Состав и способ изготовления шамотного жаростойкого бетона

Авторы патента:

C04B40/00 - Способы вообще, для воздействия на свойства составов строительных растворов, бетона или искусственных камней, например их схватывание или твердение (активные ингредиенты C04B 22/00-C04B 24/00; твердение определенных составов C04B 26/00-C04B 28/00; получение пор, ячеек или облегчение C04B 38/00; механические аспекты B28; например кондиционирование материала, перед формованием B28B 17/02)

C04B35/18 - с высоким содержанием оксида алюминия

C04B28/26 - силикаты щелочных металлов

C04B111/20 - Известь; магнезия; шлак; цементы; их составы, например строительные растворы, бетон или аналогичные строительные материалы; искусственные камни; керамика (кристаллизуемая стеклокерамика C03C 10/00); огнеупоры, обработка природного камня

B82B3/00 - Изготовление или обработка наноструктур

Владельцы патента RU 2670806:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ ДАГЕСТАНСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК (RU)

Изобретение относится к промышленности огнеупорных материалов, а именно жаростойким бетонам, и может быть использовано при изготовлении изделий из шамотного жаростойкого бетона. Технический результат - повышение температуры начала деформации под нагрузкой 0,2 МПа, термической стойкости и водостойкости изделий из шамотного жаростойкого бетона. Состав для изготовления шамотного жаростойкого бетона, включающий: связующее, шамотный заполнитель, тонкомолотые наполнители с удельной поверхностью 2500-3000 см²/г и воду, содержит в качестве связующего коллоидный полисиликат натрия с силикатным модулем 6,5, полученный путем введения в 20%-ный водный раствор силиката натрия 16%-ного гидрозоля диоксида кремния при их соотношении 1:1,6, перемешивания при 100°С в течение 3,0 ч с выдержкой не более 0,5 ч, и в качестве наполнителя - природный аморфный тонкодисперсный кремнезем следующего химического состава, мас. %: SiO₂ - 87,00; Al₂O₃ - 5,00; TiO₃ - 0,3; Fe₂O₃ - 2,25; P₂O₅ - 0,07; FeO менее 0,25; СаО - 0,72; MgO - 0,50; MnO - 0,02; K₂O - 1,03; Na₂O - 0,58; SO₃ менее 0,10; ППП - 2,26, при следующем соотношении компонентов, мас. %: шамотный заполнитель фракции 0,15-7 мм 60-90, тонкомолотый шамот S_уд=2500-3000 см²/г 5-16, природный аморфный тонкодисперсный кремнезем 2-16, коллоидный нанодисперсный полисиликат натрия 3-8, вода из расчета В/Т 0,12-0,14. Способ изготовления шамотного жаростойкого бетона из указанного выше состава включает введение в коллоидный полисиликат натрия аморфного кремнезема и тонкомолотого шамота и добавление воды, перемешивание в высокоскоростном смесителе с получением однородной суспензии, с последующим ее перемешиванием с шамотным заполнителем в лопастной мешалке принудительного действия до получения однородной массы, формование ее путем прессования при удельном давлении 40 МПа, твердение по режиму: подъем температуры от 20 до 90°С - 1,5 ч, выдержка при 85-95°С - 0,5 ч, затем подъем температуры до 200°С - 1 ч, выдержка 2 ч. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

Технический результат - повышение температуры начала деформации под нагрузкой 0,2 МПа, и водостойкости изделий из шамотного жаростойкого бетона.

Известен способ изготовления безобжиговых огнеупоров [1].

Недостатком известного способа является использование в качестве связующего - силикат-глыбу, которая содержит легкоплавкий щелочной компонент Na₂O, который снижает температуры начала деформации под нагрузкой 0,2 МПа, термостойкость и водостойкость жаростойкого бетона.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности признаков (прототип) является состав и способ для изготовления шамотного жаростойкого бетона [2], включающее, мас. %: шамотный заполнитель 70-91, тонкомолотый шамот 6-20, силикат-глыбу с силикатным модулем 2,7-3,0 в виде наноразмерных частиц 1-4, тонкомолотый кристобалит 2-6 и воду из расчета В/Т 0,12-0,14 с основными показателями: температура начала деформации под нагрузкой 0,2 МПа - 1280-1340°С; термическая стойкость - 57-66 теплосмен (1300°С - вода); водостойкость - 0,61.

