Жаростойкий бетон Российский патент 2024 года по МПК C04B28/26 C04B18/14 C04B18/16 

Настоящее изобретение относится к области строительных материалов, в частности к жаростойким бетонам, предназначенным для применения в конструкциях, подверженных воздействию температуры до плюс 1100°С, например, для футеровки обжиговых печей керамического кирпича.

Известен жаростойкий бетон, содержащий жидкое стекло, тонкомолотый шамот, феррохромовый шлак, нейтрализованный гальваношлам, шамотный заполнитель, в виде ошлакованного нефракционированного шамотного лома (патент RU №2187482, С04В 18/14; 2002.08.20).

Недостаткам такого бетона является высокая средняя плотность и, следовательно, высокая теплопроводность.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является жаростойкий бетон (патент RU №2366632, С04В 28/26; 35/66, 111/20, 2009.09.10), содержащий жидкое стекло, тонкомолотый шамот, феррохромовый шлак, нейтрализованный гальваношлам, шамотный заполнитель, в виде ошлакованного нефракционированного шамотного лома с размером зерен от 0,01 до 20 мм, дробленый бой автоклавного пенобетона с размером частиц менее 1 мм, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

жидкое стекло 28-30 нефракционированный ошлакованный шамотный лом с размером зерен от 0,01 до 20 мм 45-47 тонкомолотый шамот 5-8 феррохромовый шлак 1-3 нейтрализованный гальваношлам 2-3 дробленый бой автоклавного пенобетона с размером частиц менее 1 мм 11-17

Известный бетон имеет высокую среднюю плотность, что приводит к увеличению массы блоков, изготовленного из такого бетона, увеличению теплопроводности и, как следствие, ограничению применения такого бетона в печестроении.

Настоящее изобретение направлено на создание нового конструкционного жаростойкого бетона с более низкой средней плотностью без снижения прочности при одновременной утилизации промышленных отходов.

Технический результат достигается тем, что жаростойкий бетон, изготовленный из смеси, содержащей жидкое стекло, нефракционированный ошлакованный шамотный лом с размером зерен от 0,01 до 20 мм, нейтрализованный гальваношлам, дополнительно содержит отсев строительных отходов от разборки зданий с М_кр=2,7, более чем на 80% представленный боем тяжелого бетона, и молотый гранулированный доменный шлак с удельной поверхностью не менее 280 м²/кг при следующем соотношении компонентов, мас. %:

указанный ошлакованный шамотный лом 30-42 указанный отсев строительных отходов от разборки зданий 20-24 указанный молотый гранулированный доменный шлак 20-24 жидкое стекло 17-20 нейтрализованный гальваношлам 1-2

Совместное присутствие в бетонной смеси жидкого стекла, нефракционированного ошлакованного шамотного лома, нейтрализованного гальваношлама, отсева строительных отходов от разборки зданий и молотого гранулированного доменного шлака, содержащего фазу β-C₂S, приводит к твердению бетона. При первом обжиге в жаростойком бетоне формируется комбинированная поровая структура матрицы с преобладанием объема пор размером от 1 до 5 мкм за счет собственной привнесенной пористости мельчайших частиц молотого гранулированного доменного шлака с удельной поверхностью не менее 280 м²/кг и отсева строительных отходов от разборки зданий, содержащих до 11% пылеватой фракции с размером частиц менее 0,14 мм. Крупные частицы тяжелого бетона отсева строительных отходов дополнительно привносят микропористость за счет дегидратации цементных фаз, все это снижает плотность жаростойкого бетона. Кроме того, наличие аморфной стеклофазы в доменном шлаке и органических включений в отсеве вторичного щебня совместно с жидким стеклом и нейтрализованным гальваношламом, приводит к более интенсивному спеканию жаростойкой матрицы с частицами ошлакованного шамота по границе раздела фаз, что способствует формированию прочного каркаса и, как следствие, формированию прочности образцов.

Пример конкретного выполнения

В качестве связующего используется жидкое стекло: Na₂SiO₃*nH₂O (ГОСТ 13078-81, ТУ 113-08-00206457-28-93), с плотностью 1,38 г/см³.

В качестве части заполнителя используется отсев строительных отходов в виде вторичного щебня от разборки и разрушения зданий, более чем на 80% состоящий из тяжелого бетона, представленного низкоосновными гидросиликатами кальция, и молотый гранулированный доменный шлак с удельной поверхностью не менее 280 м²/кг. В состав вторичного щебня также входит бой кирпича и незначительное количество органических веществ (щепа, пенопласт, асфальтобетон). Вторичный щебень был отсеян на сите №5. Модуль крупности отсева составил М_кр=2,7, содержание частиц размером менее 016 мм составило 11,5%.

