НИЗКОЦЕМЕНТНАЯ ОГНЕУПОРНАЯ БЕТОННАЯ СМЕСЬ

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления огнеупорной бетонной футеровки высокотемпературных тепловых агрегатов в различных отраслях промышленности.

Известна низкоцементная огнеупорная бетонная смесь, включающая кальциево-алюминатное вяжущее (глиноземистый цемент), микрокремнезем, тонкодисперсную высокоглиноземистую добавку, поверхностно-активные вещества и огнеупорный заполнитель (Shikano Н., Joshitomi J., Kanda M. et al. Role of Silica Flour in Low Cement Castable. - Taikabutsu Overseas. 1990, vol. 10 N l, p. 17-22).

Однако этой бетонной смеси присуши недостатки, связанные с ускоренными процессами структурообразования и схватывания, приводящие к необходимости повышения влажности смеси для обеспечения требуемой пластичности во время изготовления огнеупорной футеровки. Это, в свою очередь, приводит к повышенной пористости бетона и снижению его прочности.

Эти недостатки пытаются устранить путем использования специального типа кальциево-алюминатных вяжущих, характеризующихся пониженной поверхностной химической активностью по сравнению с обычно применявшимися вяжущими (Eguchi Т. , Takita., Joshitomi J. et al. Low-Cement-Bonded Castable Refractories. - Taikabutsu Overseas. 1989, vol. 9 N l, p.10-25). У этих вяжущих порошков преимущественный размер частиц составляет 40-50 мкм против 4-5 мкм для обычных цементов, что приводит к 4-5 кратному замедлению гидратации и структурообразования в начальный период и тем самым к снижению скорости схватывания и твердения, что создает возможность для выполнения технологических операций по приготовлению, транспортированию и укладке бетонной смеси для футеровки тепловых агрегатов.

Однако указанные бетоны при невысокой водопотребности и нормальных сроках схватывания характеризуются относительно низкими показателями прочности.

Этих недостатков лишена наиболее близкая к предлагаемому веществу и принятая нами за прототип огнеупорная бетонная смесь по изобретению 2135433, авторы Сырых В.А. и Залдат Г.И. "Огнеупорная бетонная смесь". (Бюл. изобретений 24 от 27.08.99 г.). Данная бетонная смесь включает, в мас.%:
Тонкомолотый шлак от алюминотермической выплавки металлического хрома - 5-20
Ультрадисперсный кремнезем - 2-10
Поверхностно-активное вещество - 1-2
Огнеупорный заполнитель - Остальное
Эта смесь характеризуется пониженной влажностью при хорошей удобоукладываемости (пластичности) и необходимых сроках схватывания.

Вместе с тем, промышленный опыт применения данной смеси выявил целесообразность повышения скорости твердения бетона в начальный (до 3-х суток) период выдержки бетонной футеровки с целью сокращения сроков ремонта тепловых агрегатов.

Цель изобретения - повышение скорости твердения бетонной смеси в начальный период при сохранении термомеханических свойств, низкой водопотребности (влажности) смеси при хорошей пластичности (расплыве конуса) и нормальных сроков схватывания, то есть высокой технологичности приготовления и укладки бетона.

Указанный технический результат достигается тем, что в качестве кальциево-алюминатного вяжущего низкоцементная огнеупорная бетонная смесь содержит порошок с размером частиц от 0,5 до 40 мкм на основе измельченного крупнокристаллического продукта, матрица которого сформирована минералами СаО•2Аl₂O₃ и СаО•6Аl₂О₃ с габитусом кристаллов от 50 до 10000 мкм, полученного при медленном охлаждении (естественном охлаждении на воздухе) в слитке высокоглиноземистого расплава, откорректированного по составу при переплаве алюминотермических шлаков, при следующем соотношении компонентов, в мас.%:
Порошок на основе крупнокристаллического продукта - 2-10
Ультрадисперсная добавка - 1-15
Комплексный модификатор - 0,1-0,3
Огнеупорный заполнитель - Остальное
Указанный порошок характеризуется следующим химическим составом продукта, в мас. %: Аl₂О₃ - 61,3-80,7; СаО - 16,1-32,1; MgO - 0,4-4,2; FeO - 0,2-0,6; Сr₂О₃ - 0,3-0,7; SiO₂ - 0,1-1,5; Na₂О - 0,2-0,5 и С - 0,01-0,15.

Крупнокристаллическая структура плавленного продукта характеризуется пониженной активностью слагающих ее минералов, а степень ее активности растет с увеличением тонкости измельчения продукта за счет роста влияния механохимической составляющей активности. Большое значение на вяжущие свойства тонкомолотого продукта имеет регулирующее воздействие комплексного модификатора. Вышеперечисленное обеспечивает необходимое сочетание технологических характеристик и термомеханических свойств: нормальные сроки схватывания, низкую влажность бетонной смеси, хорошую удобоукладываемость наряду с большой скоростью твердения в начальный (до 3-х суток) период времени.

