книги / Неформованные огнеупоры. Т. 1 Общие вопросы технологии

В связи с особой ролью коллоидного компонента в технологии керамобетонов пред­ ставилось целесообразным выделить два условных уровня (диапазона) дисперсности ВКВС: I — частицы твердой фазы от 0,2-0,5 до 30-100 мкм (максимальный размер), представляющие собой минеральный микрозаполнитель с активированной поверхно­ стью; II — частицы размером менее 0,2-0,5 мкм (коллоидный компонент). Если час­ тицы I (основного) уровня представляют собой “истинную” дисперсную фазу ВКВС, для которой характерна седиментация частиц, то частицы II уровня, в особенности с А<0,1 мкм, подчиняются закономерностям броуновского движения. Значительная часть коллоидного компонента, характеризующаяся с!< 0,02 мкм (20 нм), не выделя­ ется даже при ультрацентрифугировании [3.51].

Обезвоженная проба фугата характеризовалась удельной поверхностью 5 = 260 м2/г (по методу БЭТ) и потерями при прокаливании ~12 % [3.51]. Показатель среднеповер­ хностного диаметра частиц = 9,5 нм. Коллоидный компонент ВКВС представлен преимущественно микрочастицами соответствующего минерального вещества с вы­ сокой степенью неупорядоченности структуры [3.6]. Кроме того, в состав входят так­ же и микрочастицы, конденсирующиеся из олигомеров поликремниевых или алюмокремниевых кислот, которые образуются при растворении частиц исходного сырья в процессе мокрого помола. Интенсификация растворения достигается щелочной сре­ дой (рН = 9-ИО) и повышенной (60-80 °С) температурой процесса. Наличие в диспер­ сионной среде ВКВС кремнекислот или алюмокремнекислот обеспечивает их структурообразование и твердение при обезвоживании по контактно-полимеризационному механизму.

На рис. 3.20 охарактеризована дисперсность тонких фракций ВКВС кварцевого песка с различными скк.

Содержание коллоидного компонента, как это следует из данных рис. 3.21, оказыва­ ет определяющее влияние на механическую прочность вяжущего.

I______ I____ I___________I
50	20 10	2	Рис. 3.21. Влияние концентрации коллоид­
		*/, нм	ного компонента скк в исходных суспензиях
Рис. 3.20. Интегральные кривые зернового распреде­			ВКВС кварцевого песка на предел прочнос­
лениятонкодисперсных(<1 мкм) фракцийв ВКВС квар­			ти при изгибе ан1Готливок после сушки: 1 —
цевогопеска: 1— исходной; 2 — обедненной; 3 — обо­			содержание частиц мельче 0,02 мкм; 2 —
гащенной по содержанию коллоидного компонента			мельче 0,1 мкм

Зависимость а изг =/ ( с кк) достаточно хорошо может быть описана двумя интервала­ ми дисперсности коллоидного компонента — до 0,02 мкм (см. рис. 3.21, кривая 1) и более широким спектром д. — до 0,1 мкм (кривая 2). Видно, что при определенном понижении скк в системе прочность резко падает. Так, сгюг для отливок с зерновым составом, соответствующим кривой 2 рис. 3.20, примерно в 50 и 60 раз ниже анало­ гичных показателей для отливок с зерновым составом, соответствующим кривым 1 и 3 рис. 3.20 соответственно.

Следовательно, оптимальное с по содержанию частиц < 0,1 мкм может находить­ ся в пределах 2,5-5,0 %.

В соответствии с изложенным обоснованно можно предположить, что на субмикро­ уровне дисперсионная среда ВКВС (керамических вяжущих) в свою очередь также является суспензией, твердой фазой которой служит высокоактивный кремнезоль. Основная часть твердой фазы (II уровень дисперсности) в этих системах является микрозаполнителем. Структурообразование и твердение керамических вяжущих кис­ лой и кислотно-амфотерных групп [3.4] протекает по контактно-полимеризационно- му механизму за счет взаимодействия частиц I и II уровней дисперсности при их кон­ центрировании и формирования адгезионных швов из коллоидных частиц.

Классификация вяжущих по Ю. Е. Пивинскому [3.9] охватывает не только керами­ ческие (условно-безгидратные) вяжущие, но и вяжущие промежуточного типа (амфо­ терные ВКВС), а также гидратные вяжущие (основные ВКВС, например, на основе периклаза), поэтому и механизмы твердения для керамобетонов различного химичес­ кого состава (в том числе по составу твердой фазы ВКВС) могут существенно разли­ чаться. Так, на основе ВКВС амфотерного состава (А120 3, в том числе с добавками), твердеющих по оксидно-кислотному механизму, созданы вяжущие, характеризующи­ еся после сушки пределом прочности при изгибе, достигающим 10 МПа [3.8].

Важную роль в процессах струкгурообразования и твердения керамических вяжу­ щих играет и огнеупорный заполнитель. Он является не инертным, а активным струк­ турообразующим компонентом [3.52, с. 102-103]. Под действием электромолекулярных сил на поверхности зерен заполнителя формируются слои прочносвязанной воды, что сопровождается упрочнением структуры свежесформованного бетона. В случае пористого заполнителя его структурообразующий эффект усиливается за счет капил­ лярного отсоса части свободной жидкости ВКВС.

3.6. Общая характеристика вяжущих систем низкоцементных огнеупорных бетонов

В отличие от вяжущей системы керамобетонов вяжущая система для низкоцемент­ ных бетонов характеризуется более сложным и разнородным составом. Она, как пра­ вило, характеризуется содержанием высокоглиноземистого цемента, высокодисперс­ ных порошков огнеупорного компонента (реактивные глинозем и шпинель, др.), ультрадисперсного микрокремнезема 8Ю2, а также разнообразными комплексными до­ бавками, регулирующими реотехнологические свойства бетонных смесей (водопотребность, текучесть, тиксотропию и др.).

Известно [3.19, с. 362], что применяемый в составе НЦОБ микрокремнезем (кон­ денсированная силикатная пыль) является побочным продуктом производства крем­ ния или кремниевых сплавов. Частицы имеют сферическую форму \<А=0,1-4),2 мкм) и состоят большей частью из стекла с содержанием 8Ю2 в пределах 86-98 %. В после­ днее время [3.53] в качестве аналогичной добавки предложено применять высокодис­ персный плавленый кварц в виде суспензии — слива (отхода) производства центро­ бежно-формованных кварцевых сталеразливочных огнеупоров [3.11]. Интегральная кривая зернового распределения слива показана кривой 1 на рис. 3.22.

Для низкоцементных огнеупорных бетонов высокоглиноземистого состава в каче­ стве высокодисперсного и активизирующего компонента часто применяют реактив­ ный глинозем марки СХ370С фирмы “А1соа” (Европа), характеризующийся бимодаль­ ным зерновым строением и высокой степенью чистоты (99,8 % А120 3, 0,06 % Ыа20).

Дифференциальные кривые зернового распределения высокодисперсных порошков глинозема, применяемых в производстве НЦОБ Японии, приведены в работе [3.54]. Различные типы глинозема при этом имеют как модальное, так и бимодальное рас­ пределение. Максимальной дисперсностью характеризуется глинозем с с1ср= 1 мкм (0,1-2,0 мкм). Как приведенные в этой работе, так и известные аналогичные марки реактивного глинозема других фирм чаще всего характеризуются бимодальным рас­ пределением, например, с преимущественным диаметром частиц 0,7 и 7,0 мкм. Столь существенный разрыв позволяет получить плотноупакованные матричные системы соответствующих огнеупорных бетонов. С учетом того, что большинство из составов НЦОБ получают еще и с добавкой микрокремнезема (с!= 0,1*0,3 мкм), то состав мат­ рицы этих бетонов, как и в случае ВКВС, характеризуется высокой степенью поли­ дисперсности. Это и обуславливает низкую водопотребность вяжущих систем, а так­ же бетонных смесей на их основе (IV = 5*6 %) и высокую плотность и прочность бетона.

