Жаростойкий шлакощелочной пенобетон
Владельцы патента RU 2306301:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" (RU)
Настоящее изобретение относится к области строительных материалов, в частности к жаростойким шлакощелочным бетонам, предназначенным для теплоизоляции тепловых агрегатов. Технический результат изобретения - создание жаростойкого шлакощелочного пенобетона с пониженной теплопроводностью при обеспечении прочности, достаточной для практического применения, утилизация промышленных отходов. Жаростойкий шлакощелочной пенобетон содержит, мас.%: низкомодульное жидкое стекло плотностью 1,48 г/см3 30,70-33,90, тонкодисперсный шлак 17,25-17,35, пенообразователь 0,17-0,20, тонкодисперсный нефелиновый шлам 14,90-15,30, тонкодисперсный вспученный вермикулит плотностью 200 кг/м3 11,80-12,40, нейтрализованный гальваношлам с влажностью 80% 13,85-14,60, осадок очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80%, содержащий гидроокись алюминия Al(ОН)3, 8,13-9,45. 2 табл.
Настоящее изобретение относится к области строительных материалов, в частности к жаростойким шлакощелочным бетонам, предназначенным для теплоизоляции тепловых агрегатов.
Известны жаростойкие бетоны, содержащие вяжущее - жидкое стекло, заполнитель - керамзитовый, шамотный, вермикулитовый и т.д., тонкомолотую добавку - шамотную, магнезитовую и отвердитель - фтористый натрий, феррохромовый шлак, нефелиновый шлам (К.Д.Некрасов, М.Г.Масленникова. Легкие жаростойкие бетоны на пористых заполнителях. М., 1982, Стройиздат, с.94-125).
Недостатками таких бетонов является высокая теплопроводность, а сырьевые компоненты, входящие в состав таких бетонов, дефицитны и дорогостоящи.
Известен жаростойкий бетон, предназначенный для теплоизоляции тепловых агрегатов, содержащий (мас.%): тонкодисперсный шлак 53,65-74,32, низкомодульное жидкое стекло 25,07-45,02, пенообразователь 0,161-0,755, щелочестойкое стекловолокно в виде волокон длиной 2-3 см 0,1337-0,46 и воду - остальное (А.С. СССР №1759811, кл. С04В 28/24, 1992).
Недостатками известного технического решения являются высокая теплопроводность бетона, а также дефицитность и дорогостоимость сырьевых компонентов.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому изобретению является жаростойкий шлакощелочной пенобетон (RU №2149853, С04В 28/08 27.05.2000), содержащий: тонкодисперсный шлак, низкомодульное жидкое стекло, пенообразователь, щелочестойкое стекловолокно, натрий фосфорно-кислый, воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| тонкодисперсный шлак | 55,0-57,56 |
| низкомодульное жидкое стекло | 30,29-32,063 |
| пенообразователь | 0,17-0,2 |
| щелочестойкое стекловолокно | 0,27-0,29 |
| натрий фосфорно-кислый | 0,27-0,46 |
| вода | 11,36-12,13 |
Недостатком известного технического решения также является высокая теплопроводность бетона.
Настоящее изобретение направлено на создание нового жаростойкого шлакощелочного пенобетона с пониженной теплопроводностью при обеспечении прочности, достаточной для практического применения, и одновременной утилизации промышленных отходов.
Поставленная техническая задача достигается тем, что жаростойкий шлакощелочной пенобетон, содержащий тонкодисперсный шлак, низкомодульное жидкое стекло с плотностью 1,48 г/см3, пенообразователь, дополнительно содержит тонкодисперсный нефелиновый шлам, тонкодисперсный вспученный вермикулит плотностью 200 кг/м3, нейтрализованный гальваношлам и осадок очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80%, содержащий гидроокись алюминия при следующих соотношениях, мас.%
| низкомодульное жидкое стекло, с плотностью 1,48 г/см3 | 30,70-33,90 |
| тонкодисперсный шлак | 17,25-17,35 |
| пенообразователь | 0,17-0,20 |
| тонкодисперсный нефелиновый шлам | 14,90-15,30 |
| тонкодисперсный вспученный вермикулит | |
| с плотностью 200 кг/м3 | 11,80-12,40 |
| нейтрализованный гальваношлам с влажностью 80% | 13,85-14,60 |
| осадок очистных сооружений станций водоподготовки | |
| с влажностью 80%, содержащий Al(ОН)3 | 8,13-9,45 |
Нейтрализованный гальваношлам представляет собой отход гальванического производства влажностью до 80 % с ионами тяжелых металлов, имеющий щелочную среду (рН 8-10).
