Шихта для изготовления легкого жаростойкого бетона
Изобретение относится к области производства теплоизоляционных огнеупорных материалов и может быть использовано для изготовления набивных масс, безобжиговых монолитных футеровок и изделий. Шихта для изготовления легкого жаростойкого бетона, включающая алюмосиликатный легкий заполнитель и цемент, содержит в качестве алюмосиликатного легкого заполнителя керамзит фракции 1-6 мм и фракции 0-1 мм, а в качестве цемента - портландцемент при следующем соотношении компонентов, мас.%: керамзит фракции 1-6 мм - 30-55, керамзит фракции 0-1 мм - 5-25, портландцемент - 35-45. Технический результат - получение жаростойкого легкого бетона плотностью 700-1100 кг/м3 с высокой механической прочностью и максимальной рабочей температурой до 1100°С. 1 табл.
Изобретение относится к области производства теплоизоляционных огнеупорных материалов и может быть использовано для изготовления набивных масс, безобжиговых монолитных футеровок и изделий.
Известна шихта (Г.А.Бужевич. Легкие огнеупорные бетоны на пористых заполнителях) для изготовления легкого бетона, содержащая керамзит и портландцемент. Получаемый бетон используется только в строительстве, т.к. из-за неравномерной структуры имеет высокую усадку при температуре выше 500-700°С.
Известна сырьевая смесь для приготовления легкого бетона, включающая легкий заполнитель в виде керамзита фракции до 5 мм - 8,2-25,6%, фракции 5-20 мм - 30,1-47,9%, портландцемент - 20,1-22,0%, вода. Помимо указанных компонентов в состав смеси входит зола гидроудаления 8,0-9,1%, воздухововлекающая добавка 1,8-2,2% и отход производства соды 3,2-5,4%. При использовании смеси указанного состава получают бетон, плотность которого (в зависимости от конкретного соотношения компонентов) составляет 1085-1120 кг/м3, прочность на сжатие через трое суток составляет 2,8-5,6 МПа, через 28 суток 7,2-9,1 МПа (патент SU 1682353, 1991 г.).
Недостатком известной сырьевой смеси является повышенная плотность (1100 кг/м3) при более низкой прочности бетона после твердения (меньше в 3 раза, чем у предлагаемой). Кроме того, эта смесь дает высокую дополнительную усадку при температуре выше 800°С из-за недостаточно плотной упаковки заполнителя и использованных добавок и не может использоваться в качестве жаростойкого материала.
Известна сырьевая смесь для приготовления керамзитобетона, включающая легкий заполнитель в виде керамзита фракции до 5 мм - 8-9%, фракции 5-20 мм - 38-43%, портландцемент 18-22%, вода. Помимо указанных компонентов в состав смеси входит зола-унос 13-18%, воздухововлекающая добавка 0,009-0,04% и вспененные гранулы полистирола 0,3-0,65%. При использовании смеси указанного состава получают бетон, плотность которого (в зависимости от конкретного соотношения компонентов) составляет 780-1085 кг/м3, прочность на сжатие составляет 3,4-10,8 МПа (SU 1618743, 1991 г.).
Недостатком этой смеси является также более низкая механическая прочность после твердения (в 1,5-2 раза), которая еще ниже по сравнению с предлагаемым составом после нагрева такого бетона выше 200-250°С из-за выгорания пенополистирола, что приводит к разрыхлению структуры бетона, образованию микротрещин в вяжущем, снижению прочности и повышению дополнительной усадки.
Известна также сырьевая смесь для приготовления легкого бетона, включающая портландцемент, крупный и мелкий заполнитель, воду, причем в качестве крупного и мелкого заполнителя использован дробленый отход производства керамзитобетона при следующем соотношении компонентов, мас.%: портландцемент - 11,6-16,3, крупный заполнитель - 31,0-33,1, мелкий заполнитель - 48,7-55,6, вода - остальное. При этом в качестве крупного заполнителя используют керамзитовый щебень, а в качестве мелкого - керамзитовый песок, представляющий собой совокупность фракций 0-1,2 мм и 1,2-5 мм. (RU 2103240, 1998 г.).
Данная смесь не может использоваться как жаростойкий материал из-за высокой усадки при нагреве выше 500°С в результате недостаточно плотной упаковки заполнителя и дегидратационного процесса в дробленом отходе производства керамзитобетона, который использован как заполнитель.