Процесс приготовления предлагаемой низкоцементной огнеупорной бетонной смеси заключается в смешивании до однородного состояния упомянутого порошка на основе крупнокристаллического продукта с комплексным модификатором, ультрадисперсными огнеупорными добавками и огнеупорным заполнителем.

Авторами выполнены сравнительные исследования свойств бетонной смеси, изготовленной из вышеперечисленных компонентов в различных их соотношениях, и бетонной смеси по прототипу.

В качестве огнеупорного заполнителя использовали белый электрокорунд, а в качестве комплексного модификатора - суперпластификатор С-3 и дефлокулянт - триполифосфат натрия. В качестве ультрадисперсных добавок - микрокремнезем, а также молотые циклонная пыль и шламы, образующиеся при производстве корунда. Образцы испытывали в соответствии с действующими стандартами - ГОСТы 310.1-76 - 310.4-76. 2409-95, 4071-94. В таблице приведены составы и результаты испытаний по определению физико-механических свойств бетонов предлагаемых составов ( 2-13) по сравнению с прототипом (образец 1). Испытания проводились в лаборатории "Инженерного Центра АС Теплострой". Из данных таблицы следует:
1. Образцы 2-5, в которых соотношения компонентов находятся в предлагаемом диапазоне, характеризуются как высокой скоростью твердения, так и наиболее высокими величинами механической прочности при достаточно хороших технологических показателях (влажности, удобоуклалываемости и сроках схватывания).

2. Уменьшение содержания упомянутого порошка на основе крупнокристаллического продукта ниже 2% (образцы 6 и 7) приводит к снижению прочности и скорости ее роста в суточном возрасте по сравнению с прототипом. Увеличение ввода упомянутого тонкомолотого плавленного продукта свыше 10% (образцы 8 и 9) повышает влажность смеси, что приводит к повышению пористости и, как следствие, к снижению стойкости футеровки.

3. При увеличении содержания ультрадисперсной добавки более 15% (образец 10) увеличивается водопотребность и снижается скорость твердения бетона. Уменьшение же этой добавки менее 1% (образец 11) также ведет к увеличению влажности из-за снижения пластичности смеси и соответственно ухудшения прочностных характеристик ниже прототипа.

4. При увеличении содержания комплексного модификатора более 0,3% (образец 12) практически не улучшаются термомеханические и технологические свойства бетона по сравнению с бетонами, содержащими 0,3% комплексного модификатора. Снижение же содержания комплексного модификатора ниже 0,1% приводит к резкому повышению водопотребности, снижению пластичности, что приводит к ухудшению физико-термических свойств бетона (образец 13). Здесь следует отметить, что предварительными исследованиями было установлено, что необходимое количество комплексного модификатора для получения оптимальных реологических свойств пропорционально зависит от количества порошка на основе крупнокристаллического продукта и ультрадисперсной добавки.

В диапазоне предлагаемого компонентного состава низкоцементной огнеупорной бетонной смеси исследовалось влияние таких факторов как крупность кристаллов, слагающих порошок на основе крупнокристаллического продукта и химический состав.

Установлено, что лучшие результаты по комплексу необходимых свойств смеси и бетона, их стабильности и воспроизводимости обеспечиваются при габитусе кристаллов главных минералов СаО•2Аl₂О₃ и СаО•6Аl₂О₃ от 50 до 10000 мкм при размере частиц порошка после измельчения от 0,5 до 40 мкм и следующем химическом составе продукта, в мас.%: Аl₂О₃ - 61,3-80,7; СаО - 16,1-32,1; MgO - 0,4-4,2; FeO - 0,2-0,6; Cr₂О₃ - 0,3-0,7; SiO₂ - 0,1-1,5; Na₂О - 0,2-0,5 и С - 0,01-0,15.

Таким образом, при тонком помоле крупнокристаллического продукта обеспечивается механохимическая активация вяжущего за счет деструкции минералов при их измельчении до размера частиц на 2-3 порядка меньше размера габитуса исходных кристаллов.

Предлагаемая низкоцементная огнеупорная бетонная смесь, отличительным признаком которой является введение в ее состав порошка на основе крупнокристаллического продукта, полученного путем медленного охлаждения (естественного охлаждения на воздухе) в слитке образовавшегося высокоглиноземистого расплава вместо ранее применявшихся кальциево-алюминатных вяжущих, обеспечивает получение технического результата - повышение скорости твердения бетонной смеси при сохранении низкой водопотребности (влажности), высокой пластичности и нормальных сроков схватывания, то есть высокой хорошей технологичности приготовления и укладки бетона. Важным преимуществом предлагаемой бетонной смеси является использование побочных продуктов производства взамен промышленно выпускаемых материалов.