Фізико–хімічні основи створення спеціальних цементів в системі BaO–Al2O3–Fe2O3–SiO2

Таблиця 3

Фізико-механічні та технічні властивості барійвмісних бетонів

У додатках наведено акти випуску експериментальних, дослідно-промислових партій барійвмісних цементів та заповнювачів, а також технічні умови та технологічний регламент на їх виробництво, акти випробувань та впровадження, висновок санітарної експертизи.

ВИСНОВКИ

У результаті виконання дисертаційної роботи вирішено науково-прикладну задачу - розроблено наукові засади технології одержання нового класу спеціальних цементів поліфункціонального призначення на основі композицій системи BaО-Al2O3-Fe2O3-SiО2 . Внаслідок проведених теоретичних та експериментальних досліджень сформульовано такі висновки:

1. Обгрунтовано фізико-хімічні основи одержання нового класу спеціальних барійвмісних цементів, що базуються на фундаментальних законах термодинаміки в прикладенні до фазових рівноваг багатокомпонентної оксидної системи BaО-Al2O3-Fe2O3-SiО2 у субсолідусній області та сформульовано основні принципи синтезу барійвмісних цементів нового класу спеціального призначення з комплексом заданих експлуатаційних характеристик та бетонів на їх основі.

2. Обґрунтовано принципову можливість синтезу спеціальних барійвмісних цементів нового класу поліфункціонального призначення на основі композицій підсистем BaО-Al2O3-Fe2O3, BaО-Al2O3-SiО2 і BaО-Fe2O3- SiО2 системи BaО-Al2O3-Fe2O3-SiО2, встановлено, що наявність в їх складі гідравлічно активних фаз з високим вмістом оксиду барію забезпечує в'яжучим матеріалам високу механічну міцність, вогнетривкість, радіаційну й корозійну стійкість.

3. Розраховано вихідні термодинамічні константи бінарних і потрійних барійвмісних сполук, які відсутні в довідковій літературі, і сформована база термодинамічних для сполук, що входять у чотирикомпонентну систему BaО-Al2O3-Fe2O3-SiО2 .

4. Уточнено субсолідусну будову трикомпонентних псевдосистем BaО-Al2O3-SiО2, BaО-Al2O3-Fe2O3, BaО-Fe2O3-SiО2, що входять у систему BaО-Al2O3-Fe2O3-SiО2, з урахуванням усіх стабільних фаз при температурі 1300 0С, побудовано топологічні графи взаємозв'язку елементарних трикутників і надано геометро-топологічну характеристику досліджених псевдосистем.

У результаті вперше проведених теоретичних та експериментальних досліджень субсолідусної будови чотирикомпонентної системи BaО-Al2O3-Fe2O3-SiО2 з урахуванням 27 стабільних фаз (22 бінарних і 5 потрійних) визначено, що при температурі 1108 0С в системі відбувається перебудова конод, що призводить до зміни субсолідусної будови зазначеної системи. Побудовано топологічні графи взаємозв'язку елементарних тетраедрів, надано геометро-топологічну характеристику системи. Встановлено, що для розбивки концентраційного тетраедра BaО-Al2O3-Fe2O3-SiО2 на елементарні тетраедри для високотемпературної області (вище 1108 0С) необхідна наявність дванадцяти “внутрішніх” конод, що визначають існування 35 елементарних тетраедрів, а не дев'яти конод, характерних для низькотемпературної області цієї системи, що визначають існування 33 елементарних тетраедрів.

5. Теоретично обґрунтовано принципи одержання і регулювання фазового складу спеціальних барійвмісних цементів, що синтезуються в умовах різкого і повільного охолодження, детермінованих можливостями оборотності термодинамічної рівноваги в твердофазних реакціях системи BaО-Al2O3-Fe2O3-SiО2, доведено, що розрахунковий склад барійвмісних клінкерів з достатньою вірогідністю відповідає кількісному і якісному співвідношенню фаз у реальних клінкерах, що дає можливість цілеспрямованим синтезом одержувати спеціальні барійвмісні цементи заданого фазового складу.

