание заполнителя фракции 5... 10 мм из боя муллито-кремнеземистых плит позволяет получить фосфатный газобетон с пониженной средней плотностью - 400 кг/м3. Традиционный газобетон обычно имеет средние плотности 500 кг/м3 и более.