A review of the possible applications of nanotechnology in refractory concrete

Abstract

This article reviews the manufacturing nanotechnologies of modern refractory concretes and some other cementitious materials. The main part of the article focuses on the results obtained by the authors who analyzed the application of nanotechnology for manufacturing refractory concretes and examined the influence of nanostructure formation in the binding material on the properties of refractory concretes. In one case, investigations were carried out using twocomponent (sodium silicate solution mixed with dicalcium silicate) and three-component (sodium silicate solution mixed with dicalcium silicate plus calcium aluminate cement) binding materials, whereas in other case, multi-component material, middle cement refractory concrete with mullite aggregates, microsilica and additives of single and hybrid deflocculant (polycarboxylate ether Castament FS20 and sodium tripolyphosphate) were researched. Preliminary investigations showed that the three-component binding material under development hardens unlike the two-component material as one of the binding components (combination of sodium silicate solution and dicalcium silicate) hardens very fast and affects the hydration process of the other component, calcium aluminate cement, which has a powerful impact on the whole structure of the already hardened material. The limited amount of water in the hardening structure provides conditions for the formation of the initial nanoclusters and nanolayers of amorphous hydrates. The application of nanotechnology in manufacturing refractory concretes has enabled to increase compressive strength 3 times – from 55 MPa to 165 MPa.

Straipsnyje apžvelgiamos per pastarąjį dešimtmetį sukurtos ugniai atsparių betonų ir kai kurių kitų cementinių medžiagų gamybos nanotechnologijos, kurios padeda nagrinėti nanostruktūrų, susidariusių kietėjant šių betonų rišamajai medžiagai, įtaką fizikinėms betonų charakteristikoms. Detaliau apžvelgiami rezultatai, gauti šio straipsnio autorių, nagrinėjusių nanotechnologijų taikymą ugniai atsparių betonų gamyboje tiriant nanostruktūrų susidarymo, kietėjant ugniai atsparių betonų rišamajai medžiagai bei ugniai atspariems betonams su mulito užpildu, įtaką šių medžiagų savybėms. Autorių tyrimai atlikti naudojant dvinkomponentę (natrio silikato tirpalo ir dikalcio silikato) bei trikomponentę (natrio silikato tirpalo, dikalcio silikato ir aliuminatinio cemento) rišamąją medžiagą bei vidutinio cemento kiekio ugniai atsparų betoną su SiO2 mikrodulkių ir hibridinio deflokulianto (natrio tripolifosfatu ir polikarboksilato eteriu) priedu. Preliminarūs tyrimai parodė, kad trikomponentis rišiklis kietėja kitaip nei dvikomponentis, nes viena iš rišamųjų dalių (natrio silikato tirpalo ir dikalcio silikato kompozicija) kietėja labai greitai ir veikia kito komponento (aliuminatinio cemento) hidratacijos eigą, o tai turi didelę įtaką visai kietėjančiai struktūrai. Ribotas vandens kiekis kietėjančioje struktūroje padeda šalia amorfinių hidratų formuotis nanoklasteriams ir nanosluoksniams. Pritaikius nanotechnologiją ugniai atsparių betonų gamyboje, pavyko gerokai padidinti jų terminį atsparumą (beveik tris kartus) ir gniuždomąjį stiprį (nuo 55 MPa iki 165 MPa).