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

Состав и способ изготовления динасового жаростойкого бетона

Изобретение относится к промышленности огнеупорных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий из динасового жаростойкого бетона. Технический результат - повышение термостойкости и водостойкости изделий из динасового жаростойкого бетона.

Известен способ изготовления безобжиговых огнеупоров [1].

Недостатком известного способа является использование в качестве связующего - силикат-глыбы, которая содержит легкоплавкий щелочной компонент Na₂O, что приводит к снижению термостойкости и водостойкости жаростойкого бетона.

Наиболее близкими к заявляемому техническому решению по совокупности признаков (прототип) являются способ и состав для изготовления динасового жаростойкого бетона [2], включающий, мас.%: динасовый заполнитель 60-80, тонкомолотый динас 8-16, тонкомолотый боксит 6-10, тонкомолотый кварцит 4-10, силикат-глыба с силикатным модулем 2,7-3,0 в виде наноразмерных частиц 2-4 и вода из расчета В/Т 0,12-0,14 с основными показателями: термическая стойкость теплосмен (1300°С - вода) - 57-66, водостойкость - 0,61.

Недостатком этого состава и способа также является использование натриевой силикат-глыбы, которая содержит большое количество легкоплавкого щелочного компонента Na₂O, что снижает термическую стойкость при 1300°С и водостойкость динасового жаростойкого бетона. Кроме того, такой способ перевода 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 повышение термической стойкости при 1300°С, водостойкости динасового жаростойкого бетона и исключение технологически сложного способа перевода силикат-глыбы в наноразмерные частицы, требующего больших энергетических затрат.

Исходные компоненты, входящие в состав сырьевой смеси для изготовления изделий из динасового жаростойкого бетона с повышенной термической стойкостью и водостойкостью, следующие: динасовый заполнитель фракции 0,15-7 мм, тонкомолотый динас с удельной поверхностью 2500-3000 см²/г, тонкомолотый цирконовый концентрат с удельной поверхностью 2500-3000 см²/г, природный аморфный тонкодисперсный кремнезем (ниже приведены химический состав и ситовый анализ), коллоидный полисиликат натрия с силикатным модулем 6.5, полученный по примеру 1, пат. РФ 2124475, и вода.

Поставленная цель достигается тем, что состав для изготовления динасового жаростойкого бетона, включающий динасовый заполнитель, тонкомолотый динас, тонкомолотый боксит, тонкомолотый кварцит, натриевую силикат-глыбу в виде наноразмерных частиц и воду, отличающийся тем, что он взамен нанодисперсного связующего силикат-глыбы и тонкомолотых добавок - боксита и кварцита соответственно, содержит коллоидные нанодисперсные полисиликаты натрия, цирконовый концентрат, природный аморфный тонкодисперсный кремнезем при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Динасовый заполнитель фракции 0,15-7 мм 54-80 Тонкомолотый динас, S_уд=2500-3000 см²/г 4-12 Тонкомолотый цирконовый концентрат, S_уд=2500-3000 см²/г 7-16 Коллоидный нанодисперсный полисиликат натрия с силикатным модулем 6.5, полученный согласно пат. РФ 2124475 5-14 Природный аморфный тонкодисперсный кремнезем (ниже приведены химический состав и ситовый анализ) 4-8

Используемые динасовый заполнитель требуемых фракций и тонкомолотый динас отвечают требованиям ГОСТ 23077-99 «Заполнители огнеупорные. Технические условия» и ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия».

Цирконовый концентрат согласно ОСТ 48-82-74. Химический состав цирконовго концентрата следующий, %: ZrO₂ - 67,4; SiO₂ - 30,22; Al₂O₃ - 1,1; TiO₂ - 0,2; Fe₂O₃ - 0,5; CaO - 0,1; MgO - 0,1; п.п.п. - 0,39.

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; п.п.п. - 2,26.

По ситовому анализу природное аморфное кремнеземистое сырье в основном представлено мелкодисперсным компонентом, 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, который является основной полимерной составляющей полисиликатов.

