Жаростойкий шлакощелочной бетон

Авторы патента:

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

Владельцы патента RU 2731754:

Ахтямов Руслан Рашидович (RU)

Изобретение относится к производству строительных материалов и может быть использовано при изготовлении футеровок агрегатов, работающих в условиях высоких температур и повышенной цикличности. Технический результат - обеспечение температуры применения более 1400 град С при сохранении прочностных характеристик. Жаростойкий шлакощелочной бетон, полученный из бетонной смеси, содержащей шамот фракции 5-10 мм, шамот фракции менее 5 мм, самораспадающийся феррохромовый шлак, едкий натр, портландцемент и воду, где смесь дополнительно содержит шлак металлического хрома фракции 5-10 мм, шлак металлического хрома фракции менее 5 мм и метакаолин в следующем соотношении компонентов, мас.%: шамот фракции 5-10 мм – 15,0, шамот фракции менее 5 мм - 16,0, шлак металлического хрома фракции 5-10 мм - 15,0, шлак металлического хрома фракции менее 5 мм - 15,5, самораспадающийся феррохромовый шлак - 23,5, едкий натр - 2,5, портландцемент - 1,0, метакаолин - 0,5, вода - 11,0. 3 табл.

Предложение относится к производству строительных материалов, которые могут быть использованы для изготовления футеровок тепловых агрегатов, футеровок печных вагонеток туннельных печей, и футеровок, работающих в условиях высоких температур и повышенной цикличности.

Известны составы для производства жаростойких шлакощелочных бетонов, содержащие шамотный заполнитель, тонкомолотую добавку, (шамот и обожженный гидратированный глиноземистый цемент), феррохромовый шлак и жидкое стекло [Патент РФ № 590291, МПК С04В 19/04 30.01.1978]; шамотный заполнитель фракций 5-10 мм и менее 5 мм, самораспадающийся феррохромовый шлак, едкий натр, воду [Патент РФ №2284305, МПК С04В 28/08 27.09.2006].

Недостатками составов являются невысокая механическая прочность, низкая термостойкость, низкая температура применения.

Известен состав для производства жаростойких шлакощелочных бетонов, содержащий шамот фракций 5-10 мм и менее 5 мм, самораспадающийся феррохромовый шлак, едкий натр, огнеупорное волокно, портландцемент, воду [Патент РФ №2437854, МПК С04В 28/08 27.12.2011].

Недостатком состава является низкая температура применения.

Наиболее близким техническим решением является состав для производства жаростойких шлакощелочных бетонов, содержащий шамот фракций 5-10 мм и менее 5 мм, самораспадающийся феррохромовый шлак, едкий натр, огнеупорное волокно, портландцемент, воду [Патент РФ №2437854, МПК С04В 28/08 27.12.2011].

Однако данный материал получен с более низкими температурами применения (1300-1350°С).

Задачей предложения является получение жаростойкого шлакощелочного бетона с температурой применения более 1400°С при сохранении прочих прочностных характеристик на уровне.

Технический результат достигается за счет того, что жаростойкий шлакощелочной бетон, полученный из бетонной смеси, содержащей шамот фракции 5-10 мм, шамот фракции менее 5 мм, самораспадающийся феррохромовый шлак, едкий натр, портландцемент и воду, в составе смеси дополнительно содержит шлак металлического хрома фракции 5-10 мм, шлак металлического хрома фракции менее 5 мм, метакаолин в следующем соотношении компонентов, мас.%:

шамот фракции 5-10 мм - 15,0;

шамот фракции менее 5 мм - 16,0;

шлак металлического хрома фракции 5-10 мм - 15,0;

шлак металлического хрома фракции менее 5 мм - 15,5;

самораспадающийся феррохромовый шлак - 23,5;

едкий натр - 2,5;

портландцемент - 1,0;

метакаолин 0,5;

вода - 11.

