Состав и способ изготовления безобжигового шамотного жаростойкого бетона

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий из шамотных жаростойких бетонов, получаемых без предварительного обжига. Технический результат - повышение прочности. Состав для изготовления безобжигового шамотного жаростойкого бетона содержит, мас.%: шамотный заполнитель 70-91, тонкомолотый шамот 6-20, натриевая силикат-глыба в виде наноразмерных частиц 1-4, тонкомолотый кристобалит 2-6, вода из расчета В/Т 0,12-0,14. Способ изготовления безобжигового шамотного жаростойкого бетона из указанного выше состава заключается в переводе натриевой силикат-глыбы в наноразмерные частицы путем дегидратационного диспергирования гидратированной тонкомолотой до удельной поверхности 2500-3000 см²/г натриевой силикат-глыбы при температуре 200-600°С, перемешивании шамотного заполнителя, тонкомолотых шамота и кристобалита с добавлением в их смесь при перемешивании имеющей температуру 80-90°С водной смеси натриевой силикат-глыбы в виде наноразмерных частиц и затем воды с температурой 80-90°С, перемешивании полученной смеси, формовании из нее изделий и обработки их термоударом при температуре 250-300°С в течение 1-2 час. Причем тонкомолотый кристобалит получают путем сухого помола. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий из безобжигового шамотного жаростойкого бетона. Технический результат - повышение прочности изделий из шамотного жаростойкого безобжигового бетона. Известен способ изготовления жаростойких бетонов на основе композиций из природных и техногенных стекол (1).

Недостатком известного способа является использование в качестве связующего силикат-глыбу размером частиц не менее 100 микрон, которые в точке растворения в вяжущем или бетоне образует жидкое стекло, чего невозможно равномерно распределять в массе твердеющегося бетона, что приводит к увеличению плавнеобразующего составляющего и снижению температуры службы бетона.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности признаков, т.е. прототипом, является способ изготовления безобжиговых огнеупоров (2), который включает силикат-глыбу с силикатным модулем 2,7-3, огнеупорный заполнитель шамот, содержащийся кристаллический кварцит, тонкомолотый шамот, где предусматривается нагрев компонентов до 80-90°С при сухом смешивании, затворение нагретой до 80-90°С водой, формование прессованием при 40 МПа и сушку при 250-300°С в течение 1-2 ч.

Недостатком известного способа является то, что частицы силикат-глыбы имеют размеры более 100 мк, а также не достигается равномерного распределения в смеси образовавшегося жидкого стекла.

Задачей изобретения является повышение прочности и термической стойкости.

Поставленная задача решается тем, что состав для изготовления безобжигового шамотного жаростойкого бетона, включающий шамотный заполнитель, тонкомолотый шамот, натриевую силикат-глыбу и воду, содержит натриевую силикат-глыбу в виде наноразмерных частиц, дополнительно - тонкомолотый кристобалит при следующем соотношении компонентов, мас.%:

шамотный заполнитель	70-91
тонкомолотый шамот	6-20
натриевая силикат-глыба в виде
наноразмерных частиц	1-4
тонкомолотый кристобалит	2-6
вода из расчета В/Т	0,12-0,14

Указанная задача решается также тем, что способ изготовления безобжигового шамотного жаростойкого бетона из указанного выше состава заключается в переводе натриевой силикат-глыбы в наноразмерные частицы путем дегидратационного диспергирования гидратированной тонкомолотой до удельной поверхности

2500-3000 см²/г натриевой силикат-глыбы, при температуре 200-600°С, перемешивании шамотного заполнителя, тонкомолотых шамота и кристобалита с добавлением в их смесь при перемешивании имеющей температуру 80-90°С водной смеси натриевой силикат-глыбы в виде наноразмерных частиц и затем воды с температурой 80-90°С, перемешивании полученной смеси, формовании из нее изделий и обработки их термоударом при температуре 250-300°С в течение 1-2 час. Причем тонкомолотый кристобалит получают путем сухого помола.

Исходные компоненты, входящие в состав сырьевой смеси, для изготовления безобжигового жаростойкого шамотного бетона следующие:

шамотный заполнитель требуемой фракции,

тонкомолотый шамот - часть шамотного заполнителя, измельченная в шаровой мельнице до удельной поверхности 2500-3000 см²/г;

натриевая силикат-глыба - полуфабрикат Огнинского стекольного завода, переведенная в наноразмерные частицы размером 10-12 нм путем дегидратационного диспергирования гидратированных частиц силикат-глыбы с удельной поверхностью 2500-3000 см²/г при температурах 200-600°С;

кристобалит - чистое кварцевое стекло;

вода - любая кроме минеральных вод.

Использование заявленной совокупности существенных признаков позволяет получить достигаемый технический результат, а именно увеличение прочности при сжатии после сушки до 50-60 МПа, термическую стойкость 70-85 (800°С - вода) число теплосмен, что отражено в таблице.

Пример. Предварительно отдозированную часть шамотного заполнителя измельчают в шаровой мельнице сухого помола до удельной поверхности 3000 см²/г, кристобалит также измельчают в шаровой мельнице сухого помола до удельной поверхности 3000 см²/т, затем в подогреваемую бетономешалку загружают шамотный заполнитель фракции 0,63-1,25 мм, тонкомолотые шамот, кристобалит и смешивают в сухом виде в течение 2-3 мин, при непрерывном смешивании добавляют подогретую до 85°С водную смесь натриевой силикат-глыбы в виде наноразмерных частиц с размером 10-12 нм, полученную в барбатере, при непрерывном смешивании добавляют подогретую до 85°С воду из расчета водотвердое отношение 0,14, смешивание массы продолжают 3-4 мин. Из этой массы прессуют изделия при удельном давлении 40 МПа и проводят термообработку изделий термоударом при 300°С в сушильной камере в течение 1,5 ч. Состав, параметры способа и результаты испытаний приведены в таблице.