Для НЦОБ применяют различные марки ВГЦ с повышенным (как правило, более 75 %) содержанием А120 3 и соответственно пониженным содержанием СаО и особенно при­ месей. Они имеют повышенную дисперсность. Для высокоглиноземистого цемента фирмы иА1соа” марки СА-25К с 80 % А120 3 и удельной поверхностью 51= 1,8 м2/г она охарактеризована кривой 3 рис. 3.22. В некоторых случаях применяют ВГЦ с более вы­ сокой дисперсностью. Так, в работе [3.55] изучено 5 типов ВГЦ, содержащих 79,6-81,0 % А120 3 и 17,8-18,6 % СаО, с 5=4,0*4,7 м2/г.

в,%

Рис. 3.22. Интегральные кривые зернового рас­ пределения частицтвердой фазы в суспензии вы­ сокоглиноземистого цемента (/), реактивного глинозема (2), высокодисперсного плавленого кварца (3)

В самые последние годы появились сведения о разработке фирмой “А1соа” и эффек­ тивном применении для огнеупорных бетонов нового глиноземного гидравлического вяжущего марки альфабонд (а1рЬаЬопё). В отличие от ВГЦ данное вяжущее не содер­ жит СаО, что предопределяет улучшенные характеристики новых огнеупорных бето­ нов на его основе. Альфабонд содержит 90 % А1,0 * 0,2 % ЗЮ * 0,5 % Ыа.О; Ат 9,0 %. Он имеет низкую насыпную плотность, составляющую 0,35 г/см (Куп= 0,1), и высокую дисперсность.

Альфабонд в корундовые огнеупорные бетоны вводят в количестве до 5 %, что обес­ печивает высокую тиксотропность смесей и позволяет осуществлять их виброформо­ вание при влажности не выше 5,5 %. В отличие от корундовых низкоцементных бето­ нов, характеризующихся “сроком жизни” смесей 20-30 мин, у аналогичных смесей на альфабонде это время возрастает в 2 раза. Это позволяет уменьшить или устранить отрицательный эффект многослойности монолитных футеровок.

Известны также огнеупорные бетоны на глиноземистой связке [3.11, с. 48]. При этом применяют р-модификацию глинозема, которую получают посредством термообра­ ботки гиббсита при 600-900 °С. По аналогии с ВГЦ р-глинозем твердеет в контакте с водой.

Суммарный зерновой состав вяжущей системы обуславливается зерновыми соста­ вами исходных компонентов и их относительными долями в составе, которые для раз­ личных компонентов вяжущей системы могут колебаться в значительных пределах. В частности, относительное содержание в вяжущей системе ВГЦ определяются содер­ жанием в нем СаО (или А120 3), что следует из данных рис. 3.23.

В этой главе уже было показано, что огнеупорные бетоны на основе ВГЦ классифи­ цируют не по содержанию в них ВГЦ, а по содержанию СаО. Поэтому в зависимости от содержания А120 3 в исходном цементе для одного и того же бетона как сверхнизко­ цементного (см. рис. 3.23, область /), так и низкоцементного (область 2), содержание ВГЦ для различных цементов может различаться в несколько раз. В применяемых ВГЦ содержание примесей, как правило, не превышает 1-2 %, т.е.

ВГЦ, % й%

Рис. 3.23. Влияние содержания А1,03 в высокоглиноземистых цементах на его массовое содер­ жание в сверхнизкоцементном бетоне, содержа­ щем 1% СаО (область У) и низкоцементном бе­ тоне, содержащем 2 % СаО (область 2)

Рис. 3.24. Интегральная кривая зернового рас­ пределения частиц твердой фазы в вяжущей си­ стеме корундового низкоцементного бетонафир­ мы “А1соа”

%СаО = 100 - (%А120 3 +1*2 %)

Максимальным содержанием А120 3 (92 %) характеризуется ВГЦ фирмы “А1соа” мар­ ки ХАС-92 (СаО « 8 %). Этот цемент отличается высокодисперсным составом: 5 = = 2,2*2,3 м‘/г; ^ таx = 40*45 мкм; медианный диаметр *7т = 3*4 мкм. Согласно проспек­ ту фирмы “А1соа”, стандартная бетонная смесь для корундовых НЦОБ содержит 25 % цемента ХАС-92 и 5 % глинозема марки СТС-25, остальные 70 % составляет табулярный глинозем (0,1-6,0 мкм).