Недостатком этого состава и способа также является использование силикат-глыбы, которая содержит большое количество легкоплавкого щелочного компонента Na₂O, что снижает некоторые показатели свойств: деформации под нагрузкой 0,2 МПа°С; термическую стойкость при 1300°С, водостойкость шамотного жаростойкого бетона. Кроме того, такой способ перевода в наноразмерные частицы путем дегидратационного диспергирования гидратированных частей натриевой силикат-глыбы при температуре 200-1000°С, является сложным и требует больших энергетических затрат.

Целью изобретения является повышение температуры начала деформации под нагрузкой 0,2 МПа, термической стойкости при 1300°С, водостойкости шамотного жаростойкого бетона и исключение технологически сложного способа перевода силикат-глыбы в наноразмерные частицы, требующего больших энергетических затрат.

Исходные компоненты, входящие в состав сырьевой смеси для изготовления жаростойкого шамотного бетона с повышенной температурой начала деформации под нагрузкой 0,2 МПа, термической стойкостью и водостойкостью изделий, следующие: шамотный заполнитель фракции 0,15-7 мм, тонкомолотый шамот с удельной поверхностью 2500-3000 см²/г, соответственно отвечающие требованиям ГОСТ 23077-99 «Заполнители огнеупорные. Технические условия» и ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия», природный аморфный тонкодисперсный кремнезем (химический состав и ситовый анализ приведены ниже), коллоидные нанодисперсные полисиликаты натрия с силикатным модулем 6,5 (согласно пат. РФ 2124475) и вода - любая, кроме минеральных вод.

Поставленная цель достигается тем, что состав для изготовления шамотного жаростойкого бетона, включающий: связующее, шамотный заполнитель, тонкомолотый шамот с удельной поверхностью 2500-3000 см²/г, тонкомолотый кристобалит и воду, отличающийся тем, что он содержит в качестве связующего коллоидный полисиликат натрия с силикатным модулем 6,5 и в качестве наполнителя природный аморфный тонкодисперсный кремнезем при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Шамотный заполнитель фракции 0,15-7 мм	60-90
Тонкомолотый шамот с удельной поверхностью	16-5
Коллоидный нанодисперсный полисиликат натрия с силикатным модулем 6,5	8-3
Природный аморфный тонкодисперсный кремнезем	16-2

Вода из расчета В/Т=0,12-0,14 от общ. мас. сухих компонентов.

Химический состав природного аморфного кремнеземистого сырья следующий, % мас.: SiO₂ - 87,00; Al₂O₃ - 5,00; TiO₃ - 0,3; Fe₂O₃ - 2,25; P₂O₅ - 0,07; FeO менее 0,25; СаО - 0,72; MgO - 0,50; MnO - 0,02; K₂O - 1,03; Na₂O - 0,58; SO₃ менее 0,10; ППП - 2,26.

Коллоидные нанодисперсные полисиликаты представляют переходную область составов от жидких стекол к кремнезолям и классифицируются как наноматериалы.

Структурным элементом полисиликата является кремнекислородный тетраэдр, который является основной полимерной составляющей полисиликатов.

Основным отличием полисиликатов от жидких стекол (высокощелочных силикатных систем) является их полимерная форма, представляющая кремнеземные частицы размером от 4 до 5 нм. Полимерная форма составляет 60% и более от общего содержания кремнезема, что обеспечивает высокие прочностные свойства образующихся гелевых структур. Эффективность полисиликатов в 4 раза выше эффективности жидких стекол, что позволяет использовать технологические растворы с более низкой концентрацией.

Способ изготовления шамотного жаростойкого бетона из указанного выше состава заключался в том, что изначально в лабораторных условиях изготавливали полисиликаты натрия с силикатным модулем 6,5, которые, согласно пат. РФ 2124475, получали путем введения в 20%-ный водный раствор силиката натрия 16%-ного гидрозоля диоксида кремния при их соотношении 1:1,6, путем перемешивания при 100°С в течение 3,0 ч с последующей выдержкой 0,5 ч.