Введение в состав бетонной смеси шлака металлического хрома (продукт плавленый глиноземистый ППГ-75 по ТУ 0798-069-001864482-2011, имеющий усредненный химический состав, мас.%: 75 Al2O3, 10,0 CaO, 1,0 Fe2O3, 8,0 Cr2O3) приводит к изменению фазового состава в процессе нагрева. Шлак металлического хрома проявляет активность к щелочному компоненту шлакощелочного вяжущего. Основным соединением, формирующимся при взаимодействии щелочи со шлаком металлического хрома является Na,Al(SiO3)2*H2O, что приводит к повышению температуры 4%-ной деформации под нагрузкой за счет образования тугоплавких соединений.

Введение в состав бетонной смеси метакаолина по ТУ 5729-097-12615988-2013, имеющего усредненный химический состав, мас.%: 42,5 Al2O3, 53,5 SiO2, 0,6 Fe2O3, 0,4 TiO2, 0,95 K2O, 0,05 Na2O, 0,15 CaO, позволяет компенсировать снижение остаточной прочности на сжатие и термостойкости. Метакаолин является химическим аналогом шамотного заполнителя, но при этом находится в тонкодисперсном и аморфном состоянии. Дисперсность метакаолина значительно выше тонкомолотого шамота. Введение метакаолина позволяет увеличить активность шлакощелочного вяжущего, без значительного увеличения в потребности щелочного затворителя.

Шамот марки ЗШБ, фракций 5-10 мм и менее 5 мм, соответствующий ГОСТ 23037-99 «Заполнители огнеупорные. Технические условия», имеющий усредненный химический состав, мас.%: 31,0 Al₂О₃, 68,0 SiO₂, 0,5 Fe₂O₃, 0,5 CaO+MgO.

Самораспадающийся феррохромовый шлак - белит по ТУ 14-139-201-2012, имеющий усредненный химический состав, мас.%: 45 CaO, 25 SiO₂, 10,0 Al₂O₃, 8,0 Cr₂O₃, 10,0 MgO.

Едкий натр технический чешуированный по СТО 00203312-017-2011, изм. 1,2 с содержанием гидроксида натрия не менее, мас.%: 98,5.

Портландцемент ПЦ500Д0 по ГОСТ 10178-85.

В таблице 1 приведен состав смеси согласно заявленному изобретению.

В таблице 2 представлены свойства жаростойкого шлакощелочного бетона, изготовленного согласно состава таблицы 1. Воду в дозировке 11 % добавляли в смесь после тщательного перемешивания в лабораторном смесителе принудительного действия. Формование образцов осуществлялось с помощью виброуплотнения. После чего, бетонная смесь подвергалась тепловой обработке по следующему режиму:

- подъем температуры до 60-65°С в течение 1,5-2 часов;

- выдержка при 60-70°С в течение 4 часов;

- подъем температуры до 90-95°С в течение 1,5-2 часов;

- выдержка при 90-95°С в течение 4 часов;

- подъем температуры до 110-120°С в течение 2 часов;

- выдержка при 110-120°С в течение 7-8 часов;

- снижение температуры до 50-70°С в течение 3 часов.

После прохождения режима тепловой обработки формы разбирались.

В таблице 3 приведен состав и свойства прототипа.

Плотность определялась по ГОСТ 12730.1-78. Прочность на сжатие определялась по ГОСТ 10180-2012. Прочность на изгиб определялась по ГОСТ 310.4-81. Термостойкость определялась по ГОСТ 20910-90. Максимальную температуру применения определяли как температуру, соответствующую 4-% деформации под нагрузкой по ГОСТ 20910-90.

Согласно данным таблиц 1-3 следует, что патентуемый состав в отличие от прототипа позволяет получать жаростойкий шлакощелочной бетон с температурой применения не ниже 1400°С, с остальными физико-механическими характеристиками, не уступающими прототипу. Данный бетон необходимо применять для изготовления футеровок тепловых агрегатов, футеровок печных вагонеток туннельных печей, и футеровок, работающих в условиях высоких температур и повышенной цикличности.

Указанные особенности свидетельствуют о достижении поставленной задачи.

