Композиция для изготовления жаростойких бетонов

Авторы патента:

Абдрахимова Елена Сергеевна (RU)

Абдрахимов Владимир Закирович (RU)

Кайракбаев Аят Крымович (KZ)

C04B28/34 - содержащие низкотемпературные фосфатные связующие

Владельцы патента RU 2580536:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) (RU)

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких бетонов на основе химических связующих. Технический результат заключается в повышении предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких бетонов. Композиция для изготовления жаростойких бетонов включает компоненты при следующем соотношении, мас.%: отработанный катализатор ИМ-2201 10-15, щебень 33-40, песок 10-13, H₃PO₄10-15, кальцийсодержащий шлак от производства среднеуглеродистого феррохрома с содержанием, %: Cr₂O₃ - 4,91; SiO₂ - 26,38; Al₂O₃ - 5,63; FeO - 1,0; CaO - 49,18; MgO - 12,9 24-30. 3 табл.

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких бетонов на основе химических связующих. К химическим связующим, применяемым в жаростойких бетонах, относятся жидкое стекло, силикат-глыба (прозрачный стекловидный сплав щелочных силикатов - полуфабрикат жидкого стекла) и фосфатные связки.

Известны композиции для получения пористых заполнителей (для бетонов) на основе химических связующих следующего состава, мас. %: жидкое стекло - 45-65; хлорид натрия - 5-15; отход горно-обогатительной фабрики при обогащения угля - 15-20; межсланцевая глина, образующаяся при добыче горючих сланцев - 15-20 (пат. Российской Федерации №2440312, МПК С04В 14/24. Композиция для производства пористого заполнителя. / Абдрахимова Е.С., Рощупкина И.Ю., Абдрахимов В.З., Куликов В.А.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева. - №2010122114. заявл. 31.05.20910; опубл. 20.01.2012. Бюл. №2) [1].

Недостатком указанного состава композиции является относительно низкая прочность 2,65-2,75 МПа.

Наиболее близкой к изобретению является композиция для получения жаростойких бетонов (композитов), включающая следующие компоненты, мас. %: отработанный катализатор ИМ-2201 - 10-15; щебень - 33-40; песок - 10-13; H₃PO₄ - 10-15; шлаки от выплавки ферротитана с содержанием, мас. %: SiO₂ - 2,5; Al₂O₃ - 72,18; TiO₂ - 10,2; Fe₂O₃ - 0,30; CaO - 11,4; MgO - 3,3 - 24-30 (пат. Российской Федерации №2521005, МПК С04В 28/34. Композиция для изготовления жаростойких композитов. / Абдрахимова Е.С., Рощупкина И.Ю., Абдрахимов В.З., Колпаков А.В.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный аэрокосмический университет имени С.П. Королева. №2013102609. Заявл. 21.01.2013; опубл. 27.06.2014. Бюл. №18) [2].

Недостатком указанного состава композиции является относительно низкий предел прочности при сжатии после твердения и нагревания до температуры 1200°C и низкая термостойкость.

Задача изобретения - повышение качества жаростойкого бетона (композита).

Техническим результатом изобретения является повышение предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких бетонов (композитов).

Указанный технический результат достигается тем, что в известную композицию, включающую отработанный катализатор ИМ-2201, щебень, песок и H₃PO₄, дополнительно вводят кальцийсодержащий шлак от производства среднеуглеродистого феррохрома с содержанием: %: Cr₂O₃ - 4,91; SiO₂ - 26,38; Al₂O₃ - 5,63; FeO - 1,0; CaO - 49,18; MgO - 12,9 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

отработанный катализатор ИМ-2201	10-15
щебень	33-40
песок	10-13
H₃PO₄	10-15
кальцийсодержащий шлак от производства среднеуглеродистого
феррохрома с содержанием: %: Cr₂O₃ - 4,91; SiO₂ - 26,38;
Al₂O₃ - 5,63; FeO - 1,0; CaO - 49,18; MgO - 12,9	24-30.

Кальцийсодержащий шлак от производства среднеуглеродистого феррохрома образуется при выплавке ферросплавов в плавильных печах при производстве среднеуглеродистого феррохрома. Гранулометрический состав представлен фракцией 0-1 мм - 100%.

