Анотація до роботи:

Миргород О.В. – Цемент поліфункціонального призначення на основі композицій системи СаО–BaО–Al₂О₃. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. – Державний вищий навчальний заклад “Український державний хіміко-технологічний університет”, Дніпропетровськ, 2008.

Дисертація присвячена питанням розробки та одержання на основі сполук трикомпонентної системи СаО–BaО–Al₂О₃ барійвмісних глиноземних цементів поліфункціонального призначення, які можуть бути використані для створення високоміцних вогнетривких захисних бетонів. Отриманню спеціальних цементів передувало теоретичне дослідження трикомпонентної системи СаО–BaО–Al₂О₃. Здійснено тріангуляцію системи при передбачуваній температурі синтезу 1400 ⁰С. Ґрунтуючись на проведених теоретичних дослідженнях, одержано високоміцні (міцність на стиск до 64 МПа), вогнетривкі (вогнетривкість до 1700 ⁰С), захисні цементи (розрахунковий коефіцієнт масового поглинання до 206,6 см²/г). Створено ресурсоощадну технологію одержання вогнетривких барійвмісних глиноземних цементів на основі відходів хімічної промисловості. Захисні бетони, отримані на основі розробленого цементу, характеризуються високою міцністю (межа міцності на стиск до 60 МПа), вогнетривкістю понад 1780 ⁰С, низьким ступенем розміцнення в інтервалі температур 20-1300 ⁰С (до 16,5 %), термостійкістю понад 20 теплозмін.

У результаті виконання дисертаційної роботи вирішено науково-практичну задачу одержання вогнетривких барійвмісних глиноземних цементів на основі композицій системи СаО–BaО–Al₂О₃ поліфункціонального призначення. За результатами проведених досліджень зроблено наступні висновки:

1. Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено можливість одержання нового класу барійвмісних глиноземних цементів на основі композицій системи СаО–BaО–Al₂О₃ із сировинної суміші, що складається з вуглекислого барію, крейди і глинозему. Отримані цементи характеризуються високими показниками: міцність на стиск через 28 діб тверднення до 64 МПа, є швидкосхоплюючимися – початок схоплювання 25-55 хв., кінець 1 год. 20 хв. –
1 год. 55 хв.; швидкотверднучими – міцність на стиск через 3 доби тверднення досягає 42 МПа; в'яжучими повітряного тверднення з водоцементним відношенням 0,25-0,42; які мають вогнетривкість до 1700 ⁰С і високий коефіцієнт масового поглинання гама-квантів до
206,6 см²/г. В результаті випробувань розроблених цементів в ХНУ ім. В.Н. Каразіна встановлено, що після опромінювання зразків на лінійному прискорювачі в імпульсному режимі прямого опромінення електронами та гама-квантами до поглиненої дози 1,6 10 ⁶ Гр спостерігається ефект зміцнення матеріалу на 10-20 % в залежності від фазового складу.

2. Розраховано вихідні термодинамічні константи потрійних сполук системи СаО–BaО–Al₂О₃, відсутні в довідковій літературі, і сформовано скориговану термодинамічну базу даних алюмінатів кальцію і барію, які входять до складу системи. Отримано нові наукові результати про субсолідусну будову системи СаО–BaО–Al₂О₃ та здійснено її тріангуляцію при температурі 1400 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
15 елементарних трикутників, які значно відрізняються між собою за геометричними показниками.

3. Визначено перспективну з точки зору наявності комплексу високих експлуатаційних властивостей область ВаAl₂О₄-СаАl₂О₄-Са₂ВаАl₈О₁₅ системи СаО–BaО–Al₂О₃ та одержано на її основі поліфункціональні в’яжучі матеріали.

4. Синтезовано потрійні сполуки системи СаО–BaО–Al₂О₃ та визначено їх гідравлічну
активність. Встановлено, що значну гідравлічну активність має потрійна сполука Са₂BaAl₈O₁₅, а сполука СаBa₃Al₂O₇ проявляє слабкі в’яжучі властивості через інтенсивну взаємодію з водою.

