КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖАРОСТОЙКИХ БЕТОНОВ Российский патент 2016 года по МПК C04B28/34 C04B111/20 

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-глыбу (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 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 и H₃PO₄, дополнительно вводят карбонатный шлам системы водоочистки, алюмокальциевый шлам и шлам щелочного травления алюминия и его сплавов с содержанием, мас.%: SiO₂ - 1,8; Al₂O₃ - 48,8; Fe₂O₃ - 1,2; CaO - 1,3; MgO - 2,5; R₂O - 9,9; п.п.п. 34,5 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

отработанный катализатор ИМ-2201 10-15 карбонатный шлам системы водоочистки 33-40 алюмокальциевый шлам 10-13 H₃PO₄ 10-15

шлам щелочного травления алюминия и его сплавов

с содержанием, мас.%: SiO₂ - 1,8; Al₂O₃ - 48,8; Fe₂O₃ - 1,2;

CaO - 1,3; MgO - 2,5; R₂O - 9,9; п.п.п. 34,5 24-30

На Самарском металлургическом заводе, побочными продуктами производства являются шламы - высокодисперсные продукты.

На данном предприятии техногенные отходы в основном представлены:

1) шламом щелочного травления алюминия и его сплавов (алюмощелочной), образуется в результате травления алюминиевой ленты щелочью NaOH;

2) шламом систем водоочистки (карбонатным), который получается после обработки алюминиевой ленты карбонатным шламом, образующегося после умягчения воды;

3) алюмокальциевым шламом, представляющим собой смесь первых двух.

Шламы (все три шлама) представляют собой высокодисперсные гомогенные смеси. Удельная поверхность их составляет (10-12)·10³ см²/г, 80% их состава приходится на частицы размером менее 100 мкм, также присутствуют частицы с более тонкой дисперсией - 20-80 нм. Такая тонкость компонентов является особо ценным свойством шламовых отходов, так как обеспечивает повышенную гомогенизацию фосфатных связок в процессе их синтезирования. Огнеупорные изделия на базе синтезированных фосфатных связок, возможно, применять практически в любых элементах футеровки: в виде торкрет - масс, штучных блоков, различных обмазок, как связующее в элементах кладки. Рабочая температура таких огнеупоров в зависимости от состава варьируется от 1600 до 1700°C, химический состав используемых компонентов приведен в таблице 1.

Для изготовления жаростойких бетонов (композитов) использовалась в качестве связующей ортофосфорная кислота H₃PO₄ в чистом виде по ГОСТ 6552-80, норма - чистый (ч.) ОКП 261213002110. Массовая доля ортофосфорной кислоты (H₃PO₄), не менее 85%, плотность не менее 1,69 г/см³.

В предложенных составах, 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 особую термообработку.

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 шлама щелочного травления алюминия и его сплавов; шлама систем водоочистки (карбонатным) и алюмокальциевого шлама позволяет значительно 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 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. Пат РФ №2521005, МПК C04B 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. Техническим результатом изобретения является повышение предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких бетонов. Композиция для жаростойкого бетона содержит фосфорную кислоты и отработанный катализатор ИМ-2201, карбонатный шлам системы водоочистки, алюмокальциевый шлам и шлам щелочного травления алюминия и его сплавов с содержанием, мас.%: SiO₂ - 1,8; Al₂O₃ - 48,8; Fe₂O₃ - 1,2; CaO - 1,3; MgO - 2,5; R₂O - 9,9; п.п.п. 34,5 при следующем соотношении компонентов, мас.%:отработанный катализатор ИМ-2201 10-15, карбонатный шлам системы водоочистки 33-40, алюмокальциевый шлам 10-13, H₃PO₄ 10-15, шлам щелочного травления алюминия и его сплавов с содержанием, мас.%: SiO₂- 1,8; Al₂O₃ - 48,8; Fe₂O₃ - 1,2; CaO - 1,3; MgO - 2,5; R₂O - 9,9; п.п.п. 34,5 24-30. Использование техногенного сырья при получении жаростойкого бетона способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды и расширению сырьевой базы для строительных материалов. 2 табл.

Композиция для изготовления жаростойких бетонов, включающая отработанный катализатор ИМ-2201 и Н₃РО₄, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит карбонатный шлам системы водоочистки, алюмокальциевый шлам и шлам щелочного травления алюминия и его сплавов с содержанием, мас.%: SiO₂ - 1,8; Al₂O₃ - 48,8; Fe₂O₃ - 1,2; СаО - 1,3; MgO - 2,5; R₂O - 9,9; п.п.п. 34,5 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
отработанный катализатор ИМ-2201 10-15 карбонатный шлам системы водоочистки 33-40 алюмокальциевый шлам 10-13 Н₃РО₄ 10-15 шлам щелочного травления алюминия и его   сплавов с содержанием, мас.%: SiO₂ - 1,8;   Al₂O₃ - 48,8; Fe₂O₃ - 1,2; CaO - 1,3; MgO - 2,5;   R₂O - 9,9; п.п.п. 34,5 24-30