6. Встановлено кінетичні з акономірності та особливості твердофазних процесів у чотирикомпонентній системі BaО-Al2O3-Fe2O3-SiО2 та її потрійних підсистемах, визначено швидкості реакцій фазоутворення барійвмісних цементів нового класу та енергію активації процесів, виявлено, що процеси фазоутворення відбуваються за рахунок реакцій у твердій фазі. Доведено, що залежність швидкості реакції фазоутворення від температури при синтезі спеціальних барійвмісних цементів в інтервалі температур 900 - 1400 0С має практично лінійний характер, що свідчить про перевагу твердофазних дифузійних процесів взаємодії сировинних компонентів.

7. Виявлено особливості механізму твердіння і процесів гідратації барійвмісних цементів нового класу й встановлено, що взаємодія з водою розроблених в'яжучих матеріалів починається практично миттєво і протікає аналогічно реакціям гідратації окремих фаз, які входять до клінкера заданого складу, внаслідок чого в процесі твердіння має місце як скрізьрозчиний, так і топохімічний механізми. Встановлено, що при взаємодії барійвмісних цементів з водою, у першу чергу, утворюється значна кількість ізотропної гелевидної маси, з якої викристалізовуються метастабільні високоосновні новоутворення - гідроалюмінати, гідросилікати і гідроферити барію, які при тривалих процесах твердіння знижують основність розчину з виділенням гідроксидів заліза, алюмінію і барію, синтезується складний конгломерат гідратних новоутворень як у колоїдному, кріптокристалічному, так і кристалічному стані, що приводить до утворення високоміцного цементного каменя.

8. В результаті проведених досліджень будови чотирикомпонентної системи BaО-Al2O3-Fe2O3- SiО2 та її потрійних підсистем оптимізовано області складів і розроблено спеціальні барійвмісні цементи нового класу, котрі залежно від фазового складу належать до гідравлічних чи повітряних в'яжучих матеріалів, є швидкотужавкими (початок тужавіння від 25 хвилин до 1 години, кінець тужавіння від 1 години до 2 годин), з низьким водоцементним відношенням (0,16 - 0,24), швидкотвердними (у віці 1 доби твердіння міцність на стиск складає 30-50 МПа), високоміцними матеріалами (міцність на стиск у віці 28 діб твердіння досягає 60-80 МПа) з високим коефіцієнтом масового поглинання гамма-променів - 240-290 см2/г, незначним ступенем розміцнення в інтервалі температур 100 - 1000 0С - 15 %, коефіцієнтом ослаблення гамма-променів - 0,712-0,959 см-1, що в 1,5 - 2 рази вище, ніж у кальційвмісних цементів, температурою служби 1200 - 1800 0С.

9. Розроблено і науково обґрунтовано ресурсо- і енергозаощадну технологію одержання спеціальних барійвмісних цементів нового класу з використанням відходів хімічної і металургійної галузей промисловості, а також технічну документацію на випуск дослідно-промислових партій. В умовах Харківського дослідного цементного заводу та ВАТ “Балцем” випущено дослідно-промислову і промислову партії спеціальних барійвмісних цементів нового класу з високими фізико-механічними властивостями.

10. На основі композицій системи BaO-Al2O3-Fe2O3-SiО2 розроблено та апробовано спеціальні барійвмісні цементи нового класу поліфункціонального призначення з високими експлуатаційними характеристиками, що можуть знайти своє застосування в радіаційностійких бетонах як захисні конструкційні матеріали в умовах впливу гамма-випромінювання і високих температур (1200 - 1800 0С) для забезпечення захисту і стабільності функціонування складних технологічних систем; у складі вогнетривких набивних мас для футеровок корозійно- і теплонапружених ділянок високотемпературних агрегатів, в тому числі і магнієвих електролізерів; в якості зв'язки при виготовленні феримагнітної кераміки складної конфігурації; цементування “надгарячих” нафтових і газових свердловин.

11. Розроблено новий клас барійвмісних заповнювачів з високим коефіцієнтом масового поглинання гамма-променів (240-275 см2/г), оптимізовано їх гранулометричний склад і запропоновано методику і математичну модель оптимізації гранулометричного складу заповнювача в бетоні. Отримано склади радіаційностійких бетонів з високими фізико-, термомеханічними і захисними показниками: об'ємна вага - 4400- 4700 кг/м3, міцність на стиск у віці 7 діб твердіння - 50-80 МПа, поруватість 18-19 %, ТКЛР - (7,0-8,0)·10-6 град-1, термостійкість більше 20 теплозмін, коефіцієнт пропускання гальмового опромінення 0,4-0,5, розміцнення в інтервалі температур 100 - 1000 0С - 13,0-15,0 %, температура служби 1200-1800 0С. Ресурс служби розроблених барійвмісних цементів нового класу і бетонів на їх основі може скласти до 250 років.