Таблица 1
Состав жаростойкого шлакощелочного бетона
Компоненты	Содержание в составе смеси, мас.%

Шамот фракции 5-10 мм	15,0
Шамот фракции менее 5 мм	16,0
Шлак металлического хрома фракции 5-10 мм	15,0
Шлак металлического хрома фракции менее 5 мм	15,5
Самораспадающийся феррохромовый шлак	23,5
Едкий натр	2,5
Портландцемент	1,0
Метакаолин	0,5
Вода	11,0
ИТОГО	100,0

Таблица 2
Свойства жаростойкого шлакощелочного бетона
Плотность, кг/м³	2150-2300
Прочность на сжатие после твердения, МПа	74,0
Прочность на изгиб после твердения, МПа	9,3
Прочность на сжатие после нагрева до 1000°С, МПа	57,0
Термостойкость, циклы 800°С-вода	91
Максимальная температура применения	1430

Таблица 3
Состав и свойства прототипа
Материал/свойство	1	2
Шамот фракции 5-10 мм	31,0	30,0
Шамот фракции менее 5 мм	30,0	28,0
Самораспадающийся феррохромовый шлак	23,5	25,5
Едкий натр	3,0	4,0
Портландцемент	1,0	1,5
Огнеупорное волокно	0,5	1,0
Вода	11,0	10,0
ИТОГО	100	100

Плотность, кг/м³	1950-2100	1950-2100
Прочность на сжатие после твердения, МПа	71,0	85,0
Прочность на изгиб после твердеия, МПа	8,5	12,1
Прочность на сжатие после нагрева до 1000°С, МПа	43,0	58,0
Термостойкость, циклы 800°С-вода	79	139
Максимальная температура применения	1350	1300

Жаростойкий шлакощелочной бетон, полученный из бетонной смеси, содержащей шамот фракции 5-10 мм, шамот фракции менее 5 мм, самораспадающийся феррохромовый шлак, едкий натр, портландцемент и воду, отличающийся тем, что смесь дополнительно содержит шлак металлического хрома фракции 5-10 мм, шлак металлического хрома фракции менее 5 мм, метакаолин в следующем соотношении компонентов, мас.%:

шамот фракции 5-10 мм	15,0
шамот фракции менее 5 мм	16,0
шлак металлического хрома фракции 5-10 мм	15,0
шлак металлического хрома фракции менее 5 мм	15,5
самораспадающийся феррохромовый шлак	23,5
едкий натр	2,5
портландцемент	1,0
метакаолин	0,5
вода	11,0

Похожие патенты:

Холодный бетон // 2721049

Изобретение относится к композиции холодного бетона (варианты), включающей смесь воды, заполнителей из минералов на основе кремния, действующих в качестве материала наполнителя; пентагидрата метасиликата натрия или калия, действующего в качестве активатора; отходов сталеплавильного производства, включающих гранулированный размолотый доменный шлак, действующих в качестве вяжущего ингредиента; отходов с высоким или низким содержанием кальция от сжигания угля (зольной пыли или зольного остатка), действующих в качестве вяжущего ингредиента; тетрабората натрия, дигидрата цитрата натрия, лимонной кислоты или борной кислоты, действующих в качестве замедлителей времени схватывания; упрочняющих агентов, включающих гидроксиды кальция, калия, магния, натрия или алюминия; аттапульгитовой, каолиновой, красной глины или других мелкозернистых глин с высоким содержанием алюмосиликатов для повышения концентрации кремния и алюмосиликатов и связанной с этим прочности; белкового или синтетического белкового материала для формирования слабой ковалентной связи с гидроксидами и силикатами, с целью сохранения постоянного объема во время процесса схватывания; и эфирного масла папоротника для снижения содержания воды в смеси и снижения вязкости.

Вяжущее на основе производных алюмосиликата кальция для строительных материалов // 2715583

Группа изобретений относится к гидравлическому вяжущему на основе шлаков доменной печи, применяемого в композициях для бетона или строительного раствора, которые при смешивании с водой позволяют получить строительные материалы.

Вяжущее на основе производных алюмосиликата кальция для строительных материалов // 2715583

Бетонная смесь // 2715061

Изобретение относится к области получения строительных материалов, в частности бетонной смеси, декоративного отделочного материала полностью из отходов промышленности и строительства, и может быть использовано в гражданском, промышленном, дорожном строительстве как в качестве монолитного бетона, так и в качестве декоративного отделочного материала (искусственного мрамора).