Известна шихта (ТУ 1523-005-39488360-2000 ООО "АЛИТЕР-АКСИ") для изготовления легкого жаростойкого бетона, включающая в качестве заполнителя смесь керамзита, вермикулита и перлита и глиноземистого цемента. Такая смесь позволяет изготавливать жаростойкий бетон с максимальной температурой эксплуатации 1000°С. Регулирование объемного веса бетона (в пределах 650-1000 кг/м3) проводят введением различной концентрации суперлегкого и непрочного заполнителя (перлита и вермикулита). Это приводит к снижению прочности бетона, повышению дополнительной усадки при температуре 1000-1100°С и стоимости шихты за счет необходимости использования глиноземистого цемента и суперлегкого заполнителя, которые гораздо дороже (в 2-3 раза), чем портландцемент и керамзит соответственною.
Предлагаемый согласно изобретению состав шихты позволяет получить жаростойкий легкий бетон плотностью 700-1000 кг/м3 и более высокой механической прочностью, с максимальной рабочей температурой до 1100°С, используя при этом дешевые, недефицитные компоненты. Оптимальное соотношение зернового состава прочного керамзитового заполнителя и вяжущего (портландцемента) обеспечивает при равной плотности с прототипом получение жаростойкого бетона с механической прочностью в 1,5 раза выше после 3 суток твердения и в 2 раза выше после 800°С.
Указанный технический результат достигается за счет того, что шихта для изготовления легкого жаростойкого бетона включает керамзит фракции 1-6 мм - 30-55 мас.%, керамзит фракции 0-1 мм - 5-25 мас.% и портландцемент - 35-45 мас.%. Варьируя соотношение этих компонентов в указанных пределах, можно получать легкий жаростойкий бетон с объемным весом от 600 до 1100 кг/м3 и прочностью при сжатии выше, чем у образцов бетона, полученных из шихты по прототипу. При этом дополнительная усадка при 1100°С составляет не более 1,2% у всех рекомендуемых составов, что позволяет применять эти бетоны при максимальной температуре на 100°С выше, чем у прототипа (1000°С).
Пример 1.
Смешали сухие компоненты состава: керамзит фракции 0-1 мм - 5%, керамзит фракции 1-6 мм - 55%, портландцемент - 40%. Затем добавляли воду (29% от массы сухой смеси). Отформовали методом вибролитья образцы. Определили прочность при сжатии через трое суток после формования и термообработки при 800°С, кроме этого, на образцах после термообработки при 500°С определили кажущуюся плотность. Дополнительную усадку определили после термообработки при 1100°С (4 часа). Свойства образцов приведены в таблице (состав №4).
Пример 2.
Смешали сухие компоненты состава: керамзит фракции 0-1 мм - 12%, керамзит фракции 1-6 мм - 43%, портландцемент - 45%. Затем добавили воду (31% от массы сухой смеси) и виброформовали образцы. Провели термообработку при 500°С, 800°С и 1100°С. Определили свойства, которые приведены в таблице (состав №5).
Пример 3.
Смешали компоненты при следующем соотношении: керамзит фракции 0-1 мм - 25%, керамзит фракции 1-6 мм - 35%, портландцемент - 40%, вода - 27% от массы сухой смеси. После формования и определили свойства, которые приведены в таблице (состав №6).
Пример 4.
Смешали компоненты при следующем соотношении: керамзит фракции 0-1 мм - 15%, керамзит фракции 1-6 мм - 50%, портландцемент - 35%, вода - 28% от массы сухой смеси. Свойства приведены в таблице (состав №7).
В таблице также приведены сравнительные свойства образцов бетона, полученных из шихты по прототипу (составы №№1, 2, 3).
| Таблица. Свойства образцов жаростойкого бетона из шихты согласно изобретению в сравнении с образцами из шихты по прототипу | |||||
| № | Заполнитель | Предел прочности при сжатии, МПа | Кажущаяся плотность после 500°С, кг/м3 | Дополнительная усадка при 1100°С, % | |
| 3 суток | 800°С | ||||
| 1 | Керамзит, вермикулит, перлит | 4,0 | 1,5 | 700 | >2,0 |
| 2 | Керамзит, вермикулит, перлит | 5,0 | 2,0 | 800 | >2,0 |
| 3 | Керамзит, вермикулит, перлит | 8,0 | 3,0 | 1000 | >2,0 |
| 4 | Керамзит | 5,5 | 3,0 | 700 | 1,1 |
| 5 | Керамзит | 7,0 | 4,0 | 800 | 1,1 |
| 6 | Керамзит | 12,0 | 6,0 | 1000 | 1,2 |
| 7 | Керамзит | 6,0 | 3,7 | 750 | 1,1 |
Шихта для изготовления легкого жаростойкого бетона, включающая алюмосиликатный легкий заполнитель и цемент, отличающаяся тем, что она содержит в качестве алюмосиликатного легкого заполнителя керамзит фракции 1-6 мм и фракции 0-1 мм, а в качестве цемента - портландцемент при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Керамзит фракции 1-6 мм | 30-55 |
| Керамзит фракции 0-1 мм | 5-25 |
| Портландцемент | 35-45 |