Минералогический состав представлен следующими основными минералами: аморфной стеклофазой, кварцем (SiO₂), хромшпинелью (Mg, Fe)(Cr, Al, Fe)₂O₄, волластонитом Ca₃[Si₃O₉]; эпидотом Ca₂(Al, Fe)₃O(OH)[SiO₄][Si₂O₇]; цоизитом Ca₂Al₃O(OH)[SiO₄][Si₂O₇]; серпентином Mg₆(OH)₈[Si₄O₁₀]; пироксеном Ca(Mg, Fe)[Si₂O₆]; пиритом (FeS₂). Химический состав компонентов представлен в таблице 1.

Для изготовления жаростойких бетонов использовались:

а) щебень, отвечающий требованиям ГОСТа Г 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия» М 600, 800-1000, со средней плотностью зерен от 2,0 до 2,5 кг/м³ из карбонатных пород, добываемый в Самарской области, фракции 5-10 мм.

б) песок, отвечающий требованиям ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия». Песок речной, добываемый в Самарской области, имел следующие показатели: средняя плотность в сухом состоянии - 1,5 кг/м³; содержание илистых, пылевидных и глинистых частиц не более - 0,7% по массе; истинная плотность песка речного - 2,65 г/см³; наличие суглинка, комков глины и прочих засоряющих примесей не более - 0,05%; модуль крупности - 1,68.

Для изготовления жаростойких бетонов использовалась в качестве связующей ортофосфорная кислота H₃PO₄ в чистом виде по ГОСТ 6552-80, норма - чистый (ч.) ОКП 26 1213 0021 10. Массовая доля ортофосфорной кислоты (H₃PO₄), не менее 85%, плотность не менее 1,69 г/см³.

В предложенных составах (таблица 2), как и в прототипе, использовался отработанный катализатор ИМ-21 (отходы производства), отвечающий требованиям - ТУ 38.103544-89. Химический состав катализатора представлен в таблице 1.

Согласно ТУ 38.103544-89 отработанный катализатор ИМ-2201 должен иметь следующие показатели: внешний вид порошка - серо-зеленого цвета, насыпная плотность 1,0-1,5 г/см³; массовая доля Al₂O₃ не менее 70%.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Технологический процесс производства бесцементных жаростойких бетонов и изготовления изделий и конструкций из них включает в себя приготовление формовочной массы, формование изделий и термообработку.

Следует отметить, что для своего затвердения и набора марочной прочности жаростойкие бетоны требуют особой термообработки.

Для бетонов на ортофосфорной кислоте с компонентами, представленными в таблице 2, нагревание до 500°C с подъемом температуры до 200°C со скоростью 60°C/ч и до 500°C - 150°C/ч, выдерживание в течение 4 часов, охлаждение вместе с печью.

В таблице 3 представлены физико-механические показатели жаростойкого бетона.

Как видно из таблицы 3, жаростойкий бетон из предложенных составов имеет более высокие показатели по механической прочности и термостойкости, чем прототип.

Полученное техническое решение при использовании кальцийсодержащего шлака от производства среднеуглеродистого феррохрома позволяет повысить показатели по механической прочности и термостойкости жаростойкого бетона.

Использование техногенного сырья при получении жаростойкого бетона способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды и расширению сырьевой базы для строительных материалов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Пат. Российской Федерации №2440312, МПК С04В 14/24. Композиция для производства пористого заполнителя. / Абдрахимова Е.С., Рощупкина И.Ю., Абдрахимов В.З., Куликов В.А.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева. - №2010122114. Заявл. 31.05.20910; опубл. 20.01.2012. Бюл. №2.

2. Пат. РФ №2521005, МПК С04В 28/34. Композиция для изготовления жаростойких композитов. / Абдрахимова Е.С., Рощупкина И.Ю., Абдрахимов В.З., Колпаков А.В.; заявитель и патентообладатель Самарский государственный аэрокосмический университет имени С.П. Королева. №2013102609. Заявл. 21.01.2013; опубл. 27.06.2014. Бюл. №18.

