Жаростойкий шлакощелочной бетон Российский патент 2020 года по МПК C04B28/08 C04B111/20 C04B111/28 

Предложение относится к производству строительных материалов, которые могут быть использованы для изготовления футеровок тепловых агрегатов, футеровок печных вагонеток туннельных печей, и футеровок, работающих в условиях высоких температур и повышенной цикличности.

Известны составы для производства жаростойких шлакощелочных бетонов, содержащие шамотный заполнитель, тонкомолотую добавку, (шамот и обожженный гидратированный глиноземистый цемент), феррохромовый шлак и жидкое стекло [Патент РФ № 590291, МПК С04В 19/04 30.01.1978]; шамотный заполнитель фракций 5-10 мм и менее 5 мм, самораспадающийся феррохромовый шлак, едкий натр, воду [Патент РФ №2284305, МПК С04В 28/08 27.09.2006].

Недостатками составов являются невысокая механическая прочность, низкая термостойкость, низкая температура применения.

Известен состав для производства жаростойких шлакощелочных бетонов, содержащий шамот фракций 5-10 мм и менее 5 мм, самораспадающийся феррохромовый шлак, едкий натр, огнеупорное волокно, портландцемент, воду [Патент РФ №2437854, МПК С04В 28/08 27.12.2011].

Недостатком состава является низкая температура применения.

Наиболее близким техническим решением является состав для производства жаростойких шлакощелочных бетонов, содержащий шамот фракций 5-10 мм и менее 5 мм, самораспадающийся феррохромовый шлак, едкий натр, огнеупорное волокно, портландцемент, воду [Патент РФ №2437854, МПК С04В 28/08 27.12.2011].

Однако данный материал получен с более низкими температурами применения (1300-1350°С).

Задачей предложения является получение жаростойкого шлакощелочного бетона с температурой применения более 1400°С при сохранении прочих прочностных характеристик на уровне.

Технический результат достигается за счет того, что жаростойкий шлакощелочной бетон, полученный из бетонной смеси, содержащей шамот фракции 5-10 мм, шамот фракции менее 5 мм, самораспадающийся феррохромовый шлак, едкий натр, портландцемент и воду, в составе смеси дополнительно содержит шлак металлического хрома фракции 5-10 мм, шлак металлического хрома фракции менее 5 мм, метакаолин в следующем соотношении компонентов, мас.%:

шамот фракции 5-10 мм - 15,0;

шамот фракции менее 5 мм - 16,0;

шлак металлического хрома фракции 5-10 мм - 15,0;

шлак металлического хрома фракции менее 5 мм - 15,5;

самораспадающийся феррохромовый шлак - 23,5;

едкий натр - 2,5;

портландцемент - 1,0;

метакаолин 0,5;

вода - 11.

Введение в состав бетонной смеси шлака металлического хрома (продукт плавленый глиноземистый ППГ-75 по ТУ 0798-069-001864482-2011, имеющий усредненный химический состав, мас.%: 75 Al2O3, 10,0 CaO, 1,0 Fe2O3, 8,0 Cr2O3) приводит к изменению фазового состава в процессе нагрева. Шлак металлического хрома проявляет активность к щелочному компоненту шлакощелочного вяжущего. Основным соединением, формирующимся при взаимодействии щелочи со шлаком металлического хрома является Na,Al(SiO3)2*H2O, что приводит к повышению температуры 4%-ной деформации под нагрузкой за счет образования тугоплавких соединений.

Введение в состав бетонной смеси метакаолина по ТУ 5729-097-12615988-2013, имеющего усредненный химический состав, мас.%: 42,5 Al2O3, 53,5 SiO2, 0,6 Fe2O3, 0,4 TiO2, 0,95 K2O, 0,05 Na2O, 0,15 CaO, позволяет компенсировать снижение остаточной прочности на сжатие и термостойкости. Метакаолин является химическим аналогом шамотного заполнителя, но при этом находится в тонкодисперсном и аморфном состоянии. Дисперсность метакаолина значительно выше тонкомолотого шамота. Введение метакаолина позволяет увеличить активность шлакощелочного вяжущего, без значительного увеличения в потребности щелочного затворителя.

Шамот марки ЗШБ, фракций 5-10 мм и менее 5 мм, соответствующий ГОСТ 23037-99 «Заполнители огнеупорные. Технические условия», имеющий усредненный химический состав, мас.%: 31,0 Al₂О₃, 68,0 SiO₂, 0,5 Fe₂O₃, 0,5 CaO+MgO.

Самораспадающийся феррохромовый шлак - белит по ТУ 14-139-201-2012, имеющий усредненный химический состав, мас.%: 45 CaO, 25 SiO₂, 10,0 Al₂O₃, 8,0 Cr₂O₃, 10,0 MgO.

Едкий натр технический чешуированный по СТО 00203312-017-2011, изм. 1,2 с содержанием гидроксида натрия не менее, мас.%: 98,5.

Портландцемент ПЦ500Д0 по ГОСТ 10178-85.

В таблице 1 приведен состав смеси согласно заявленному изобретению.

