Результат интеллектуальной деятельности: КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖАРОСТОЙКИХ БЕТОНОВ

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких бетонов на основе химических связующих. К химическим связующим, применяемым в жаростойких бетонах, 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. 31.05.20910; 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 бетонов (композитов), включающая следующие компоненты, мас. %: отработанный катализатор ИМ-2201 - 10-15; щебень - 33-40; песок 10-13; Н₃РО₄ - 10-15; шлаки от выплавки ферротитана с содержанием, мас. %: SiO₂ - 2,5; Al₂O₃ - 72,18; TiO₂ - 10,2; Fe₂O₃ - 0,30; CaO - 11,4; MgO - 33 - 24-30 / пат. Российской Федерации №2521.005, МПК C04B 28/34. Композиция для изготовления жаростойких композитов. / Абдрахимова Е.С., Рощупкина И.Ю., Абдрахимов В.З., Колпаков А.В.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный аэрокосмический университет имени С.П. Королева. №201312609. Заявл. 21.01.2013; опубл. 27.06.2014. Бюл. №18 / [2].

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

Задача изобретения - повышение качества жаростойкого бетона.

Техническим результатом изобретения является повышение предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких бетонов (композитов).

Указанный технический результат достигается тем, что в известную композицию включающую отработанный катализатор ИМ-2201, щебень из карбонатных пород фракции 5-10 мм, речной песок с модулем крупности 1,68 и Н₃РО₄, дополнительно вводят железосодержащий отход гидрометаллургического производства цинка с содержанием, мас.%: SiO₂ - 30,4; Al₂O₃ - 10,2; Fe₂O₃ - 43,2; CaO - 10,4; MgO - 2,8; R₂O - 3,0 при следующем содержании компонентов, мас.%:

Железосодержащий отход гидрометаллургического производства цинка образуется при извлечении металлов флотационным методом из обогащенной руды.

Оксид трехвалентного железа Fe₂O₃ при нормальной температуре взаимодействует с ортофосфорной кислотой H₃PO₄ очень медленно, поэтому требуется подогрев смеси до 70°C, так как собственного тепла по реакции выделяется недостаточно:

Fe₂O₃+H₃PO₄+H₂O→2(FePO₄·2H₂O) - 8,65 кДж/моль.

Оксид двухвалентного железа FeO, а также гидроксид Fe(OH)₃, наоборот, реагируют с кислотой энергично, выделяя при этом значительное количество тепла. Так, оксид двухвалентного железа активно взаимодействует с ортофосфорной кислотой при температуре 20°C. Цементное тесто начинает схватываться через 2 минуты за счет значительного выделения тепла:

3FeO+2H₃PO₄→Fe₃(PO₄)₂+3H₂O - 124,74 кДж/моль.

Как показали исследования, в железосодержащем отходе гидрометаллургического производства оксиды железа находятся в оптимальном соотношении: оксид двухвалентного железа, так же как Fe(OH)₃, быстро реагируют с H₃PO₄, и разогревают смесь до необходимой для проявления вяжущих свойств Fe₂O₃ с Н₃РО₄. Химический состав железосодержащего отхода гидрометаллургического производства представлен в таблице 1.

Для изготовления жаростойких бетонов использовались:

А) щебень, отвечающий требованиям ГОСТа Г 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.

Для изготовления жаростойких бетонов использовалась в качестве связующей ортофосфорная кислота H₃PO₄ в чистом виде по ГОСТ 6552-80, норма - чистый (ч.) ОКП 261213002110. Массовая доля ортофосфорной кислоты (Н₃РО₄) не менее 85%, плотность не менее 1,69 г/см³.

В предложенных составах (таблица 2), как и в прототипе, использовался отработанный катализатор ИМ-21 (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 особую термообработку.

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/час и до 500°C - 150°C/час, выдерживание в течение 4 часов, охлаждение вместе с печью.

В таблице 3 представлены физико-механические показатели жаростойкого бетона.

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 железосодержащего отхода гидрометаллургического производства цинка 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.

Композиция для изготовления жаростойких бетонов, включающая отработанный катализатор ИМ-2201, щебень из карбонатных пород фракции 5-10 мм, речной песок с модулем крупности 1,68 и HPO, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит железосодержащий отход гидрометаллургического производства цинка с содержанием, мас.%: SiO - 30,4; AlO - 10,2; FeO - 43,2; CaO - 10,4; MgO - 2,8; RO - 3,0 при следующем содержании компонентов, мас.%: