Состав и способ изготовления магнезитового жаростойкого бетона

Изобретение относится к промышленности огнеупорных материалов, а именно жаростойким бетонам, и может быть использовано при изготовлении изделий из магнезитового жаростойкого бетона. Технический результат - повышение температуры начала деформации под нагрузкой 0.2 МПа, °С и термической стойкости изделий из магнезитового жаростойкого бетона.

Известен способ изготовления жаростойких бетонов на основе силикат-натриевых композиций [1].

Недостатком известного способа является использование в качестве связующего - силикат-глыбу, которая содержит легкоплавкий щелочной компонент Na₂O, с увеличением содержания которого снижается температура службы и термическая стойкость жаростойкого бетона.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности признаков (прототип) является состав и способ для изготовления безобжигового магнезитового жаростойкого бетона, включающего, мас. %: магнезитовый заполнитель 60-80, тонкомолотый магнезит 8-16, силикат-глыбу с силикатным модулем 2,7-3,0 в виде наноразмерных частиц 2-4, тонкомолотый магниевый концентрат 4-10, тонкомолотый диатомит 6-10, воду из расчета В/Т 0,12-0,14, с основными показателями: температура начала деформации под нагрузкой 0.2 МПа - 1510°С; термическая стойкость - 12-15 теплосмен (1300°С - вода) [2].

Недостатком этого состава и способа также является использование силикат-глыбы, которая содержит большое количество легкоплавкого щелочного компонента Na₂O. Кроме того, такой способ перевода в наноразмерные частицы путем дегидратационного диспергирования гидратированной тонкомолотой до удельной поверхности 2500-3000 см²/г натриевой силикат-глыбы при температуре 200-600°С является сложным и требует больших энергетических затрат.

Целью изобретения является устранение вышеуказанных недостатков магнезитового жаростойкого безобжигового бетона.

Исходные компоненты, входящие в состав сырьевой смеси для изготовления жаростойкого магнезитового бетона с повышенной температурой начала деформации под нагрузкой 0.2 МПа, °С и термической стойкостью изделий, следующие: полисиликаты натрия с силикатным модулем 6.5; магнезитовый заполнитель требуемых фракций тонкомолотый с удельной поверхностью 2500-3000 см²/г; тонкомолотые магнезит, лом периклазохромитовых изделий, шлам электрокорунда (наполнители) и вода.

Поставленная цель достигается тем, что состав для изготовления безобжигового магнезитового жаростойкого бетона, включающий магнезитовый заполнитель, тонкомолотый магнезит, силикат-глыбу в виде наноразмерных частиц, тонкомолотый магниевый концентрат, тонкомолотый диатомит и воду, взамен нанодисперсного связующего силикат-глыбы и тонкомолотых добавок - магниевого концентрата и диатомита - содержит коллоидные нанодисперсные полисиликаты натрия, тонкомолотый лом периклазохромитовых изделий и тонкомолотый шлам электрокорунда соответственно при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Корунд (α-Аl₂О₃) является устойчивой кристаллической формой оксида алюминия. Высокая прочность структурной решетки обуславливается плотной упаковкой анионов кислорода, между которыми располагаются катионы алюминия. Корунд обладает высокой твердостью 9 (по шкале Мооса), плотностью - 3,80-3,92 г/см³, химической инертностью. Температура плавления корунда составляет 2050°С. Химический состав используемого электрокорундового шлама в %: Аl₂O₃ - 87,89; SiO₂ - 2,11; Fe₂O₃ - 3,68; TiO₂ - 4,62; CaO - 0,64; MgO - 0,28; R₂O - 0,31; С - 0,40.

Химический состав лома бывших в эксплуатации периклазохромитовых изделий в %: MgO - 57,6-68,3; Сr₂О₃ - 6,8-12,5; SiO₂ - 3,5-5,4; CaO - 7,8-9,2; Аl₂O₃ - 4,2-4,6.