5. Розглянуто особливості протікання процесів фазоутворення в сировинній суміші, що складається з вуглекислого кальцію, вуглекислого барію і оксиду алюмінію. Визначено, що твердофазові реакції починають протікати з помітною швидкістю вже при температурі 1000 ⁰С і цілком завершуються при температурі 1300 ⁰С. Первинним продуктом синтезу в зазначеній сировинній суміші є подвійна сполука BaAl₂O₄, а пізніше утворюється дікальцієвий тетраалюмінат барію. Отримані дані підтверджено рентгенофазовими дослідженнями.

6. Вивчено особливості процесів гідратації вогнетривкого барійвмісного глиноземного цементу і встановлено, що основними продуктами гідратації є сукупність гідроалюмінатів кальцію та барію, саме їх поєднання і визначає властивості цементного каменю.

7. Створено ресурсоощадну технологію одержання барійвмісного глиноземного цементу з використанням відходів хімічної промисловості; розроблено технічні умови і технологічний регламент та випущено дослідно-промислову партію цементу в умовах Харківського дослідного цементного заводу.

8. Розроблено нові склади вогнетривких бетонів з високими фізико-механічними і технічними властивостями: міцність на стиск через 28 діб тверднення – 56-60 МПа в залежності від складу цементу; вогнетривкість понад 1780 ⁰С, ступінь розміцнення в інтервалі температур
20-1300 ⁰С до 16,5 %, термостійкість понад 20 теплозмін.

9. Випробуваннями, проведеними в ХНУ ім. В.Н. Каразіна, доведено, що бетонний конструктивний елемент експлуатується на установці ЕЛІУС Інституту високих технологій для захисту від радіаційного впливу та забезпечує необхідний рівень захисту при гранично жорстких технологічних умовах роботи прискорювача, зберігаючи необхідні механічні властивості. Випробування бетонних зразків в ТОВ „Кермет-У” на лабораторній установці „Кобальт” довели, що розроблені бетони є радіаційностійкими і можуть бути рекомендовані як захисні матеріали. В рамках експлуатаційних випробувань в ТПК “Примекс” (м. Запоріжжя) була виготовлена експериментальна партія тиглів для плавки емалей на основі вогнетривких бетонів оптимальних складів. Доведено, що в експериментальному тиглі не виявлено слідів корозійного впливу на матеріал і не визначена дифузія забарвлюючих оксидів і шкідливих домішок із тиглю в склад фрити.

Теоретичні, технологічні та методологічні розробки, що наведені в дисертаційній роботі,

використовуються в навчальному процесі НТУ “ХПІ” при викладанні дисциплін “Основи технології тугоплавких неметалічних і силікатних матеріалів”, “Фізична хімія тугоплавких неметалічних і силікатних матеріалів”, “Виробництво теплоізоляційних та радіаційностійких матеріалів” та при виконанні дипломних науково-дослідних робіт.

Публікації автора:

1. Тараненкова В.В., Буличова О.В. Застосування ПЕОМ для планування експерименту при дослідженні діаграм “склад-властивість” // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Сборник научных трудов «Химия, химическая технология и экология». – Харьков: ХГПУ, 2000. – Вып. 105. – С. 25-28.

Здобувачем розраховано за допомогою ПЕОМ коефіцієнт масового поглинання для складів перерізу BaAl₂O₄-CaAl₂O₄-BaCa₂Al₈O₁₅ системи СаО–BaО–Al₂О₃ та наведено результати фізико-механічних випробувань цементів на основі цього перерізу.

2. Кожанова А.Н., Тараненкова В.В., Булычева О.В. Термодинамическая оценка взаимных реакций в системе СаО–BaО–SiO₂. // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. – Тематичний збірник наукових праць. „Фізико-хімічні проблеми керамічного матеріалознавства”. – Харків: НТУ “ХПІ”, 2001. – Вип. 19. – С. 55-60.

Здобувачем проведено термодинамічні розрахунки сполук кальцію та барію, що дозволило провести повну розбивку трикомпонентної барійвмісної системи.

3. Булычева О.В., Шабанова Г.Н., Кожанова А.Н., Тараненкова В.В. Оценка температур и составов эвтектик в сечении BaAl₂O₄-CaAl₂O₄-BaCa₂Al₈O₁₅ системы СаО–BaО–Al₂О₃ // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. – Тематичний збірник наукових праць. „Фізико-хімічні проблеми керамічного матеріалознавства”. – Харків: НТУ “ХПІ”, 2001. – Вип. 20.
– С. 14-17.

