Анотація до роботи:

Вернигора Н.К. – Сухі суміші на основі системи CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂ для торкрет-мас та бетонів. – 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, 2008.

Дисертація присвячена питанням розробки та одержання сухих сумішей та бетонів на основі композицій системи CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂, що характеризуються високими показниками міцності, низькими значеннями поруватості, вогнетривкістю та стійкістю до агресивних середовищ. Отриманню сухих сумішей передувало теоретичне дослідження трикомпонентних систем СаО-МgO-Al₂O₃, СаО-МgO-SiO₂ та MgО-Al₂О₃-SiO₂, що входять до складу чотирикомпонентної системи. Проаналізовано і показано адекватність відображення фазових змін в каолініті відповідно до досліджуваного варіанту діаграми стану системи Al₂O₃ – SiO₂, що забезпечило виділення ряду раніше невідомих закономірностей процесів мулітизації. Розроблено комплексну добавку на основі продукту механо-хімічної активації суміші гексаметафосфату натрію, казеїну та триполіфосфату натрію. Отримані із застосуванням комплексної добавки цементи характеризуються високими показниками міцності: міцність на стиск через 28 діб тверднення до 133 МПа і є швидкотверднучими: міцність на стиск через 3 доби тверднення досягає 51 МПа. Ґрунтуючись на проведених теоретичних дослідженнях одержано нові склади торкрет-мас та бетонів з високими значеннями експлуатаційних характеристик: міцність на стиск через 28 діб тверднення
37 – 52 МПа; ступінь розміцнення в інтервалі температур 20 – 1500 С – 15 %, термостійкість понад 25 теплозмін, вогнетривкість 1600 С, температура початку деформації під навантаженням вище 1450 С.

В результаті виконання дисертаційної роботи було вирішено науково-практичне завдання отримання сухих сумішей на основі композицій системи CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂, які характеризуються вогнетривкістю, високими міцністними показниками, низькими значеннями поруватості та стійкістю до агресивних середовищ. За результатами проведених досліджень зроблені наступні висновки:

1. Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено можливість отримання сухих сумішей та бетонів на основі композицій системи CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂, які характеризуються високими характеристиками міцності, низькими значеннями поруватості, вогнетривкістю та високим ступенем захисту від дії оксидно-сольових розплавів, що дає можливість використовувати отриманні матеріали при одночасній дії високих температур та агресивного середовища.

2. Розраховано вихідні термодинамічні константи сполук систем СаО-МgO-Al₂O₃,
СаО-МgO-SiO₂, відсутні в довідковій літературі, і сформовано скореговану базу термодинамічних даних для бінарних і потрійних сполук цих систем.

3. Досліджено субсолідусну будову діаграми стану трикомпонентної системи
СаО-МgO-SiO₂, виконано тріангуляцію системи СаО-МgO-SiO₂ і встановлено всі двох- та
трифазні стабільні комбінації сполук в 4-х температурних інтервалах (нижче 953 К, від 953 до 1313 К, від 1313 до 1660 К, вище 1660 К), наведено геометро-топологічну характеристику фаз, які входять до її складу, що дає змогу отримувати у матеріалах стабільні комбінації фаз з прогнозованими властивостями.

4. Визначено вплив температури та часу витримки на ступінь мулітизації вогнетривкої глини для випалу шамоту, як компонента сухих сумішей. Експериментально зафіксовано підвищення повноти та інтенсивність мулітизації при застосуванні режимів випалу з ізотермічною витримкою при 910 С і, особливо, при ступінчастих витримках при 1100 і 1250 С.

5. Вивчено вплив добавок-модифікаторів на властивості вогнетривкого цементу, що синтезується в перспективній області складів системи СаО-МgO-Al₂O₃. Розроблена комплексна добавка на основі продукту механо-хімічної активації суміші гексаметафосфату натрію, казеїну та триполіфосфату натрію в співвідношенні 1 : 1 : 2. В результаті дослідження впливу комплексної добавки на властивості цементу встановлено, що добавка проявляє пластифікуючу дію в початковий період структуроутворення, підвищує щільність упаковки зерен наповнювача при мінімізованому вмісті, блокує найбільш гідравлічно активні фази цементу і сприяє збільшенню інтервалу структуроутворення при скороченні терміну набору початкової міцності. Отримані із застосуванням комплексної добавки цементи є швидкотверднучими (міцність на стиск через
3 доби тверднення досягає 51 МПа) та характеризуються високими показниками міцності (міцність на стиск через 28 діб тверднення до 133 МПа).

