Состав и способ изготовления кварцитового жаростойкого бетона Российский патент 2018 года по МПК C04B28/26 C04B35/14 C04B40/00 B82B3/00 C04B111/20 C04B111/27 

Изобретение относится к промышленности огнеупорных материалов, а именно жаростойким бетонам и может быть использовано при изготовлении изделий из кварцитового жаростойкого бетона. Технический результат - повышение температуры начала деформации под нагрузкой 0.2 МПа °C и термической стойкости изделий из кварцитового жаростойкого бетона.

Известен способ изготовления жаростойких бетонов на основе силикат-натриевых композиций [1].

Недостатком известного способа является использование в качестве связующего - силикат-глыбу, которая содержит легкоплавкий щелочной компонент Na₂O, с увеличением содержания которого снижается температура службы и термическая стойкость жаростойкого бетона.

Наиболее близкими к заявляемому техническому решению по совокупности признаков, т.е. прототипами, являются состав и способ для изготовления кварцитового жаростойкого бетона [1], включающее, мас. %: кварцитовый заполнитель 70-91; тонкомолотый кварцит 6-20; натриевая силикат глыба с силикатным модулем 2,7-3 в виде наноразмерных частиц 1-4; тонкомолотый диатомит 2-6; вода из расчета В/Т 0,12-0,14. Основные показатели бетона: температура начала деформации под нагрузкой 0.2 МПа - 1510°С; термическая стойкость - 12-15 (1300°С - вода) число теплосмен.

Недостатком этого состава и способа является то, что связующее силикат-глыба содержит большое количество легкоплавкого щелочного компонента Na₂O, которое приводит к снижению температуры службы, термической стойкости и водостойкости бетона. Кроме того, такой способ перевода натриевой силикат-глыбы в наноразмерные частицы путем дегидратационного диспергирования гидратированной тонкомолотой до удельной поверхности 2500-3000 см²/г натриевой силикат-глыбы при температуре 200-600°С, является сложным и требует больших энергетических затрат.

Целью изобретения является устранение вышеуказанных недостатков кварцитового жаростойкого бетона.

Поставленная цель достигается тем, что состав для изготовления кварцитового жаростойкого бетона, включающий кварцитовый заполнитель, тонкомолотый кварцит, натриевую силикат глыбу в виде наноразмерных частиц, тонкомолотый диатомит и воду, отличается тем, что он взамен нанодисперсного связующего силикат-глыбы и тонкомолотых добавок: кварцита и диатомита, содержит коллоидные нанодисперсные полисиликаты натрия и природный аморфный тонкодисперсный кремнезем, соответственно при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Кварцитовый заполнитель 80-90 Коллоидный нанодисперсный полисиликат натрия 5-7 Природный тонко дисперсный аморфный кремнезем 3-15

Исходные компоненты, входящие в состав сырьевой смеси для изготовления жаростойкого кварцитового бетона с повышенной температурой начала деформации под нагрузкой 0.2 МПа °C, термической стойкостью и водостойкости изделий, следующие: коллоидный нанодисперсный полисиликат натрия силикатным модулем - 6.5, кварцитовый заполнитель требуемых фракций, природный аморфный тонкодисперсный кремнезем и вода - любая, кроме минеральных вод.

Химический состав природного аморфного кремнеземистого сырья следующий, % мас: SiO₂ - 87,00; Al₂O₃ - 5,00; TiO₃ 0,3; Fe₂O₃ - 2,25; P₂O₅ - 0,07; FeO<0,25; СаО - 0,72; MgO - 0,50; MnO - 0,02; K₂O - 1,03; Na₂O - 0,58; SO₃<0,10; ППП - 2,26.

По ситовому анализу природное аморфное кремнеземистое сырье в основном представлено мелкодисперсными фракциями, остаток на сите, % мас.: 0,8 мм - 0,393; 0,315 мм - 2,889; 0,2 мм - 13,843; 0,04 мм - 53,833; 0,008 мм - 1,081, и проход через сито 0,008 мм - 27,91, в том числе до 20% - нанодисперсными частицами.

Коллоидные нанодисперсные полисиликаты представляют переходную область составов от жидких стекол к кремнезолям и классифицируются как наноматериалы.

Структурным элементом полисиликата является кремнекислородный тетраэдр. Он является основной составляющей полимерной формой полисиликатов.

Основным отличием полисиликатов от силикатов натрия (силикат-глыбы и жидких стекол - высокощелочных силикатных систем) является их полимерная форма, представляющая кремнеземные частицы размером от 4 до 5 нм. Полимерная форма составляет 60% и более от общего содержания кремнезема, что обеспечивает высокие прочностные свойства образующихся гелевых структур. Эффективность полисиликатов в 4 раза выше эффективности водных силикатов натрия, что позволяет использовать технологические растворы с более низкой концентрацией.

Способ изготовления кварцитового жаростойкого бетона из указанного выше состава заключался в том, что изначально в лабораторных условиях изготавливали нанодисперсные полисиликаты натрия с силикатным модулем 6.5, который, согласно пат. РФ 2124475, получали путем введения в 20%-ный водный раствор силиката натрия 16%-ного гидрозоля диоксида кремния в соотношении 1:1.6, перемешивая их при 100°С в течение 3,0 ч с последующей выдержкой не более 0,5 ч.

Затем отдозированные для каждого состава компоненты (табл. 1): коллоидные нанодисперсные полисиликаты натрия и сухой природный аморфный тонкодисперсный кремнезем, с добавлением воды (В/Т=0.12-0.14 от общей массы сухих компонентов в зависимости от состава смеси) перемешивали в лабораторном высокоскоростном смесителе до получения однородной суспензии. После чего в полученную для каждого состава суспензию перемешивали совместно огнеупорный кварцитовый заполнитель и вводили в лопастной лабораторной мешалке принудительного действия до получения однородной массы.