Реактивный глинозем СТС характеризуется Отлх = 10 мкм; с1т= 1,5*2,5 мкм. Исходя из приведенных данных, можно утверждать, что вяжущая система данного НЦОБ ори­ ентировочно имеет зерновое распределение, показанное заштрихованной областью на рис. 3.24.

В отличие от керамобетонов для НЦОБ и СНЦОБ характерен гидратационный ме­ ханизм твердения. Он же определяет и твердение бесцементных бетонов, полученных с применением гидратирующегося глинозема (альфабонда).

Принципиальное отличие в дисперсном составе вяжущих систем керамобетонов и НЦОБ проанализировано в работе [3.56].

3.7.Библиографический список к главе 3

3.1.Бутт Ю. Л/., Сычев М. Л/., Тимашев В. В. Химическая технология вяжущих материалов.

—М.: Высшая школа, 1980. — 472 с.

3.2.Кузнецова Т. В С ы ч е в М. М., Осокин А. 77. и др. Специальные цементы. — С.-Пб.: Строй-

издат, 1997. — 314 с.

3.3.Справочник по химии цемента / Под ред. Б. В. Волконского иЛ. Г. Судакаса. — Л.: Строй-

издат, 1980. — 221 с.

3.4.Голынко-Вольфсон С. Л., Сычев М. М., СудакасЛ. Г. и др. Химические основы техноло­

гии и применения фосфатных связок и покрытий. — Л.: Химия, 1968. — 191 с.

3.5.Сычев М. М. Неорганические клеи. — Л.: Химия, 1986. — 152 с.

3.6.Соломитов В. И., Тахиров М. Н., Тахер Ш ах М. Интенсивная технология бетонов. — М.:

Стройиздат, 1989. — 258 с.

3.7.Батраков В. Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика. Изд. 2-е. — М., 1998. —

768 с.

3.8.Пивинский Ю. Е Б елоусова В. Ю. Исследование компонентов вяжущей (матричной) сис­

темы новых огнеупорных бетонов. Часть 1. Составы и общая характеристика вяжущих систем // Огнеупоры и техническая керамика. 1999. № 12. С. 25-30.

3.9.Замятин С. Р., ПургинА. К., ХорошавинЛ. Б. и др. Огнеупорные бетоны. Справочник. —

М.: Металлургия, 1982. — 192 с.

3.10.Пивинский Ю. Е., Ромашин А. Г. Кварцевая керамика. — М.: Металлургия, 1974.— 264 с.

3.11.Пивинский Ю. Е. Керамические вяжущие и керамобетоны. — М.: Металлургия, 1990. —

270 с.

3.12. РНе§ § 1 В. С., БшйаПА. К., 1ппосепйт М. И. е1а1 Н1§Ь-РегГогшапсе КеГгас(огу Саз1аЫез /

/Ашег. Сегат. Зое. Ви11. 2002. V. 81. N 6. Р. 37-42

3.13.БшдапА. /?., РИе§ § 1 В. СРап<1о1/еШ V. С. Н1§Ь-А1итта тиШШпс1юпа1 геГгас!огу са51аЫез

//Атег. Сегат. Зое. Ви11. 2001. V. 80. N 11. Р. 34-40.

3.14.Сычев М. М. Закономерности проявления вяжущих свойств // Ст. в трудах VI Междуна­

родного конгресса по химии цемента. Т. II. Гидратация и твердение цемента. Книга I. — М.: Стройиздат, 1976. — С. 42-57.

3.15. Федоров Н. Ф. Основные принципы подбора и новые виды вяжущих композиций // Ст. в

кн. “Успехи физики и химии силикатов". — Л.: Наука, 1978. — С. 244-265.

ЗЛ6. Л ивийский Ю. Е. О фазовых соотношениях, важнейших технологических свойствах и

классификации керамических и других вяжущих систем // Огнеупоры. 1982. № 6. С. 49-60. 3.17. Волж епский А. В. Влияние водоцементного отношения на свойства цементного теста //

Строительные материалы. 1981. № 8. С. 19-21.