6. Розроблено склади сухих сумішей з високими показниками експлуатаційних характеристик: міцність на стиск через 28 діб тверднення 37 – 52 МПа; ступінь розміцнення в інтервалі температур 20 – 700 С до 15 %, термостійкість понад 25 теплозмін, вогнетривкість 1600 С, температура початку деформації під навантаженням вище 1450 С.

7. Промислова апробація оптимальних складів сухих сумішей проведена на ВАТ «Кіндратівський вогнетривкий завод» і встановлено, що по термомеханічній стабільності і фізико-механічним властивостям розроблені матеріали, які можуть використовуватись як торкрет-маси для сталерозливних ковшів, не поступаються кращим імпортним аналогам. Випробування неформованих мас і бетонних виробів на основі дослідної партії сухої суміші проведені в умовах ТОВ НВО «Спецкераміка» і встановлено, що розроблені суміші можуть бути рекомендовані для застосування при виготовленні арматурного шару сталерозливних ковшів; термостійкого футерування робочої зони човникової печі випалу електрокераміки; як ремонтно-відновний матеріал для виготовлення випальних каменів у печах плавки базальту; при виготовленні армованих брусів для заміни плит перекриття радіаційної частини тунелю печі виробництва водню, а також як матеріал для виготовлення зносостійких вставок ежекторів для регенераційного розчину установок хімводоочищення ТЕЦ. Випробування тиглів із розроблених складів бетонів проведені ТПК «Прімекс» і встановлено, що по експлуатаційним характеристикам отримані вогнетривкі тиглі гарантовано перевищують технічні вимоги і упроваджені на підприємстві для плавки емалевих фрітт.

Публікації автора:

1. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Семченко Г.Д. Механизм диффузионного массообмена при синтезе сапфирина и кордиерита // Огнеупоры и техническая керамика. – М.: Меттекс, 2005. – № 2. – С. 2 – 7.

Здобувачем вивчено механізми дифузіонного масообміну з урахуванням участі твердих розчинів.

2. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Шабанова Г.Н., Корогодская А.Н., Шаповалов В.П. Влияние модифицирующей добавки на основные свойства огнеупорных цементов // Вiсник Національного технічного університету «ХПI». – Харкiв: НТУ «ХПІ», 2005. – № 14. – С. 121 – 126.

Здобувачем досліджено вплив модифікуючої добавки на міцністні характеристики при структуроутворенні неформованих вогнетривів.

3. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Шабанова Г.Н., Корогодская А.Н., Шаповалов В.П. Огнеупорные массы для коррозионностойких тиглей // Зб. наук. праць ВАТ «УкрНДІвогнетривів ім. А.С. Бережного». – Харків: Каравелла, 2005. – № 105. – С. 129 – 136.

Здобувачем проведені випробування розроблених матеріалів в якості тиглів для плавки емалевих фрітт.

4. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Бражник Д.А., Макаренко В.В., Шаповалов В.П., Цапко Н.С. Моделирование границы муллитовых твердых растворов в высокоглиноземистой области системы Al₂O₃-SiO₂ // Вiсник Національного технічного університету «ХПI». – Харкiв: НТУ «ХПІ», 2005. – № 52. – С. 143 – 147.

Здобувачем проведено математичне моделювання поведінки твердих розчинів на основі муліту.

5. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Бражник Д.А., Шабанова Г.Н., Шаповалов В.П. Термодинамический анализ фазовых равновесий и триангуляция системы CaO-MgO-SiO₂ // Огне-

упоры и техническая керамика. – М.: Меттекс, 2005. – № 12. – С. 8 – 13.