При выплавке чугуна и стали образуется около тонны гранулированного доменного шлака на каждую тонну металла. При быстром охлаждении (грануляции) в шлаке присутствует стекло, содержание которого достигает 80% по массе и более. В работе использовался гранулированный доменный шлак (ГДШ) Череповецкого металлургического завода СеверСталь, с насыпной плотностью - 800-900 кг/м³ и модулем крупности М_кр=2,75. Шлак обладает аморфной структурой, содержит фазы монтичеллита, шпинели, алюмосиликаты кальция и магния, а также небольшое количество соединений железа и марганца. Модуль основности – 0,97, шлак является кислым. Череповецкий доменный шлак подвергался помолу до удельной поверхности не менее 280 м²/кг. Проведенные исследования пористости методом ртутной порометрии молотого гранулированного доменного шлака показали наличие пор размером менее 10 мкм 80-85% от суммарного объема. Такие поры улучшают теплотехнические характеристики, снижая плотность матрицы и в меньшей мере влияют на снижение прочностных характеристик.

Нейтрализованный гальнаношлам является отходом от производства гальванических работ, содержащим коллоидные частицы гидроокисей тяжелых металлов. Химический состав нейтрализованного гальваношлама в массовых процентах представлен в таблице 1.

Нефракционированный ошлакованный шамотный лом имеет размеры зерен от 0,01 до 20 мм, является отходом, образующимся при ремонте мартеновских печей, и имеет включения шлака, содержание которого по массе составляет 3-5%. Химический состав шлака, которым ошлакован шамотный лом, представлен в таблице 2.

Минералогический состав шлака в масс. %: стекло геленито-мелилитового состава 80-90, магнетит 5-6, мелилит 2-3.

Изготовление жаростойкого бетона

1. Производят дробление ошлакованного шамотного лома до размера частиц от 0,01 до 20 мм и помол гранулированного доменного шлака до удельной поверхности не менее 280 м²/кг.

2. Производят отсев строительных отходов на сите №5.

3. Дозируют сухие компоненты смеси и тщательно перемешивают.

4. Дозируют жидкое стекло с плотностью 1,38 г/см³ и нейтрализованный гальваношлам.

5. Приготавливают бетонную смесь, смешивая отдозированные компоненты в бетономешалке в течение 3-5 минут.

6. Жаростойкая бетонная смесь используется для изготовления изделий требуемой формы и образцов для проведения физико-механических испытаний методом литья.

7. Твердение бетона осуществляется в течение 1 суток в нормальных условиях.

8. Затвердевшие изделия вынимают из форм и проводят термообработку в течение суток при температуре плюс 110°С.

9. Высушенные изделия готовы к эксплуатации.

Для определения физико-механических характеристик бетона вручную изготавливались кубы размером 70×70×70 мм, сушились при плюс 110°С и обжигались при температуре плюс 1000°С.

После обжига определяли физико-технические показатели образцов: по ГОСТ 20910-90.

Физико-механические характеристики жаростойкого бетона представлены в таблице 3.

Анализ данных показывает, что предлагаемый состав обеспечивает получение жаростойкого бетона с более низкой средней плотностью и прочностью на уровне прототипа, следовательно, расширяется диапазон применения.

При получении жаростойкого бетона заявляемого состава дополнительно используются побочные продукты - строительный отход и гранулированный доменный шлак, что благоприятно сказывается на экологической обстановке, а также снижает себестоимость продукции.

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к жаростойким бетонам, предназначенным для применения в конструкциях, подверженных воздействию температуры до плюс 1100°С, например, для футеровки обжиговых печей керамического кирпича. Жаростойкий бетон изготовлен из смеси, содержащей, мас.%: жидкое стекло 17-20, нефракционированный ошлакованный шамотный лом с размером зерен от 0,01 до 20 мм 30-42, нейтрализованный гальваношлам 1-2, отсев строительных отходов от разборки зданий с М_кр=2,7, более чем на 80% представленный боем тяжелого бетона, 20-24, молотый гранулированный доменный шлак с удельной поверхностью не менее 280 м²/кг 20-24. Технический результат – снижение средней плотности при обеспечении прочности, достаточной для практического применения, при одновременной утилизации промышленных отходов. 3 табл., 1 пр.

Жаростойкий бетон, изготовленный из смеси, содержащей жидкое стекло, нефракционированный ошлакованный шамотный лом с размером зерен от 0,01 до 20 мм, нейтрализованный гальваношлам, отличающийся тем, что дополнительно содержит отсев строительных отходов от разборки зданий с М_кр=2,7, более чем на 80% представленный боем тяжелого бетона, и молотый гранулированный доменный шлак с удельной поверхностью не менее 280 м²/кг при следующем соотношении компонентов, мас.%:

указанный ошлакованный шамотный лом 30-42

указанный отсев строительных отходов от разборки зданий 20-24

указанный молотый гранулированный доменный шлак 20-24

жидкое стекло 17-20

нейтрализованный гальваношлам 1-2