СОСТАВ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЕЗОБЖИГОВОГО ЦИРКОНОВОГО ЖАРОСТОЙКОГО БЕТОНА
COMPOSITION AND PROCEDURE FOR FABRICATION OF NON-FIRED ZIRCONIUM HEAT RESISTANT CONCRETE

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий из безобжигового цирконового жаростойкого бетона.
Технический результат - повышение прочности и термической стойкости изделий из цирконового жаростойкого безобжигового бетона.
Известен способ изготовления жаростойких бетонов на основе композиций из природных и техногенных стекол (1).
Недостатком известного способа является использование в качестве связующего силикат-глыбы размером частиц более 1-100 микрон, которые в точке растворения в вяжущем или бетоне образуют жидкое стекло, которое невозможно равномерно распределять в массе затвердевшего бетона, что приводит к увеличению плавнеобразующего составляющего и снижению прочности и термической стойкости бетона.
Известен способ изготовления безобжиговых огнеупоров (2) с использованием состава, который включает силикат-глыбу с силикатным модулем 2,7-3, огнеупорный заполнитель, содержащий кристаллический кварцит, тонкомолотый огнеупорный наполнитель, где предусматривается совместный помол части огнеупорного заполнителя и силикат-глыбы, а также нагрев компонентов до 80-90°С при сухом смешивании, затворение нагретой до 80-90°С водой, формование прессованием при 40 МПа и сушка при 250-300°С в течение 1-2 ч.
Недостатком известного способа является то, что частицы силикат-глыбы после механического помола имеют размеры более 100 мк, и поэтому требуется большее время смешивания и большее усилие прессования, что приводит к расслоению изделий при формовании их прессованием при 40 МПа, а также не достигается равномерное распределение частиц силикат-глыбы в смеси и образовавшегося жидкого стекла.
Наиболее близкими к заявляемому техническому решению по совокупности признаков, т.е. прототипами, являются состав и способ (3), где композиционное вяжущее получают путем совместного сухого помола части огнеупорного заполнителя и натриевой силикат-глыбы, изделия готовят виброформованием, а сушку осуществляют термоударом при температуре 250-300°С.
Основные показатели следующие: прочность при сжатии после сушки при 200°С 27-30 МПа, термическая стойкость 20-22 (1300°С - вода) число теплосмен.
Недостатком известных состава и способа является то, что растворенные большие частицы силикат глыбы (размером более 1-100 мкм) образуют высокомодульное жидкое стекло в местах растворения, которое при высоких температурах эксплуатации размягчается и способствует снижению прочности, температуры службы и термической стойкости изделий за счет неравномерного распределения в бетоне силиката натрия.
Цель изобретения: повышение прочности, температуры службы и термической стойкости цирконовых жаростойких безобжиговых бетонов.
Поставленная цель достигается тем, что состав для изготовления безобжигового цирконового жаростойкого бетона, включающий цирконовый заполнитель, тонкомолотый циркон, натриевую силикат-глыбу и воду, содержит натриевую силикат-глыбу и дополнительно молочно-белый опал в виде их наноразмерных частиц и дополнительно тонкомолотый диатомит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Цирконовый заполнитель
57-81
Тонкомолотый циркон
8-18
Натриевая силикат-глыба в виде
наноразмерных частиц
2-4
Тонкомолотый диатомит
6-16
Молочно-белый опал в виде
наноразмерных частиц
3-5
Вода
из расчета В/Т 0,12-0,14
2
Цель достигается также тем, что способ изготовления безобжигового цирконового жаростойкого бетона из состава, указанного выше, заключается в переводе натриевой силикат-глыбы и молочно-белого опала в наноразмерные частицы путем дегидратационного диспергирования гидратированных тонкомолотых до удельной поверхности 2500-3000 см/г натриевой силикат-глыбы и молочно-белого опала при температуре 200-600°С, перемешивании цирконового заполнителя, тонкомолотых циркона и диатомита с добавлением в их смесь при перемешивании имеющей температуру 80-90°С водной смеси натриевой силикат-глыбы и молочно-белого опала в виде их наноразмерных частиц и затем воды с температурой 80-90°С, перемешивании полученной смеси, формовании из нее изделий и обработки их термоударом при температуре 250-300°С в течение 1-2 ч.
Причем натриевую силикат-глыбу и молочно-белый опал в виде их наноразмерных частиц получают как отдельно, так и в смеси их.