Затем отдозированные сухие тонкомолотые и тонкодисперсные компоненты различного состава (табл. 1), состоящие из тонкомолотого шамота и природного аморфного тонкодисперсного кремнеземистого сырья перемешивали с коллоидным полисиликатом натрия с добавлением воды из расчета В/Т 0,12-0,14 от массы сухих компонентов в зависимости от состава смеси в лабораторном высокоскоростном смесителе до получения однородной суспензии. После чего полученную суспензию перемешивали совместно с огнеупорным шамотным заполнителем в лопастной лабораторной мешалке принудительного действия до получения однородной массы жаростойкой бетонной смеси.

Из полученной однородной массы жаростойкой бетонной смеси различного состава изготавливали образцы для определения температуры деформации под нагрузкой 0.2 МПа (ГОСТ 20910-90), термостойкости (ГОСТ 20910-90) и водостойкости К_разм (Микульский В.Г. и др. Строительные материалы.- М.: АСВ, 2004. - 28 с.). Образцы изготавливали путем прессования при удельном давлении 40 МПа. Для формования бетона могут быть применены также другие методы и способы, например: послойное трамбование, формование путем вибрирования, вибропрессование и др.

Твердение отформованных образцов из однородной массы жаростойкой бетонной смеси осуществляли в лабораторном сушильном шкафу по режиму: подъем температуры от 20 до 90°С - 1,5 ч, выдержка при 90±5°С - 0,5 ч, затем подъем температуры до 200°С - 1 ч, выдержка 2 ч для последующего обезвоживания системы, который проходил без заметных усадочных явлений и способствовал ее упрочнению, обеспечивающему достаточную прочность образцов.

Соотношения компонентов по предлагаемому и известному составам представлены в табл. 1, а результаты их испытаний приведены в табл. 2. Из приведенных в табл. 2 данных следует, что предлагаемые составы имеют более высокие показатели термостойкости, температуры начала деформации под нагрузкой 0,2 МПа и водостойкости, чем известные.

Таким образом, шамотный жаростойкий бетон, полученный по вышеприведенным составам и способу с использованием в качестве связующего коллоидного нанодисперсного полисиликата натрия взамен наноразмерных частиц силикат-глыбы показывает, что с увеличением силикатного модуля (SiO₂/Na₂O), т.е. с повышением кремнеземистого составляющего SiO₂ содержание легкоплавкого компонента Na₂O понижается, в результате чего термостойкость, температура начала деформации под нагрузкой 0,2 МПа и водостойкость жаростойкого бетона повышаются. Повышению этих показателей способствует также природный аморфный тонкодисперсный кремнезем, так как оно по химическому составу содержит высокоогнеупорные оксиды: SiO₂ - 87%; Al₂O₃ - 5%, который по ситовому анализу до 20% представлены нанодисперсными частицами.

Литература

1. Тотурбиев Б.Д. Батырмурзаев Ш.Д., а.с. SU №1701693, кл. С04В 28/24, С04В 40/00 30.12.91. БИ №48.

2. Патент РФ №2377217, Бюл. №36, 27.12.2009.

1. Состав для изготовления шамотного жаростойкого бетона, включающий: связующее, шамотный заполнитель, тонкомолотые наполнители с удельной поверхностью 2500-3000 см²/г и воду, отличающийся тем, что он содержит в качестве связующего коллоидный полисиликат натрия с силикатным модулем 6,5, полученный путем введения в 20%-ный водный раствор силиката натрия 16%-ного гидрозоля диоксида кремния при их соотношении 1:1,6, перемешивания при 100°С в течение 3,0 ч с выдержкой не более 0,5 ч, и в качестве наполнителя - природный аморфный тонкодисперсный кремнезем следующего химического состава, мас. %: SiO₂ - 87,00; Al₂O₃ - 5,00; TiO₃ - 0,3; Fe₂O₃ - 2,25; P₂O₅ - 0,07; FeO менее 0,25; СаО - 0,72; MgO - 0,50; MnO - 0,02; K₂O - 1,03; Na₂O - 0,58; SO₃ менее 0,10; ППП - 2,26, при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Шамотный заполнитель фракции 0,15-7 мм	60-90
Тонкомолотый шамот S_уд=2500-3000 см²/г	5-16
Природный аморфный тонкодисперсный кремнезем	2-16
Коллоидный нанодисперсный полисиликат натрия	3-8
Вода из расчета В/Т	0,12-0,14