| Таблица 1. | ||||||||||
| Содержание в мг/кг (г/т) | Содержание в % | |||||||||
| Cu | Zn | Ni | Mn | Pb | Cd | Cr | S сульф | S общ | Влага | Fe общ. |
| 31200 | 60000 | 2994 | 1380 | 7016 | 550 | 17587 | 0,84 | 1,35 | 7,9 | 16,02 |
Нефелиновый шлам - попутный продукт, образующийся в процессе производства глинозема с содержанием β-2CaO*SiO2 от 75 до 80%. Основная масса представляет собой β-2CaO*SiO2 в виде мелких зерен и агрегатных скоплений. Кроме того, наблюдаются мелкие зерна продуктов гидратации 2Ca*SiO2. Общее количество гидратированных частиц составляет 5-7%, присутствуют зерна нефелина и оксидов железа.
Осадок очистных сооружений станций водоподготовки представляет собой коллоидный осадок влажностью 80%, имеющий следующий химический состав, мас.%:
| Al(ОН)3*Н2O | 31,5 |
| Fe(OH)3*H2O | 3,5 |
| SiO2 | 15,6 |
| Al2(SO4)3 | 0,4 |
| AlPO4 | 0,3 |
| MgF2 | 0,8 |
| CaF2 | 1,05 |
| Органические примеси | 27 |
| Гидратная вода, в основном состоящая | |
| из гидроокиси алюминия | остальное |
На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителя, заявляемый жаростойкий шлакощелочной пенобетон неизвестен и данное техническое решение обладает новизной.
Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, которое позволяет получить технический результат.
Совместное присутствие тонкомолотых нефелинового шлама, вермикулита, осадка очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80%, нейтрализованного гальваношлама и жидкого стекла приводит к твердению бетона, а также образованию силикатов алюминия, отличающихся низким значением коэффициента теплопроводности. Нейтрализованный гальваношлам активизирует поверхность зерен заполнителя и способствует образованию жидкой фазы при обжиге на границе раздела фаз. D-металлы, находящиеся в гальваношламе, способствуют химической активации адгезии частиц заполнителя к матрице, состоящей из жидкого стекла и тонкодисперсного отвердителя - нефелинового шлама и шлака. Все вышеперечисленное приводит к более прочному контакту зерен заполнителя (вермикулита) с матрицей при спекании и созданию армирующего каркаса всей системы, что позволяет при низкой плотности без армирующего стекловолокна получить прочность, достаточную для практического применения, кроме того, нефелиновый шлам совместно со шлаком и нейтрализованным гальваношламом ускоряет твердение жаростойкого пенобетона.
Оптимальное содержание жидкого стекла в пенобетоне - 30,70-33,90%. При выходе за пределы оптимального содержания понижается прочность при сжатии жаростойкого пенобетона. При введении тонкодисперсного нефелинового шлама менее 14,9% увеличивается время твердения пенобетона. Увеличение содержания нефелинового шлама сверх 15,3% снижает прочность при сжатии пенобетона.
Содержание тонкодисперсного вспученного вермикулита менее 11,8% повышает плотность жаростойкого пенобетона, а увеличение его более 12,4% влечет за собой повышенный расход жидкого стекла в составе бетона, что снижает огнеупорность композиции, а следовательно, и температуру применения жаростойкого пенобетона. Увеличение содержания в составе пенобетона осадка очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80% - более 9% - приводит к снижению прочности пенобетона после обжига, а уменьшение - менее 8,83% - к снижению стойкости пены и повышению теплопроводности.