Здобувачем проведено термодинамічні розрахунки модельних реакцій в системі, систему триангульовано у 4-х температурних інтервалах.

6. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Шабанова Г.Н. Бражник Д.А., Шаповалов В.П. Равновесные комбинации фаз в субсолидусе системы CaO-MgO-Al₂O₃ // Огнеупоры и техническая керамика. – М.: Меттекс, 2006. – № 2. – С. 2 – 6.

Здобувачем проведено термодинамічні дослідження сполук CaAl₁₂O₁₉ та Ca₃MgAl₄O₁₀.

7. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Шабанова Г.Н., Шаповалов В.П., Корогодская А.Н., Сидоров В.Н. Эффективность добавок-модификаторов в процессах гидратационного твердения высокоглиноземистого цемента // Вiсник Національного технічного університету «ХПI».
– Харкiв: НТУ «ХПІ», 2006. – № 13. – С. 16 – 24.

Здобувачем досліджено вплив добавок-модифікаторів на міцністні показники цементів.

8. Вернигора Н.К., Скородумова О.Б., Логвинков С.М., Городничева И.В. Изменение фазового состава муллитоциркониевой керамики при термоциклировании // Огнеупоры и техническая керамика. – М.: Меттекс, 2006. – № 5. – С. 2 – 10.

Здобувачем узагальнено результати досліджень фізико-механічних властивостей зразків.

9. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Шабанова Г.Н., Корогодская А.Н. Анализ фракционного состава огнеупорных бетонов на шамотном заполнителе // Зб. наук. праць ВАТ «УкрНДІвогнетривів ім. А.С. Бережного». – Харків: Каравелла, 2006. – № 106. – С. 71 – 77.

Здобувачем оптимізовано гранулометричний склад шамотного заповнювача, а також розроблено склади вогнетривких бетонів на його основі.

10. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Шумейко В.Н., Зеленцов С.З., Тищенко С.В. Влияние низкотемпературного твердофазного взаимодействия на фазовый состав и микроструктуру материалов системы ZrO₂-Al₂O₃-SiO₂ // Огнеупоры и техническая керамика. – М.: Меттекс, 2006. – № 12. – С. 4 – 10.

Здобувачем досліджено властивості матеріалів на основі глинозему та електроплавленого корунду, модифікованих цирконом.

11. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Шабанова Г.Н., Шумейко В.Н., Цапко Н.С., Дистанов В.Б., Шаповалов В.П. Влияние суперпластифицирующих поликарбоксилатных добавок на физико-механические свойства высокоглиноземистого цемента // Вiсник Національного технічного університету «ХПI». – Харкiв: НТУ «ХПІ», 2006. – № 43. – С. 143 – 153.

Здобувачем досліджено строки тужавіння цементного каменю з добавками суперпластифікаторів.

12. Вернигора Н.К., Логвинков С.М. Структурно-фазовая релаксация в материалах системы MgO-Al₂O₃-SiO₂ при термических нагрузках // Вiсник Національного технічного університету «ХПI». – Харкiв: НТУ «ХПІ», 2006. – № 44. – С. 129 – 136.

Здобувачем проаналізовано особливості фазових змін вогнетривких матеріалів в залежності від температури.

13. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Шабанова Г.Н., Шаповалов В.П. Экспериментальная проверка стабильности тройного соединения Ca₃MgAl₄O₁₀ и триангуляции системы CaO-MgO-Al₂O₃ // Огнеупоры и техническая керамика. – М.: Меттекс, 2007. – № 3. – С. 14 – 18.

Здобувачем встановлено параметри синтезу сполуки Ca₃MgAl₄O₁₀.

14. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Шабанова М.М., Шумейко В.Н. Проблемы неравнозначности условий фазообразования в шамоте // Вопросы химии и химической технологи.
– Днепропетровск: УДХТУ, 2007. – № 1. – С. 34 – 40.

Здобувачем розглянуто фазові зміни каолініту згідно з діаграмою системи Al₂O₃-SiO₂.

15. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Шабанова Г.Н., Шумейко В.Н., Цапко Н.С., Шаповалов В.П. Тестирование диаграммы состояния Al₂O₃-SiO₂ согласно экспериментальным данным термической эволюции каолинита // Вiсник Національного технічного університету «ХПI».
– Харкiв: НТУ «ХПІ», 2007. – № 8. – С. 161 – 172.

Здобувачем проведено перевірку шляху плавління каолініту згідно з діаграмою системи Al₂O₃-SiO₂.

16. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Шабанова Г.Н., Шумейко В.Н., Цапко Н.С. Определение термомеханических свойств неформованных огнеупоров для сталеразливочных ковшей // Вiсник Національного технічного університету «ХПI». – Харкiв: НТУ «ХПІ», 2007. – № 31. – С. 118 – 123.

Здобувачем визначено основні фізико-механічні властивості розроблених бетонних
матеріалів.

17. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Шабанова Г.Н., Шумейко В.Н., Шаповалов В.П. Термодинамическое обоснование использования алюмомагнезиальной шпинели в составе
низкоцементных огнеупорных бетонов // Новые огнеупоры. – М.: Фолиум, 2008. – № 2.
– С. 56 – 60.

Здобувачем проведено розрахунки реакцій в системі CaO – MgO – Al₂O₃ – SiO₂ за участю алюмомагнезіальної шпінелі.

18. Пат. 80369 Україна, МПК С 04 В 35/66, С 04 В 35/18. Вогнетривка маса: Пат. 80369 України, МПК С 04 В 35/66, С 04 В 35/18 Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Тищенко С.В., Цапко Н.С., Корогодська А.М., Шаповалов В.П. (Україна); НТУ «ХПІ». – № а 2006 05903; Заявл. 29.05.06; Опубл. 10.09.07, Бюл. № 14. – 6 с.

Здобувачем проведено фізико-механічні випробування зразків з вогнетривкої маси.

19. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Шаповалов В.П., Бурак Н.П. Термодинамика фазовых равновесий системы CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂ в решении проблем керамического материаловедения // Термодинамика и материаловедение. – Новосибирск: ИНХ СО РАН, 2006.
– С. 48 – 49.

Здобувачем проведено термодинамічні розрахунки зміни енергії Гіббса для аналізу протікання основних твердофазних реакцій в дослідженій системі.

20. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Шабанова Г.Н., Корогодская А.Н. Коррозионностойкие тигли для варки эмалевых фритт // Материалы Междунар. науч.-техн. конф. «Наука и технология строительных материалов: состояние и перспективы развития» 25-26 мая 2005 г.
– Минск, 2005. – С. 72 – 74.

Здобувачем розроблено речовинний та гранулометричний склад матеріала тиглів для плавки емалевих фрітт.

21. Логвинков С.М., Вернигора Н.К., Сандул С.В. Строение системы Al₂O₃-SiO₂ с позиций твердофазных взаимодействий // Материалы Междунар. конф. «Современное материаловеде-

ние: достижения и проблемы» 26-30 сент. 2005 г. – Киев, 2005. – С. 71.

Здобувачем вивчено особливості синтезу мулліту в глиноземистій області.

22. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Семченко Г.Д. Концепция реализации твердофазных реакций в технологии тугоплавких неметаллических материалов // Материалы Междунар.
симпоз. «Принципы и процессы создания неорганических материалов» 12-15 апр. 2006 г.
– Хабаровск, 2006. – С. 55.

Здобувачем узагальнені відомості по обмінним твердофазним реакціям в системі
CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂.

23. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Шабанова Г.Н., Корогодская А.Н. Оптимизация гранулометрии шамотного заполнителя в огнеупорных бетонах и торкрет-массах // Сборник тезисов докладов Междунар. науч.-техн. конф. «Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности» 26-27 апр. 2006 г. – Харьков, 2006. – С. 11 – 12.

Здобувачем проведено фізико-механічні випробування зразків вогнетривких бетонів на шамотному заповнювачі.

24. Вернигора Н.К., Логвинков С.М. Адаптация фазового состава и структуры материалов системы MgO-Al₂O₃-SiO₂ к термическим нагрузкам // Тези доповідей Міжнар. наук.-техн. конф. «Структурна релаксація у твердих тілах» 23-25 трав. 2006 р. – Вінниця, 2006. – С. 257 – 258.

