КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖАРОСТОЙКИХ КОМПОЗИТОВ Российский патент 2014 года по МПК C04B28/34 C04B111/20 

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких бетонов на основе химических связующих. К химически 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 обогащения 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 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 отработанный катализатор ИМ-2201, щебень, песок и H₃PO₄, дополнительно вводят обожженный солевой алюминиевый шлак при температуре 1000°C с содержанием оксидов, мас.%: SiO₂ - 4,75; Al₂O₃ - 77,3; Fe₂O₃ - 1,6; CaO - 2,57; MgO - 7,5; R₂O - 5,13 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

отработанный катализатор ИМ-2201 10-15 щебень 33-40 песок 10-13 H₃PO₄ 10-15 обожженный солевой алюминиевый шлак при температуре   1000°C с содержанием оксидов, мас.%: SiO₂ - 4,75   Al₂O₃ - 77,3; Fe₂O₃ - 1,6; CaO - 2,57; MgO - 7,5   R₂O - 5,13 24-30

Солевой алюминиевый шлак является отходами алюминиевого производства. По показателям острой токсичности в эксперименте на теплокровных животных (мыши) и двух видов гидробионитов (ветвистоусые рачки Daphnia magna Straus и зеленые протококковые водоросли Scenedesmus guadricauda) солевые отходы относятся к III классу опасности по степени воздействия на организм и к IV классу опасности для окружающей среды. Солевые алюминиевые шлаки имеют следующий химический состав состава, мас.%: NaCl - 10,25; CaO+CaCO₃ - 14,28; MgO+MgCO₃ - 15,30; FeCl₃ - 0,001; SiO₂ - 3,10; Al₂O₃ - 41,282; KCl - 5,35; CuCl₂ - 0,001; алкилмеркаптиты Al - 0,545; предельные углеводороды - 0,001; Al (металлический) - 9,89.

Солевой алюминиевый шлак обжигался при температуре 1000°C до химического состава, представленного в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 Химические составы алюмосодержащих отходов производств Отход Содержание оксидов, мас.% SiO₂ Al₂O₃ Fe₂O CaO MgO Cr₂O₃ R₂O П.п.п 1. Обожженный солевой алюминиевый шлак 4,75 77,3 1,6 2,57 7,5 - 5,13 1,15 2. Отработанный катализатор ИМ-2201 7,90 74,5 0,15 - 0,10 14,8 1,57 - Таблица 2 Поэлементный химический состав отходов Отход Концентрация, мас.% O Al Mg Na Ca Fe Si Cr Обожженный солевой алюминиевый шлак 66,34 26,96 2,73 1,90 0,45 0,14 1,48 - Катализатор ИМ-2201 60,74 26,58 - 2,81 - - 2,82 8,1

После обжига солевого алюминиевого шлака химический состав его значительно обогатился оксидом алюминия (таблица 1), что будет способствовать повышению физико-механических свойств жаростойких композиций.

Для изготовления жаростойких бетонов использовались щебень и песок, отвечающие требованиям для производства бетонов:

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.

В качестве фосфатных связующих использовалась ортофосфорная кислота H₃PO₄ в чистом виде, но можно использовать однозамещенный фосфорнокислый алюминий Al(H₂PO₄)₃, двухзамещенный фосфорнокислый алюминий Al₂(H₂PO₄)₃, хромалюминий фосфорнокислый или алюмохромофосфатное связующее (АХФС) с общей формулой Cr_nAl_4-n(H₂PO₄)₂, где=1, 2, 3.

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 3 - 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.

Таблица 3 Составы для получения жаростойких бетонов Компоненты Содержание компонентов, мас.% 1 2 3 Отработанный катализатор ИМ-2201 10 12 15 Щебень 40 38 33 Песок 10 11 13 H₃PO₄ 10 12 15 Обожженные солевые алюминиевые шлаки 30 27 24

В таблице 4 представлены физико-механические показатели жаростойкого бетона.

Таблица 4 Физико-механические показатели жаростойкого бетона, после твердения и нагревания до температуры 1200°C Показатели Составы Прототип 1 2 3 Термостойкость, °C 34 38 41 29 Механическая прочность на сжатие, МПа 55,3 58,5 61,8 46 Огнеупорность, °C 1640 1670 1680 - Температура под нагрузкой 0,2 МПа, °C 1550 1580 1590 -

Полученное техническое решение при использовании обожженного солевого алюминиевого шлака позволяет повысить показатели по механической прочности и термостойкости жаростойкого бетона.

Использование техногенного сырья при получении жаростойкого бетона способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды, 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. 31.05.20910; 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.

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойкого бетона на основе химических связующих. Композиция для изготовления жаростойкого бетона, включающая отработанный катализатор ИМ-2201, щебень, песок и H₃PO₄, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит обожженный солевой алюминиевый шлак при температуре 1000°C с содержанием, мас.%: SiO₂ - 4,75; Al₂O₃ - 77,3; Fe₂O₃ - 1,6; CaO - 2,57; MgO - 7,5; R₂O - 5,13, при следующем соотношении компонентов, мас.%: отработанный катализатор ИМ-2201 10-15, щебень 33-40, песок 10-13, H₃PO₄ 10-15, указанный солевой шлак 24-30. Технический результат - повышение прочности при сжатии и термостойкости. 4 табл.

Композиция для изготовления жаростойкого бетона, включающая отработанный катализатор ИМ-2201, щебень, песок и H₃PO₄, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит обожженный солевой алюминиевый шлак при температуре 1000°C с содержанием, мас.%: SiO₂ - 4,75; Al₂O₃ - 77,3; Fe₂O₃ - 1,6; CaO - 2,57; MgO - 7,5; R₂O - 5,13 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
отработанный катализатор ИМ-2201 10-15 щебень 33-40 песок 10-13 H₃PO₄ 10-15 обожженный солевой алюминиевый шлак при температуре   1000°C с содержанием оксидов, мас.%: SiO₂ - 4,75   Al₂O₃ - 77,3; Fe₂O₃ - 1,6; CaO - 2,57; MgO - 7,5   R₂O - 5,13 24-30