Здобувачем дано оцінку температур і складів евтектик перерізу BaAl₂O₄-CaAl₂O₄-BaCa₂Al₈O₁₅ системи СаО–BaО–Al₂О₃ з точки зору одержання вогнетривких цементів.

4. Шабанова Г.Н., Кожанова А.Н., Пилипенко С.Н., Булычева О.В., Христич Е.В., Романо-
ва В.В. Получение специальных цементов на основе мела Белогорского месторождения (Крым). // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. – Збірник наукових праць. Тематичний випуск „Хімія, хімічна технологія та екологія”. – Харків: НТУ “ХПІ”, 2001. – Вип. 23. – Т. 2.
– С. 23-26.

Здобувачем отримано цементи спеціального призначення з використанням в якості сировини крейди Білогорського родовища.

5. Тараненкова В.В., Кожанова А.Н., Булычева О.В. Жаростойкий цемент на основе тройного соединения Ba₅Ca₃Si₄O₁₆. // Сборник научных трудов ОАО “УкрНИИО им. А.С. Бережного”. – Харьков: Каравелла, 2001. - № 101. – С. 113-119.

Здобувачем проведено термодинамічні дослідження потрійної сполуки Ba₅Ca₃Si₄O₁₆ та одержано на його основі жаростійкий цемент.

6. Булычева О.В., Шабанова Г.Н., Тараненкова В.В., Романова В.В. Барийсодержащие жаростойкие цементы на основе отходов производства аминокапроновой кислоты. // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. – Збірник наукових праць. Тематичний випуск „Хімія, хімічна технологія та екологія”. – Харків: НТУ “ХПІ”, 2002. – № 9. – Т. 2. – С. 15-18.

Здобувачем отримано жаростійкі в’яжучі матеріали на основі алюмінатів барію та кальцію з використанням відходів хімічної промисловості.

7. Шабанова Г.Н., Булычева О.В., Христич Е.В. Механизм фазообразования огнеупорных барийсодержащих цементов на основе композиций системы BaО–Al₂О₃–SiO₂. // Збірник наукових праць ВАТ “УкрНДІВ ім. А.С. Бережного”. – Харків: Каравела, 2002. – № 102. – С. 85-90.

Здобувачем проведено кинетичні дослідження в системі BaО–Al₂О₃–SiO₂ та розглянуто механізм фазоутворення клінкеру вогнетривкого цементу.

8. Шабанова Г.Н., Тараненкова В.В., Булычева О.В., Бакшеев Д.В. Исследование возможности использования отходов производства лигатур для получения шлакоглиноземистых цементов. // Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка. – Київ: Аспект, 2002. – № 2.
– С. 20-21.

Здобувачем розроблено шлакоглиноземні цементи із застосуванням в якості сировини відходів виробництва лігатур.

9. Шабанова Г.Н., Миргород О.В., Быканов С.Н., Тараненкова В.В., Романова В.В. Особенности процессов фазообразования клинкера на основе алюминатов и ферритов бария системы BaO–Fe₂O₃–Al₂O₃. // Вопросы химии и химической технологии. – Днепропетровск: Новая идеология, 2003. – № 5. – С. 67-70.

Здобувачем проведено кінетичні дослідження в системі, яка містить алюмінати барію, та розглянуто особливості фазоутворення клінкеру на основі алюмінатів та феритів барію.

10. Шабанова Г.Н., Миргород О.В., Лобяк Т.С., Свидерский В.А. Жаростойкие цементы на основе композиций системы СаО–BaО–Al₂О₃. // Збірник наукових праць ВАТ “УкрНДІВ
ім. А.С. Бережного”. – Харків: Каравела, 2003. - № 103. – С. 72-75.

Здобувачем наведено фізико-механічні властивості жаростійких цементів на основі композицій системи СаО–BaО–Al₂О₃.

11. Шабанова Г.Н., Миргород О.В., Тараненкова В.В. Кинетические исследования в системе СаО–BaО–Al₂О₃. // Збірник наукових праць ВАТ “УкрНДІВ ім. А.С. Бережного”. – Харків: Каравела, 2004. - № 104. – С. 107-113.

Здобувачем розглянуто особливості фазоутворення клінкеру на основі алюмінатів барію та кальцію в системі СаО–BaО–Al₂О₃.