2. Способ изготовления шамотного жаростойкого бетона из состава по п. 1, включающий введение в коллоидный полисиликат натрия аморфного кремнезема и тонкомолотого шамота и добавление воды, перемешивание в высокоскоростном смесителе с получением однородной суспензии с последующим ее перемешиванием с шамотным заполнителем в лопастной мешалке принудительного действия до получения однородной массы, формование ее путем прессования при удельном давлении 40 МПа, твердение по режиму: подъем температуры от 20 до 90°С - 1,5 ч, выдержка при 90±5°С - 0,5 ч, затем подъем температуры до 200°С - 1 ч, выдержка 2 ч.

Изобретение может быть использовано при получении бетона или железобетона. Способ получения ускорителя схватывания и затвердевания минеральных вяжущих веществ включает этап приведения во взаимодействие соединения кальция с силиказолем при мольном соотношении Si:Ca менее 0,1 в ходе реакции.

Состав и способ изготовления корундового жаростойкого бетона // 2668594

Изобретение относится к жаростойким бетонам. Состав для изготовления корундового жаростойкого бетона, включающий: связующее, электроплавленный корундовый заполнитель, тонкомолотый электроплавленный корунд, тонкомолотый технический глинозем, тонкомолотый диатомит и нагретую воду, содержит в качестве связующего коллоидный полисиликат натрия с силикатным модулем 6,5, полученный путем введения в 20%-ный водный раствор силиката натрия 16%-ного гидрозоля диоксида кремния в соотношении 1:1,6, перемешивания при 100°С в течение 3,0 ч с выдержкой при указанной температуре не более 0,5 ч, и дополнительно - природный аморфный тонкодисперсный кремнезем с содержанием 20% нанодисперсных частиц, имеющий следующий химический состав, мас.

Способ активации гипса // 2667756

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при производстве строительных изделий, например панелей, облицовочных плит. Способ активации гипса включает предварительную обработку гипса вихревым слоем анизотропных ферромагнитных тел в немагнитной емкости, расположенной в аппарате с наружным электромагнитным полем.

Способ активации извести // 2667746

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при производстве строительных растворов и изделий, например кирпича, силикатного бетона. Способ активации извести включает предварительную обработку извести вихревым слоем анизотропных ферромагнитных тел в немагнитной емкости, расположенной в аппарате с наружным электромагнитным полем.

Способ приготовления базальтофибробетонной смеси // 2667402

Изобретение относится к технологии производства дисперсно-армированных бетонных смесей для изготовления строительных изделий и конструкций. Согласно изобретению сначала готовят сухую бетонную смесь из крупного и мелкого заполнителей и 90% цемента, которую затворяют водой в количестве 40-50% от проектного объема.

Способ приготовления бетонной смеси // 2667180

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам приготовления бетонной смеси и строительных растворов, бетонов и конструкций и может быть использовано в технологии производства изделий и конструкций в сборном домостроении и в монолитном строительстве.

Способ приготовления бетонной смеси // 2667179

Изобретение относится к области строительства, а именно к способам приготовления бетонной смеси и строительных растворов, бетонов и конструкций, и может быть использовано в технологии производства изделий и конструкций в сборном домостроении и в монолитном строительстве.

Полиуретановое связующее для армированных минерал-полимерных композитов и способ его получения // 2667178

Изобретение относится к полиуретановому связующему для композиционного материала на основе природного щебня и гравия из плотных горных пород, который может быть использован при строительстве и ремонте откосов железных и автомобильных дорог, берегоукрепительных сооружений, конусов насыпей, подходов к искусственным сооружениям, а также в производстве облицовочных строительных изделий - плиток, блоков, панелей.