Композиция для изготовления жаростойких бетонов, включающая отработанный катализатор ИМ-2201, щебень, песок и Н₃РО₄, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит кальцийсодержащий шлак от производства среднеуглеродистого феррохрома с содержанием, %: Cr₂О₃ - 4,91; SiO₂ - 26,38; Al₂O₃ - 5,63; FeO - 1,0; СаО - 49,18; MgO - 12,9 при следующем соотношении компонентов, мас. %:

отработанный катализатор ИМ-2201	10-15
щебень	33-40
песок	10-13
Н₃РО₄	10-15
кальцийсодержащий шлак от производства среднеуглеродистого
феррохрома с содержанием, %: Cr₂O₃ - 4,91; SiO₂ - 26,38;
Al₂O₃ - 5,63; FeO - 1,0; СаО - 49,18; MgO - 12,9	24-30

Композиция для изготовления жаростойких бетонов // 2576067

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких бетонов на основе фосфатных связок. Техническим результатом изобретения является повышение предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких бетонов.

Композиция для изготовления жаростойких бетонов // 2575783

Высокопрочный цемент на фосфатной основе, имеющий низкую щелочность // 2574636

Изобретение относится к сырьевой смеси для получения фосфатного продукта, цементной суспензии на фосфатной основе и к способу получения фосфатного продукта. Смесь для получения высокопрочного фосфатного цемента включает дигидроортофосфат калия, оксид металла группы IIA в количествах от примерно 20 до примерно 100 частей на 100 частей дигидроортофосфата калия и дигидроортофосфат кальция в количествах от примерно 3 до примерно 30 частей на 100 частей дигидроортофосфата калия.

Композиция для изготовления жаростойких бетонов // 2574438

Композиция для изготовления жаростойких бетонов // 2571780

Композиция для изготовления жаростойких бетонов // 2568443

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких бетонов (композитов) на основе химических связующих. Композиция для изготовления жаростойких бетонов содержит, мас.%: щебень из карбонатных пород фракций 5-10 мм 25-30, песок речной с модулем крупности 1,68 22-30, H3PO4, в которой массовая доля ортофосфорной кислоты не менее 85%, 10 - 12, отработанный катализатор ИМ-2201, содержащий оксиды, мас.%: SiO2 - 7,90; Al2O3 - 74,5; Fe2O3 - 0,15; MgO - 0,10; Cr2O3 - 14,8; R2O - 1,57, 10-13, алюмосодержащий шлам щелочного травления алюминия, содержащий 80% частиц размером менее 20 мкм и оксиды, мас.%: SiO2 - 2,5; Al2O3 - 45,2; Fe2O3 - 1,4; CaO - 1,2; MgO - 5,2; R2O - 9,8; п.п.п.

Композиция для изготовления жаростойких композитов // 2568203

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких композитов (бетонов) на основе химических связующих. Композиция для изготовления жаростойких композитов включает, мас.%: отработанный катализатор ИМ-2201 10-13, щебень из карбонатных пород фракций 5-10 мм 25-30, песок речной с модулем крупности 1,68 22-30, H3PO4 10-12, алюмосодержащий шлам щелочного травления алюминия 10-13, кальцийсодержащий шлам обработки алюминия карбонатным шламом, образующимся после умягчения воды, 10-15.

Композиция для изготовления жаростойких бетонов // 2567911

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких бетонов (композитов) на основе химических связующих. Композиция для изготовления жаростойких бетонов содержит, мас.%: отработанный катализатор ИМ-2201 10-15, щебень из карбонатных пород фракции 5-10 мм 33-40, H3PO4 10-15, доломитовые высевки 10-13, шлам, образующийся в результате травления алюминия и его сплавов концентрированными растворами едкого натра с содержанием, мас.%: SiO2 - 4,5; Al2O3 - 78,5; Fe2O3 - 2,9; СаО - 2,5; MgO - 1,1; R2O - 4,1; п.п.п.

Композиция для изготовления жаростойких бетонов // 2558567

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких бетонов (композитов) на основе химических связующих. Композиция для изготовления жаростойких бетонов включает, мас.%: отработанный катализатор ИМ-2201 10-15, щебень из карбонатных пород фракции 5 - 10 мм 33-40, известняковую муку 10-13, Н3РO4 10-15, шлам, образующийся в результате травления алюминия и его сплавов концентрированными растворами едкого натра с содержанием, мас.%: SiO2 - 4,5; Аl2O3 - 78,5; Fе2О3 - 2,9; СаО-2,5; MgO - 1,1; R2O - 4,1; п.п.п.

