Анотація до роботи:

Єфремов О.М. Вогнетривкі бетони на основі лужних в’яжучих з підвищеними термомеханічними властивостями. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.23.05 - будівельні матеріали та вироби. - Донбаська національна академія будівництва і архітектури, Макіївка, 2009.

Запропоновано один з шляхів вирішення проблеми підвищення довговічності і зниженням енергоємності виробництва вогнетривких матеріалів - одних з найважливіших технічних продуктів. На основі встановлених загальних закономірностей впливу вмісту оксиду натрію на мінералоутворення при температурах 900-1400^оС та вогневі властивості вогнетривких систем CaO-SiO₂, Al₂O₃-SiO₂, MgO-SiO₂, MgO-Al₂O₃ розроблено наукові основи і технічні рішення одержання вогнетривких бетонів з однаковою вогнетривкістю в'яжучої матриці і заповнювачів, з підвищеними термомеханічними властивостями, що дозволяє проектувати склади вогнетривких бетонів з прогнозованою температурою застосування та довговічністю. Отримано бетони вогнетривкістю 1680-2000С, температурою деформації під навантаженням 1150-1770С і термостійкістю, яка в 2-3 рази перевищує термостійкість аналогічної цегли. Вивчено комплекс їх властивостей, необхідний для їх виробництва та застосування. Результати промислового впровадження дозволяють стверджувати про значну перспективу використання розроблених бетонів для монолітних і збірних футеровок теплоагрегатів.

1. Вирішено важливу народно-господарську проблему, що пов'язана з підвищенням довговічності і зниженням ресурсо- і енергоємності виробництва вогнетривких матеріалів, які є одними з найважливіших технічних продуктів і в значному обсязі застосовуються для футеровки теплоагрегатів металургії, машинобудування, хімічної промисловості, теплоенергетики, будіндустрії.

2. На основі встановлених загальних закономірностей впливу вмісту оксиду натрію на мінералоутворення при температурах 900-1400^оС і вогневі властивості вогнетривких систем CaO-SiO₂, Al₂O₃-SiO₂, MgO-SiO₂, MgO-Al₂O₃ розроблено наукові основи і технічні рішення одержання вогнетривких бетонів з однаковою вогнетривкістю в'яжучої матриці і заповнювачів, з підвищеними термомеханічними властивостями, що дозволяє на основі хімічного складу в'яжучого та заповнювачів виконувати проектування оптимальних складів вогнетривких бетонів, прогнозувати їх максимальну температуру застосування та довговічність. 3. Показано, що при температурах до 900-950^оС в вогнетривких системах Al₂O-SiO₂, CaO-SiO₂, MgO-SiO₂ и MgO-Al₂O₃ в присутності 2-6% Na₂O утворюється тимчасова керамічна зв'язка з лужних силікатів і алюмосилікатів, що суттєво підвищує термостійкість бетонів. При температурі 1000-1200^оС лужні силікати і алюмосилікати розплавляються і роль керамічної кристалічної з'вязки переходить до вогнетривких сполук, формування яких почалось до плавлення проміжних фаз і закінчується в температурному інтервалі 1200-1400^оС, вище якого керамічна з'вязка представлена: в алюмосилікатних композиціях - мулітом, корундом, алюмінатом натрію або -глиноземом; в кремнезимистих складах - кристобалітом і тридімітом; в каменю магнезіальних систем - алюмінатом натрію, форстеритом, периклазом, Na₂OMgO5Al₂O₃ і магнезіальною шпінелью.

