Главная
Новости
Ремонт
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Воздухоопорные сооружения
Грунтовые основания




13.08.2018


13.08.2018


10.08.2018


09.08.2018


08.08.2018


08.08.2018


07.08.2018


07.08.2018


07.08.2018


04.08.2018





Яндекс.Метрика
         » » Новые области использования шлакощелочного бетона

Новые области использования шлакощелочного бетона

31.03.2016

Особенно эффективно применение шлакощелочных композиционных материалов в специальных областях, в том числе нестроительных.
Бетоны повышенной кислотостойкости на основе шлакощелочного вяжущего с добавками дегидратированных магнийсиликатных или цеолитсодержащих пород использованы в условиях Тернопольского объединения «Текстерно» при изготовлении подстилающего слоя полов в насосной склада серной кислоты и при изготовлении плит покрытия дренажных каналов на участке химической водоочистки. В результате обследования состояния конструкций полов на складе химикатов после трех лет эксплуатации и плит покрытия после 8 мес эксплуатации в условиях воздействия кислых промывочных вод признаков повреждения поверхности и появления трещин не обнаружено.
Технико-экономическая эффективность шлакощелочных материалов повышенной кислотостойкости обусловливается снижением энергозатрат и материалоемкости изделий, уменьшением стоимости сырьевых компонентов, повышением долговечности эксплуатируемых конструкций .
Опыт использования жаростойких шлакощелочных композиций для футеровки магнитодинамических дозаторов и металлопроводов насосов, предназначенных для перекачивания расплавленных цветных металлов, показал, что остаточная прочность после взаимодействия с расплавом алюминия (Т = 1073 К) составляла 93—95 %, а металлоустойчнвость, определенная по стандартной методике, отвечала требованиям, предъявляемым к аналогичным конструкциям. Футеровка магнитодинамических насосов после 6 мес эксплуатации не разрушилась (для сравнения — футеровка их жаростойкой смесью на основе глиноземистого цемента выдерживала не более 1—2 мес эксплуатации).
Определенный практический интерес представляют термостойкие композиции для тампонажных растворов. В процессе разработки цемента с повышенной адгезией и термостойкостью в качестве основного компонента использован никелевый шлак. Для его активизации и образования в условиях повышенных температур малопроницаемого тампонажного камня за счет термостабильных гидратных новообразований применяли растворимое стекло плотностью 1100—1300 кг/м3 с кремнеземистым модулем Mc = 2,7. Выявлено, что цементный камень из предлагаемого вяжущего обладает высокой адгезией к металлу и горным породам, которую можно косвенно охарактеризовать предельным напряжением сдвига при выдавливании цилиндрического цементного образца из металлического кольца. Предельное напряжение сдвига растет с увеличением плотности жидкости затворения и температуры твердения и может превысить 9 МПа. Газопроницаемость цементного камня зависит от соотношения компонентов вяжущего, плотности растворимого стекла, температуры и длительности твердения. При оптимальных условиях можно получить практически непроницаемый камень.
Оптимизированные составы вяжущих позволяют синтезировать цементный камень, характеризующийся высокой прочностью, низкой газопроницаемостью, повышенной адгезией к обсадной трубе и горным породам, что обеспечивает надежное крепление нефтяных и газовых скважин. Температура применения разработанных алюмосиликатных вяжущих составляет 358—473 К.
Опытным заводом ВНИИЭМ совместно с НИИ вяжущих материалов на основе данных экспериментальных работ были внедрены в производство высокопрочные и термостойкие композиции для заполнения тыльной стороны гальванопластических копий в матрицах технологической оснастки электропроводных бетонов. Установлено, что в стальных обоймах матриц шлакощелочной бетон опробованного состава не разрушается даже при давлении 250 МПа. Бетон устойчив к действию температур, превышающих 573 К. Важнейшее достоинство шлакощелочного бетона — его высокая жесткость, обеспечивающая хорошую опору гальвано-пластической копии независимо от температуры эксплуатации. Экспериментальные исследования на образцах высотой 35 мм показали, что коэффициент жесткости, определяемый как отношение удельного давления к полученной образцом деформации сжатия, составляет для шлакощелочного бетона (0,8—1,2)*10в4 МПа/м, в то время как для известной металлополимерной композиции, даже при нормальной температуре, этот показатель почти на порядок ниже (1,7/1,9)*10в3 МПа/м. При повышении температуры до 373—393 К жесткость бетона понижается. Отметим, что для стали коэффициент жесткости равен (1,8/2)*10в4 МПа/м, т. е. близок к аналогичному показателю для бетона.
Шлакощелочной бетон оптимального состава практически безусадочен, что обеспечивает высокую формоустойчивость и точность матриц, однако он отличается невысокой теплопроводностью. Недостаток можно устранить, применив металлические наполнители и вставки, соприкасающиеся с копией. Этой же цели служат металлические трубки, заформованные в заливочную массу, по которым подают охлажденную воду.
Также эффективно использование шлакощелочных композиций при производстве штампов для холодной обработки металлов давлением. Интерес к этому направлению обусловлен не только большими объемами применения (объем бетона в штампе средней крупности превышает 1,5 м3 по сравнению с 0,0005 м3 в пресс-форме), но и тем, что при использовании шлакощелочного бетона в штампованной оснастке открывается возможность реализации таких специальных свойств, как высокая ударная вязкость и твердость.
