Результат интеллектуальной деятельности: КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖАРОСТОЙКИХ БЕТОНОВ

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких бетонов (композитов) на основе химических связующих. К химическим связующим, применяемым в жаростойких бетонах (композитах), относятся жидкое стекло, силикат-глыба (прозрачный стекловидный сплав щелочных силикатов - полуфабрикат жидкого стекла) и фосфатные связки.

Известны композиции для получения пористых заполнителей (для бетонов) на основе химических связующих следующего состава, мас.%: жидкое стекло - 45-65; хлорид натрия - 5-15; отход горно-обогатительной фабрики при обогащении угля - 15-20; межсланцевая глина, образующаяся при добыче горючих сланцев - 15-20 (пат. Российской Федерации №2440312, МПК C04B 14/24. Композиция для производства пористого заполнителя. /Абдрахимова Е.С., Рощупкина И.Ю., Абдрахимов В.З., Куликов В.А.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева. №2010122114, заявл. 31.05.2010, опубл. 20.01.2012. Бюл. №2/ [1].

Недостатком указанного состава композиции является относительно низкая прочность 2,65-2,75 МПа.

Наиболее близкой к изобретению является композиция для получения жаростойких композитов, включающая следующие компоненты, мас.%: глиноземсодержащий шлам - 10,5-10,53 (220 кг/м³); отработанный катализатор ИМ-2201 - 10,5-10,53 (220 кг/м³); щебень - 35,88-35,89 (750 кг/м³); песок - 30,62-30,63 (640 кг/м³); H₃PO₄ - 12,44-12,45 (260 кг/м³) / Хлыстов А.И. Повышение эффективности жаростойких композитов за счет применения химических связующих / А.И. Хлыстов, С.В. Соколова, А.В. Власов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2012. - №9. - С.38-42/ [2].

Недостатком указанного состава композиции является относительно низкий предел прочности при сжатии после твердения и нагревания до температуры 1200°C и низкая термостойкость.

Сущность изобретения - повышение качества жаростойкого бетона.

Техническим результатом изобретения является повышение предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойкого бетона.

Указанный технический результат достигается тем, что в известную композицию, включающую щебень из карбонатных пород фракций 5-10 мм, песок речной с модулем крупности 1,68 и H₃PO₄, в которой массовая доля ортофосфорной кислоты не менее 85%, дополнительно вводят отработанный катализатор ИМ-2201, содержащий оксиды, мас.%: SiO₂ - 7,90; Al₂O₃ - 74,5; Fe₂O₃ - 0,15; MgO - 0,10; Cr₂O₃ - 14,8; R₂O - 1,57, алюмосодержащий шлам щелочного травления алюминия, содержащий 80% частицы размером менее 20 мкм и оксиды, мас.%: SiO₂ - 2,5; Al₂O₃ - 45,2; Fe₂O₃ - 1,4; CaO - 1,2; MgO - 5,2; R₂O - 9,8; п.п.п. - 34,7, и кальцийсодержащий шлам обработки алюминия карбонатным шламом, образующимся после умягчения воды, содержащий 80% частицы размером менее 20 мкм и оксиды, мас.%: SiO₂ - 8,1; Al₂O₃ - 14,2; Fe₂O₃ - 0,7; CaO - 27,4; MgO - 8,1; R₂O - 1,4; п.п.п. - 39,1 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

На Самарском металлургическом комбинате образуются два вида шламов: один образуется в результате травления алюминиевой ленты щелочью NaOH, а второй обработки алюминиевой ленты карбонатным шламом, образующимся после умягчения воды.

Шламы представляют собой высокодисперсные гомогенные смеси. Удельная поверхность их составляет (10-12)·10³ см²/г, 80% их состава приходится на частицы размером менее 20 мкм, также присутствуют частицы с более тонкой дисперсией - 20-80 нм. Такая тонкость компонентов является особо ценным свойством шламовых отходов, так как обеспечивает повышенную гомогенизацию фосфатных связок в процессе их синтезирования. Огнеупорные изделия на базе синтезированных фосфатных связок возможно применять практически в любых элементах футеровки: в виде торкрет - масс, штучных блоков, различных обмазок как связующих в элементах кладки. Рабочая температура таких огнеупоров в зависимости от состава варьируется от 1600 до 1700°C, химический состав используемых отходов производств приведен в таблице 1.