12. Миргород О.В., Шабанова Г.М., Тараненкова В.В., Житанер К.А. Вогнетривкі бетони на основі цементів системи СаО–BaО–Al₂О₃. // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. – Збірник наукових праць. Тематичний випуск „Хімія, хімічна технологія та екологія”. – Харків: НТУ “ХПІ”, 2004. – № 34. – С. 7-10.

Здобувачем досліджено вогнетривкі властивості бетонів на основі цементів оптимального перерізу BaAl₂O₄-CaAl₂O₄-BaCa₂Al₈O₁₅ системи СаО–BaО–Al₂О₃.

13. Шабанова Г.Н., Миргород О.В., Тараненкова В.В., Корогодская А.Н., Дейнека В.В.

Термодинамические свойства двойных и тройных соединений системы СаО–BaО–Al₂О₃. // Огнеупоры и техническая керамика. – Москва: Меттекс, 2005. - № 1. – С. 2-6.

Здобувачем проведено термодинамічні розрахунки в системі СаО–BaО–Al₂О₃, що дозволило виконати повну розбивку системи на елементарні трикутники з урахуванням усіх фаз.

14. Шабанова Г.Н., Гладких В.Н., Цапко Н.С., Логвинков С.М., Корогодская А.Н., Мирго-
род О.В. Термодинамическая стабильность многофазных комбинаций в системе СаО–BaО–Al₂О₃–SiO₂. // Вопросы химии и химической технологии. – Днепропетровск: Новая идеология, 2006. – № 2. – С. 50-54.

Здобувачем розраховано термодинамічні константи в системі СаО–BaО–Al₂О₃–SiO₂ та розглянуто стабільність багатофазних комбінацій, що дозволило здійснити тетраедрацію системи.

15. Миргород О.В., Шабанова Г.Н., Цапко Н.С., Тараненкова В.В., Рыщенко Т.Д. Разработка огнеупорных бетонов на основе барийсодержащего глиноземистого цемента. // Збірник наукових праць ВАТ “УкрНДІВ ім. А.С. Бережного”. – Харків: Каравела, 2006. – № 106.
– С. 78-82.

Здобувачем розглянуто вогнетривкі властивості бетонів, отриманих на основі барійвміщуючих глмноземних цементів оптимального складу системи СаО–BaО–Al₂О₃.

16. Шабанова Г.Н., Цапко Н.С., Корогодская А.Н., Миргород О.В., Быканов С.Н., Про-скурня Е.М., Васютин Ф.А., Соловей В.Н. Термодинамические исследования алюминатов бария // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”. – Збірник наукових праць. Тематичний випуск „Хімія, хімічна технологія та екологія”. – Харків: НТУ “ХПІ”, 2007. – № 27.
– С. 158-166.

Здобувачем проведені розрахунки стандартних термодинамічних констант для алюмінатів барію.

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

Здобувачем розроблено склади і проведено фізико-механічні випробування вогнетривкого радіаційностійкого цементу.

18. Шабанова Г.Н., Корогодская А.Н., Тараненкова В.В., Миргород О.В., Христич Е.В. Ресурсосберегающая технология получения барийсодержащего цемента на основе композиций системы CaO–BaO–SiO₂. // Вестник БелГТУ им. В.Г. Шухова. – Белгород: БГТУ, 2003. – № 5.
– Ч. 2. – С. 262-265.

Здобувачем проведено випробування цементів, одержаних на основі композицій системи, яка містить сполуки кальцію та барію з використанням відходів хімічної промисловості.

19. Тараненкова В.В., Проскурня Е.М., Ткаченко О.М., Булычева О.В. Жаростойкие вяжущие на основе композиций системы СаО–BaО–Al₂О₃. // Сборник тезисов докладов Международной научно-технической конференции “Эффективные огнеупоры на рубеже XXI столетия” 25-26 апреля 2000 г. – Харьков: Каравелла, 2000. – С. 40.

Здобувачем розглянуті вогнетривкі властивості спеціальних цементів, отриманих на основі композицій системи СаО–BaО–Al₂О₃.

20. Кожанова А.Н., Тараненкова В.В., Булычева О.В. Физико-механические и технические свойства вяжущего на основе соединения Ba₅Ca₃Si₄O₁₆. // Сборник тезисов докладов Международной научно-технической конференции “Технология и применение огнеупоров и техниче-

ской керамики в промышленности” 24-25 апреля 2001 г. – Харьков: Каравелла, 2001. – С. 31-32.

