СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖАРОСТОЙКОГО БЕТОНА Российский патент 2002 года по МПК C04B28/02 C04B111/20 

Изобретение относится к промышленности огнеупорных материалов и может быть использовано для производства изделий из жаростойкого бетона или товарного жаростойкого бетона при сооружении тепловых агрегатов с температурой эксплуатации более 1300^oС.

Известен способ получения жаростойких бетонов на основе портландцемента с огнеупорными составляющими (монолитный щебень и шамотный песок).

Недостатком этого способа является сравнительно невысокая температура применения жаростойкого бетона - 1100^oС (см. Справочник строителя "Сооружение промышленных печей" под редакцией И.А. Шишкова, издание 6-е, Москва, Стройиздат, 1986 г., стр. 74-75), при этом температура применения шамотных изделий, из отходов которых готовятся шамотный щебень и песок, составляет 1350...1400^oС (Огнеупорные изделия, материалы и сырье. Справочник. Издание 4-е. Москва, "Металлургия", 1991 г., стр. 35).

Известен способ получения жаростойкого бетона с температурой применения 1300^oС на составляющих из шамотного щебня и песка и использованием в качестве вяжущего жидкого стекла или глиноземистого цемента (см. СНиП 2.03.04-84, стр. 21, состав 16, 19).

Недостатком этого способа является высокая стоимость вяжущего и, как следствие, высокая стоимость жаростойкого бетона как на жидком стекле, так и на глиноземистом цементе.

В ближайшем из аналогов способе (авторское свидетельство 2070872) является получение жаростойкого бетона путем смешения портландцемента, добавки, получаемой путем мокрого помола кремнеземсодержащих компонентов и щелочного компонента, шамотного щебня и шамотного песка, где в качестве исходного сырья используют опал-кристоболитовую породу.

Поставленная цель достигается способом получения жаростойкого бетона путем смешения портландцемента, добавки, получаемой путем мокрого помола кремнеземсодержащих компонентов и щелочного компонента, шамотного щебня и шамотного песка, при помоле дополнительно вводят огнеупорный материал с содержанием Аl₂О₃ более 68%, а в качестве щелочного компонента используют жидкое стекло кислотностью 1,41...1,47 г/см³, а в качестве кремнеземсодержащего компонента кварцевый песок, а помол ведут до получения остатка на сите 63 мкм 7...8%.

Соотношение загружаемого сырья в шаровую мельницу, %:
Отходы из шамотного кирпича - 90-95
Кварцевый песок - 5-10
Исходное сырье загружается в шаровую мельницу мокрого помола.

По получении соответствующего зернового состава смесь проходит сушку, после чего ее смешивают с портландцементом.

Далее в смеситель подаются огнеупорные составляющие и портландцемент с добавкой.

Для сравнительной оценки влияния тонкомолотой шамотной добавки (ТШД) и высушенной концентрированной вяжущей суспензии (КВС) на свойства жаростойкого шамотного бетона готовили смеси следующих составов (табл.1).

Выбор оптимального В/Ц производился исходя из критерия достижения необходимой подвижности смеси при принятых режимах формования. Образцы-кубы с ребром 50 мм готовили в металлических разборных формах методом виброформования с пригрузом. Параметры уплотнения смесей были следующие: удельное статическое давление пригруза 0,1 кг/см², частота вибрации 50 Гц, амплитуда 0,3 мм. Продолжительность виброуплотнения во всех случаях составляла 1 мин.

Образцы, изготовленные описанным выше способом, хранили в течение 7 суток при температуре 18-22^oС во влажных условиях. После вызревания образцы высушивали при температуре 100-110^oС до постоянной массы, охлаждали до комнатной температуры и подвергали испытаниям. Определение свойства образцов производили по стандартным методикам.

Остаточную прочность жаростойких бетонов на сжатие после нагревания до 800^oC со скоростью, не превышающей 150-200^oС в 1 ч, выдерживали в течение 4 ч при 800^oС и затем охлаждали вместе с печью до комнатной температуры. После остывания три куба испытывали на сжатие. Остаточный предел прочности при сжатии:
R_ост.=(R⁸⁰⁰/R¹⁰⁰)100%,
где R⁸⁰⁰ и R¹⁰⁰ - пределы прочности при сжатии образцов соответственно после нагревания до 800^oС и высушенных при 100...110^oС, кг/см².

Из трех результатов, полученных при испытании образцов на сжатие, принимали среднее значение. Если один наименьший результат отличался более чем на 20% от следующего, большего показателя, предел прочности определяли по двум наибольшим результатам.

