Vidutinio cemento kiekio ugniai atsparaus betono su klinkeriniu užpildu struktūros ir savybių tyrimai The investigation on the structure and properties of medium cement refractory castable with clinker aggregate

Abstract

Disertacijoje nagrinėjamas vidutinio cemento kiekio ugniai atsparus betonas su klinkeriniu kalcio aliuminatiniu užpildu, skirtas naudoti kietojo biokuro deginimo įrenginiuose agresyviomis eksploatacijos sąlygomis. Jo struktūrai modifikuoti panaudoti mišraus anglies ir polipropileno pluošto bei malto kvarcinio smėlio priedai. Disertacijos tikslas – ištirti ir sukurti naują ugniai atsparią medžiagą – modifikuotos fazinės sudėties ir struktūros vidutinio cemento kiekio ugniai atsparų betoną su klinkeriniu kalcio aliuminatiniu užpildu, skirtą naudoti kietojo biokuro deginimo įrenginiuose agresyviomis eksploatacijos sąlygomis, taip pat nustatyti įvairių priedų įtaką jo struktūrai ir savybėms. Disertaciją sudaro įvadas, trys skyriai, bendrosios išvados, literatūros ir autorės publikacijų disertacijos tema sąrašai bei 4 priedai. Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, ginamieji teiginiai. Įvado pabaigoje pristatomos disertacijos tema autorės paskelbtos publikacijos ir pranešimai konferencijose bei disertacijos struktūra. Pirmajame skyriuje analizuojami literatūros šaltiniai apie ugniai atsparių betonų panaudojimo šiluminiuose įrenginiuose, naudojančiuose įvairias alternatyviojo kuro rūšis, galimybes ir ypatumus. Taip pat nagrinėjama agresyvių eksploatacinių sąlygų įtaka kietojo biokuro įrenginių įvairių ugniai atsparių betonų savybėms ir ilgalaikiškumui. Apžvelgiamos galimybės modifikuoti betono su aliuminatiniu cementu struktūrą ir jo savybių pagerinimo būdai. Skyriaus pabaigoje formuluojamos išvados ir tikslinami disertacijos uždaviniai. Antrajame skyriuje aprašomos darbe naudotos žaliavos ir jų savybės, taikomi tyrimo metodai, kurie parinkti siekiant išsiaiškinti anglies mikropluošto ir kvarcinio smėlio priedų įtaką vidutinio cemento kiekio ugniai atsparaus betono su kalcio aliuminatiniu užpildu struktūrai ir savybėms. Trečiajame skyriuje tiriama anglies pluošto priedo įtaka kalcio aliuminatinio cemento (Al2O3 > 70 %) hidratacijai, rišiklio struktūros formavimuisi aukštose temperatūrose ir vidutinio ce-mento kiekio ugniai atsparaus betono su kalcio aliuminatiniu užpildu eksploatacinėms savybėms: atsparumui sprogstamajam irimui, terminiam patvarumui, fizikinėms ir mechaninėms savybėms. Taip pat pateikiami malto kvarcinio smėlio priedo įtakos betono atsparumui šarmų poveikiui, dilimui, panaudojimo temperatūrai ir kitoms savybėms tyrimų rezultatai ir analizė. Disertacijos medžiaga paskelbta 6 moksliniuose straipsniuose ir 1 patente, o tyrimų rezultatai pristatyti 11 mokslinių konferencijų Lietuvoje ir užsienyje.

In the thesis, the clinker based medium cement refractory castable (MCC) for use in solid biofuel combustion equipment upon aggressive conditions is discussed upon. For modification of its structure, a mix of carbon and polypropylene fibers and ground quartz sand were used as additives. The aim of the thesis: to investigate and to create a new refractory material – clinker based MCC with the modified phase composition and structure for use in solid biofuel combustion equipments upon aggressive conditions, and to establish the influence of different additives on its structure and properties. The thesis includes the introduction, three chapters, the general conclu-sions, the list of reference, the list of publications of the author and four annexes. In the introduction, the problem under the investigation and the topicality of the work are discussed upon, the object of the investigation is described, the aim and the tasks of work are formulated, the research methods, the scientific novelty of the work, the practical significance of its results and the defended statement are described. In the end of the introduction, publications of the author and her reports at conference on the subject of the thesis as well as the structure of the thesis are presented. In the Chapter 1, the data from sources of literature on the peculiarities of using refractory castables in thermal equipment for incineration of alternative fuels are reviewed. In addition, the impact of aggressive operating conditions in thermal equipment for solid biofuel incineration on the properties and durability of various refractory castables is discussed upon. The possibilities of modification of the structure of castable with calcium aluminate cement and the ways for improvement of its properties are reviewed. In the Chapter 2, the raw materials used in the work and their properties, the applied research methods chosen for determining the influence of carbon fiber and ground quartz sand additives on the structures and properties of clinker based MCC are described. In the Chapter 3, the impact of carbon fiber on hydration of calcium aluminate cement (Al2O3 > 70%), on formation of the binder structure at a high temperature and the performance properties of clinker based MCC, such as resistance to explosive spalling, thermal shock resistance, physical and mechanical properties, is examined. In addition, the analysis of the impact of ground quartz sand additive on alkali resistance, abrasion resistance, refractoriness and other properties is presented. Materials of the thesis have been published in six scientific publications and in one licence the results of the research have been presented at eleven scientific conferences held in Lithuania and abroad.