Способ получения карбонатного связанного прессованного в пресс-форме изделия // 2705667

Группа изобретений относится к способу получения карбонатного связанного прессованного в пресс-форме изделия. Способ включает стадии получения дисперсного материала, который является карбонатизируемым и который содержит воду, прессования в пресс-форме дисперсного материала для получения уплотненной заготовки и карбонатизирования дисперсного материала в упомянутой уплотненной заготовке для получения карбонатов при преобразовании уплотненной заготовки в упомянутое карбонатное связанное прессованное в пресс-форме изделие.

Способ изготовления жаростойкой бетонной смеси и способ изготовления изделий из жаростойкой бетонной смеси // 2703036

Изобретение относится к способам производства бетонной смеси и жаростойких бетонных изделий, пригодных для изготовления футеровки промышленных тепловых и огнеупорных агрегатов, в частности для футеровки вагонеток обжига кирпича и других агрегатов.

Вяжущее на основе твердого минерального соединения, богатого оксидом щелочноземельного металла, с фосфатсодержащими активаторами // 2698790

Изобретение относится к гидравлическому вяжущему, содержащему: по меньшей мере 70 вес.% твердого минерального соединения, состоящего из по меньшей мере одной смеси оксида кремния, оксида алюминия и оксидов щелочноземельных металлов, причем полное содержание CaO и MgO составляет по меньшей мере 10 вес.% твердого минерального соединения, и активирующую систему, по меньшей мере 30 вес.% которой составляет соль фосфорной кислоты.

Связующий материал на основе активированного измельченного гранулированного доменного шлака, пригодного для образования материала бетонного типа // 2678285

Настоящее изобретение относится к связующему материалу, пригодному для образования материала бетонного типа. Связующий материал, пригодный для образования бетонного материала, содержит в пересчете на сухое вещество основной компонент, составляющий 50-95 вес.% связующего материала, где указанный основной компонент содержит по меньшей мере 20 вес.% оксида алюминия Al2O3 в пересчете на сухое вещество и включает измельченный гранулированный доменный шлак и возможно по меньшей мере одно дополнительное вещество, выбранное из группы, состоящей из глины, известковой глины и зольной пыли, и активирующий компонент, составляющий 5-50 вес.% связующего материала, где активирующий компонент содержит сульфат алюминия и смесь, образующую гидроксид натрия, которая содержит карбонат натрия Na2CO3 и оксид кальция СаО, при этом связующий материал содержит в пересчете на сухое вещество измельченный гранулированный доменный шлак 35-95 вес.%, сульфат алюминия Al2(SO4)3 1-25 вес.%, смесь, образующую гидроксид натрия, 4-35 вес.%, дополнительное вещество 0-5 вес.%.

Композитный материал из твердых промышленных отходов для формирования земляного полотна и основания автомобильных и железных дорог // 2671012

Настоящее изобретение относится к транспортному строительству, а именно к строительным материалам для устройства автомобильных и железных дорог. Композитный материал из твердых промышленных отходов для формирования земляного полотна и основания автомобильных и железных дорог, полученный перемешиванием фосфогипса, нефелинового шлама, серы технической, шлакового вяжущего, содержащего 90% фосфорного гранулированного шлака, и известково-зольного вяжущего, включающего, масс.

Сухая строительная смесь для изготовления подстилающих слоев пола и основного штукатурного слоя, ремонта и заделки швов стен и потолков зданий // 2664563

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к сухим строительным смесям, используемым в промышленном и гражданском строительстве при устройстве стяжек под напольное покрытие, изготовлении напольных плит, штукатурных работах.

Способ изготовления пористых изделий сферической формы на основе диоксида циркония // 2731751

Изобретение относится к способу получения изделий сферической формы на основе диоксида циркония с трансформируемой тетрагональной кристаллической фазой и может быть использовано для изготовления пористых износостойких деталей или носителя катализаторов и сорбентов, а также фильтра для очистки выхлопных газов и сточных вод.