12. Розроблено бетони на основі спеціальних барійвмісних цементів нового класу пройшли випробування на ЛУ-10 у ННЦ “ХФТІ” (м. Харків), прискорювачі “Кобальт” у ТОВ “Кермет-У” (м. Харків), СКП “Моноліт” (м. Костянтинівка), НДІ Титан (м. Запоріжжя) і рекомендовані як захисні, вогнетривкі та корозійностійкі матеріали для виготовлення конструктивних елементів, оболонок, екранів і споруд в атомних енергетичних системах, а також футеровок магнієвих електролізерів і тампонажних розчинів. Впровадження розроблених матеріалів здійснено в ізотопній лабораторії ІПКіК НАН України та на установці “ЕЛІУС” Інституту високих технологій ХНУ ім. В.Н. Каразіна. Виготовлені конструктивні елементи забезпечують необхідний рівень захисту при гранично жорстких технологічних умовах роботи прискорювача.

Теоретичні, технологічні та методологічні розробки, наведені в дисертаційній роботі, використовуються у навчальному процесі при викладанні дисциплін “Загальна технологія тугоплавких неметалевих і силікатних матеріалів”, “Фізична хімія тугоплавких неметалевих і силікатних матеріалів”, “Виробництво теплоізоляційних та радіаційностійких матеріалів” Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”, а також у Національному державному університеті ім. В.М. Каразіна у курсі “Сучасні неметалеві матеріали” та виконанні дипломних науково-дослідних робіт.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Шабанова Г.Н. Прогнозирование процессов фазообразования в системе BaO-Al2O3-F2O3-SiO2 термодинамическим методом // Сборник научных трудов Харьковского государ-ственного политехнического университета.-Харьков: ХДПУ, 1998.-Вып. 6, Ч. 3.-С. 215-218.

2. Шабанова Г.Н. Кинетика фазообразования железосодержащего алюмобариевого цемента // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.-Харьков: ХГПУ, 1998.-Вып.18.- С. 118-122.

3. Шабанова Г.Н., Быканов С.Н., Казмина Н.В. Термодинамические свойства некоторых соединений системы BaO-Al2O3 // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- Харьков: ХГПУ, 1999.-Вып. 26.-С. 33-37.

Здобувачем проведено розрахунки термодинамічної імовірності утворення алюмінатів ба-

рію з високим вмістом оксиду барію та їх синтез, створено термодинамічну базу констант алюмі-

натів барію для проведення прогнозних розрахунків при отриманні барійвмісних цементів нового класу.

4. Шабанова Г.Н., Гуренко И.В., Быканов С.Н. Исследование строения сечения BaO-BaF2O4-BaSiO3 системы BaO-F2O3-SiO2 // Вестник Харьковского государственного политехни-ческого университета.- Харьков: ХГПУ, 1999.-Вып. 28.-С. 56-59.

Здобувачем проведено термодинамічний аналіз співіснування фаз в перерізі BaO-BaF2O4-BaSiO3 системи BaO-F2O3-SiO2 та виконано розбивку на елементарні трикутники.

5. Шабанова Г.Н., Казмина Н.В., Быканов С.Н. Термодинамическая оценка взаимных реакций в системе BaO-Al2O3-SiO2 // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- Харьков: ХГПУ, 1999.-Вып. 33.-С. 29-32.

Здобувачем проведено термодинамічний аналіз співіснування фаз в системі BaO-Al2O3-SiO2 та виконано її триангуляцію з урахуванням усіх стабільних фаз при температурі 1300 0С.

6. Шабанова Г.Н., Гуренко И.В., Ткачева З.И. Силикаты бария и их свойства // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- Харьков.: ХГПУ, 1999.-Вып. 39.- С. 34-37.

Здобувачем обґрунтовано синтез трибарієвого силікату, проведено фізико-хімічні дослідження.

7. Шабанова Г.Н., Тараненкова В.В., Казмина Н.В. Исследование вяжущих свойств тройных соединений системы BaO-Al2O3-SiO2 // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- Харьков: ХГПУ, 1999.-Вып. 90.-С. 37-39.