Основным отличием полисиликатов от 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 жидких стекол - водных растворов силикат глыбы, что позволяет использовать технологические растворы с более низкой концентрацией.

Способ изготовления динасового жаростойкого бетона из указанного выше состава заключалось в том, что изначально в лабораторных условиях изготавливали полисиликаты натрия с силикатным модулем 6.5, который согласно пат. РФ 2124475 (см. пример 1) получали путем введения в 20%-ный водный раствор силиката натрия 16%-ного гидрозоля диоксида кремния при их соотношении 1:1.5 и перемешивании при 95°С в течение 1.5 ч с последующей выдержкой при этой температуре 0,5 ч.

Затем отдозированные сухие тонкомолотые компоненты различного состава (табл. 1), состоящие из тонкомолотых до удельной поверхности 2500-3000 см²/г динаса, цирконового концентрата и природного аморфного кремнеземистого сырья, перемешивали с коллоидным нанодисперсным полисиликатом натрия с добавлением воды из расчета В/Т 0.12-0.14 от общей массы сухих компонентов в зависимости от состава смеси в лабораторном высокоскоростном смесителе для получения однородной суспензии. После чего полученную суспензию перемешивали совместно с огнеупорным динасовым заполнителем в лопастной лабораторной мешалке принудительного действия до получения однородной массы.

Из полученной гомогенной массы различного состава изготавливали образцы для определения термостойкости (ГОСТ 20910-90) и водостойкости К_разм (Микульский В.Г. и др. Строительные материалы. - М.: АСВ, 2004. - 28 с.). Образцы изготавливали путем прессования при удельном давлении 40 МПа. Для формования бетона могут быть применены также другие методы и способы, например послойное трамбование, формование путем вибрирования, вибропрессование и др.

Твердение отформованных образцов осуществляли в лабораторном сушильном шкафу по режиму: подъем температуры от 20 до 90°С - 1,5 часа, выдержка при 90±5°С - 0,5 часа, затем подъем температуры до 200°С - 1 ч, выдержка 2 часа для последующего обезвоживания системы, который проходил без заметных усадочных явлений и способствовал ее упрочнению, обеспечивающему достаточную прочность образцов.

Соотношения компонентов по предлагаемому и известному составам представлены в табл. 1, а результаты испытаний приведены в табл. 2. Из приведенных в табл. 2 данных следует, что предлагаемые составы имеют более высокие показатели термостойкости и водостойкости, чем известные.

Таким образом, динасовый жаростойкий бетон, полученный по вышеприведенным составам и способу, с использованием в качестве связующего 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 и водостойкость жаростойкого бетона повышаются. Повышению этих показателей способствует цирконовый концентрат, являясь термически стойким материалом, и природный аморфный тонкодисперсный кремнезем, который включен взамен тонкомолотой добавки кварцита, так как он по химическому составу содержит высокоогнеупорные оксиды: SiO₂ - 87%; Al₂O₃ - 5%, а также до 20% - нанодисперсные частицы для получения жаростойких бетонов и обладает высокой твердостью, плотностью, инертностью, что способствует повышению огнеупорности, адгезии и когезионной прочности жаростойкого бетона.

Литература

1. Тотурбиев Б.Д., Батырмурзаев Ш.Д. Способ изготовления безобжиговых огнеупоров. А.С. SU №1701693, кл. С04В 28/24, С04В 40/00, 30.12.91. БИ №48.

2. Патент РФ №2382007, Бюл. №5, 20.02.2010.