Композиция для изготовления жаростойких бетонов // 2580866

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких бетонов на основе химических связующих. Техническим результатом изобретения является повышение предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких бетонов. Композиция для жаростойкого бетона содержит фосфорную кислоты и отработанный катализатор ИМ-2201, карбонатный шлам системы водоочистки, алюмокальциевый шлам и шлам щелочного травления алюминия и его сплавов с содержанием, мас.%: SiO2 - 1,8; Al2O3 - 48,8; Fe2O3 - 1,2; CaO - 1,3; MgO - 2,5; R2O - 9,9; п.п.п. 34,5 при следующем соотношении компонентов, мас.%:отработанный катализатор ИМ-2201 10-15, карбонатный шлам системы водоочистки 33-40, алюмокальциевый шлам 10-13, H3PO4 10-15, шлам щелочного травления алюминия и его сплавов с содержанием, мас.%: SiO2- 1,8; Al2O3 - 48,8; Fe2O3 - 1,2; CaO - 1,3; MgO - 2,5; R2O - 9,9; п.п.п. 34,5 24-30. Использование техногенного сырья при получении жаростойкого бетона способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды и расширению сырьевой базы для строительных материалов. 2 табл.

Композиция для изготовления жаростойких композитов // 2592922

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких композитов (бетонов) на основе химических связующих. К химическим связующим, применяемым в жаростойких бетонах, относятся жидкое стекло, силикат-глыба (прозрачный стекловидный сплав щелочных силикатов - полуфабрикат жидкого стекла) и фосфатные связки. Техническим результатом изобретения являются повышения предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких композитов, которые достигаются добавлением в композицию кремнийсодержащей формовочной земли с содержанием оксидов, мас.%: SiO2 - 95,8; Al2О3 - 3,01; Fe2O3 - 0,88; СаО - 0,31 при следующем соотношении компонентов, мас.%: отработанный катализатор ИМ-2201 15-20, щебень 30-45, Н3РО4 12-17, кремнийсодержащая формовочная земля с содержанием оксидов, мас.%: SiO2 - 95,8, Al2O3 - 3,01, Fe2O3 - 0,88, СаО - 0,21 28-33. Полученное техническое решение при использовании кремнийсодержащей формовочной земли позволяет повысить показатели по механической прочности и термостойкости жаростойкого бетона. Использование техногенного сырья при получении жаростойкого композита (бетона) способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды, расширению сырьевой базы для строительных материалов. 4 ил.

Композиция для изготовления жаростойких бетонов // 2592927

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких бетонов на основе химических связующих в виде фосфатных связок. Техническим результатом изобретения являются повышения предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких бетонов. Это достигается добавлением в композицию на основе фосфорной кислоты, шлака от выплавки ферротитана, песка и отработанного катализатора нефелинового отвального шлама с содержанием, %: SiO2 - 31,9; Al2O3 - 5,8; Fe2O3 - 4,3; СаО - 55,7; MgO - 1,4; R2O - 1,8 и SO3 - 0,5, при следующем соотношении компонентов, мас. %: отработанный катализатор ИМ-2201 10-15, нефелиновый отвальный шлам 33-40, песок 10-13, Н3РО4 10-15, шлак от выплавки ферротитана 24-30. 4 табл.

Композиция для изготовления жаростойких композитов // 2594240

Композиция для изготовления жаростойких композитов // 2602542

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких композитов (бетонов) на основе химических связующих. Технический результат заключается в повышении предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких композитов. Композиция для изготовления жаростойких композитов включает компоненты при следующем соотношении, мас. %: отработанный катализатор ИМ-2201 10-15, щебень 33-40, Н3PO4 10-15, алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов 24-30, ферропыль из самораспадающихся шлаков низкоуглеродистого феррохрома 10-13. 3 табл.

Композиция для изготовления жаростойких композитов // 2616199

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких композитов (бетонов) на основе химических связующих. Техническим результатом изобретения является повышение предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких композитов Композиция для изготовления жаростойких композитов (бетонов), включающая отработанный катализатор ИМ-2201, щебень из карбонатных пород со средней плотностью зерен 2-2,5 кг/м3, фракции 5-10 мм, Н3РО4, плотностью не менее 1,69 г/см3 и алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов с размером частиц от 0,1 до 5 мкм, дополнительно содержит шлак от производства ферросилиция, размолотый до прохода через сито 0,14 мм и с содержанием оксидов, мас.%: SiO2 - 49,4; Al2O3 - 6,8; Fe2O3 - 4,4; СаО - 24,5; MgO - 15,1 при следующем соотношении компонентов, мас.%: отработанный катализатор ИМ-2201 10-15, щебень из карбонатных пород со средней плотностью зерен 2-2,5 кг/м3 33-40, Н3РО4 10-15, алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов 24-30, шлак от производства ферросилиция 10-13. Использование техногенного сырья при получении жаростойкого бетона способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды, расширению сырьевой базы для строительных материалов. 3 табл.

