Анотація до роботи:

Корогодська А.М. – Жаростійкий барійвміщуючий цемент з підвищеними захисними властивостями від іонізуючого випромінювання. – Рукопис.

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

Дисертація присвячена питанням розробки та отримання на основі сполук трикомпонентної системи СаО-BaO-SiO₂ жаростійких спеціальних цементів поліфункціонального призначення, які можуть бути використані для створення високоміцних жаростійких захисних та корозійностійких бетонів. Одержанню спеціальних цементів передувало теоретичне дослідження трикомпонентної системи СаО-BaO-SiO₂. Здійснено триангуляцію системи при передбачуваній температурі синтезу – 1300 ⁰С. Базуючись на проведених теоретичних дослідженнях отримано високоміцні (міцність на стиск – до 58 МПа), захисні (розрахунковий коефіцієнт масового поглинання – до
203 см²/г) та корозійностійкі (коефіцієнт сульфатостійкості – 1,31) цементи з жаростійкістю до 1500 ⁰С. Створено ресурсо- та енергозберігаючу технологію отримання жаростійких кальційбарійсилікатних цементів на основі техногенних відходів. Захисні бетони з різними заповнювачами, отримані на основі розробленого цементу характеризуються високою міцністю (межа міцності на стиск – до 59 МПа), низьким порушенням міцності в інтервалі температур 20–1000 ⁰С (до 15–
19 %) і можуть застосовуватися при температурах служби до 1400 ⁰С.

У результаті виконання дисертаційної роботи вирішено науково-практичну задачу одержання жаростійких барійвміщуючих цементів на основі композицій системи СаО-ВаО-SiО₂, здатних протистояти дії жорсткого іонізуючого випромінювання. За результатами проведених досліджень зроблено наступні висновки:

1. Розроблено фізико-хімічні основи одержання жаростійкого високоміцного кальційбарійсилікатного цементу із сировинної суміші, що складається з вуглекислого барію, крейди і кварцового піску. Отримані цементи характеризуються високими міцністними показниками: міцність на стиск – 40–60 МПа, міцність на згин – 5 – 7 МПа після 28 діб тверднення, є швидкосхоплюючими – початок від 1 ч. 45 хв., кінець від 3 ч. 15 хв; швидкотужавіючими – міцність на стиск через 1 добу тверднення - 38,4 МПа; гідравлічними в'яжучими з водоцементним відношенням від 0,34 до 0,45; з високим коефіцієнтом масового поглинання гамма-випромінювання - 203 см²/г і коефіцієнтом сульфатостійкості 1,3, що у 1,5 рази вище ніж у портландцемента. Жаростійкість отриманих цементів складає 1530 ⁰С, термостійкість – більш 15 теплозмін, ступінь розміцнення в інтервалі температур 20 – 1000 ⁰С - 23 - 24 %, температура початку деформації під навантаженням – 1410 ⁰С, коефіцієнт теплопровідності 0,13–0,14 Вт/мК, термічний коефіцієнт лінійного розширення – (9,13-11,62)10^-6 град^-1.

2. Вперше розраховано вихідні термодинамічні константи двох потрійних сполук системи СаО-ВаО-SiО₂, відсутні в довідковій літературі, і створено скоректовану термодинамічну базу даних силікатів кальцію і барію, які входять до складу системи.

3. Проведено дослідження системи СаО-ВаО-SiО₂, виконано повну її триангуляцію при температурі 1300 ⁰С; надано теоретичну оцінку спрямованості протікання взаємних реакцій та експериментально встановлено пари співіснуючих фаз, стабільних при зазначеній температурі і наведено геометро-топологічну характеристику системи. Встановлено, що система розбивається на 16 елементарних трикутників, які значно відрізняються між собою за геометричними показниками. Визначено перспективну область системи СаО-ВаО-SiО₂, придатну для одержання поліфункціональних в’яжучих матеріалів.

4. Теоретично розраховано та експериментально визначено умови тверднення потрійних сполук системи СаО-ВаО-SiО₂. Визначено, що сполука Ba₅Ca₃Si₄O₁₆ виявляє в'яжучі властивості в нормальних умовах і має міцність до 23 МПа після 28 діб тверднення. Сполука BaCa₂Si₃O₉ виявляє слабкі в'яжучі властивості тільки в гідротермальних умовах (до 5 МПа після автоклавної обробки).

5. Встановлено особливості протікання процесів фазоутворення в сировинній суміші, що складається з вуглекислого кальцію, вуглекислого барію і оксиду кремнію. Виявлено, що твердофазові реакції починають протікати з помітною швидкістю вже при температурі 900 ⁰С і цілком завершуються при температурі 1300 ⁰С. Первинним продуктом синтезу в зазначеній сировинній суміші є трикомпонентна сполука Ba₅Ca₃Si₄O₁₆; кінцевими продуктами синтезу є дібарієвий і дікальцієвий силікати.