4. На основі композицій "розчин силікату або алюмінату натрію – структуро-твірний компонент – наповнювач" розроблено в'яжучі активністю після нормально-го твердіння, пропарювання або автоклавування в межах 4,5-80 МПа, а після наступ-ного сушіння 15-103 МПа. Показано, що як структуротвірні компоненти раціональ-но застосовувати матеріали, що практично не впливаюють на вогнетривкість в'яжу-чих: в алюмосилікатних композиціях - аморфний мікрокремнезем, метакаолін або його аналог - шамотнокаоліновий пил-винесення; в кремнеземистих - доменний граншлак в поєднанні з аморфним мікрокремнеземом; в магнезіальних - периклаз і аморфний мікрокремнезем. 5. Встановлено, що нагрівання вище температури 600^оС викликає скачкопо-дібне підвищення рухомості катіонів натрію аморфних дегідратованих лугосилікат-них сполук в'яжучої матриці, відбувається роздрібнення силікатних аніонів. Це при-зводить не тільки до упорядкування структури аморфізованних продуктів твердіння в'яжучих, а й залучає в процес перекристалізації наповнювачі, які до цього зберігали інертність. З'являються нові лужні, лужноземельні і змішані силікати і алюмосилікати. Взаємодія цих сполук з більш вогнетривкими наповнювачами веде до утворення керамічної зв'язки з більш тугоплавких і вогнетривких кристалічних фаз, що сприяє ущільненню, підвищенню міцності та зниженню відкритої пористості каменю в'яжучих. 6. Отримано алюмосилікатні бетони вогнетривкістю 1750-1960С, температу-рою деформації під навантаженням 1305-1665С і термостійкістю, яка в 2-3 рази перевищує термостійкість шамотної цегли. Показано, що зміною вмісту глинозему можна отримати бетони з однаковими вогневими властивостями в'яжучої матриці та дорогих, дефіцитних заповнювачів, що дозволяє максимально використовувати тех-нічні можливості останніх.

7. Розроблено кремнеземисті бетони з вогнетривкістю 1680-1710С і температу-рою деформації під навантаженням 1350-1600С, що відповідно всього на 20-40 і 50 -250^оС нижче від аналогічних показників динасового заповнювача. Встановлено, що прогрів вздовж 10 годин при температурі 1400^оС стабілізує показники вогневих властивостей бетонів в результаті повного переродження кварцу кварцитових наповнювача і заповнювача у високотемпературні модифікації кремнезему.

8. Запропоновано магнезіальні бетони вогнетривкістю понад 2000С і темпера-турою деформації під навантаженням 1150-1770С. Показано, що для утворення прямого зв'язку між вогнетривкими мінералами та досягнення максимальної температури застосування при "двосторонньому" підводі тепла бетони достатньо прогріти вздовж чотирьох годин при температурі 1400^оС.

9. Для оптимальних складів бетонів вивчено комплекс властивостей, необхід-ний для їх виробництва та застосування. Встановлено, що, в порівнянні з вихідними показниками висушених бетонів, після випалу при 1400^оС їх міцність змінюється від 23,6-46,1 до 13,5-48,7 МПа, відкрита пористість - від 12,9-26,3 до 15,7-26,3%, а теплопровідність - від 0,90-2,62 до 0,88-1,67 Вт/(м^оС), об'ємна усадка складає 0,44-0,93%. При "односторонньому" нагріванні бетони можуть застосовуватись до температури 2000^оС, при "двосторонньому" - 1150-1770^оС

10. Розроблено технологічний регламент ТР 294-БШ-22-06 на виготовлення безвипалювальних виробів для футеровки сталерозливальних ковшів, внесено зміни в технологічні інструкції ТІ 231- Д-03-9-95 "Футеровка та експлуатація чавуновозних ковшів" і ТІ 231-ПС-06-96 "Підготовка сталерозливальних складів", згідно з якими здійснено впровадження розроблених бетонів на Макіївському металургійному та Часовоярському вогнетривкому комбінатах. Річний економічний ефект складає більш 850 тис. грн. Отримані результати промислового впровадження дозволяють стверджувати про значну перспективу застосування бетонів для монолітних і збірних футеровок теплоагрегатів металургії, машинобудування, хімічної промисловості, енергетики, будіндустрії тощо.