Композиция для изготовления жаростойких композитов // 2623387

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких композитов (бетонов) на основе химических связующих. Композиция для изготовления жаростойких композитов включает, мас.%: отработанный катализатор ИМ-2201 10-15, щебень из карбонатных пород фракции 5-10 мм 33-40, Н3РО4 плотностью не менее 1,69 г/см3 10-15, алюмохромистые отходы травления алюминиевых сплавов с размером частиц от 0,1 до 5 мкм 24-30, глиежи, размолотые до прохода через сито 0,14 мм и с содержанием оксидов, мас.%: SiO2 - 61,5; Al2O3 -19,8; Fe2O3 - 7,4; СаО - 6,7; MgO - 2,2; R2O - 1,1; п.п.п. - 1,3, 10-13. Технический результат – повышение предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких композитов, утилизация промышленных отходов. 3 табл.

Композиция для изготовления жаростойких композитов // 2626488

Способ получения конструкционно-теплоизоляционного материала // 2636718

Изобретение относится к области теплотехники и направлено на повышение эффективности теплоизоляционных характеристик и срока эксплуатации конструкционно-теплоизоляционного материала, используемого для обеспечения тепловой защиты передового энергетического оборудования. Cпособ получения конструкционно-теплоизоляционного материала включает подготовку формовочной смеси, формование, полимеризацию и термообработку, выдержку и остывание. При этом подготовку формовочной смеси проводят в три этапа. На первом этапе готовят смесь на основе алюмосиликатных микросфер, алюмохромфосфатного связующего и катализатора отверждения. На втором этапе готовят смесь на основе алюмосиликатных микросфер и карбамидфурановой смолы. На третьем этапе проводят гомогенизацию двух полученных смесей путем порционного добавления первой смеси ко второй, затем осуществляют формование путем кратковременной виброусадки и постепенного прессования смеси при давлении пуансона 1,5 МПа. Далее проводят полимеризацию при комнатной температуре в течение 12 ч, термообработку осуществляют в кислородной среде ступенчатым нагревом до 700°С в течение 16 ч при следующих температурных режимах: первые 4 ч - при температуре 100-150°С, следующие 4 ч - при температуре 250°С, последующие 4-5 ч - при температуре 400-500°С, оставшееся время - при температуре 700°С. Выдержку проводят при температуре 700°С в течение 4 ч и остывание в печи - в течение 4-5 ч. Причем оптимальное соотношение алюмохромфосфатного связующего и карбамидфурановой смолы по объему составляет 70:30, а соотношение объемов связующих и алюмосиликатных микросфер составляет 1:6. Технический результат – повышение эффективности теплоизоляционных характеристик и срока эксплуатации материала, а именно теплопроводность составляет 0,089 Вт/(м⋅К), прочность на сжатие – 0,75 МПа, плотность – 0,25 г/см3. 1 ил., 1 табл.

Композиция для получения теплоизоляционных изделий // 2641933

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к производству легковесных огнеупорных теплоизоляционных изделий. Композиция включает связующее и легкий заполнитель и дополнительно содержит карбамидофурановую смолу марки ФК и катализатор отверждения марки ОК в количестве 10% от массы смолы. При этом в качестве связующего выбрано алюмохромфосфатное связующее, а в качестве легкого заполнителя выбраны полые алюмосиликатные микросферы с размером частиц от 150 до 280 мкм при следующем соотношении компонентов, маc.%: алюмохромфосфатное связующее 25-34, полые алюмосиликатные микросферы 55-69,5, катализатор отверждения марки ОК 0,5-1, карбамидофурановая смола марки ФК 5-10. Техническим результатом является повышение механических свойств огнеупорных легковесных теплоизоляционных изделий и снижение тепловых потерь с теплоизолируемой поверхности. 3 табл., 12 пр.