Результаты проведенных испытаний образцов различных составов приведены в табл.2.

Как следует из данных табл. 2, введение в состав бетонной смеси КВС вместо тонкомолотой шамотной добавки для всех исследованных составов:
1) обеспечивает повышение прочности показателей бетона в 1,2-1,5 раза;
2) способствует увеличению их остаточной прочности после термообработки при 800^oС;
3) позволяет повысить огнеупорность материалов до 1690^oС.

Способ поясняется чертежом.

Также, проведенные исследования показали, что введение в бетонную смесь КВС улучшает ее подвижность и удобоукладываемость. Это, по-видимому, можно объяснить пластифицирующими свойствами высокодисперсионной (коллоидной фазы) КВС. Как следствие, бетонные смеси, приготовленные с добавлением высушенной вяжущей суспензии, хорошо формуются при пониженных В/Ц (см. табл.1), обеспечивая тем самым более высокую плотность и прочность образцов бетона.

В табл.3 приведены справочные данные о характеристиках типовых шамотных бетонов на глиноземистом и высокоглиноземистом цементах.

Изделия бетонные (блоки) шамотные - по ТУ 14-8-130-74.

Марки: ШБВЦ-42 - на высокоглиноземистом цементе с массовой долей Аl₂О₃ не менее 42% (для применения при температурах до 1350^oС), ШБВЦ-40 - то же, с массовой долей Аl₂О₃ не менее 40% (до 1300^oС); ШБВЦ-38 - на глиноземистом цементе с массовой долей Аl₂О₃ не менее 38 (до 1250^oС); ШБВЦ-36 - то же, с массовой долей Аl₂О₃ не менее 36% (до 1100^oС). Изготовляют из шамотных заполнителей на высокоглиноземистом и глиноземистом цементе. Предназначены для футеровки тепловых агрегатов.

Сравнительный анализ свойств экспериментальных бетонов ПЦ с добавлением высушенной КВС и типовых шамотных бетонов на глиноземистом и высокоглиноземистом цементах позволяет сделать следующие выводы.

1. Использование в качестве микрозаполнителя концентрированной вяжущей суспензии позволяет получать шамотные жаростойкие бетоны на ПЦ, не уступающие по целому ряду показателей аналогичному классу бетонов на глиноземистом и даже высокоглиноземистом цементах.

2. Введение в бетонные смеси КВС в количестве 18-24% (соответственно портландцемента в количестве 6-12%) позволяет получить прочный шамотный бетон ПЦ с температурой применения до 1300^oС, при выполнении следующих требований к компонентам:
- портландцемент должен иметь марку не ниже 500 и достаточную активность;
- необходимо использовать шамотный заполнитель с содержанием Аl₂O₃ не менее 36%;
- КВС, используемая в виде микрозаполнителя, должна иметь остаток на сите 0,063 мкм не более 8% и содержание Аl₂О₃ не менее 68%.

Изобретение может быть использовано при изготовлении жаростойких изделий из бетона на портландцементе и получении жаростойкого бетона для монолитной футеровки различных тепловых агрегатов. Технический результат: получение жаростойкого бетона с температурой применения 1300^oС и стоимостью бетона в 2-3 раза ниже, чем в известном уровне техники. Способ получения жаростойкого бетона путем смешения портландцемента, добавки, получаемой путем мокрого помола кремнеземсодержащих компонентов и щелочного компонента, шамотного щебня и шамотного песка, предусматривает, что при помоле дополнительно вводят огнеупорный материал с содержанием Al₂O₃ более 68%, а в качестве щелочного компонента используют жидкое стекло плотностью 1,41-1,47 г/см³, в качестве кремнеземсодержащего компонента кварцевый песок, а помол ведут до получения остатка на сите 63 мкм 7-8% с последующей сушкой. 3 табл., 1 ил.

Способ получения жаростойкого бетона путем смешения портландцемента, добавки, получаемой путем мокрого помола кремнеземсодержащего компонента и щелочного компонента, шамотного щебня и шамотного песка, отличающийся тем, что при помоле дополнительно вводят огнеупорный материал с содержанием Al₂O₃ более 68%, в качестве щелочного компонента используют жидкое стекло плотностью 1,41-1,47 г/см³, в качестве кремнеземсодержащего компонента - кварцевый песок, а помол ведут до получения остатка на сите 63 мкм 7-8% с последующей сушкой.