Основні положення дисертації опубліковані в працях:

Монографія, фахові видання , патенти, авторські свідоцтва

1. Ефремов А.Н. Огнеупорные бетоны на основе щелочных вяжущих с повы-шенными термомеханическими свойствами / А.Н. Ефремов, П.В. Кривенко. - Маке-евка: ДонНАСА, 2008. - 187 с. (Проаналізовано стан і розроблено наукові основи розв'язання проблеми, систематизовано і узагальнено результати досліджень).

2. Ефремов А.Н. Щелочные вяжущие cистем Na₂O-Al₂O₃-SiO₂-H₂O, Na₂O-MgO-SiO₂-H₂O, Na₂O-MgO-Al₂O₃-H₂O для огнеупорных бетонов на основе растворимых силикатов и алюминатов натрия / А.Н. Ефремов, Т.П. Киценко, Е.Т. Ширинова // Cовременное промышленное и гражданское строительство. - 2007. - Т. 3, №3. - С.165-171. (Керівництво аспірантами при проведенні експерименту, узогальнення його результатів).

3. Ефремов А.Н. Особенности образования и физико-механические свойства камня огнеупорных щелочных алюмосиликатных и магнезиальных вяжущих на основе растворимых силикатов и алюмината натрия / А.Н. Ефремов, Е.Т. Ширинова, Т.П. Киценко // Cовременное промышленное и гражданское строительство. - 2008. - Т.4 , №1 . - С.21-29. (Запропоновано склади в'яжучіх, керівництво аспірантами при проведенні експерименту, узогальнення його результатів). 4. Безобжиговые кремнеземистые огнеупоры на основе жидкого стекла / А.Н. Ефремов, С.Е. Кобзенко, Д.А. Дорошенко, Н.П. Боровик // Вестник Донбасской государ-ственной академии строительства и архитектуры. - Макеевка: ДонГАСА, 1998. - Вып. 98-1(9). - С. 75-79. (Узагальнено результати досліджень).

5. Алюмосиликатные безобжиговые огнеупоры / А.Н. Ефремов, С.Е. Кобзенко, С.С. Савенко, А.Ю. Троян // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. – Макіївка: ДонДАБА, 2000. - Вип. 2000 – 2 (22). - С. 167-169. (Проведено експеримент, узогальнено його результати).

6. Ефремов А.Н. Исследование параметров электропрогрева шлакощелочных кремнеземистых и алюмосиликатных огнеупорных бетонов / А.Н. Ефремов, М.В. Деркач, В.Г. Вешневская // Современные проблемы строительства: ежегод. науч.-техн. сб. - 2000.- Т. ІІ. - Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект, ООО "Лебедь". – С. 9-13. (Розроблена методика експерименту, узогальнено його результати).

7. Ефремов А.Н. Сравнительная оценка свойств огнеупорных бетонов на жидком стекле с отвердителями из феррохромового и доменного гранулированного шлаков / А.Н. Ефремов, М.В. Деркач, С.И. Чурсин // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. - Макіївка: ДонДАБА, 2001. - Вип. 2001 - 1 (26). - С. 91-95. (Проведено експеримент, узогальнено його результати).

8. Ефремов А.Н. Оптимизация составов огнеупорных алюмосиликатных вяжущих на основе алюмината натрия по показателям исходной прочности / А.Н. Ефремов, М.В. Деркач, С.С. Поливцев // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. - Макіївка: ДонДАБА, 2002. - Вип. 2002 - 1 (32). - С. 156-159. (Проведено математичну обробку результатів експерименту).

9. Ефремов А.Н. Влияние содержания Na₂O и Al₂O₃ на прочностные и огневые свойства камня алюмосиликатных вяжущих на основе силиката и алюмината натрия / А.Н. Ефремов, М.В. Деркач, Я.В. Квитко // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. - Макіївка: ДонДАБА. - 2003. Вип. 2003 - 1 (38). - С. 129-133. (Керівництво експериментом, узогальнення його результатів).