Используемый лом периклазохромитовых изделий отвечает требованиям ГОСТ 23077-99 «Заполнители огнеупорные. Технические условия» и ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия»

Коллоидные нанодисперсные полисиликаты представляют переходную область составов от жидких стекол к кремнезолям и классифицируются как наноматериалы.

Структурным элементом полисиликата является кремнекислородный тетраэдр, который является основной полимерной составляющей полисиликатов.

Основным отличием полисиликатов от жидких стекол (высокощелочных силикатных систем) является их полимерная форма, представляющая кремнеземные частицы размером от 4 до 5 нм. Полимерная форма составляет 60% и более от общего содержания кремнезема, что обеспечивает высокие прочностные свойства образующихся гелевых структур. Эффективность полисиликатов в 4 раза выше эффективности жидких стекол, что позволяет использовать технологические растворы с более низкой концентрацией.

Способ изготовления магнезитового жаростойкого бетона из указанного выше состава заключался в том, что изначально в лабораторных условиях изготавливали полисиликаты натрия с силикатным модулем 6.5, который согласно пат. РФ 2124475 получали путем введения в 20%-ный водный раствор силиката натрия 16%-ного гидрозоля диоксида кремния при их соотношении 1:1.6, перемешивания при 100°С в течение 3,0 ч с последующей выдержкой не более 0,5 ч.

Затем отдозированные сухие тонкомолотые компоненты различного состава (табл. 1) с удельной поверхностью 2500-3000 см²/г, состоящие из магнезита, лома периклазохромитовых изделий, шлама электрокорунда с коллоидным полисиликатом натрия, перемешивали с добавлением воды (В/В=0.3-0.4 в зависимости от состава смеси) в лабораторном высокоскоростном смесителе до получения однородной суспензии. После чего полученную суспензию перемешивали совместно с огнеупорным магнезитовым заполнителем в лопастной лабораторной мешалке принудительного действия до получения однородной массы.

Из полученной гомогенной массы различного состава изготавливали образцы для определения температуры деформации под нагрузкой 0.2 МПа (ГОСТ 20910-90), термостойкости (ГОСТ 20910-90) и водостойкости К_разм (Микульский В.Г. и др. Строительные материалы. - М.: АСВ, 2004.-28 с.). Образцы изготавливали путем послойной трамбовки. Для формования бетона могут быть применены также другие методы и способы, например: формование путем вибрирования; вибропрессование; прессование (одноступенчатое и двухступенчатое в пресс-форме) и др.

Твердение отформованных образцов осуществляли в лабораторном сушильном шкафу по режиму: подъем температуры до 200°С в течение 1 ч, выдержка при этой температуре 2 ч до полного удаления воды.

Соотношения компонентов по предлагаемому и известному составам представлены в табл. 1, а результаты испытаний известных и предлагаемых (см. табл. 1) приведены в табл. 2. Из приведенных в табл. 2 данных следует, что предлагаемые составы имеют более высокие показатели термостойкости, температуры начала деформации под нагрузкой 0.2 МПа и водостойкости, чем известные.

Таким образом, жаростойкий бетон, полученный по вышеприведенному составу и способу с использованием в качестве вяжущего коллоидного нанодисперсного полисиликата натрия взамен наноразмерных частиц силикат-глыбы показывает, что с увеличением силикатного модуля (SiO₂/Na₂O), т.е. с повышением кремнеземистого составляющего SiO₂, содержание легкоплавкого компонента Na₂O понижается, в результате чего термостойкость, температура начала деформации под нагрузкой 0,2 МПа и водостойкость жаростойкого бетона повышаются. Повышению этих показателей способствует тонкомолотые добавки - лом периклазохромитовых изделий и шлам электрокорунда, так как они являются высокоогнеупорными сырьевыми компонентами для получения жаростойких бетонов и обладают высокой твердостью, плотностью, инертностью, что способствует повышению огнеупорности, адгезии (оных) и когезионной прочности жаростойкого бетона.

Литература

1. Тотурбиев Б.Д. Строительные материалы на основе силикат-натриевых композиций. - М.: Стройиздат, 1988.

2. Патент РФ №2377218, Бюл. №36, 27.12.2009.