Содержание нейтрализованного гальваношлама менее 13,85% приводит к плохой удобоукладываемости пенобетона, а содержание более 14,60% к повышенной текучести и замедлению сроков схватывания.
Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что предлагаемый состав жаростойкого шлакощелочного пенобетона явным образом не следует из уровня техники, и вся совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, позволяющее достичь указанный технический результат, т.е. изобретение соответствует критерию охраноспособности - "изобретательский уровень".
Пример конкретного выполнения.
Изготовление жаростойкого шлакощелочного пенобетона.
1. Дозируют тонкодисперсные гранулированный шлак, вермикулит и нефелиновый шлам.
2. Дозируют часть жидкого стекла плотностью 1,48 г/см3 с силикатным модулем 2,0 и нейтрализованный гальваношлам.
3. Приготавливают бетонную смесь, смешивая отдозированные компоненты в бетономешалке в течение 3-5 минут.
4. Пену приготавливают из раствора пенообразователя Centripor SK-120 - окиси амина с осадком очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80 % и стабилизатором - раствором жидкого стекла, в пеногенераторе. Содержание компонентов для приготовления раствора пенообразователя следующее: 1:50:15.
5. Дозируют приготовленную пену в бетономешалку в зависимости от необходимой плотности и смешивают ее с бетонной смесью в течение 2-3 минут, так производят приготовление пенобетонной смеси.
6. Жаростойкая пенобетонная смесь используется для изготовления изделий требуемой формы и образцов для проведения физико-механических испытаний методом литья.
7. Твердение пенобетона осуществляется в течение 1 суток в нормальных условиях.
8. Затвердевшие изделия вынимают из форм и проводят термообработку в течение суток при температуре 100-110°С.
9. Высушенные изделия готовы к эксплуатации.
Для определения физико-механических характеристик бетона (плотности и прочности на сжатие) изготавливались образцы-кубы с размером ребра 100 мм. Для определения коэффициента теплопроводности по ГОСТ 7076-99 изготовлялись плитки размером 100 мм* 100 мм и высотой 20 мм. Физико-механические характеристики жаростойкого шлакощелочного пенобетона представлены в таблице 2.
Анализ данных табл.2 показывает, что предлагаемый состав обеспечивает получение жаростойкого пенобетона, у которого коэффициент теплопроводности снижается до 0,07-0,09 при той же плотности и прочности, и, следовательно, расширяется диапазон применения. При получении жаростойкого пенобетона заявляемого состава используются побочные продукты станций водоподготовки и гальванического производства (нейтрализованные гальваношламы), что благоприятно сказывается на экологической обстановке, а также снижает себестоимость продукции.
Жаростойкий бетон, характеризуемый физико-механическими характеристиками, указанными в табл.2, может быть использован для изготовления теплоизоляционных изделий с температурой применения до плюс 1150°С, к которым предъявляют повышенные требования по теплозащитным свойствам.
Жаростойкий шлакощелочной пенобетон, содержащий тонкодисперсный шлак, низкомодульное жидкое стекло, пенообразователь, отличающийся тем, что он содержит низкомодульное жидкое стекло плотностью 1,48 г/см3 и дополнительно - тонкодисперсный нефелиновый шлам, тонкодисперсный вспученный вермикулит плотностью 200 кг/м3, нейтрализованный гальваношлам и осадок очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80%, содержащий гидроокись алюминия Al(ОН)3 при следующем соотношении, мас.%:
| низкомодульное жидкое стекло плотностью 1,48 г/см3 | 30,70-33,90 |
| тонкодисперсный шлак | 17,25-17,35 |
| пенообразователь | 0,17-0,20 |
| тонкодисперсный нефелиновый шлам | 14,90-15,30 |
| тонкодисперсный вспученный вермикулит | |
| плотностью 200 кг/м3 | 11,80-12,40 |
| нейтрализованный гальваношлам с влажностью 80% | 13,85-14,60 |
| осадок очистных сооружений станций водоподготовки | |
| с влажностью 80%, содержащий Al(ОН)3 | 8,13-9,45 |