10. Ефремов А.Н. Зависимость активности щелочных алюмосиликатных вяжущих на основе золошлаковых отходов ТЭС Донбасса от условий твердения / А.Н. Ефремов, Е.А. Рудич // Современные проблемы строительства: ежегод. науч.-техн. сб. - 2003.- № 1(6)І. - Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект, ООО "Лебедь". – С. 99-105. (Керівництво аспірантом при проведенні досліджень, узогальнення їх результатів). 11. Ефремов А.Н. Физико-химическая диспергация микронаполнителей для огнеупорных бетонов / А.Н. Ефремов, Т.П. Киценко // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. - Макіївка: ДонДАБА, 2004. - Вип. 2004 - 1 (43), т. 1. - С. 188-190. (Ппроведення експерименту, узогальнення його результатів). 12. Огнеупорные бетоны на основе растворимых силиката и алюмината натрия с огнеупорными отвердителями / А.Н. Ефремов, М.В. Деркач, Т.П. Киценко, О.О. Канатаєва // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. - Макіївка: ДонДАБА, 2004. - Вип. 2004 - 1 (43), т. 2. - С. 90-93. (Проаналізовано основні тенденції технології вогнетривів, узогальнено результати досліджень).

13. Ефремов А.Н. Влияние содержания определяющих оксидов и оксидов-плавней на термомеханические свойства алюмосиликатных и кремнеземистых огнеупорных бетонов на основе жидкого стекла / А.Н. Ефремов // Современные проблемы строительства: ежегодный науч.-техн. сб. - 2004. - № 2(7). - Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект, ООО «Лебедь». - С. 129-133.

14. Ефремов А.Н. Прочностные и технологические свойства огнеупорного вяжущего на основе периклаза и жидкого стекла / А.Н. Ефремов, М.В. Деркач, Е.Т. Ширинова // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. - Макіївка: ДонДАБА, 2005.-Вип. 2005 - 1 (49). -С. 155-159. (Керівництво здобувачем і студентом при проведенні досліджень, узогальнення їх результатів).

15. Ефремов А.Н. Огнеупорные алюмосиликатные вяжущие на основе жидкого стекла без отвердителей - плавней / А.Н. Ефремов, Т.П. Киценко // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса: Місто майстрів, - 2005. - Вип. 20. - С.128-134. (Керівництво аспірантом при проведенні досліджень, узогальнення їх результатів).

16. Ефремов А.Н. Влияние содержания щелочных плавней на огнеупорность алюмосиликатных материалов / А.Н. Ефремов // Вісник Донбаської національної академії будівництва і архітектури. - Макіївка: ДонНАСА, 2006. - Вип. 2006 - 5 (61). - С. 186-189.

17. Ефремов А.Н. Модифицированное шлакощелочное вяжущее для огнеупорных кремнеземистых бетонов / А.Н. Ефремов, Т.П. Киценко // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: зб. науковіх праць НУВГП. Вип. 14. - Рівне: НУВГП, 2006. - С.50-56. (Керівництво аспірантом при проведенні досліджень, узогальнення їх результатів).

18. Ефремов А.Н. Влияние содержания щелочных плавней на огневые свойства жидкостекольных алюмосиликатных вяжущих / А.Н. Ефремов // Вісник Одеської державної академії будівництва та архітектури. - Одеса: Місто майстрів, 2006. - Вип. 23 - С.82-87.

19. Ефремов А.Н. Структурнофазовые изменения камня огнеупорных щелочных алюмосиликатных вяжущих при нагреве / А.Н. Ефремов // Современные проблемы строительства: ежегодный науч.-техн. сб. - 2006. - Донецк: Донецкий ПромстройНИИпроект, ООО «Лебедь». - С. 221-224.

20. Ефремов А.Н. Огнеупорные щелочные вяжущие шпинельного, корундового и периклазового составов / А.Н. Ефремов, Е.Т. Ширинова Е.Т., Т.П. Киценко // Вісник Донбаської національної академії будівництва і архітектури. - Макіївка: ДонНАБА, 2007. - Вип. 2007- 1(63). - С. 39-42. (Керівництво аспірантами при проведенні досліджень, узогальнення їх результатів).