Здобувачем синтезовано потрійні сполуки в системі BaO-Al2O3-SiO2, запропоновано методику оцінки їх гідравлічної активності та надано їх фізико-механічні властивості.

8. Шабанова Г.Н., Казмина Н.В., Быканов С.Н., Кожанова А.Н. Алюминаты бария и их свойства // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- Харьков: ХГПУ, 2000.-Вып. 105.-С.6-11.

Здобувачем наведено відомості про отримання алюмінатів барію, надано їх властивості, а також досліджено їх гідравлічну активність.

9. Шабанова Г.Н., Илюха Н.Г., Гуренко И.В., Быканов С.Н., Ткачева З.И. Барийсодержащий цемент с ферримагнитными свойствами // Сборник научных трудов ОАО “УкрНИИОогнеупоров им. А.С. Бережного”.-Харьков: Каравелла, 2000.-№ 100.-С. 104-107.

Здобувачем обґрунтовано склади барійвмісного цементу на основі алюмінатів та гексаферитів барію та запропоновано методику дослідження їх технічних властивостей.

10. Шабанова Г.Н., Гуренко И.В. Исследование реакций фазообразования в системе BaO-Fe2O3-SiO2 // Вестник Харьковского государственного политехнического университета.- Харьков: ХГПУ, 2000.-Вып. 123.-С.40-44.

Здобувачем запропоновано методику кінетичних досліджень в системі BaO-Fe2O3-SiO2,

визначено вплив температури та ізотермічної витримки на кінцеві продукти синтезу.

11. Шабанова Г.Н. Радиационностойкие бетоны на основе барийсодержащих цементов // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.- Харків: НТУ “ХПІ”, 2001.-№ 18.-С. 14-18.

12. Шабанова Г.Н., Гуренко И.В., Сопин В.А. Особенности механизма фазообразования барийсодержащих цементов на основе композиций системы BaO-Fe2O3-SiO2 // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.- Харків: НТУ “ХПІ”, 2001.- № 3.- С. 56-59.

Здобувачем оптимізовано технологічні параметри синтезу цементів на основі силікатів та феритів барію, визначено послідовність утворення сполук та виведено кінетичне рівняння.

13. Шабанова Г.Н., Гуренко И.В., Ткачева З.И. Физико-механические свойства цементов на основе силикатов и ферритов бария // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.- Харків: НТУ “ХПІ”, 2001.-№ 19.-С. 69-72.

Здобувачем обґрунтовано оптимальні склади та технологічні параметри синтезу барійвмісних цементів та запропоновано методику дослідження фізико-хімічних властивостей синтезованих матеріалів

Шабанова Г.Н., Булычева О.В., Тараненкова В.В., Кожанова А.Н. Оценка температур и составов эвтектик в сечении BaAl2O4-CaAl2O4-BaCa2Al4O15 системы BaO-CaO-Al2O3 // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.- Харків: НТУ “ХПІ”, 2001.- № 20.-С. 14-17.

Здобувачем обрано методику оцінки температур та складів евтектик та надано рекомендацію до їх застосування.

15. Шабанова Г.Н., Гуренко И.В., Быканов С.Н. Термодинамический анализ реакций в системе BaO-Fe2O3-SiO2 // Сборник научных трудов ОАО “УкрНИИОогнеупоров им. А.С. Бережного”.-Харьков: Каравелла, 2001.-№ 101.-С. 120-126.

Здобувачем доведено принципову можливість та переважну імовірність протікання взаємних реакцій в системі BaO-Fe2O3-SiO2 та виконано її триангуляцію.

16. Шабанова Г.Н., Тараненкова В.В., Быканов С.Н. К вопросу о существовании тройного соединения Ba2AlFeO5 в системе BaO-Al2O3-Fe2O3 // Вопросы химии и химической технологии.-Днепропетровск: Новая идеология, 2002.-№ 1.-С. 60-63.

Здобувачем висунуто гіпотезу щодо існування потрійної сполуки Ba2AlFeO5 в системі BaO-Al2O3-Fe2O, проведено її синтез та дослідження.

17. Шабанова Г.Н., Гуренко И.В. Исследование строения системы BaO-Fe2O3-SiO2 // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.- Харків: НТУ “ХПІ”, 2002.-№ 9, т.2.-С. 27-31.

Здобувачем надано характеристику системи, наведено довжину коннод, площу трикутників та побудовано геометро-топологічний граф взаємозв'язку елементарних трикутників системи.