3.18. Л ивийский Ю. Е . Гидратация, реологические и вяжущие свойства водных суспензий пе-

риклаза // Огнеупоры. 1984. № 12. С. 12-18.

3.19. ТейлорX, Химия цемента / Под ред. А. И . Бойковой и Т. В. Кузнецовой. Пер. с англ. — М.:

Мир, 1996. — 560 с.

3.20.РеггоЫ А., Ш ЬпсЫ Е РеиегЬе1оп ипб Ъе1опагб§е ГеиегГез1е Маззе ипё Ма1епа1еп. ОеШзсЬег

Уег1а§ Шг Огипбз^оШпёизПле. — Ье1р21§- 31ии§аг1,1994. — 322 з.

3.21.Горлов Ю. Я., М еркин А . Я., Зейфман М. И., Тотурбиев Б .Д . Жаростойкие бетоны на

основе композиций из природных и техногенных стекол. — М.: Стройиздат, 1986. — 144 с.

3.22.Замятин С Р., Пургин А . К , Хорошавин Л . Б. и др. Огнеупорные бетоны. Справочник.

—М.: Металлургия, 1982. — 192 с.

3.23.Л ивийский Ю. Е Т р у б и ц ы н М. А. Огнеупорные бетоны нового поколения. Общие ха­

рактеристики вяжущих систем // Огнеупоры. 1990. № 12. С. 1-8.

3.24.Кирилиш ин В. Я. Кремнебетон. — Киев: Будивельник, 1975. — 110 с.

3.25.Соколов А. Я., Цикорина С. 3., Петрова Е. В. // Ст. в кн.: “Производство огнеупоров".

МЧМ СССР. ВИО, 1974. № 3(46). С. 61-77.

3.26.Некрасов К. Д . Жароупорный бетон. — М.: Стройиздат, 1957. — 283 с.

3.27.Нехорошее А. В Ц и т ела ур и Г Я., ХлебионекЕ. Ресурсосберегающие технологии кера­

мики, силикатов и бетонов. — М.: Стройиздат, 1991. — 482 с.

3.28.Нехорошее А. В, Бесцементные вяжущие и материалы на их основе // Ст. вкн.: “Химия и

технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов”. — Л.: Наука, 1989. —

С.263-281.

3.29.Ливийский Ю. Е . Основы технологии керамобетонов // Огнеупоры. 1978. № 2. С. 34-42.

3.30.Ливийский Ю. Е. Исследованиереологических и вяжущих свойствводных суспензий квар­

цевого песка // Огнеупоры. 1980. № 6. С. 39-46.

3.31.Ливийский Ю. Е. О механизме твердения и упрочнения “керамических” вяжущих // ЖПХ.

1981. Т. 54. №8. С. 1702-1708.

3.32.Ливийский Ю. Е., Бевз В. А., Попильский Р. Я. Получение безобжиговых керамических

материалов путем упрочнения химическим активированием контактных связей // Огнеупоры. 1981. №4. С. 50-56.

3.33.Ливийский Ю. Е Б е в з В. А. Основные принципы получения жаростойких керамических

вяжущих материалов // Изв. АН СССР Неорганические материалы. 1981. Т. 17. № 9. С. 17061710.

3.34.Ливийский Ю. Е. Высококонцентрированные керамические вяжущие суспензии. Исход­

ные материалы, свойства и классификация // Огнеупоры. 1987. № 4. С. 8-20.

3.35.Ливийский Ю. Е. Высококонцентрированные керамические вяжущие суспензии. Влия­

ние фактора концентрации // Огнеупоры. 1987. № 9. С. 18-24.

3.36.Ливийский Ю. Е. Высококонцентрированные керамические вяжущие суспензии. Прин­

ципы технологии // Огнеупоры. 1987. № 10. С. 3-9.

3.37.Ливийский Ю, Е., Трубицын М. А . Высококонцентрированные керамические вяжущие

суспензии. Дисперсионная среда, стабилизация и вяжущие свойства// Огнеупоры. 1987. № 12.

С.9-14.

3.38.Ливийский Ю. Е. Высококонцентрированные керамические вяжущие суспензии. Стаби­

лизация, реологические свойства и принцип реотехнологического соответствия // Огнеупоры. 1988. № 6. С. 6-13.

