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 тепло-смен).

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.

Поэтому 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 фос фатные бетоны на ФС, содержащих фосфаты хрома и алюминия. При взаимодействии муллитокремнеземистого волокна с ОФК трехвалентные катионы Al3+, Cr3+ будут образовывать фосфорнокислые соединения, отличающиеся высокой огнеупорностью [3-6]. Трехвалентные катионы не искажают кристаллическую решетку фосфатных соединений и повышают прочность фосфатного цементного камня [5].

Нами была исследована возможность получения ФС на основе ОФК и отходов муллитокремнеземистого волокна. Высокая реакционная способность такого волокна по отношению к ортофос-форной кислоте обусловлена составом волокна, которое состоит из алюмосиликатного стекла. Большей активностью отличается хромсодержащее волокно. С целью удаления с поверхности волокна замасливателя, его 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 его реакционную способность.

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 муллитокремнеземистое хромсодержащее во-

Абызов В.А., Клинов О.А.

локно, в этом случае степень замещения АСФС может быть выше, чем при использовании обычного муллитокремнеземистого волокна - до 0,3.0,4.

Газобетон на основе АСФС с примесями муллитокремнеземистого волокна отличается повышенной прочностью на изгиб (на 10.15 % против газобетона на основе обычной АФС). Введение в 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 °С.

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

^ 110°С

Аморфные гидрофосфаты алюминия и кремния + + А1(Н₂РО₄)₃ + А1РО 4 (берлинит) + А1

Ф 300°С

Аморфные продукты дегидратации + + А1РО 4 (берлинит) + А1(Н₂РО₄)₃ + А1(РО₃)₃ (В) +

+ А1РО 4 (кристобалитового типа) + А1

Ф 560°С

А1(РО₃)₃ (В) + А1РО 4 (берлинит)+ SiP₂O 7 + А1 Ф 700°С

А1(РО₃)₃ (В) + А1РО 4 (кварцевого типа) + А1Р + + SiP₂O₇ + А1 (остаточный)

Ф 1000°С

А1(РО₃)₃ + А1РО 4 (тридимитового типа) + + SiP₂O₇ + а -А1₂О₃

^ 1300°С

А1РО 4 (кристобалитового типа) + а -А1₂О₃ + + SiP 2 O 7

Таким образом, после обжига в цементном камне формируются стабильные, высокоогнеупорные соединения.

Жаростойкий фосфатный газобетон с добавками отходов огнеупорного волокна

При ремонтах печей предприятий промышленности строительных материалов образуется значительное количество отходов муллитокремнеземистого волокна - муллитокремнеземистых плит, являющихся потенциальным сырьем для получения волокнистого заполнителя. Использование заполнителя фракции 5.10 мм из боя муллитокремнеземистых плит позволяет получить фосфатный газобетон с пониженной средней плотностью - 400 кг/м3, в то время как традиционный газобетон обычно имеет средние плотности 500 кг/м3 и более.