Здобувачем проведений аналіз фазових змін в області MgAl₂O₄-Al₆Si₂O₁₃-Al₂O₃.

25. Вернигора Н.К., Логвинков С.М. Специфика организации фазового состава шамота // Тези доповідей наук.-техн. конф. «Фізико-хімічні проблеми в технології тугоплавких неметалевих та силікатних матеріалів» 27-29 верес. 2006 р. – Дніпропетровськ, 2006. – С. 94.

Здобувачем розглянуто процеси муллітізації каолініту.

26. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Шабанова Г.Н., Шумейко В.Н., Цапко Н.С. Особенности термической эволюции каолинита и реакционной диффузии при синтезе муллита // Тезисы докладов межд. конф. «Мезоскопические явления в твердых телах» 26 февр.-1 марта 2007 г. – Донецк, 2007. – С. 37.

Здобувачем охарактеризовано стадії утворення муліту з урахуванням участі твердих розчинів на основі муліту та силіманіту.

27. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Шабанова Г.Н., Цапко Н.С., Суховецкая В.М. Термодинамика твердофазного равновесия комбинаций фаз корунд – цельзиан и муллит – бариевая шпинель // Сборник тезисов докладов Междунар. науч.-техн. конф. «Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности» 26-27 апр. 2007 г. – Харьков, 2007.
– С. 51 – 52.

Здобувачем проаналізовано термодинамічні розрахунки твердофазних реакцій за участю корунду та муліту.

28. Вернигора Н.К., Шабанова Г.Н., Гапонова Е.А., Цапко Н.С., Миргород О.В.,
Шабанова М.М. Получение вяжущих материалов на основе отходов очистки сточных вод // Сборник докладов Междунар. научн.-техн. конф. «Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии» 18-19 сент. 2007 г. – Белгород, 2007. – Ч.. 2. – С. 308 – 311.

Здобувачем проведено дослідження відходів водоочищення та розроблено склади цементу на його основі.

29. Вернигора Н.К., Логвинков С.М. Формирование диссипативных структур при протекании периодических твердофазных реакций в системе MgO-Al₂O₃-SiO₂ // Збірник наукових праць Міжнар. наук. конф. «Фізико-хімічні основи формування і модифікації мікро- та наноструктур» 10-12 жовт. 2007 р. – Харків, 2007. – С. 70 – 72.

Здобувачем проведено фізико-механічні випробування зразків з кордієритвміщуючих матеріалів.

30. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Шабанова Г.Н., Макаренко В.В., Цапко Н.С. Наноструктурирование и высокотемпературное упрочнение материалов системы MgO-Al₂O₃-SiO₂ при твердофазных обратимых реакциях // Тезисы докладов ХХ Всероссийского совещания по температуроустойчивым функциональным покрытиям 27-28 нояб. 2007 г. – С-Пб, 2007.
– С. 55 – 56.

Здобувачем проведено узагальнення об’ємних змін за рахунок твердофазних реакцій в системі MgO-Al₂O₃-SiO₂.

31. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Шабанова Г.Н., Корогодская А.Н., Цапко Н.С. Влияние режимов обжига на муллитизацию огнеупорной глины // Сборник тезисов докладов Междунар. науч.-техн. конф. «Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности» 23-24 апр. 2008 г. – Харьков, 2008. – С. 42 – 43.

Здобувачем встановлено вплив часу витримки на ступінь мулітізації вогнетривкої глини.

32. Вернигора Н.К., Логвинков С.М., Шабанова Г.Н., Цапко Н.С. Исследование особенностей муллитизации огнеупорной глины // Тези доповідей Міжнар. конф. студентів, аспірантів та молодих вчених з хімії та хімічної технології. 23-25 квіт. 2008 р. – Київ, 2008. – С. 246.

Здобувачем визначено коефіцієнти кристалічності муліта, ступінь аморфності та кількість остаточного кварцу в зразках вогнетривкої глини після випалювання.