Теоретические основы технологии тугоплавких неформованных материалов на основе композиций системы (Mg, Ca, Sr, Ba)O – Al₂O₃ – Cr₂O₃

Abstract

циальности 05.17.11 – технология тугоплавких неметаллических материалов. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2015 г. Диссертационная работа посвящена решению научно-практической проблемы создания теоретических основ технологии тугоплавких неформованных материалов с высокой прочностью, огнеупорностью и стойкостью к воздействию агрессивных сред на основе алюминатов и хромитов щелочноземельных элементов за счет целенаправленного формирования фазового состава и структуры клинкера, цементного камня и бетона. Систематизирована база термодинамических данных соединений, входящих в состав многокомпонентной системы (Mg, Ca, Sr, Ba)O – Al₂O₃ – Cr₂O₃, на основе установленных фазовых равновесий исследовано субсолидусное строение ее трех- и четырехкомпонентных подсистем и установлено их подобие, заключающееся в сосуществовании алюминатов с хромитом щелочноземельного элемента и с периклазом, что обусловливает устойчивые технологические параметры твердофазного синтеза высокопрочных, огнеупорных алюмохромитных вяжущих материалов и бетонов на их основе. На основании данных регрессионного анализа и результатов физико-механических испытаний оптимизированы составы алюмохромитных цементов и установлено соответствие их характеристик требованиям нормативной документации: нормальная густота цементного теста 23 – 29 %; сроки схватывания: начало – от 40 мин до 2 час, конец – от 55 мин до 4 час 15 мин; предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток твердения 57 – 75 МПа; предел прочности при изгибе в возрасте 28 суток твердения 6,2 – 6,8 МПа, огнеупорность – 1700 – 1900 °С. Исследованы особенности протекания процессов фазообразования клинкеров алюмохромитных цементов и установлено, что в начальный период протекания процесса фазообразования скорость реакций лимитируется химическим взаимодействием компонентов сырьевой смеси на границе раздела фаз и только после образования непрерывного слоя продуктов твердофазных реакций скорость процесса определяется диффузией компонентов в реакционную зону. Последовательность образования фаз (монохромит – моноалюминат – трехосновный хромит – трехосновный алюминат) подтверждена рентгенофазовыми исследованиями, термодинамическими расчетами и расчетами энергии кристаллической решетки, что обусловливает формирование дефектной структуры алюмохромитных клинкеров. Исследованы клинкеры алюмохромитных цементов и установлено, что их расчетный фазовый состав соответствует экспериментально полученным составам. Наличие в клинкерах ограниченных твердых растворов дефектной структуры обусловливает повышенную механическую прочность за счет возрастания свободной энергии кристаллической решетки.

Thesis for the doctor of technical sciences degree in specialty 05.17.11 – Technology of refractory nonmetallic materials. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2015. The thesis is dedicated to the creation of theoretical foundations of refractory unshaped materials development on the base of aluminates and chromites of alkaline-earth elements with high strength, fire resistance and resistance to aggressive environments due to directed formation of clinker structure, cement stone and concrete. Thermodynamic database has been systematized; subsolidus structure of ternary and quarternary subsystems of the multicomponent (Mg, Ca, Sr, Ba)O – Al₂O₃ – Cr₂O₃ system has been clarified and researched, their geometrical-topological similarity has been established, which consists in co-existence of aluminate with chromite of alkaline-earth element and with periclase that determines stable conditions of synthesis of refractory aluminochromite binding materials and concretes on the base of their compositions. Aspects of the process of phase formation and hydration of aluminochromite cements established, mechanisms of structure formation of clinkers and cement stone have been determined. Compositions of refractory high-strength and resistant to aggressive environments aluminochromite cements and concretes on their base have been developed, their main physico-mechanical and technical characteristics have been determined. Resource and energy saving technology of preparation of aluminochromite cements with the use of chemical industry wastes has been developed. Unshaped materials developed with the use of aluminochromite cements have been approved in industrial and semi-industrial conditions with positive results, and the results have been incorporated into the practice of academic process.