Изобретение относится к промышленности огнеупорных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий из динасового жаростойкого бетона. Технический результат - повышение термической стойкости и водостойкости изделий из динасового жаростойкого бетона. Состав для изготовления динасового жаростойкого бетона, включающий: связующее, динасовый заполнитель, тонкомолотые наполнители и воду, содержит в качестве связующего коллоидные нанодисперсные полисиликаты натрия с силикатным модулем 6.5 и тонкомолотых наполнителей - цирконовый концентрат и природный аморфный тонкодисперсный кремнезем при следующем соотношении компонентов, мас.%: динасовый заполнитель фракции 0,15-7 мм 54-80, тонкомолотый динас с S_уд=2500-3000 см²/г 4-12, тонкомолотый цирконовый концентрат с S_уд=2500-3000 см²/г 7-16, природный аморфный тонкодисперсный кремнезем 4-8, коллоидный нанодисперсный полисиликат натрия 5-14, вода из расчета В/Т 0.12-0.14 от массы сухих компонентов. Способ изготовления динасового жаростойкого бетона из указанного выше состава заключается в том, что предварительно изготавливают коллоидный нанодисперсный полисиликат натрия с силикатным модулем 6.5 путем введения в 20%-ный водный раствор силиката натрия 16%-ного гидрозоля диоксида кремния при их соотношении 1:1.5, перемешивают при 95°С в течение 1.5 ч с выдержкой при этой температуре 0.5 ч, затем при одновременном перемешивании в высокоскоростном смесителе вводят тонкомолотые наполнители: динас, цирконовый концентрат с удельной поверхностью 2500-3000 см²/г, природный аморфный тонкодисперсный кремнезем и воду из расчета В/Т 0.12-0.14 (от массы сухих компонентов в зависимости от состава смеси) до получения однородной суспензии, которую перемешивают с огнеупорным динасовым заполнителем в лопастной мешалке принудительного действия до получения однородной массы, далее эту массу формуют путем прессования при удельном давлении 40 МПа, твердение которой осуществляется в процессе сушки по режиму: подъем температуры от 20 до 90°С - 1,5 ч, выдержка при 90±5°С - 0,5 ч, затем подъем температуры до 200°С - 1 ч, выдержка 2 ч. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

1. Состав для изготовления динасового жаростойкого бетона, включающий: связующее, динасовый заполнитель, тонкомолотые наполнители и воду, отличающийся тем, что он содержит в качестве связующего коллоидные нанодисперсные полисиликаты натрия с силикатным модулем 6.5 и тонкомолотых наполнителей - цирконовый концентрат, природный аморфный тонкодисперсный кремнезем при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Динасовый заполнитель фракции 0,15-7 мм 54-80 Тонкомолотый динас с S_уд=2500-3000 см²/г 4-12 Тонкомолотый цирконовый концентрат с S_уд=2500-3000 см²/г 7-16 Природный аморфный тонкодисперсный кремнезем 4-8 Коллоидный нанодисперсный полисиликат натрия 5-14 Вода из расчета В/Т 0.12-0.14 от массы сухих компонентов

2. Способ изготовления динасового жаростойкого бетона из состава по п. 1, заключающийся в том, что предварительно изготавливают коллоидный нанодисперсный полисиликат натрия с силикатным модулем 6.5 путем введения в 20%-ный водный раствор силиката натрия 16%-ного гидрозоля диоксида кремния при их соотношении 1:1.5, перемешивают при 95°С в течение 1.5 ч с выдержкой при этой температуре 0.5 ч, затем при одновременном перемешивании в высокоскоростном смесителе вводят тонкомолотые наполнители: динас, цирконовый концентрат с удельной поверхностью 2500-3000 см²/г, природный аморфный тонкодисперсный кремнезем и воду из расчета В/Т 0.12-0.14 (от массы сухих компонентов в зависимости от состава смеси) до получения однородной суспензии, которую перемешивают с огнеупорным динасовым заполнителем в лопастной мешалке принудительного действия до получения однородной массы, далее эту массу формуют путем прессования при удельном давлении 40 МПа, твердение которой осуществляется в процессе сушки по режиму: подъем температуры от 20 до 90°С - 1,5 ч, выдержка при 90±5°С - 0,5 ч, затем подъем температуры до 200°С - 1 ч, выдержка 2 ч.