Из полученной массы различного состава изготавливали образцы для определения температуры деформации под нагрузкой 0.2 МПа (ГОСТ 20910-90), термостойкости (ГОСТ 20910-90) и водостойкости К_разм (Микульский В.Г. и др. Строительные материалы. - М.: АСВ, 2004. - 28 с). Образцы изготавливали путем послойной трамбовки. Для формования бетона могут быть применены также другие методы и способы, например: формование путем вибрирования; вибропрессование; прессование (одноступенчатое и двухступенчатое в пресс-форме) и др.

Твердение отформованных образцов осуществляли в лабораторном сушильном шкафу по режиму: подъем температуры до 200°С в течение 1 ч, выдержка при этой температуре 2 ч до полного удаления воды.

Соотношения компонентов по предлагаемому и известному составам представлены в табл. 1, а результаты испытаний этих составов приведены в табл. 2. Из приведенных в табл.2 данных следует, что предлагаемые составы имеют более высокие показатели термостойкости, температуры начала деформации под нагрузкой 0.2 МПа и водостойкости, чем известные.

Таким образом, жаростойкий бетон, полученный по вышеприведенному составу и способу с использованием в качестве вяжущего коллоидного нанодисперсного полисиликата натрия взамен наноразмерных частиц силикат-глыбы показывает, что с увеличением силикатного модуля (SiO₂/Na₂O), т.е. с повышением кремнеземистого составляющего SiO₂ содержание легкоплавкого компонента Na₂O понижается, в результате чего термостойкость, температура начала деформации под нагрузкой 0,2 МПа и водостойкость жаростойкого бетона повышаются. Кроме того, повышению этих показателей свойств способствует природный тонкодисперсный кремнезем, так как он содержит до 20% нанодисперсные частицы и высокоогнеупорные оксиды: SiO₂ - 87%, Al₂O₃ - 5%.

Литература

1 Тотурбиев Б.Д. Строительные материалы на основе силикат-натриевых композиций. - М.: Стройиздат, 1988. 208 с.

2. Патент РФ №2374202, Бюл. №33, 27.11.2009.

Изобретение относится к промышленности огнеупорных материалов, а именно жаростойким бетонам, и может быть использовано при изготовлении изделий из кварцитового жаростойкого бетона. Технический результат - повышение температуры начала деформации под нагрузкой 0.2 МПа °C, термической стойкости и водостойкости изделий из кварцитового жаростойкого бетона. Состав для изготовления кварцитового жаростойкого бетона, включающий: связующее, кварцитовый заполнитель и воду, содержит в качестве связующего коллоидный полисиликат натрия с силикатным модулем 6,5, полученный путем введения в 20%-ный водный раствор силиката натрия 16%-ного гидрозоля диоксида кремния в соотношении 1:1,6, перемешивания при 100°С в течение 3 ч с последующей выдержкой 0,5 ч, и в качестве наполнителя - природный тонкодисперсный аморфный кремнезем следующего химсостава, мас.%: SiO₂ - 87,00; Al₂O₃ - 5,00; TiO₃ 0,3; Fe₂O₃ - 2,25; P₂O₅ - 0,07; FeO менее 0,25; СаО - 0,72; MgO - 0,50; MnO - 0,02; K₂O - 1,03; Na₂O - 0,58; SO₃ менее 0,10; ППП - 2,26, при следующем соотношении компонентов, мас. %: кварцитовый заполнитель 80-90, коллоидный полисиликат натрия 5-7, природный тонкодисперсный аморфный кремнезем 3-15, вода из расчета В/Т 0,12-0,14. Способ изготовления кварцитового жаростойкого бетона из указанного выше состава, включающий введение в коллоидный полисиликат натрия аморфного кремнезема и добавление воды, перемешивание в высокоскоростном смесителе с получением однородной суспензии, с последующим ее перемешиванием с кварцитовым заполнителем в лопастной мешалке принудительного действия до получения однородной массы, формование ее путем послойной трамбовки, твердение по режиму - подъем температуры до 200°С - 1 ч, выдержка 2 часа. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

1. Состав для изготовления кварцитового жаростойкого бетона, включающий: связующее, кварцитовый заполнитель и воду, отличающийся тем, что он содержит в качестве связующего коллоидный полисиликат натрия с силикатным модулем 6,5, полученный путем введения в 20%-ный водный раствор силиката натрия 16%-ного гидрозоля диоксида кремния в соотношении 1:1,6, перемешивания при 100°С в течение 3 ч с последующей выдержкой 0,5 ч, и в качестве наполнителя - природный тонкодисперсный аморфный кремнезем следующего химсостава, мас.%: SiO₂ 87,00; Al₂O₃ 5,00; TiO₃ 0,3; Fe₂O₃ 2,25; P₂O₅ 0,07; FeO менее 0,25; СаО 0,72; MgO 0,50; MnO 0,02; K₂O 1,03; Na₂O 0,58; SO₃ менее 0,10; ППП 2,26, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кварцитовый заполнитель 80-90 Коллоидный полисиликат натрия 5-7 Природный тонкодисперсный аморфный кремнезем 3-15 Вода из расчета В/Т 0,12-0,14

2. Способ изготовления кварцитового жаростойкого бетона из состава по п. 1, включающий введение в коллоидный полисиликат натрия аморфного кремнезема и добавление воды, перемешивание в высокоскоростном смесителе с получением однородной суспензии, с последующим ее перемешиванием с кварцитовым заполнителем в лопастной мешалке принудительного действия до получения однородной массы, формование ее путем послойной трамбовки, твердение по режиму - подъем температуры до 200°С - 1 ч, выдержка 2 часа.