Снижение температуры смешивания сухой массы в бетономешалке менее 80°С не способствует повышению активности наночастиц с тонкомолотой частью вяжущего и тем самым снижается прочность изделия. Увеличение температуры при сухом смешивании смеси более чем на 90°С способствует частичной агломерации мелкодисперсных частиц заполнителя и наполнителя, которые затем плохо реагируют с наночастицами, и снижает их активность.

Затворение смеси водным раствором наночастиц силикат-глыбы и водой с температурой менее 80°С приводит к уменьшению растворимости аморфного и кристаллического кварца в смеси, тем самым уменьшается количество растворенного кварца в смеси и снижается прочность после сушки изделий. Увеличение температуры смеси более 90°С способствует снижению прочности изделий за счет неполного растворения кварцевой составляющей смеси из-за быстрого испарения адсорбционной воды.

Сушка изделий термоударом при 250-300°С способствует полному удалению физически связанной воды из изделий и увеличению прочности соединения наночастиц с частицами наполнителя и заполнителя и тем самым увеличению прочности изделий. Уменьшение температуры термоудара менее чем 250°С не способствует максимальному обезвоживанию изделий и получению качественной матрицы, а также увеличивается время сушки. При повышении температуры термоудара более чем 300°С прочность не повышается из-за быстрого обезвоживания и неполноты растворения кварца в смеси.

Наноразмерные частицы силикат-глыбы получают следующим образом. Тонкомолотую силикат-глыбу с удельной поверхностью 2500-3000 см²/г (для данного примера 3000 см²/г) гидратируют и загружают в кюветы, расположенные в кварцевой трубке, которая в свою очередь расположена внутри трубчатой печи. С одной стороны в кварцевую трубку подают острый водяной пар, а другая сторона подсоединяется к охладителю конденсата, конденсатосборнику и барбатеру с водой. При повышении температуры в печи до 200-600°С (для данного примера 500°С) происходит дегидратационное диспергирование и наночастицы с размером 10-12 нм уносятся паром в конденсатосборник и в барбатер. Хроматографическим анализом определяют в барбатере и конденсатосборнике количественное содержание наночастиц и по достижении достаточного количества содержания их для вышеуказанного состава бетонной смеси водные смеси наночастиц из барбатера и конденсатоотводчика нагревают до 80-90°С и применяют для приготовления бетона.

Предлагаемые состав и способ обеспечивают получение структурно-стабильного изделия без предварительного обжига, повышение прочности за счет полного растворения компонентов силикат-глыбы и части кристаллического кварца из кристобалита и равномерного распределения их в смеси в процессе смешивания.

Литература

1. Горлов Ю.П., Меркин А.П., Зейфман М.И., Тотурбиев Б.Д. Жаростойкие бетоны на основе композиций из природных и техногенных стекол. - М.: Стройиздат. 1986. 144 с.

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

Компонент	Содержание смеси, мас.%
	предельные	запредельные	Прототип
1	2	3	4	5	6
Шамотный заполнитель	70	80	91	60	95,5	80
Тонкомолотый шамот	20	13	6	26	3	16
Наночастицы силикат-глыбы	4	3	1	6	0,5	-
Тонкомолотый кристобалит	6	4	2	8	1	-
Силикат-глыба	-	-	-	-	-	4
Свойство	Температура смешивания массы после водозатворения, °С	Прототип
	80	85	90	70	95
При температуре термоудара - 250°С. Прочность при сжатии после сушки, МПа	47,5	52,5	50,2	29,2	21,5	47,3
Термическая стойкость (800° - вода) число теплосмен	70	79	68	49	41	78
При температуре термоудара - 275°С. Прочность при сжатии после сушки, МПа	58,2	60	56,5	40	37,7	54,5
Термическая стойкость (800°С - вода) число теплосмен	76	85	71	63	50	83
При температуре термоудара - 300°С. Прочность при сжатии после сушки, МПа	52,3	56,2	51,8	36,1	31,3	51,5
Термическая стойкость (800°С - вода) число теплосмен	78	82	69	57	48	80

1. Состав для изготовления безобжигового шамотного жаростойкого бетона, включающий шамотный заполнитель, тонкомолотый шамот, натриевую силикат-глыбу и воду, отличающийся тем, он содержит натриевую силикат-глыбу в виде наноразмерных частиц, дополнительно - тонкомолотый кристобалит при следующем соотношении компонентов, в мас.%:

Шамотный заполнитель	70-91
Тонкомолотый шамот	6-20
Натриевая силикат-глыба в виде
наноразмерных частиц	1-4
Тонкомолотый кристобалит	2-6
Вода из расчета В/Т	0,12-0,14

2. Способ изготовления безобжигового шамотного жаростойкого бетона из состава по п.1, заключающийся в переводе натриевой силикат-глыбы в наноразмерные частицы путем дегидратационного диспергирования гидратированной тонкомолотой до удельной поверхности 2500-3000 см²/г натриевой силикат-глыбы при температуре 200-600°С, перемешивании шамотного заполнителя, тонкомолотых шамота и кристобалита с добавлением в их смесь при перемешивании имеющей температуру 80-90°С водной смеси натриевой силикат-глыбы в виде наноразмерных частиц и затем воды с температурой 80-90°С, перемешивании полученной смеси, формовании из нее изделий и обработки их термоударом при температуре 250-300°°С в течение 1-2 ч.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что тонкомолотый кристобалит получают путем сухого помола.