6. Вивчено процеси гідратації жаростійкого кальційбарійсилікатного цементу і встановлено, що основними продуктами гідратації є гідросилікати кальцію і барію різного ступеню основності, а також гідроксид барію, як у колоїдному, так і кристалічному стані; саме таке їх сполучення і забезпечує високі міцністні характеристики затверділому цементному каменю.

7. Створено ресурсо- і енергозберігаючу технологію одержання кальційбарійсилікатного цементу з використанням як вихідних сировинних матеріалів відходів хімічної промисловості; розроблена технічна документація (технічні умови і технологічний регламент) на виробництво дослідно-промислових партій даного цементу в умовах Харківського дослідного цементного заводу.

8. Розроблено нові склади жаростійких бетонів з високим ступенем захисту від гама-випромінювання з використанням як штучно синтезованих (моносилікат барію і хроміт кальцію), так і природних (барит, серпентиніт) заповнювачів. Визначено фізико-механічні і технічні характеристики бетонів спеціального призначення: міцність на стиск через 28 діб тверднення – 44 – 59 МПа; поруватість – 17-19 %; об'ємна вага – 2820 – 4721 кг/м³; коефіцієнт послаблення гама-променів – 0,46 – 0,63; ступінь розміцнення в інтервал температур 20 – 1000 ⁰С – 15– 19 %; термічний коефіцієнт лінійного розширення – (8,24-10,56)10^-6 град^-1; термостійкість – більш 20 теплозмін.

9. Випробуваннями, проведеними в НДІ Титан (м. Запорожжя) по стійкості розроблених бетонів до впливу високих температур і металевого розплаву магнію встановлено, що за експлуатаційними характеристиками бетонні зразки не поступаються кращим імпортним аналогам. Випробуваннями захисних бетонів проведеними на лабораторному прискорювачі електронів “Кобальт” у ТОВ “Кермет-У” (м. Харків) встановлено, що розроблені бетони можуть бути рекомендовані для виготовлення екранів, конструкційних виробів, які застосовуються при одночасному впливі температур до 1400 ⁰С і гама-квантів, як футеровка контейнерів для поховання радіоактивних відходів. Впродовж 2 років на установці ЕЛІУС Інституту високих технологій ХНУ ім. В.Н. Каразіна експлуатується бетонний конструктивний елемент захисту від радіаційного випромінювання, отриманий з використанням синтезованого цементу, який забезпечує необхідний рівень захисту при гранично жорстких технологічних умовах роботи прискорювача, зберігаючи необхідні механічні властивості.

Публікації автора:

1. Физико – механические свойства барийсодержащих цементов на основе алюминатов и силикатов бария / Кожанова А.Н., Шабанова Г.Н., Казмина Н.В., Быканов С.Н. // Сб. научн. тр. ОАО “УкрНИИО им. А.С. Бережного”. – Харьков: Каравелла, 2000. - № 100. – С. 101–103.

Здобувачем отримано цементи на основі дібарієвого силікату та наведено результати їх фізико–механічних випробувань.

2. Кожанова А.Н., Тараненкова В.В., Булычева О.В. Термодинамическая оценка взаимных реакций в системе СаО-BaO-SiO₂. // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. – Харьков: НТУ“ХПИ”, 2001. – Вып. 19. – С. 55–60.

Здобувачем проведено термодинамічні розрахунки в системі СаО-BaO-SiO₂, що дозволило вперше виконати повну розбивку системи на елементарні трикутники.

3. Кожанова А.Н., Тараненкова В.В., Булычева О.В. Жаростойкий цемент на основе тройного соединения Ва₅Са₃Si₄O₁₆. // Сб. научн. тр. ОАО “УкрНИИО им. А.С. Бережного”. – Харьков: Каравелла, 2001. - № 101. – С. 113–119.

Здобувачем проведено термодинамічні дослідження потрійної сполуки Ва₅Са₃Si₄O₁₆.

4. Применение барийсодержащих отходов органического синтеза для получения тампонажных цементов / Кожанова А.Н., Шабанова Г.Н., Тараненкова В.В., Васютин Ф.А. // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. – Харьков: НТУ“ХПИ”, 2002.– Вып. 9, т. 2. – С. 65–68.

Здобувачем отримано в’яжучі матеріали на основі силікатів кальцію та барію, які можуть бути використані для цементування “гарячих” свердловин, з використанням відходів органічного синтезу.

5. Корогодская А.Н., Тараненкова В.В., Романовский А.Г. О субсолидусном строении области ВаSiO₃–СаSiO₃–СаО–ВаО системы СаО-BaO-SiO₂. // Сборник научных трудов ОАО “УкрНИИогнеупоров им. А.С. Бережного”. – Харьков: Каравелла, 2002. - № 102. – С. 136–141.