3.39.Пивинский Ю. Е. Высококонцентрированные керамические вяжущие суспензии. Меха­

низм структурообразования и кинетика набора массы при частичном обезвоживании // Огне­ упоры. 1988. № 8. С. 17-23.

3.40.Пивинский Ю . Е К а п л а н Ф. С,, Семикова С. Г, Высококонцентрированные керамичес­

кие вяжущие суспензии. Коллоидный компонент и вяжущие свойства // Огнеупоры. 1989. № 2. С .13-18.

3.41.Пивинский Ю. ЕЧер ева товаА . В. Свойствасмешанных вяжущих в системе ВКВС квар­

цевого песка - огнеупорная глина // Огнеупоры и техническая керамика. 1997. № 8. С. 22-26.

3.42.Пивинский Ю. Е., Добродон Д. А. Получение и свойства вяжущих высокоглиноземистых

суспензий в системе боксит - кварцевое стекло // Новые огнеупоры. 2002. № 5. С.

3.43.Чернинский Ю, С. Химия полимерных неорганических вяжущих веществ. — Л.: Химия,

1967. — 224 с.

3.44.Щербина В. В. Основы геохимии. — М.: Недра, 1972. — 296 с.

3.45.Слейбо У., Персоне I Общая химия. Пер. с англ. — М.: Мир, 1979. — 545 с.

3.46.Щелочные и щелочно-щелочноземельные гидравлические вяжущие и бетоны / Под ред. В. Д. Глуховского. — Киев: Вища школа, 1979. — 231 с.

3.47.Моррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела / Под ред. Ф. Ф. Волъкенштейна. Пер. с англ. — М.: Мир, 1980. — 488 с.

3.48.Ракчеев А .Д . Новые физико-химические методы изучения минералов, горных пород и

руд. — М.: Недра, 1989. — 230 с.

3.49.Злачевская Р. И . Связанная вода в глинистых грунтах. — М.: Изд-во МГУ, 1969. — 175 с.

3.50.Добродон Д. А., Пивинский Ю. Е, Получение и свойства вяжущих высокоглиноземистых

суспензий. 1. ВКВС на основе боксита// Огнеупоры итехническая керамика. 2000. № 6. С. 21-26.

3.51.Молчанов В. И., Селезнева О. Г,, Жирнов Е. Н. Активация минералов при измельчении.

— М.: Недра, 1988. — 208 с.

3.52.Пивинский Ю. Е., Каплан Ф. С, Семикова С Г., Трубицын М. А. Высококонцентриро­

ванные керамические вяжущие суспензии. Коллоидный компонент и вяжущие свойства // Ог­ неупоры. 1989. № 2. С. 13-18.

3.53.Пивинский Ю. Е, Новые огнеупорные бетоны. — Белгород: БелГТАСМ, 1996. — 148 с.

3.54.Пивинский Ю. Е,,Дороганов Е. А,, Добродон Д, А. Материалы на основе высококонцен­

трированных керамических вяжущих суспензий (ВКВС). Свойства смешанных вяжущих в си­ стемеВКВС муллитавысокодисперсная ВКВС кварцевого стекла// Огнеупоры итехничексая керамика. 1997. № 11. С. 2-6.

3.55.Nа^азоеА., ОоГа 5., Оп 'пика К, еС аЛ 015регзюп апё ЯиМку оГа1итта ро\У(1ег зизрепзюп/

/Та1каЬи1зи К.е!гас1опез. 1998. V. 50. № 7. Р. 389-393.

3.56. Йогами К., 8а(о М., Заза^ата У. е1 ак ТЬе ейес1з оГ а1итта сетеп* оГ 1Ье ехр1озюп оГ саз1аЫез // ТаПсаЬШзи Оуегзеаз. 1997. V. 17. № 2. Р. 41-46.

Глава 4.

