КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖАРОСТОЙКИХ БЕТОНОВ Российский патент 2016 года по МПК C04B28/34 

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 обогащения угля - 15-20; межсланцевая глина, образующаяся при добыче горючих сланцев - 15-20 (пат. Российской Федерации №2440312, МПК С04В 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; H₃PO₄ - 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 - 3,3 - 24-30 (пат. Российской Федерации №2521005, МПК С04В 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. №2013102609. 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 (композита).

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, песок и H₃PO₄, дополнительно вводят кальцийсодержащий шлак от производства среднеуглеродистого феррохрома с содержанием: %: Cr₂O₃ - 4,91; SiO₂ - 26,38; Al₂O₃ - 5,63; FeO - 1,0; CaO - 49,18; MgO - 12,9 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

отработанный катализатор ИМ-2201 10-15 щебень 33-40 песок 10-13 H₃PO₄ 10-15 кальцийсодержащий шлак от производства среднеуглеродистого   феррохрома с содержанием: %: Cr₂O₃ - 4,91; SiO₂ - 26,38;   Al₂O₃ - 5,63; FeO - 1,0; CaO - 49,18; MgO - 12,9 24-30.

Кальцийсодержащий шлак от производства среднеуглеродистого феррохрома образуется при выплавке ферросплавов в плавильных печах при производстве среднеуглеродистого феррохрома. Гранулометрический состав представлен фракцией 0-1 мм - 100%.

Минералогический состав представлен следующими основными минералами: аморфной стеклофазой, кварцем (SiO₂), хромшпинелью (Mg, Fe)(Cr, Al, Fe)₂O₄, волластонитом Ca₃[Si₃O₉]; эпидотом Ca₂(Al, Fe)₃O(OH)[SiO₄][Si₂O₇]; цоизитом Ca₂Al₃O(OH)[SiO₄][Si₂O₇]; серпентином Mg₆(OH)₈[Si₄O₁₀]; пироксеном Ca(Mg, Fe)[Si₂O₆]; пиритом (FeS₂). Химический состав компонентов 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 26 1213 0021 10. Массовая доля ортофосфорной кислоты (H₃PO₄), 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 особой термообработки.

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/ч и до 500°C - 150°C/ч, 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 кальцийсодержащего шлака от производства среднеуглеродистого феррохрома позволяет 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.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Пат. Российской Федерации №2440312, МПК С04В 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. Пат. РФ №2521005, МПК С04В 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. №2013102609. Заявл. 21.01.2013; опубл. 27.06.2014. Бюл. №18.

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких бетонов на основе химических связующих. Технический результат заключается в повышении предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких бетонов. Композиция для изготовления жаростойких бетонов включает компоненты при следующем соотношении, мас.%: отработанный катализатор ИМ-2201 10-15, щебень 33-40, песок 10-13, H₃PO₄ 10-15, кальцийсодержащий шлак от производства среднеуглеродистого феррохрома с содержанием, %: Cr₂O₃ - 4,91; SiO₂ - 26,38; Al₂O₃ - 5,63; FeO - 1,0; CaO - 49,18; MgO - 12,9 24-30. 3 табл.

Композиция для изготовления жаростойких бетонов, включающая отработанный катализатор ИМ-2201, щебень, песок и Н₃РО₄, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальцийсодержащий шлак от производства среднеуглеродистого феррохрома с содержанием, %: Cr₂О₃ - 4,91; SiO₂ - 26,38; Al₂O₃ - 5,63; FeO - 1,0; СаО - 49,18; MgO - 12,9 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
отработанный катализатор ИМ-2201 10-15 щебень 33-40 песок 10-13 Н₃РО₄ 10-15 кальцийсодержащий шлак от производства среднеуглеродистого   феррохрома с содержанием, %: Cr₂O₃ - 4,91; SiO₂ - 26,38;   Al₂O₃ - 5,63; FeO - 1,0; СаО - 49,18; MgO - 12,9 24-30