ЖАРОСТОЙКИЙ БЕТОН
HEAT-RESISTANT CONCRETE

Настоящее изобретение относится к области строительных материалов, в частности к жаростойким бетонам, предназначенным для применения в конструкциях, подверженных воздействию температуры до плюс 1100°С, например для футеровки обжиговых печей.
Известны жаростойкие бетоны, содержащие вяжущее (жидкое стекло), заполнитель (керамзитовый, шамотный, вермикулитовый и т.д.), тонкомолотую добавку (шамотную, магнезитовую) и отвердитель (фтористый натрий, феррохромовый шлак, нефелиновый шлам) (см. К.Д.Некрасов, М.Г.Масленникова. Легкие жаростойкие бетоны на пористых заполнителях. М.: Стройиздат, 1982, с.94-125).
Недостатками таких бетонов является низкая термостойкость и, следовательно, ограниченная сфера применения.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является бетон (патент RU №2187482, С04В 18/14; 2002.08. 20), содержащий жидкое стекло, тонкомолотый шамот, феррохромовый шлак, гальваношлам, шамотный заполнитель, в виде ошлакованного нефракционированного шамотного лома, при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
жидкое стекло
17-22
нефракционированный ошлакованный шамотный лом
с размером зерен от 0,01 до 20 мм
60-67
тонкомолотый шамот
8-11
феррохромовый шлак
3-6
нейтрализованный гальваношлам
1-5
Известный бетон имеет недостаточно высокую термостойкость, что приводит к ограничению применения такого бетона в печестроении.
Настоящее изобретение направлено на создание нового конструкционного жаростойкого бетона с более высокой термостойкостью при одновременной утилизации промышленных отходов.
Поставленная техническая задача достигается тем, что жаростойкий бетон, содержащий жидкое стекло, тонкомолотый шамот, феррохромовый шлак, нейтрализованный гальваношлам, ошлакованный нефракционированный шамотный лом с размером зерен от 0,01 до 20 мм, дополнительно содержит дробленый бой автоклавного пенобетона с размером частиц менее 1 мм.
Указанные ингредиенты взяты в следующих соотношениях, мас.%:
Жидкое стекло
28-30
нефракционированный ошлакованный шамотный лом
с размером зерен от 0,01 до 20 мм
45-47
тонкомолотый шамот
5-8
феррохромовый шлак
1-3
нейтрализованный гальваношлам
2-3
дробленый бой автоклавного пенобетона
с размером частиц менее 1 мм
11-17
На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителя, заявляемый жаростойкий бетон неизвестен и данное техническое решение обладает новизной.
Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, которое позволяет получить технический результат.
Совместное присутствие боя автоклавного пенобетона, ошлакованного шамотного лома, тонкомолотой добавки, феррохромового шлака, нейтрализованного гальваношлама и жидкого стекла приводит к твердению бетона, а также к перераспределению и увеличению пористости в сторону образования более мелких замкнутых пор, которые являются демпферами развивающихся напряжений при термоударах, что приводит к увеличению термостойкости.
Оптимальное содержание боя автоклавного пенобетона, состоящего из низкоосновных гидросиликатов кальция, - 14%. При выходе за нижний предел оптимального содержания понижается термостойкость, а при выходе за верхний предел снижается прочность бетона после обжига.
2
3
2
3
В качестве связующего используется жидкое стекло: NaSiО·nHО (ГОСТ 13078-81, ТУ 113-08-00206457-28-93), с плотностью 1,38 г/см.
Нефракционированный ошлакованный шамотный лом является продуктом дробления шамотного лома от сталеразливочных ковшей, от насадок регенераторов мартеновских печей, от изложниц. Марки огнеупорных изделий, из которых получается шамотный лом: ША, ШБ - №5, 6, 22, 23 по ГОСТ 390-83, КШУ - №12, 15, 38 по ГОСТ 5341-69, ШН-38 по ТУ 14-8-282-78, ошлакованность по объему достигает от 30 до 70%.