Отверждаемая органополисилоксановая композиция // 2667164

Изобретение относится к отверждаемым органополисилоксановым композициям, способу их приготовления и применению для изготовления искусственных камней. Отверждаемая композиция для изготовления формованных изделий, содержащая (А1) смоляной компонент, состоящий из по меньшей мере одной органополисилоксановой смолы, которая состоит из звеньев приведенной формулы, компонент (А1) имеет среднемассовую молекулярную массу Mw от 500 до 11000 г/моль и среднечисленную молекулярную массу Mn от 500 до 5000 г/моль, а также полидисперсность (Mw/Mn) от 1 до 5, (А2) кремнийорганический компонент, состоящий из по меньшей мере одного кремнийорганического соединения, которое состоит из звеньев приведенной формулы, и (Б) по меньшей мере один наполнитель.

Способ переработки бетонного лома (варианты) // 2666388

Изобретения относятся к области строительства и производства строительных материалов и могут быть использованы при производстве кирпича, тротуарной плитки и других мелкоштучных изделий, устройстве оснований, в том числе оснований дорог.

Керамическая масса для изготовления изразцов // 2658949

Изобретение относится к составам керамических масс, которые могут быть использованы в производстве печных изразцов. Керамическая масса содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: глина беложгущаяся 30,0-32,5; нефелиновый концентрат 5,0-6,0; муллит 59,0-60,0; бой керамических изделий на основе беложгущихся глин 2,5-5,0.

Огнеупорная пластичная масса // 2649350

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, в частности к производству огнеупорных пластичных масс, предназначенных для уплотнения зазора между футеровкой сталеразливочного ковша и обортовкой кожуха ковша, уплотнений в стыках огнеупорной кладки тепловых агрегатов, ремонта и восстановления разрушенных участков огнеупорной кладки.

Керамические частицы и способ их получения // 2640057

Расклинивающий агент для применения для разрыва геологических формаций получают из бокситовых руд и кальцийсодержащего соединения. Расклинивающий агент содержит, мас.%: 25-75 Al2O3, 0-70 SiO2, по меньшей мере 3 СаО и менее 0,1 кристобалита, а также по меньшей мере 5 (предпочтительно более 10) мас.% кальцийсодержащей кристаллической фазы, представляющей собой анортит.

Шихта и способ получения муллитокремнеземистых огнеупорных изделий // 2638599

Изобретение относится к муллитокремнеземистым огнеупорам, устойчивым к воздействию агрессивных сред в футеровках высокотемпературных агрегатов, в частности, для кладки печей обжига анодов в алюминиевой промышленности.

Керамический материал // 2624475

Изобретение относится к радиоэлектронной технике, а именно к материалам, предназначенным для использования в высокочастотном и сверхвысокочастотном диапазонах. Предлагаемый керамический материал содержит следующие компоненты, вес.

Проппант и способ получения проппанта // 2619603

Изобретение относится к созданию расклинивающих агентов - алюмосиликатных проппантов высокой прочности, предназначенных при проведении гидравлического разрыва пласта в горных породах.

Способ получения керамических блочно-ячеистых фильтров-сорбентов для улавливания газообразного радиоактивного цезия // 2569651

Изобретение относится к области химической технологии керамических высокопористых ячеистых материалов и предназначено для использования в процессах улавливания паров цезия при остекловывании высокоактивных отходов, высокотемпературной переработке облученного ядерного топлива, в производстве цезиевых источников ионизирующего излучения.

Система производства огнеупорных изделий для литьевых установок // 2563897

Изобретение относится к технологии изготовления огнеупорных изделий для металлургической промышленности, более конкретно к системе производства огнеупорных изделий для литьевых установок, и может найти применение при изготовлении углеродсодержащих стопорных пробок, стаканов-дозаторов, стопоров-моноблоков, труб для защиты струи металла при непрерывной разливке стали и др.

Способ получения проппанта и проппант // 2518618

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности, а именно к производству проппантов, используемых при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта.

Огнеупорная пластичная масса // 2507179

Изобретение относится к огнеупорной промышленности, а именно к огнеупорным пластичным массам, предназначенным для уплотнения зазора между футеровкой сталеразливочного ковша и обортовкой кожуха ковша и в стыках огнеупорной кладки тепловых агрегатов, ремонта и восстановления разрушенных участков огнеупорной кладки.

Состав для отделки // 2669317

Изобретение относится к области строительных материалов, а именно к составам для отделки, и может быть использовано в качестве шпатлевки для выполнения отделки наружных фасадов и внутренних стен зданий.