КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖАРОСТОЙКИХ БЕТОНОВ Российский патент 2016 года по МПК C04B28/34 C04B14/00 C04B111/20 

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких бетонов на основе химических связующих. К химически связующим, применяемых 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; Н₃РО₄ - 10-15; шлаки от выплавки ферротитана с содержанием, мас. %: SiO₂ - 2,5; Al₂O₃ - 72,18; TiO₂ - 10,2; Fe₂O₃ - 0,30; СаО - 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°С 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, песок, шлак от выплавки ферротитана и Н₃РО₄, дополнительно вводят нефелиновый отвальный шлам с содержанием, %: SiO₂ - 31,9; Al₂O₃ - 5,8; Fe₂O₃ - 4,3; СаО - 55,7; MgO - 1,4; R₂O - 1,8 и SO₃ - 0,5 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

отработанный катализатор ИМ-2201 10-15 нефелиновый отвальный шлам 33-40 песок 10-13 Н₃РО₄ 10-15 шлак от выплавки ферротитана 24-30

Нефелиновый шлам (белитовый) представляет собой пескообразную смесь с выраженными вяжущими свойствами. Нефелиновый шлам Ачинского глиноземного комбината (ОАО «РУСАЛ Ачинск», Красноярский край) является «хвостовым» продуктом переработки кия-шалтырских нефелинов и известняка Мазульского рудника, получаемым после извлечения глинозема и содопродуктов.

Сырьевую базу Ачинского глиноземистого комбината (АГК) составляют Кия-Шалтырский нефелиновый рудник (Кемеровская область), где добыча руды ведется открытым способом, и Мазульский известняковый рудник (г. Ачинск). АГК работает по уникальной технологии, разработанной Всероссийским (Всесоюзным) алюминиево-магниевым институтом (ВАМИ). Она основана на использовании метода спекания нефелиновой руды с известняком и последующей гидрохимической переработкой спека. АГК является единственным в мире предприятием, занимающимся промышленной переработкой нефелиновой руды. Химический состав нефелинового отвального шлама приведен в таблице 1.

Фазово-минералогический состав нефелинового отвального шлама, мас. %: 85 - белит (β-2СаО·SiO₂); суммарное содержание примесных фаз - 15%, в том числе: 4 - Са(ОН)₂, 3 - СаСО₃, 2 - гидрокарбоалюминат (3СаО·Al₂O₃·СаСО₃·11H₂O), 2 - гидроалюмосиликат натрия (Na₂O·Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O), 2 - нефелин, 2 - стекло.

Наличие в шламах минералов, обладающих гидравлической активностью белита (C₂S), и их гидратов предопределяет возможность получения совместно с фосфатными связующими - вяжущих веществ.

Гранулометрический состав нефелинового шлама представлен в таблице 2.

Для изготовления жаростойких бетонов использовались:

а) 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;

б) в качестве алюмосодержащего огнеупорного материала использовался шлак от выплавки ферротитана. Шлак имеют плотную структуру, прочность при сжатии более 100 МПа, огнеупорность выше 1770°С, температуру под нагрузкой 0,2 МПа выше 1700°С. Усредненный химический состав представлен в таблице 1.

в) в качестве связующей - ортофосфорная кислота Н₃РО₄ в чистом виде по ГОСТ 6552-80, норма - чистый (ч.) ОКП 26 1213 0021 10. Массовая доля ортофосфорной кислоты (Н₃РО₄) не менее 85%, плотность не менее 1,69 г/см³;

г) 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 3, - нагревание до 500°С с подъемом температуры до 200°С со скоростью 60°С/час и до 500°С-150°С/час, выдерживание в течение 4 часов, охлаждение вместе с печью.

В таблице 4 представлены физико-механические показатели жаростойкого бетона.

Как видно из таблицы 4, жаростойкий бетон из предложенных составов имеет более высокие показатели по механической прочности и термостойкости, чем прототип.

Полученное техническое решение при использовании нефелинового отвального шлама 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 в виде фосфатных связок. Техническим результатом изобретения являются повышения предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких бетонов. Это достигается добавлением в композицию на основе фосфорной кислоты, шлака от выплавки ферротитана, песка и отработанного катализатора нефелинового отвального шлама с содержанием, %: SiO₂ - 31,9; Al₂O₃ - 5,8; Fe₂O₃ - 4,3; СаО - 55,7; MgO - 1,4; R₂O - 1,8 и SO₃ - 0,5, при следующем соотношении компонентов, мас. %: отработанный катализатор ИМ-2201 10-15, нефелиновый отвальный шлам 33-40, песок 10-13, Н₃РО₄ 10-15, шлак от выплавки ферротитана 24-30. 4 табл.

Композиция для изготовления жаростойких бетонов, включающая отработанный катализатор ИМ-2201, песок, шлак от выплавки ферротитана и Н₃РО₄, дополнительно содержит нефелиновый отвальный шлам с содержанием, %: SiO₂ - 31,9; Al₂O₃ - 5,8; Fe₂O₃ - 4,3; СаО - 55,7; MgO -1,4; R₂O - 1,8 и SO₃ - 0,5 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
отработанный катализатор ИМ-2201 10-15 нефелиновый отвальный шлам 33-40 песок 10-13 Н₃РО₄ 10-15 шлак от выплавки ферротитана 24-30