Термостойкие (огнеупорные) материалы с дисперсными заполнителями (бетоны) обладают достаточной прочностью на сжатие, однако прочность на растяжение и на изгиб у них на порядок ниже.

Для направленного формирования прочностных свойств бетонов в изделиях широко применяются железобетонные конструкции, но они резко теряют прочность уже при температурах выше 700 К.

Наиболее рациональным при построении термостойких материалов представляется их армирование текстильными структурами на основе базальтовых или кремнеземных волокон, совместимых в композитах с минеральной матрицей. Практический интерес представляет создание матриц минеральных композитов на основе высокоглиноземистых цементов (длительная работоспособность до 1900 К) и силикатных составов (длительная работоспособность до 1700 К). Минеральный композиционный материал состоит из армирующего каркаса и матрицы, формируемой из минеральной термостойкой пасты.

Паста на основе цементов является подвижной, эластичной и липкой смесью, содержащей связующее на цементной основе, термостойкие тонкодисперсные заполнители, пластификатор и воду.

После отверждения матрицы конструкция из минералкомпозита становится твердым, монолитным телом. Время полного набора прочности материалом составляет около 3-х суток.

Требуемые характеристики конструкции - такие как форма, размеры, габариты, прочность и пр. обуславливают состав паст для формирования минеральной матрицы, выбор наполнителя и схемы армирования.

В качестве термостойких заполнителей для высокоглиноземистых паст используются тонкомолотые шамотные составы - (Аl₂О₃ + СаО + SiO₂)> 70% по массе, с максимальным диаметром частиц dmax = 60÷100 мкм. В качестве пластификатора применяется каолин - (Аl₂О₃ + SiO₂) > 98% по массе.

Для матриц на основе силикатных составов применимо большинство технологических методов формообразования, разработанных для полимерных композиционных материалов. Для толстостенных конструкций (толщина стенки более 5 мм) в качестве отвердителей оптимально применение кремнийфтористого натрия. Для тонкостенных конструкций достаточна обдувка двуокисью углерода (15 сек.) с последующим доотверждением СО₂ воздуха в течение трех суток. Наиболее приемлем в качестве заполнителя тонкомолотый обожженный каолин.

Длительное сохранение работоспособности конструкций из армированных минеральных композиционных материалов наряду с термостойкостью матрицы определяется также термостойкостью армирующего каркаса. Структуры на основе кремнеземных и базальтовых волокон в сочетании с матрицами, рассмотренными выше, обеспечивают длительную работоспособность (месяцы, несколько лет) при температурах эксплуатации до 1600 К. Они могут работать кратковременно при температурах до 1750 К. Теплофизические свойства данных материалов характеризуются линейной зависимостью от температуры.

Возможности применения термостойких минеральных композиционных материалов в технике обширны. Они имеют конструкционное, теплозащитное и теплоизоляционное назначение или реализуют комбинацию назначений и могут применяться на следующих объектах:

• котельные установки тепловых станций - футеровочные покрытия трубчатых экранов котлов (практический опыт показал, что футеровка трубчатых экранов котлов типа ПТВМ на ряде КТС работает без ремонта вот уже три года по сравнению с проектной «шамотно-глино-земной», которая требовала ремонта после каждого отопительного сезон); монолитные теплозащитные вкладыши для обрамления сопел газо-мазутных горелок, смотровых лючков и монтажных люков; дымоходы для транспортировки продуктов сгорания топлива, другие фасонные и трубчатые элементы;

• элементы теплонагруженных конструкций -паропроводы, патрубки, внутренняя теплозащита металлических конструкций, работающих в условиях предельных температурных режимов;

• огнестойкие пожарозащитные конструкции -огнезащитные экраны, пожарозащитные вентиляционные каналы, огнестойкие опорные силовые конструкции и пр.

Литература

1. «Инструкция по приготовлению жаростойких бетонов»под ред. С.Н.Гунько. Госстрой СССР. № 26, 1979.СН 156-79.
2. Кузнецов Т.В., Кудряшов И.В., Тимашев В.В. «Физика ихимия вяжущих материалов» (учебник). М.: Высшая школа. 1989.
3. «Справочник по композиционным материалам», кн. 2 подред. Дж. Любина, (перевод с английского), М.: Машиностроение. 1988.
4. Асланова М.С., Колесов Ю.И., Хазанов В.Е. «Стеклянные волокна». М.: Химия. 1979.

C текущей ситуацией и прогнозом развития российского рынка добавок для бетонов, цемента, ССС можно познакомиться в отчетах Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок добавок для бетонов, цемента и сухих строительных смесей в России».

Д.т.н. С.В. Бухаров, профессор МАТИ-РГТУ, доцентА.Д. Парашин, А.С. Паньшин, ООО «Трубосервис»

www.newchemistry.ru