21. Ефремов А.Н. Щелочные вяжущие периклазового и шпинельного составов для огнеупорных бетонов на основе растворимых силикатов и алюминатов натрия / А.Н. Ефремов А.Н., Е.Т. Ширинова // Вісник Донбаської національної академії будівництва і архітектури. - Макіївка: ДонНАБА, 2007. - Вип. 2007-6(68). - С. 80-87.

22. Ефремов А.Н. Природа аномальности свойств огнеупорных щелочных вяжущих / А.Н. Ефремов, Е.Т. Ширинова Е.Т., Т.П. Киценко // Вісник Донбаської національної академії будівництва і архітектури. - Макіївка: ДонНАБА, 2008. - Вип. 2008 - 1(69). - С. 111-116. (Керівництво аспірантами при проведенні досліджень, узогальнення їх результатів).

23. Ефремов А.Н. Методологические основы повышения термомеханических свойств огнеупорных щелочных вяжущих и бетонов / А.Н. Ефремов // Вісник Одеської державної академії будівництва і архітектури. - Одеса: Місто майстрів, 2008. - Вип. 31. - С. 151-156.

24. А.с. 863532 СССР, МКИ С 04В 7/14. Вяжущее / Ефремов А.Н., Лукьянов В.Б. (СССР). - №2843807/29-33; заявл. 03.10.79; опубл. 15.09.81, Бюл. №34. (Розроблено композиції в'яжучого, складено заявку).

25. Пат. 82801 України. МПК (2006) С04В 35/66, С04В 28/26 (2006.01), 35/18. Вогнетривка бетона суміш / Єфремов О.М., Кривенко П.В., Братчун В.І., Кіценко Т.П., Лук'янов В.Б., Трет'яков К.М., Герцовський І.М.; заявник і патентовласник Донбаська національна академія будівництва і архітектури. - № а 2007 04862 ; заявл. 03.05.2007; опубл. 12.05.2008, Бюл № 9. (Розроблено композиції бетонних сумішей, складено заявку).

26. Пат. 82802 України. МПК (2006) С04В 35/66, С04В 35/18, С04В 28/26 (2006.01), С04 В 22/06 (2008.01). Вогнетривка бетона суміш / Єфремов О.М., Кривенко П.В., Братчун В.І., Кіценко Т.П., Лук'янов В.Б., Трет'яков К.М., Герцовський І.М.; заявник і патентовласник Донбаська національна академія будівництва і архітектури. - № а 2007 04885; заявл. 03.05.2007; опубл. 12.05.2008, Бюл № 9. (Розроблено композиції бетонних сумішей, складено заявку).

Публікації, які додатково відображають результати дисертації

27. Ефремов А.Н. Оптимизация состава огнеупорных вяжущих на основе шамота и силиката натрия / А.Н. Ефремов, Т.П. Киценко, С.С. Поливцев // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. - Макіївка: ДонДАБА, 2005. - Вип. 2005-1(49). - С. 31-34. (Проведено математичну обробку результатів експерименту).

28. Влияние вида золошлаковых отходов теплоэлектростанций Донбасса на прочностные свойства щелочных алюмосиликатных вяжущих и бетонов на их основе / А.Н. Ефремов, Е.А. Рудич, В.Г. Вешневская В.Г., Я.В. Квитко // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. - Макіївка: ДонДАБА, 2003. - Вип. 2003-1(38). - С. 31-34. (Складено план і узогальнено результати експерименту).

29. Yefremov A.N. Alkaline binders for refractory concretes on the basis of soluble silicates and aluminates of sodium / A.N. Yefremov // 2007-International conference alkali activated Materials-Research, Production and Utilization. - Praha: Zeithamlova Vilena, Ing., 2007. - 717-724.