18. Шабанова Г.Н., Быканов С.Н. Строение системы BaO-Al2O3-Fe2O3 // Огнеупоры и тех-

ническая керамика.- М.: Меттекс, 2002.-№ 7-8.-С. 21-24.

Здобувачем проведено узагальнення результатів дослідження будови системи BaO-Al2O3-Fe2O3 з урахуванням усіх фаз, які стабільні при 1300 0С, та надано її геометро-топологічну харак- теристику.

19. Шабанова Г.Н., Булычева О.В., Христич Е.В. Механизм фазообразования огнеупорных барийсодержащих цементов на основе композиций системы BaO-Al2O3-SiO2 // Збірник наукових праць ВАТ “УкрНДІВогнетривів ім. А.С. Бережного”.-Харків: Каравела, 2002.-№102.-С. 85-90.

Здобувачем досліджено кінетичні процеси, які відбуваються в системі BaO-Al2O3-SiO2. Визначено енергію активації та швидкість протікання процесів фазоутворення, а також виведено кінетичне рівняння.

20. Шабанова Г.Н., Тараненкова В.В., Романова В.В. Оценка некоторых методов расчета энтальпий образования неорганических соединений на примере ферритов кальция и бария // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.- Харків: НТУ “ХПІ”, 2002.-№ 16.-С. 71-76.

Здобувачем запропоновано методику розрахунків термодинамічних констант.

21. Шабанова Г.Н., Булычева О.В., Тараненкова В.В., Романова В.В. Барийсодержащие жаростойкие цементы на основе отходов производства аминокапроновой кислоты // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.- Харків: НТУ “ХПІ”, 2002.-№ 9, т. 2.-С. 15-18.

Здобувачем обґрунтовано можливість використання відходів виробництва амінокапронової кислоти як сировинного компоненту при синтезі спеціальних поліфункціональних цементів з високим змістом оксиду барію.

22. Шабанова Г.Н. Ресурсосберегающая технология получения барийсодержащих цементов специального назначения // Інтегровані технології та енергозбереження.- Харків: НТУ”ХПІ”, 2002.-№ 1.-С. 32-36.

23. Шабанова Г.Н. Исследование механизма твердения и продуктов гидратации барийсодержащих цементов // Вопросы химии и химической технологии.- Днепропетровск: Новая идеология, 2003.-№ 1.-С. 51-57.

24. Шабанова Г.Н. Особенности субсолидусного строения системы BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2. Ч. 1. Субсолидусное строение системы BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2 в области температур выше 1381 К // Огнеупоры и техническая керамика.- М.: Меттекс, 2003.-№ 5.-С. 12-18.

25. Шабанова Г.Н. Особенности субсолидусного строения системы BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2. Ч. 2. Субсолидусное строение системы BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2 в области температур ниже 1381 К // Огнеупоры и техническая керамика.- М.: Меттекс, 2003.-№ 8.-С. 12-17.

26. Шабанова Г.Н., Тараненкова В.В., Корогодская А.Н., Христич Е.В. Строение системы BaO-Al2O3-SiO2 // Стекло и керамика.- М.: Ладья, 2003.-№ 2.-С. 12-15.

Здобувачем узагальнено результати дослідження будови системи BaO-Al2O3-SiO2, надано її геометро-топологічну характеристику та побудовано граф взаємозв'язку елементарних трикутників системи.

27. Шабанова Г.Н., Миргород О.В., Быканов С.Н., Романова В.В. Особенности процессов фазообразования клинкера на основе алюминатов и ферритов бария системы BaO-Al2O3-Fe2O3 // Вопросы химии и химической технологии.- Днепропетровск: Новая идеология, 2003.-№ 5.-

С. 67-70.

Здобувачем досліджено процеси фазоутворення в системі BaO-Al2O3-Fe2O3, надано кінетичне рівняння, визначено швидкість протікання процесу та енергію активації, а також виведено кінетичне рівняння.

28. Шабанова Г.Н., Тараненкова В.В., Романова В.В. Исследование субсолидусного строе-

ния области CaO-BaO-BaFe2O4-Ca2Fe2O5 системы CaO-BaO-Fe2O3 // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.- Харків: НТУ “ХПІ” , 2003.-№ 11.- С. 131-136.

Здобувачем обґрунтовано оптимальну область одержання барійвмісних спеціальних цементів та запропоновано методику дослідження системи.