В таблице 2 представлены свойства жаростойкого шлакощелочного бетона, изготовленного согласно состава таблицы 1. Воду в дозировке 11 % добавляли в смесь после тщательного перемешивания в лабораторном смесителе принудительного действия. Формование образцов осуществлялось с помощью виброуплотнения. После чего, бетонная смесь подвергалась тепловой обработке по следующему режиму:

- подъем температуры до 60-65°С в течение 1,5-2 часов;

- выдержка при 60-70°С в течение 4 часов;

- подъем температуры до 90-95°С в течение 1,5-2 часов;

- выдержка при 90-95°С в течение 4 часов;

- подъем температуры до 110-120°С в течение 2 часов;

- выдержка при 110-120°С в течение 7-8 часов;

- снижение температуры до 50-70°С в течение 3 часов.

После прохождения режима тепловой обработки формы разбирались.

В таблице 3 приведен состав и свойства прототипа.

Плотность определялась по ГОСТ 12730.1-78. Прочность на сжатие определялась по ГОСТ 10180-2012. Прочность на изгиб определялась по ГОСТ 310.4-81. Термостойкость определялась по ГОСТ 20910-90. Максимальную температуру применения определяли как температуру, соответствующую 4-% деформации под нагрузкой по ГОСТ 20910-90.

Согласно данным таблиц 1-3 следует, что патентуемый состав в отличие от прототипа позволяет получать жаростойкий шлакощелочной бетон с температурой применения не ниже 1400°С, с остальными физико-механическими характеристиками, не уступающими прототипу. Данный бетон необходимо применять для изготовления футеровок тепловых агрегатов, футеровок печных вагонеток туннельных печей, и футеровок, работающих в условиях высоких температур и повышенной цикличности.

Указанные особенности свидетельствуют о достижении поставленной задачи.

Таблица 1 Состав жаростойкого шлакощелочного бетона Компоненты Содержание в составе смеси, мас.% Шамот фракции 5-10 мм 15,0 Шамот фракции менее 5 мм 16,0 Шлак металлического хрома фракции 5-10 мм 15,0 Шлак металлического хрома фракции менее 5 мм 15,5 Самораспадающийся феррохромовый шлак 23,5 Едкий натр 2,5 Портландцемент 1,0 Метакаолин 0,5 Вода 11,0 ИТОГО 100,0

Таблица 2 Свойства жаростойкого шлакощелочного бетона Плотность, кг/м³ 2150-2300 Прочность на сжатие после твердения, МПа 74,0 Прочность на изгиб после твердения, МПа 9,3 Прочность на сжатие после нагрева до 1000°С, МПа 57,0 Термостойкость, циклы 800°С-вода 91 Максимальная температура применения 1430

Таблица 3 Состав и свойства прототипа Материал/свойство 1 2 Шамот фракции 5-10 мм 31,0 30,0 Шамот фракции менее 5 мм 30,0 28,0 Самораспадающийся феррохромовый шлак 23,5 25,5 Едкий натр 3,0 4,0 Портландцемент 1,0 1,5 Огнеупорное волокно 0,5 1,0 Вода 11,0 10,0 ИТОГО 100 100 Плотность, кг/м³ 1950-2100 1950-2100 Прочность на сжатие после твердения, МПа 71,0 85,0 Прочность на изгиб после твердеия, МПа 8,5 12,1 Прочность на сжатие после нагрева до 1000°С, МПа 43,0 58,0 Термостойкость, циклы 800°С-вода 79 139 Максимальная температура применения 1350 1300

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при изготовлении футеровок агрегатов, работающих в условиях высоких температур и повышенной цикличности. Технический результат - обеспечение температуры применения более 1400 град С при сохранении прочностных характеристик. Жаростойкий шлакощелочной бетон, полученный из бетонной смеси, содержащей шамот фракции 5-10 мм, шамот фракции менее 5 мм, самораспадающийся феррохромовый шлак, едкий натр, портландцемент и воду, где смесь дополнительно содержит шлак металлического хрома фракции 5-10 мм, шлак металлического хрома фракции менее 5 мм и метакаолин в следующем соотношении компонентов, мас.%: шамот фракции 5-10 мм – 15,0, шамот фракции менее 5 мм - 16,0, шлак металлического хрома фракции 5-10 мм - 15,0, шлак металлического хрома фракции менее 5 мм - 15,5, самораспадающийся феррохромовый шлак - 23,5, едкий натр - 2,5, портландцемент - 1,0, метакаолин - 0,5, вода - 11,0. 3 табл.

Жаростойкий шлакощелочной бетон, полученный из бетонной смеси, содержащей шамот фракции 5-10 мм, шамот фракции менее 5 мм, самораспадающийся феррохромовый шлак, едкий натр, портландцемент и воду, отличающийся тем, что смесь дополнительно содержит шлак металлического хрома фракции 5-10 мм, шлак металлического хрома фракции менее 5 мм, метакаолин в следующем соотношении компонентов, мас.%:

шамот фракции 5-10 мм 15,0 шамот фракции менее 5 мм 16,0 шлак металлического хрома фракции 5-10 мм 15,0 шлак металлического хрома фракции менее 5 мм 15,5 самораспадающийся феррохромовый шлак 23,5 едкий натр 2,5 портландцемент 1,0 метакаолин 0,5 вода 11,0