30. Ефремов А.Н. Пуццолановая активность метакаолинита и шамотно-каолиновой пыли-унос / А.Н. Ефремов, Н.М. Зайченко // "Строительство-2006": междунар. науч.-практ. конф., 2006: материалы конф. - Ростов на Дону: Рост. гос. строит. ун-т, 2006. - С. 99-101. (Узогальнення результатів досліджень).

31. Братчун В.И. Ресурсосберегающие алюмосиликатные и кремнеземистые огнеупорные и высокоогнеупорные бетоны на основе новых композиций жидкостекольных вяжущих / В.И. Братчун В.И., А.Н. Ефремов, М.В. Деркач, Т.П. Кіценко // Донбас - 2020: охорона довкілля та екологічна безпека: наук.-практ. конф.: матеріали конф. - Донецьк, 2001. - Т. 3. - С. 52-55. (Проведено експеримент).

32. Братчун В.И. Огнеупорные и высокоогнеупорные алюмосиликатные бетоны / В.И. Братчун, А.Н. Ефремов, М.В. Деркач // Моделирование и оптимизация в материаловедении: 40 Международный семинар: материалы семинара. – Одесса: Астропринт. - 2001. - С. 114-115. (Узогальнено результати експерименту).

33. Ефремов А.Н. Шлакощелочные вяжущие и бетоны с повышенными показателями жаростойких свойств / А.Н. Ефремов // Жаростойкие бетоны с использованием отходов промышленности и конструкции из них: Тез. докл. к координационному совещанию - Липецк: ЛипПИ, 1984.- С. 12-13.

34. Ефремов А.Н. Огнеупорные шлакощелочные вяжущие и бетоны / А.Н. Ефремов // Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции: Тез. докл. ІІ Всесоюзной научн. - практ. конф. – К.: КИСИ, 1984. - С.52-54.

35. Ефремов А.Н. Шлакощелочные вяжущие и бетоны для изготовления термостойких футеровок / А.Н. Ефремов, И.А. Пашков И.А. // Шлакощелочные цементы, бетоны и конструкции: Тез. докл. ІІ Всесоюзной научн. - практ. конф. – К.: КИСИ, 1884. - С.308-310. (Узогальнено результати досліджень).

36. Ефремов А.Н., Шлакощелочной огнеупорный алюмосиликатный бетон для футеровки прибыльных надставок изложниц / А.Н. Ефремов , А.Г. Доля, С.И. Чурсин // Ресурсосбережение и экология промышленного региона: междунар. науч.-техн. конф., 1995 г.: сб. тр. - Т. 1. - Макеевка: 1995. – С.69. (Узогальнено результати досліджень).

37. Ефремов А.Н. Бетонная смесь для изготовления термостойких футеровок теплоагрегатов / А.Н. Ефремов А.Н., Н.Ф. Почапский, Н.Н. Фирсов, И.А. Пашков // Министерство высшего и среднего специального образования УССР. Макеевский инженерно-строительный институт (информационный листок). – Макеевка: ДМТ, 1983. - 2 с. (Складено план і узогальнено результати досліджень).

38. Ефремов А.Н. Огнеупорная бетонная смесь для футеровки теплоагрегатов / А.Н. Ефремов, В.Н. Губарь, В.Б. Лукьянов // Министерство высшего и среднего специального образования УССР. Макеевский инженерно-строительный институт (информационный листок). – Макеевка: ДМТ, 1983. - 1 с. (Узогальнено результати досліджень).

39. Ефремов А.Н. Шлакощелочные бетоны на базе отходов промышленных производств / А.Н. Ефремов // Министерство высшего и среднего специального образования УССР. Макеевский инженерно-строительный институт (информационный листок). – Макеевка: ДМТ, 1983.-3 с.

40. Ефремов А.Н. Огнеупорный бетон для футеровки теплоагрегатов / А.Н. Ефремов // Министерство высшего и среднего специального образования УССР. Макеевский инженерно-строительный институт (информационный листок). – Львов: Нестеровская городская типография, 1981. - 1 с.