29. Шабанова Г.Н., Миргород О.В., Лобяк Т.С., Свидерский В.А. Жаростойкие цементы на основе композиций перспективных сечений системы CaO-BaO-Al2O3 // Збірник наукових праць ВАТ “УкрНДІВогнетривів ім. А.С. Бережного”.-Харків: Каравела, 2003.-№103.-С. 72-75.

Здобувачеві належить узагальнення результатів та визначення впливу фазового складу на фізико-механічні властивості жаростійких цементів на основі алюмінатів кальцію і барію.

30. Шабанова Г.Н., Леденев В.В., Одейчук Н.П., Хлапова Н.П., Сидоров В.Н. Влияние гамма-излучения на прочностные характеристики барийсодержащих цементов // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.- Харків: НТУ “ХПІ”,2003.-№15.- С. 115-120.

Здобувачем здійснено аналіз впливу енергії випромінювання на фізико-механічні властивості спеціальних барійвміщуючих цементів нового класу, обґрунтовано вплив оксиду барію на їх захисні властивості.

31. Шабанова Г.Н., Тараненкова В.В., Романова В.В. Специальные вяжущие на основе композиций системы CaO-BaO-Fe2O3. // Вопросы химии и химической технологии.- Днепропетровск: Новая идеология, 2003.-№ 6.- С. 66-69.

Здобувачем оптимізовано перспективну область складів у системі CaO-BaO-Fe2O3 для одержання спеціальних цементів та визначено технологічні параметри синтезу і вплив фазового складу отриманих в'яжучих на їх фізико-механічні властивості.

32. Шабанова Г.Н., Хлапова Н.П., Логвинков С.М., Свидерский В.А., Одейчук Н.П. Оценка эксплуатационной надежности бетонов на основе специальных барийсодержащих радиационностойких цементов //Проблемы пожарной безопасности.-Харьков: Фолио, 2004. - Вып. 15. -

С. 228 - 236.

Здобувачем здійснено оцінку експлуатаційної надійності розроблених захисних барійвмісних цементів та бетонів на їх основі та розраховано ресурс служби.

33. Пат. 21050А Україна, МПК С 04В 14/36 “Бетонна суміш” / Г.М. Шабанова, Ю.М. Мельник.-№ 93006079; Заявл. 24.06.93; Опубл. 27.02.98; Бюл. № 1.- 4 с.

Здобувачем проведено патентний пошук щодо найновітніших досягнень в напрямку захисних радіаційностійких бетонів, запропоновано склади захисних бетонів та визначено їх фізико-механічні та технічні властивості.

34. Пат. 33189А Україна, МПК С 04В 7/22. “В'яжуче” / Г.М. Шабанова, І.В. Гуренко, С.М. Биканов, Н.В. Казміна. - № 99010034; Заявл. 05.01.1999; Опубл. 15.02.2001, Бюл. № 1.- 4 с.

Здобувачем проведено патентний пошук щодо найновітніших досягнень в напрямку захисних радіаційностійких цементів, запропоновано склади захисних цементів та визначено їх фізико-механічні та технічні властивості.

35. Пат. 56049 А Україна, МПК С 04В 7/22. “В'яжуче” / Г.М. Шабанова, В.В. Тараненкова, А.М. Корогодська, О.В. Буличова, О.В. Христич, О.Г. Романовський. - № 2002097548; Заявл. 19.09.2002; Опубл.15.04.2003, Бюл. № 4. - 4 с.

Здобувачем проведено патентний пошук щодо найновітніших досягнень в напрямку захис-

них неорганічних в'яжучих матеріалів та здійснено оцінку захисних властивостей барійвмісних цементів.

36. Пат. 57398 А Україна, МПК С 04В 7/24. “В'яжуче” / Г.М. Шабанова, В.В. Тараненкова, А.М. Корогодська, О.Г. Романовський. - № 2002097547; Заявл. 19.09.2002; Опубл. 16.06.2003,

Бюл. №6. - 4 с.

Здобувачем проведено патентний пошук щодо сучасних досягнень в напрямку отримання тампонажних матеріалів та розчинів, обґрунтовано перспективні склади тампонажних барійвмісних цементів та заповнювачів.

