КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖАРОСТОЙКИХ КОМПОЗИТОВ
COMPOSITION FOR PRODUCING HEAT-RESISTANT COMPOSITES

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких бетонов на основе химических связующих. К химически 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 C04B 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.
3
3
3
3
3
3
4
Наиболее близкой к изобретению является композиция для получения жаростойких композитов, включающая следующие компоненты, мас.%: глиноземсодержащий шлам - 10,5-10,53 (220 кг/м); отработанный катализатор ИМ-2201 - 10,5-10,53 (220 кг/м); щебень - 35,88-35,89 (750 кг/м); песок - 30,62-30,63 (640 кг/м); HPO - 12,44-12,45 (260 кг/м) / Хлыстов А.И. Повышение эффективности жаростойких композитов за счет применения химических связующих / А.И. Хлыстов, С.В. Соколова, А.В. Власов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2012. - №9. - С.38-42./ [2].
Недостатком указанного состава композиции является относительно низкий предел прочности при сжатии после твердения и нагревания до температуры 1200°C и низкая термостойкость.
Сущность изобретения - повышение качества жаростойкого бетона.
Техническим результатом изобретения является повышение предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойкого бетона.
3
4
2
2
3
2
3
2
Указанный технический результат достигается тем, что в известную композицию, включающую отработанный катализатор ИМ-2201, щебень, песок и HPO, дополнительно вводят обожженный солевой алюминиевый шлак при температуре 1000°C с содержанием оксидов, мас.%: SiO - 4,75; AlO - 77,3; FeO - 1,6; CaO - 2,57; MgO - 7,5; RO - 5,13 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
отработанный катализатор ИМ-2201
10-15
щебень
33-40
песок
10-13
H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>
10-15
обожженный солевой алюминиевый шлак при температуре
1000°C с содержанием оксидов, мас.%: SiO<sub>2</sub> - 4,75
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 77,3; Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 1,6; CaO - 2,57; MgO - 7,5
R<sub>2</sub>O - 5,13
24-30
3
3
3
2
2
3
2
Солевой алюминиевый шлак является отходами алюминиевого производства. По показателям острой токсичности в эксперименте на теплокровных животных (мыши) и двух видов гидробионитов (ветвистоусые рачки Daphnia magna Straus и зеленые протококковые водоросли Scenedesmus guadricauda) солевые отходы относятся к III классу опасности по степени воздействия на организм и к IV классу опасности для окружающей среды. Солевые алюминиевые шлаки имеют следующий химический состав состава, мас.%: NaCl - 10,25; CaO+CaCO - 14,28; MgO+MgCO - 15,30; FeCl - 0,001; SiO - 3,10; AlO - 41,282; KCl - 5,35; CuCl - 0,001; алкилмеркаптиты Al - 0,545; предельные углеводороды - 0,001; Al (металлический) - 9,89.
Солевой алюминиевый шлак обжигался при температуре 1000°C до химического состава, представленного в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
Химические составы алюмосодержащих отходов производств
Отход
Содержание оксидов, мас.%
SiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>O
CaO
MgO
Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
R<sub>2</sub>O
П.п.п
1. Обожженный солевой алюминиевый шлак
4,75
77,3
1,6
2,57
7,5
-
5,13
1,15
2. Отработанный катализатор ИМ-2201
7,90
74,5
0,15
-
0,10
14,8
1,57
-
Таблица 2
Поэлементный химический состав отходов
Отход
Концентрация, мас.%
O
Al
Mg
Na
Ca
Fe
Si
Cr
Обожженный солевой алюминиевый шлак
66,34
26,96
2,73
1,90
0,45
0,14
1,48
-
Катализатор ИМ-2201
60,74
26,58
-
2,81
-
-
2,82
8,1
После обжига солевого алюминиевого шлака химический состав его значительно обогатился оксидом алюминия (таблица 1), что будет способствовать повышению физико-механических свойств жаростойких композиций.
Для изготовления жаростойких бетонов использовались щебень и песок, отвечающие требованиям для производства бетонов:
3
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/м из карбонатных пород, добываемый в Самарской области, фракции 5-10 мм;
3
3
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/м; содержание илистых, пылевидных и глинистых частиц не более - 0,7% по массе; истинная плотность песка речного - 2,65 г/см; наличие суглинка, комков глины и прочих засоряющих примесей не более - 0,05%; модуль крупности - 1,68.
3
4
2
4
3
2
2
4
3
n
4-n
2
4
2
В качестве фосфатных связующих использовалась ортофосфорная кислота HPO в чистом виде, но можно использовать однозамещенный фосфорнокислый алюминий Al(HPO), двухзамещенный фосфорнокислый алюминий Al(HPO), хромалюминий фосфорнокислый или алюмохромофосфатное связующее (АХФС) с общей формулой CrAl(HPO), где=1, 2, 3.
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 особую термообработку.
Для бетонов на ортофосфорной кислоте с компонентами, представленными в таблице 3 - нагревание до 500°C с подъемом температуры до 200°C со скоростью 60°C/час и до 500°C-150°C/час, выдерживание в течение 4 часов, охлаждение вместе с печью.
Таблица 3
Составы для получения жаростойких бетонов
Компоненты
Содержание компонентов, мас.%
1
2
3
Отработанный катализатор ИМ-2201
10
12
15
Щебень
40
38
33
Песок
10
11
13
H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>
10
12
15
Обожженные солевые алюминиевые шлаки
30
27
24
В таблице 4 представлены физико-механические показатели жаростойкого бетона.
Таблица 4
Физико-механические показатели жаростойкого бетона, после твердения и нагревания до температуры 1200°C
Показатели
Составы
Прототип
1
2
3
Термостойкость, °C
34
38
41
29
Механическая прочность на сжатие, МПа
55,3
58,5
61,8
46
Огнеупорность, °C
1640
1670
1680
-
Температура под нагрузкой 0,2 МПа, °C
1550
1580
1590
-
Полученное техническое решение при использовании обожженного солевого алюминиевого шлака позволяет повысить показатели по механической прочности и термостойкости жаростойкого бетона.
Использование техногенного сырья при получении жаростойкого бетона способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды, расширению сырьевой базы для строительных материалов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Пат. Российской Федерации №2440312, МПК C04B 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. Хлыстов А.И. Повышение эффективности жаростойких композитов за счет применения химических связующих / А.И. Хлыстов, С.В. Соколова, А.В. Власов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2012. - №9. - С.38-42.