Получение наночастиц из натриевой силикат-глыбы и из молочно-белого опала способствует увеличению силикатного модуля в бетоне и тем самым повышению температуры службы и термической стойкости жаростойкого цирконового бетона. Присутствие наночастиц способствует образованию высокопрочных и термических силицидов и силикатов циркония при температурах 1600-1650°С.
Исходные компоненты, входящие в состав сырьевой смеси для изготовления безобжигового цирконового жаростойкого бетона с повышенной прочностью и температурой службы, включают:
цирконовый заполнитель требуемых фракций;
2
тонкомолотый циркон с удельной поверхностью 2500-3000 см/г;
2
тонкомолотый диатомит с удельной поверхностью 2500-3000 см/г;
2
натриевая силикат глыба - отход Огнинского стекольного завода, тонкомолотая до удельной поверхности 2500-3000 см/г;
2
тонкомолотый природный молочно-белый опал с удельной поверхностью 2500-3000 см/г;
вода - любая, кроме минеральных вод.
Использование заявленной совокупности существенных признаков позволяет получить достигаемый технический результат, а именно увеличение прочности и температуры эксплуатации и термической стойкости изделий.
Пример.
2
Предварительно отдозированную часть цирконового заполнителя измельчают в шаровой мельнице сухого помола до удельной поверхности 3000 см/г, также измельчают силикат-глыбу, диатомит, молочно-белый опал, затем в подогреваемую бетономешалку с укрепленными на ее корпусе тэнами и снабженную теплоизоляцией загружают в мас.%: цирконовый заполнитель фракции 0,63 мм 69, тонкомолотый циркон 13, тонкомолотый диатомит 11 и смешивают в сухом виде в течение 2-3 мин, при непрерывном смешивании добавляют подогретую до 85°С водную смесь наноразмерных частиц, полученных в барбатере из силикат-глыбы и молочно-белого опала, из расчета наночастицы натриевой силикат-глыбы, имеющие размер 10-12 нм, 3, и наночастицы молочно-белого опала, имеющие размер 10-12 нм, 4, при непрерывном смешивании дополнительно добавляют подогретую до 85°С воду из расчета водотвердое отношение 0,14, смешивание массы продолжают 3-4 мин. Из этой массы прессуют изделия при удельном давлении 30 МПа и проводят термообработку изделий термоударом при 300°С в сушильной камере в течение 1,5 ч.
2
2
Наноразмерные частицы силикат-глыбы и аналогично молочно-белого опала получают следующим образом. Тонкомолотую силикат-глыбу (молочно-белый опал) с удельной поверхностью 2500-3000 см/г (для данного примера 3000 см/г) гидратируют и загружают в кюветы, расположенные в кварцевой трубке, которая в свою очередь расположена внутри трубчатой печи. С одной стороны в кварцевую трубку подают острый водяной пар, а другая сторона подсоединяется к охладителю конденсата, кондесатосборнику и барбатеру с водой. При повышении температуры в печи до 200-600°С (для данного примера 500°С) происходит дегидратационное диспергирование и наночастицы с размером 10-12 нм уносятся паром в конденсатосборник и в барбатер. Хроматографическим анализом определяют в барбатере и конденсатосборнике количественное содержание наночастиц и по достижению достаточного количества содержания их для вышеуказанного состава бетонной смеси водные смеси наночастиц из барбатера и конденсатоотводчика нагревают до 80-90°С и применяют для приготовления бетона.
Причем значения массовых процентов соответствующих наночастиц устанавливают путем количественного хроматографического анализа водной смеси из барбатера в процессе получения их
Предлагаемые состав и способ обеспечивают получение структурно-стабильного изделия без предварительного обжига, повышение прочности, температуры эксплуатации и термической стойкости изделий за счет полного растворения наноразмерных компонентов силикат глыбы и опала, части аморфного и кристаллического кварца, а также за счет равномерного распределения их в смеси в процессе смешивания и сушки. Состав и способ обеспечивают прочность при сжатии после сушки 42-56 МПа, термическую стойкость 26-31 (1300°С - вода) число теплосмен.
Литература
1. Горлов Ю.П., Меркин А.П., Зейфман М.И., Тотурбиев Б.Д. Жаростойкие бетоны на основе композиций из природных и техногенных стекол. М.: Стройиздат, 1966. - 144 с.
2. Способ изготовления безобжиговых огнеупоров. Тотурбиев Б.Д., Батырмурзаев Ш.Д. А.С. СССР №1701693, БИ №48, 30.12.91.
3. Тотурбиев Б.Д. Строительные материалы на основе силикат-натриевых композиций. - М.: Стройиздат, 1988. - 208 с.