Здобувачем проведено дослідження основних властивостей цементу, отриманого на основі потрійної барійкальційвмісної сполуки.

21. Кожанова А.Н., Булычева О.В., Шабанова Г.Н. Использование отходов химической промышленности для производства вяжущих материалов специального назначения. // Збірник доповідей ХІ наукової конференції аспірантів та студентів “Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів” 16-18 квітня 2001 р. – Донецьк, 2001.
– Т. 1. – С. 75-76.

Здобувачем отримано цементи спеціального призначення з використанням в якості сировини барійвмісних токсичних відходів.

22. Шабанова Г.Н., Булычева О.В., Ткачева З.И. Процессы минералообразования клинкера огнеупорного барийсодержащего цемента. // Сборник тезисов докладов Международной научно-технической конференции “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности” 24-25 апреля 2002 г. – Харьков: Каравелла, 2002. – С. 25-26.

Здобувачем розглянуто процеси мінералоутворення клінкеру вогнетривкого цементу на основі композицій системи СаО–BaО–Al₂О₃.

23. Миргород О.В., Шабанова Г.Н., Тараненкова В.В. Специальные цементы на основе бинарных и тройных соединений системы СаО–BaО–Al₂О₃. // Сборник тезисов докладов Международной научно-технической конференции “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности” 23-24 апреля 2003 г. – Харьков: Каравелла, 2003.
– С. 26-27.

Здобувачем отримані цементи спеціального призначення на основі подвійних і потрійних сполук системи СаО–BaО–Al₂О₃.

24. Шабанова Г.Н., Миргород О.В., Быканов С.Н., Романова В.В. Процессы фазообразования цементов на основе алюминатов и ферритов бария системы BaО-Fe₂O₃-Al₂О₃. // Збірник тез доповідей науково-технічної конференції „Перспективні напрямки розвитку науки і технології тугоплавких неметалевих і силікатних матеріалів” 6-9 жовтня 2003 р. – Дніпропетровськ: Інком центр, 2003. – С. 20-21.

Здобувачем розглянуто процеси фазоутворення цементів на основі алюмінатів і феритів барію.

25. Миргород О.В., Шабанова Г.Н., Ткачева З.И., Христич Е.В. Процессы фазообразования в системе СаО–BaО–Al₂О₃. // Сборник тезисов докладов Международной научно-технической конференции “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности” 7-8 апреля 2004 г. – Харьков: Каравелла, 2004. – С. 26-27.

Здобувачем проведено дослідження процесів фазоутворення в системі СаО–BaО–Al₂О₃.

26. Шабанова Г.Н., Миргород О.В., Цапко Н.С., Тараненкова В.В., Дейнека В.В. К вопросу об огнеупорных свойствах бетонов на основе барийсодержащих глиноземистых цементов. // Сборник тезисов докладов Международной научно-технической конференции “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности” 26-27 апреля 2006 г.
– Харьков: Каравелла, 2006. – С. 48-49.

Здобувачем досліджено вогнетривкі властивості бетонів на основі барійвміщуючих глиноземних цементів системи СаО–BaО–Al₂О₃.

27. Козачок К.А., Шабанова Г.Н., Миргород О.В., Тараненкова В.В. Термодинамический метод исследования соединений системы СаО–BaО–Al₂О₃. // Збірник тез доповідей І Всеукраїнської науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених 27-29 квітня 2006 р. – Київ, 2006. – С. 52.

Здобувачем проведено термодинамічні дослідження подвійних і потрійних сполук системи СаО–BaО–Al₂О₃.

28. Шабанова Г.Н., Гапонова Е.А., Вернигора Н.К., Цапко Н.С., Миргород О.В., Шабано-
ва М.М. Получение вяжущих материалов на основе отходов очистки сточных вод. // Научные исследования, наносистемы и ресурсосберегающие технологии в стройиндустрии: Сборник докладов Международной научно-практической конференции 18-19 сентября 2007 г. – Белгород: БГТУ, 2007. – Ч. 2. – С. 308-311.

Здобувачем досліджено можливість використання відходів очистки стічних вод
ВАТ „Концерн Стірол” для одержання вогнетривкого цементу.