37. Шабанова Г.Н., Мельник Ю.М., Питак Я.Н., Быканов С.Н. Жаростойкие цементы на основе алюминатов и ферритов бария // Сборник научных трудов “Качество огнеупоров - путь к энергосбережению и эффективности”. - Харьков: Основа, 1995.-С. 141-143.

Здобувачем обґрунтовано склади жаростійких барійвмісних цементів та визначено вплив фазового складу на фізико-хімічні та технічні властивості.

38. Шабанова Г.Н. Специальные цементы на основе составов сечения BaAl2O4-Ba2SiO4-B2FeO4 системы BaO-Al2O3-F2O3-SiO2 с температурой эксплуатации до 14000 С // Сборник научных трудов УкрНИИОгнеупоров им. А.С. Бережного “Решение научных и практических проблем в технологии огнеупоров”.-Харьков: Каравелла, 1998. - С.82-86.

39. Шабанова Г.Н., Быканов С.Н., Гуренко И.В., Ткачева З.И. Термодинамическая оценка образования ферритов бария // Сборник научных трудов Харьковского государственного политехнического университета “Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье”.-Харьков : ХГПУ, 1998.-Вып.6, ч.3.-С.35-40.

Здобувачем проведено узагальнення результатів термодинамічних розрахунків та створено термодинамічну базу констант для феритів барію при проведенні прогнозних розрахунків для отримання барійвмісних цементів нового класу.

АНОТАЦІЇ

Шабанова Г.М. Фізико-хімічні основи створення спеціальних цементів в системі BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.17.11 - технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. - Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2004.

Дисертація присвячена розробці наукової концепції створення спеціальних цементів на основі композицій системи BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2. Досліджено субсолідусну будову системи BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2 та її підсистем BaO-Al2O3-Fe2O3, BaO-Al2O3-SiO2, BaO-Fe2O3-SiO2, виконано триангуляцію потрійних та тетраедрацію чотирикомпонентної системи, надано їх геометро-топологічні характеристики та побудовано графи взаємозв'язку елементарних трикутників для трикомпонентних систем та елементарних тетраедрів для чотирикомпонентної системи. На підставі фізико-хімічних досліджень систем розроблено принципи одержання спеціальних барійвмісних цементів поліфункціонального призначення. У системі BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2 та її підсистемах отримано барійвмісні цементи заданого фазового складу, що забезпечує матеріалу унікальні експлуатаційні властивості, виявлено умови синтезу, досліджено особливості процесів фазоутворення та гідратації, а також механізм твердіння.

Розроблено нові склади бетонів на основі барійвмісних цементів та синтезованих заповнювачів з високими фізико-механічними та технічними властивостями

Ключові слова: спеціальний цемент, технологія, фазові рівноваги у багатокомпонентних барійвмісних системах, твердофазовий синтез, структуроутворення, гідратація, механізм твердіння, бетон.

Шабанова Г.Н. Физико-химические основы создания специальных цементов в системе BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.17.11 - технология тугоплавких неметаллических материалов. - Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”, Харьков, 2004.

Диссертация посвящена разработке научной концепции создания специальных цементов на основе композиций системы BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2.

В диссертации разработаны теоретические основы получения специальных барийсодержащих цементов полифункционального назначения в системе BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2, которые базируются на основе фундаментальных законов термодинамики в приложении к фазовым равновесиям многокомпонентной оксидной системы BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2 в субсолидусной области. С учетом установленных закономерностей сформулированы основные принципы получения барийсодержащих цементов нового класса специального назначения с комплексом заданных эксплуатационных характеристик. С привлечением физико-химических, геометро-топологических методов анализа впервые проведены теоретические исследования субсолидусного строения четырехкомпонентной системы BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2 с учетом 27 стабильных фаз (22 бинарных и 5 тройных) и установлено, что при температуре 1108 0С в системе происходит перестройка коннод, что приводит к изменению субсолидусного строения исследуемой системы. Построены топологические графы взаимосвязи элементарных тетраэдров, дана геометро-топологическая характеристика системы и установлено, что для разбиения концентрационного тетраэдра BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2 на элементарные тетраэдры для высокотемпературной области (выше 1108 0С) необходимо наличие двенадцати “внутренних” коннод, предопределяющих наличие 35 элементарных тетраэдров, а не девяти, характерных для низкотемпературной области этой системы, предопределяющих наличие 33 элементарных тетраэдров. Произведена тетраэдрация системы BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2 и триангуляция трехкомпонентных барийсодержащих ее подсистем.

Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены принципы регулирования фазового состава специальных цементов, синтезирующихся в условиях резкого и медленного охлаждения, детерминированных возможностями обратимости термодинамического равновесия в проанализированных твердофазных реакциях, протекающих в системе BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2 и доказано, что расчетный состав барийсодержащих клинкеров с достаточной достоверностью отвечает количественному и качественному соотношению фаз в реальных клинкерах, что дает возможность целенаправленным синтезом получать специальные барийсодержащие цементы заданного фазового состава.

Установлены кинетические закономерности и особенности протекания твердофазных процессов в четырехкомпонентной системе BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2 и ее псевдотройных системах, определены скорости реакций фазообразования барийсодержащих цементов нового класса и энергия активации процессов. Исследованы особенности механизма твердения и процессов гидратации барийсодержащих цементов нового класса и выявлено, что взаимодействие с водой разработанных вяжущих материалов начинается практически мгновенно и протекает аналогично суммарному процессу реакций гидратации отдельных фаз, входящих в состав клинкера заданного состава, вследствие чего в процессе твердения имеет место как сквозьрастворный, так и топохимический механизмы.

Разработанные специальные барийсодержащие цементы нового класса, которые в зависимости от фазового состава относятся к гидравлическим или воздушным вяжущим, являются быстросхватывающимися (начало схватывания от 25 мин до 1 часа, конец схватывания от 1 часа до 2 часов), с низким водоцементным отношением (0,16-0,24), быстротвердеющими (в возрасте 1 суток твердения предел прочности при сжатии составляет 30-50 МПа), высокопрочными материалами (предел прочности при сжатии к 28 суткам твердения достигает 60-80 МПа) с высоким коэффициентом массового поглощения гамма - лучей - 240-290 см2/г, незначительной степенью разупрочнения в интервале температур 100 - 1000 0С - 15 %, коэффициентом ослабления гамма-лучей - 0,712-0,959 см-1, что в 1,5-2 раза выше, чем у кальцийсодержащих цементов, температурой службы 1200-1800 0С.

Получены составы радиационностойких бетонов с высокими физико-, термомеханическими и защитными показателями: объемная масса - 4400-4700 кг/м3, предел прочности при сжатии в возрасте 7 суток твердения - 50-80 МПа, пористость 18-19 %, ТКЛР - (7,0-8,0) 10-6 град-1, термостойкость более 20 теплосмен, коэффициент пропускания тормозного облучения 0,4-0,5, разупрочнение в интервале температур 100-1000 0С - 13,0-15,0 %, температура службы 1200-1800 0С. Ресурс службы разработанных барийсодержащих цементов нового класса и бетонов на их основе составляет 250 лет.

Ключевые слова: специальный цемент, технология, фазовые равновесия в многокомпонентных барийсодержащих системах, твердофазовый синтез, структурообразование, гидратация, механизм твердения, бетон.

Shabanova G.N. Physical and chemical principles of special cements creation in system BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2. - Manuscript.

Thesis for Doctor of Technical Sciences degree on the speciality 05.17.11 - technology of hard-melting nonmetallic materials. - National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”, Kharkiv, 2004.

The thesis is devoted to develop scientific conception of special cements creation on the base of the system BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2 compositions. The sub-solidus composition of the system BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2 as well as its sub-systems BaO-Al2O3-Fe2O3, BaO-Al2O3-SiO2, BaO-Fe2O3-SiO2 has been studied, the triangulation for ternary systems and tetrahedration for quaternary system have been fulfilled, its geometric and topological characteristics have been given, graphs of interrelation of elementary triangles for ternary systems and elementary tetrahedrons for quaternary system have been constructed.

On the base of physical and chemical studies the principles of obtaining the special barium-containing cements for polyfunctional purposes are developed. In the system BaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2 and its sub-systems the barium-containing cements of given phase composition, which provides with high performance of material, are obtained; synthesis conditions are revealed; feafures of phase-formation processes and hydration as well as hardening mechanism are investigated.

New compositions of concretes on the base of barium-containing cements and synthesized agreggates with high physical, mechanical and thecnical properties are elaborabed.

Key words: special cement, technology, phase balance in multicomponent bariumcontaining system, hard-phase synthesis, structure-formation, hydration, hardening mechanism, concrete.

Размещено на Allbest.ru