Химический анализ шлака с поверхности шамотного лома представлен в табл.1 (мас.%):
Таблица 1
Химический состав шлака
SiО<sub>2</sub>
СаО
FeO, Fe<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
MnO
Cr<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
15-25
35-50
10-15
5-10
3-10
Минералогический состав шлака в мас.%
Стекло геленито-мелилитового состава
80-90
Магнетит
5-6
Мелилит
2-3.
Тонкомолотый шамот получают путем помола в шаровых мельницах ошлакованного шамотного лома до остатка на сите №014 не более 1%.
2
Феррохромовый шлак является побочным продуктом металлургической промышленности и состоит в основном из β и γ-CS, мервинита и до 10% железохромовой шпинели и хромата кальция. Химический состав феррохромового шлака (мас.%) представлен в табл.2.
Таблица 2
Химический состав феррохромового шлака
SiО<sub>2</sub>
Аl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
FeO
СаО
MgO
Cr<sub>2</sub>О<sub>3</sub>
К<sub>основности</sub>
26-28
7-8
0,5-0,8
50-52
9-10
3-4
2,1
Нейтрализованный гальваношлам представляет собой отход гальванического производства влажностью до 80% с ионами тяжелых металлов, имеющий щелочную среду (рН 8-10). Химический состав представлен в табл.3.
Таблица 3
Химический состав нейтрализованного гальваношлама
Содержание в мг/кг (г/т)
Содержание в %
Сu
Zn
Ni
Mn
Pb
Cd
Cr
S сульф.
S общ.
Влага
Fe общ.
31200
60000
2994
1380
7016
550
17587
0,84
1,35
7,9
16,02
Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что предлагаемый состав бетона явным образом не следует из уровня техники, и вся совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, позволяющее достичь указанный технический результат, т.е. изобретение соответствует критерию охраноспособности - "изобретательский уровень".
Заявляемое изобретение соответствует критерию «промышленная применяемость», т.к. оно может быть использовано в промышленном изготовлении конструкционных жаростойких блоков с повышенной термостойкостью, применяемых в печестроении с температурой применения до плюс 1100°С.
Пример конкретного выполнения.
Изготовление жаростойкого бетона.
1. Производят дробление боя автоклавного пенобетона до размера зерна 0,01-1 мм, дробление ошлакованного шамотного лома до размера частиц от 0,01 до 20 мм и помол шамотного лома до остатка на сите №014 не более 1%.
2. Дозируют сухие компоненты смеси и тщательно перемешивают.
3
3. Дозируют жидкое стекло с плотностью 1,38 г/см и гальваношлам.
4. Приготавливают бетонную смесь, смешивая отдозированные компоненты в бетономешалке в течение 3-5 минут.
5. Жаростойкая бетонная смесь используется для изготовления изделий требуемой формы и образцов для проведения физико-механических испытаний методом литья.
6. Твердение бетона осуществляется в течение 1 суток в нормальных условиях.
7. Затвердевшие изделия вынимают из форм и проводят термообработку в течение суток при температуре плюс 110°С.
8. Высушенные изделия готовы к эксплуатации.
Для определения физико-механических характеристик бетона вручную изготавливались кубы размером 100×100×100 мм, сушились при плюс 110°С и обжигались при температуре плюс 1100°С.
После обжига определяли следующие физико-технические показатели образцов: термостойкость по ГОСТ 20910-90, плотность.
Физико-механические характеристики жаростойкого бетона представлены в табл.4.
Анализ данных табл.4 показывает, что предлагаемый состав обеспечивает получение жаростойкого бетона с меньшей плотностью, у которого увеличивается количество теплосмен, т.е. термостойкость, и, следовательно, расширяется диапазон применения.
При получении жаростойкого бетона заявляемого состава дополнительно используется побочный продукт строительного производства - бой автоклавного пенобетона, что благоприятно сказывается на экологической обстановке, а также снижает себестоимость продукции.
Жаростойкий бетон, характеризуемый физико-механическими характеристиками, указанными в табл.4, может быть использован для изготовления конструкционных изделий, применяемых в печестроении с температурой применения до плюс 1100°С, к которым предъявляют требования повышенной термостойкости.