Как показали результаты исследований, надежность пластмассовобетонных штампов значительно повышается за счет создания конструкционного слоя из высокопрочного шлакощелочного бетона. При этом исключается продавливание формообразующего пластмассового слоя. Кроме того, высокие физико-механические характеристики шлакощелочного бетона, а также адгезия к пластмассе и металлу способствуют снижению массы штампов, предназначенных для изготовления крупных автомобильных деталей за счет уменьшения толщины конструкционного слоя.
В настоящее время разработка шлакощелочного бетона продолжается в направлении создания материалов, удовлетворяющих по ударной вязкости, твердости и истираемости требованиям, предъявляемым к рабочему слою штамповой оснастки. Это позволяет отказаться от использования пластмасс для изготовления формообразующего слоя в результате замены двухслойной конструкции штампов на монолитную бетонную.
Возможность получения шлакощелочного бетона с управляемыми специальными свойствами: логарифмическим декрементом затухания и усадкой открывает широкие перспективы применения их в станкостроении при изготовлении элементов корпусных деталей станков.
Мелкозернистый шлакощелочной бетон, армированный дисперсными базальтовыми волокнами, отличающийся улучшенным виброгашением в диапазоне средних и высоких частот от 500 до 1000 Гц, использован на ПО «Маяк» (Киев) при изготовлении станин станков для обработки прецизионных поверхностей.
Составы шлакощелочных материалов с заданными деформативными характеристиками были применены для изготовления элементов корпусных деталей трехшпиндельного токарного и сверлильно-фрезерного гибких производственных модулей АМП-1363 и АМП-1364 для ПО «Арсенал» (Киев).
Контрольные образцы элементов корпусных станков характеризуются пределом прочности при сжатии и изгибе соответственно Rm = 85 МПа, Rbt = 7,5 МПа, логарифмический декремент затухания равен 0,024. Улучшение виброгашения испытываемых образцов в диапазоне средних и высоких частот (500—10 000 Гц), по сравнению с виброгашением корпусных деталей из вибростойкого чугуна, позволяет повысить точность обрабатываемых поверхностей изделий. Применение шлакощелочного бетона с регулируемыми демпфирующими характеристиками способствует увеличению периода стойкости режущего инструмента, используемого в гибких производственных модулях. В результате замены традиционно применяемого вибростойкого чугуна на шлакощелочной бетон масса деталей станков уменьшилась в 1,5 раза, а стоимость снизилась в 2,5 раза.
На сохранение природных ресурсов и окружающей среды направлены исследования по применению шлакощелочных композиций для локализации и долговременного захоронения радиоактивных отходов (РАО).
Эффективный способ решения проблемы — обезвреживание РАО — основан на моделировании природных процессов минералообразования, протекающих при температурах и режимах, используемых в строительстве.
Применение для названной цели шлакощелочных композиций позволяет получать искусственный камень, отличающийся высокой химической стойкостью, низкой скоростью выщелачивания радионуклидов водой, термической и радиационной стойкостью.
В плане рассмотренной проблемы интересны разработки составов специальных композиций для переработки радиоактивных отходов низкого и среднего уровней активности, в частности, отверждения их введением в искусственные минералоподобные формы, пригодные для последующего безопасного хранения. Вяжущие композиции, включающие смесь кальциевого низкотемпературного цеолита состава CaO*Al3O3*(2—4)SiO2*nH3O, каолина и гидроксида кальция, позволяют связывать по 20—25 % радиоактивных карбонатов щелочных металлов от общей массы захороняемого материала, при этом скорость выщелачивания ионов щелочных металлов не превышает 0,7*10в-6 г/(см2*сут).
Также представляет практический и научный интерес опыт использования шлакощелочных композиций для переработки радиоактивных отходов щелочных жидкометаллических теплоносителей ядерных энергетических установок с целью их долговременного и безопасного захоронения. Получаемый, согласно предложенной технологии, искусственный конгломерат, включает щелочные радионуклиды (в том числе цезий-137), которые химически связываются в соединения, аналогичные природным минералам типа цеолитов.
Разработанные композиционные материалы, предназначенные для обезвреживания жидких радиоактивных отходов АЭС, отличаются большой емкостью по содержанию щелочного металла и высокой водостойкостью. Скорость выщелачивания радионуклидов цезия-137 составляет 3*10в-6 г/(см2*сут).
В заключение необходимо отметить широкие возможности использования шлакощелочных цементов и композиционных материалов на их основе при реализации природоохранных технологий. Так, по данным, перспективна утилизация гальванических шламов (без их предварительной обработки — сушки и помола) в составе шлакощелочных композиций. При твердении последних происходит химическое связывание тяжелых металлов, входящих в состав гальванических шламов, в водонерастворимые комплексные соединения. Формирование водостойкой и высокопрочной структуры шлакощелочного камня обеспечивает надежное обезвреживание и захоронение названных отходов.
Опыт применения композиционных материалов и бетонов на основе шлакощелочных вяжущих как в строительстве, так и в специальных отраслях промышленности, свидетельствует об их высокой технико-экономической эффективности, достигаемой за счет снижения материало- и энергоемкости, решения экологических проблем путем использования и захоронения отходов различной токсичности, а также повышения качества и долговечности изготавливаемых конструкций и сооружений.