КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖАРОСТОЙКИХ БЕТОНОВ
COMPOSITION FOR PRODUCING HEAT-RESISTANT CONCRETE

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких бетонов на основе химических связующих. К химически связующим, применяемых 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.
3
4
2
2
3
2
2
3
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; НРО - 10-15; шлаки от выплавки ферротитана с содержанием, мас. %: SiO - 2,5; AlO - 72,18; TiO - 10,2; FeO - 0,30; СаО - 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°С и низкая термостойкость.
Задача изобретения - повышение качества жаростойкого бетона (композита).
Техническим результатом изобретения является повышение предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких бетонов (композитов).
3
4
2
2
3
2
3
2
3
Указанный технический результат достигается тем, что в известную композицию, включающую отработанный катализатор ИМ-2201, песок, шлак от выплавки ферротитана и НРО, дополнительно вводят нефелиновый отвальный шлам с содержанием, %: SiO - 31,9; AlO - 5,8; FeO - 4,3; СаО - 55,7; MgO - 1,4; RO - 1,8 и SO - 0,5 при следующем соотношении компонентов, мас. %:
отработанный катализатор ИМ-2201
10-15
нефелиновый отвальный шлам
33-40
песок
10-13
Н<sub>3</sub>РО<sub>4</sub>
10-15
шлак от выплавки ферротитана
24-30
Нефелиновый шлам (белитовый) представляет собой пескообразную смесь с выраженными вяжущими свойствами. Нефелиновый шлам Ачинского глиноземного комбината (ОАО «РУСАЛ Ачинск», Красноярский край) является «хвостовым» продуктом переработки кия-шалтырских нефелинов и известняка Мазульского рудника, получаемым после извлечения глинозема и содопродуктов.
Сырьевую базу Ачинского глиноземистого комбината (АГК) составляют Кия-Шалтырский нефелиновый рудник (Кемеровская область), где добыча руды ведется открытым способом, и Мазульский известняковый рудник (г. Ачинск). АГК работает по уникальной технологии, разработанной Всероссийским (Всесоюзным) алюминиево-магниевым институтом (ВАМИ). Она основана на использовании метода спекания нефелиновой руды с известняком и последующей гидрохимической переработкой спека. АГК является единственным в мире предприятием, занимающимся промышленной переработкой нефелиновой руды. Химический состав нефелинового отвального шлама приведен в таблице 1.
2
2
3
2
3
3
2
2
2
3
2
2
Фазово-минералогический состав нефелинового отвального шлама, мас. %: 85 - белит (β-2СаО·SiO); суммарное содержание примесных фаз - 15%, в том числе: 4 - Са(ОН), 3 - СаСО, 2 - гидрокарбоалюминат (3СаО·AlO·СаСО·11HO), 2 - гидроалюмосиликат натрия (NaO·AlO·2SiO·2HO), 2 - нефелин, 2 - стекло.
2
Наличие в шламах минералов, обладающих гидравлической активностью белита (CS), и их гидратов предопределяет возможность получения совместно с фосфатными связующими - вяжущих веществ.
Гранулометрический состав нефелинового шлама представлен в таблице 2.
Для изготовления жаростойких бетонов использовались:
3
3
а) 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;
б) в качестве алюмосодержащего огнеупорного материала использовался шлак от выплавки ферротитана. Шлак имеют плотную структуру, прочность при сжатии более 100 МПа, огнеупорность выше 1770°С, температуру под нагрузкой 0,2 МПа выше 1700°С. Усредненный химический состав представлен в таблице 1.
3
4
3
4
3
в) в качестве связующей - ортофосфорная кислота НРО в чистом виде по ГОСТ 6552-80, норма - чистый (ч.) ОКП 26 1213 0021 10. Массовая доля ортофосфорной кислоты (НРО) не менее 85%, плотность не менее 1,69 г/см;
г) в предложенных составах, как и в прототипе, использовался отработанный катализатор ИМ-21 (отходы производства), отвечающий требованиям - ТУ 38.103544-89. Химический состав катализатора представлен в таблице 1.
3
2
3
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/см; массовая доля AlO 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 особую термообработку.
Для бетонов на ортофосфорной кислоте с компонентами, представленными в таблице 3, - нагревание до 500°С с подъемом температуры до 200°С со скоростью 60°С/час и до 500°С-150°С/час, выдерживание в течение 4 часов, охлаждение вместе с печью.
В таблице 4 представлены физико-механические показатели жаростойкого бетона.
Как видно из таблицы 4, жаростойкий бетон из предложенных составов имеет более высокие показатели по механической прочности и термостойкости, чем прототип.
Полученное техническое решение при использовании нефелинового отвального шлама 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.