Здобувачем приведено субсолідусну будову оптимальної області системи СаО-BaO-SiO₂.

6. Строение системы BaO-Al₂O₃-SiO₂ / Корогодская А.Н., Шабанова Г.Н., Тараненкова В.В., Христич Е.В. // Стекло и керамика. – Москва, 2003.–№ 2.–С. 12–15.

Здобувачем розраховано повні термодинамічні дані по силікатам барию.

7. Корогодська А.М., Шабанова Г.М., Тараненкова В.В., Романовський О.Г. // Деклараційний патент України на винахід “Вяжуче”. - № 57398 А, С 04 В 7/22.–Заявл. 19.09.2002; Опубл. 16.06.2003; Бюл. № 6.– 4 с.

Здобувачем проведено фізико–механічні випробування тампонажних цементів.

8. Корогодська А.М., Шабанова Г.М., Тараненкова В.В., Буличова О.В., Христич О.В., Романовський О.Г. // Деклараційний патент України на винахід “Вяжуче”. - № 56049 А, С 04 В 7/22. – Заявл. 19.09.2002; Опубл. 15.04.2003; Бюл. № 4. – 4 с.

Здобувачем проведено фізико–механічні випробування радіаційностійкого цементу.

9. Кожанова А.Н., Шабанова Г.Н., Гуренко И.В. Барийсодержащие цементы на основе отходов производства аминокапроновой кислоты // Материалы Междунар. научн.-техн. конф. “Ресурсо – и энергосберегающие технологии в химической промышленности и производстве строительных материалов”. – Минск: БГТУ, 2000. – С. 189–191.

Здобувачем розроблено цемент на основі дібарієвого силікату з використанням відходів хімічної промисловості.

10. Получение материалов специального назначения на основе отходов очистки сточных вод химических производств / Кожанова А.Н., Семенченко Е.А., Шабанова Г.Н., Питак Я.Н. // Сб. научн. тр. Междунар. научн.-техн. конф. “Современные проблемы химической технологии неорганических веществ”.–Одесса: “Астропринт”, 2001. – С. 67-69.

Здобувачем досліджено відходи водоочищення та отримано цементи спеціального призначення з їх використанням.

11. Ресурсосберегающая технология получения барийсодержащего цемента на основе композиций системы СаО-BaO-SiO₂ / Корогодская А.Н., Шабанова Г.Н., Тараненкова В.В., Миргород О.В., Христич Е.В. // Вестник БелГТУ им. В.Г.Шухова.-№ 5.–Белгород: БГТУ, 2003.–С. 262–265.

Здобувачем проведено випробування цементів, отриманих на основі композицій системи СаО-BaO-SiO₂ з використанням відходів хімічної промисловості.

12. Korogodskaya A., Taranenkova V., Shabanova G. Special binders on the base of the system СаО-BaO-SiO₂ // 15 International Baustofftagung. – Tagungsbericht. – Band 1. – Weimar, Bundesrepublik, Deutschland. – Weimar, 2003. – S. 795-803.

Здобувачем проведено дослідження оптимального перерізу системи СаО–BaO-SiO₂ та надано характеристику фізико-механічних властивостей цементів, отриманих на основі його складів.

13. Kozhanova A.N., Shabanova G.N., Gurenko I.V., Kazmina N.V. Structure of Pseudo-Section BaO–Ba₂SiO₄–BaAl₁₂O₁₉ of System BaO–Al₂O₃–SiO₂. // 14–th International Congr. Chem. and Proc. Engineering “Chisa – 2000”. – Praha, 2000. – P. 336.

Здобувачем досліджено властивості силікатів барію.

14. Кожанова А.Н., Тараненкова В.В., Булычева О.В. Физико – механические и технические свойства вяжущего на основе соединения Ва₅Са₃Si₄O₁₆. // Тез. докл. Междунар. научн.–техн. конф. “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”. – Харьков: Каравелла, 2001. – С. 31–32.

Здобувачем проведено дослідження основних властивостей цементу, отриманого на основі трикомпонентної сполуки Ва₅Са₃Si₄O₁₆.

15. Кожанова А.Н., Шабанова Г.Н., Булычева О.В. Использование отходов химической промышленности для производства вяжущих материалов специального назначения. // Сб. докл. 11 Всеукр. научн. конф. аспирантов и студентов “Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов”. – Донецк, 2001. – С. 75-76

Здобувачем отримано цементи спеціального призначення з використанням барійвміщуючих токсичних відходів.

16. Кожанова А.Н., Тараненкова В.В. Геометро – топологическая характеристика области ВаSiO₃–СаSiO₃–СаО–ВаО в системе СаО-BaO-SiO₂. // Тез. докл. Междунар. научн.–техн. конф. “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”. – Харьков: Каравелла, 2002. – С. 59–60.

Здобувачем розраховано геометро–топологічні характеристики оптимальної області системи СаО-BaO-SiO₂.