РЕОЛОГИЯ И КОЛЛОИДНАЯ хим ия ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ — НАУЧНАЯ ОСНОВА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ НЕФОРМОВАННЫХ ОГНЕУПОРОВ

4.1. О принципе реотехнологического соответствия в технологии огнеупорных бетонов

Процессы получения и применения современных неформованных огнеупоров и, прежде всего, новых огнеупорных бетонов, являются характерным примером науко­ емких технологий в современном материаловедении. Исключительно широкое разно­ образие составов, типов и областей применения предопределяет необходимость раз­ работки общих научных основ оптимальной технологии этих материалов. Теорети­ ческими основами получения и применения новых огнеупорных бетонов являются коллоидная химия и реология дисперсных систем, рассматриваемые в сочетании с рядом принципиальных положений, требований как керамической технологии, так и традиционных технологий вяжущих веществ, огнеупорных и строительных бетонов [4.1-4.3]. В этой главе на конкретных примерах рассмотрены некоторые наиболее важ­ ные с точки зрения технологии огнеупорных бетонов вопросы реологии и коллоидной химии.

Термин “реология” был введен по предложению американского ученого Э. Бингама в 1929 г. на третьем Международном симпозиуме по теории пластичности. Реология наряду с коллоидной и физической химией является теоретической основой получе­ ния разнообразных материалов, производимых с применением дисперсных систем. Реология занимает определенное место в общей системе знаний на стыке физики, химии, механики и технологии получения соответствующих материалов. Она рассмат­ ривает вопросы течения и деформации разнообразных материалов, начиная от ньюто­ новских жидкостей и кончая идеально упругим гуковым телом [4.3—4.7]. Хотя фор­ мально реология как самостоятельная наука возникла сравнительно недавно, осново­ полагающие принципы, без которых ее возникновение было бы невозможно, были заложены работами классиков современного естествознания и математической физи­ ки (И. Ньютон, Р. Гук, У. Кельвин, Дж. Максвелл, Дж. Стокс, Ж. Навье, В. Сен-Венан). Идея собственно реологии как науки об особенностях механического поведения ре­ альных дисперсных систем и материалов [4.1-4.5], отличных по своим свойствам от идеализированных упругих и вязких сред, в 30-е годы XX века высказывалась Г. СкоттБлэром, Э. Бингамом, М. Рейнером. Одним из важнейших объектов, изучаемых рео­ логией, являются разнообразные минеральные дисперсные системы. Последние ши­ роко применяются в технологии многих материалов, например, строительных, кера­ мических, огнеупорных. Рассматриваемые дисперсные системы являются типичны­ ми неньютоновскими жидкостями, которым присущи различные виды аномалий вяз­ кого течения. В зависимости от состава, концентрации и других факторов в этих дис-

дисперсных системах проявляются дилатантные, тиксотропные свойства или более сложные виды течения.

Имея в качестве объектов исследования реальные вещества и материалы, современ­ ная коллоидная химия является пограничной областью знания, которая объединяет физическую химию и физику поверхностных явлений и дисперсных систем. С точки зрения коллоидной химии формовочные системы для получения новых огнеупорных бетонов могут характеризоваться как предельно концентрированные (с объемной до­ лей твердой фазы 80-90 %) дисперсные системы с исключительно высокой степенью полидисперсности.

Как показывает анализ отечественных и зарубежных исследований в области не­ формованных огнеупоров, значительная, а возможно, и большая доля публикаций посвящена изучению реологических и коллоидно-химических аспектов технологии прежде всего новых огнеупорных бетонов — бесцементных или сверхнизкоцемент­ ных. Обобщающие работы по коллоидно-химическим и реологическим проблемам в технологии новых огнеупорных бетонов опубликованы в 90-х годах [4.8-4.10]. В се­ рии статей “Реология в технологии керамики и огнеупоров” [4.11-4.20] рассмотрены основные положения и закономерности реологического поведения высококонцентри­ рованных суспензий, которые фактически и являются матричной (вяжущей) системой неформованных огнеупоров.

Следует отметить исключительный интерес к рассматриваемой проблеме зарубеж­ ных исследователей-специалистов в области неформованных огнеупоров, что подтвер­ ждается их основательными публикациями [4.21-4.30] самых последних лет (20002002 гг.).