Таблица 1 - Химические составы отходов производств

Для изготовления жаростойких бетонов (композитов) использовались:

а) щебень, отвечающий требованиям ГОСТ 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия» М 600, 800, 1000, со средней плотностью зерен от 2,0 до 2,5 кг/м³ из карбонатных пород, добываемый в Самарской области, фракции 5-10 мм;

б) песок, отвечающий требованиям ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия». Песок речной, добываемый в Самарской области, имел следующие показатели: средняя плотность в сухом состоянии - 1,5 кг/м³; содержание илистых, пылевидных и глинистых частиц - не более 0,7% по массе; истинная плотность песка речного - 2,65 г/см³; наличие суглинка, комков глины и прочих засоряющих примесей - не более 0,05%; модуль крупности - 1,68.

В предлагаемых составах максимальное содержание данных природных инертных материалов (песок и щебень) не превышает 60% (таблица 2).

Таблица 2 - Составы для получения жаростойких бетонов

Для изготовления жаростойких бетонов использовалась в качестве связующего ортофосфорная кислота H₃PO₄ в чистом виде по ГОСТ 6552-80, норма - чистый (ч.) ОКП 26 1213 0021 10. Массовая доля ортофосфорной кислоты (H₃PO₄) не менее 85%, плотность не менее 1,69 г/см³.

В предложенных составах, как и в прототипе, использовался отработанный катализатор ИМ-2201 (отходы производства), отвечающий требованиям - ТУ 38.103544-89. Химический состав катализатора представлен в таблице 1.

Согласно ТУ 38.103544-89 отработанный катализатор ИМ-2201 должен иметь следующие показатели: внешний вид порошка - серо-зеленого цвета, насыпная плотность 1,0-1,5 г/см³; массовая доля Al₂O₃ не менее 70%.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Технологический процесс производства бесцементных жаростойких бетонов и изготовления изделий и конструкций из них включает в себя приготовление формовочной массы, формование изделий и термообработку.

Следует отметить, что для своего затвердения и набора марочной прочности жаростойкие бетоны требуют особой термообработки.

Для бетонов на ортофосфорной кислоте с компонентами, представленными в таблице 2, - нагревание до 500°C с подъемом температуры до 200°C со скоростью 60°C/ч и до 500°C - 150°C/ч, выдерживание в течение 4 часов, охлаждение вместе с печью.

В таблице 3 представлены физико-механические показатели жаростойких бетонов.

Таблица 3. Физико-механические показатели жаростойкого бетона после твердения и нагревания до температуры 1200^оС.

Как видно из таблицы 3, жаростойкий бетон из предложенных составов имеет более высокие показатели по механической прочности и термостойкости, чем прототип.

Полученное техническое решение при использовании алюмосодержащего шлама щелочного травления алюминия и кальцийсодержащего шлама обработки алюминия карбонатным шламом, образующимся после умягчения воды, позволяет значительно повысить показатели по механической прочности и термостойкости жаростойкого бетона.

Использование техногенного сырья при получении жаростойкого бетона способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды и расширению сырьевой базы для строительных материалов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Пат. Российской Федерации №2440312, МПК C04B 14/24. Композиция для производства пористого заполнителя. / Абдрахимова Е.С., Рощупкина И.Ю., Абдрахимов В.З., Куликов В.А.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева. - №2010122114. Заявл. 31.05.2010, опубл. 20.01.2012. Бюл. №2.

2. Хлыстов А.И. Повышение эффективности жаростойких композитов за счет применения химических связующих / А.И. Хлыстов, С.В. Соколова, А.В. Власов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2012. - №9. - С.38-42.