Основная технологическая проблема при получении новых огнеупорных бетонов состоит в том, чтобы создать необходимую подвижность формовочных систем в усло­ виях их предельной концентрации. Эти условия достигаются воздействием механи­ ческих нагрузок на различных технологических стадиях, вызывающих разрушение коагуляционных (тиксотропных) структур, а также применением различных добавокразжижителей (электролитов) и регуляторов реологических свойств. Механические процессы технологии (смешение, различные способы виброформования) являются мощным средством регулирования напряженно-деформируемого состояния и структурообразования в бетонной смеси и бетоне вследствие наличия в них важнейшего реологического свойства — тиксотропии. Именно на реологических эффектах тик­ сотропного разжижения и структурообразования основана технология целого ряда новых огнеупорных бетонов типа наливных вибрационных тиксотропных огнеупор­ ных масс (НВТОМ).

Под тиксотропией обычно понимают способность систем к существенному измене­ нию реологических свойств (предела текучести, эффективной вязкости и других по­ казателей) при механических (динамических) воздействиях. В процессе виброформо­ вания тиксотропные свойства зависят в основном от интенсивности и частоты дина­ мического воздействия. Считается, что существует предельное значение скорости сдви­ га при виброформовании, вызывающее переход бетонной смеси из упругопластичес­ кого состояния в состояние временной текучести.

С другой стороны, по сравнению с виброуплотняемыми огнеупорными бетонами в последнее десятилетие более прогрессивными являются литые (саморастекающиеся)

бетоны [4.31]. В отличие от вибробетонов, последние должны обладать достаточной текучестью под собственным весом при условиях низкой (5-7 %) влажности. Для этих бетонных смесей значительная тиксотропия нежелательна и они часто обладают дилатантным характером течения. Для получения литых бетонов исключительное вни­ мание уделяют подбору их зернового состава и предельной их дефлокуляции (разжи­ жению).

Из изложенных задач очевидно, что наряду с коллоидно-химическим аспектом рео­ логия дисперсных систем играет принципиальную роль в технологии новых огнеупор­ ных бетонов. По аналогии с технологией ВКВС, разработка технологических процес­ сов получения новых огнеупорных бетонов прежде всего должна основываться на принципе реотехнологического соответствия (принцип РТС). В соответствии с после­ дним, процессы получения и применения огнеупорных бетонов должны обеспечи­ вать оптимальные и энергетически экономные режимы в зависимости от реологичес­ ких особенностей конкретных систем. Задача реализации принципа состоит в том, чтобы за счет регулирования условий и параметров соответствующих процессов ак­ тивно изменять реологические свойства систем в требуемом направлении для опти­ мального осуществления различных технологических операций (смешение, транспор­ тировка, виброформование, распалубка и пр.).

В качестве характерного примера реализации принципа РТС в технологии огнеупор­ ных бетонов следует привести разработку режимов вибрационного формования керамобетонов кремнеземистого состава [4.32]. С учетом тиксотропно-дилатантного ха­ рактера течения ВКВС, процесс виброформования керамобетонов на их основе пре­ дусматривает различные интенсивность и уровень приложения пригруза для дости­ жения максимального уплотнения при минимальном расходе вяжущего. С точки зре­ ния принципа РТС, на первой стадии технологии огнеупорных бетонов (в период об­ ратимого формирования их структуры) ставится задача разрушения материала (дис­ персной системы). На второй стадии (период необратимого структурообразования) разрушение не допускается.

Круг вопросов, связанных с разработкой и реализацией принципа РТС в технологии новых огнеупорных бетонов весьма обширен и связан не только с разработкой опти­ мальных режимов смешения смесей и вибрационного формования бетонов как наи­ более распространенных и важных процессов. Существенной также является задача о движении бетонной смеси по цилиндрическим трубопроводам, решение которой свя­ зано с определением режимов ее транспортирования при помощи бетононасосов и пневмонагнетателей. Кроме процессов виброформования, ставится также задача раз­ работки безвибрационных способов формования, например методом заливки и торк­ ретирования. Эффективным примером реализации принципа РТС являются результа­ ты исследований процессов смешивания бетонных смесей [4.24]. В данных работах, которые более детально будут рассмотрены в главе, показано существенное влияние порядка введения воды и компонентов на растекаемость и водопотребность бетонной смеси.