Жаростойкий шлакощелочной бетон
HEAT-RESISTANT SLAG-LINTERING CONCRETE

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.
2
3
2
2
3
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 AlО, 68,0 SiO, 0,5 FeO, 0,5 CaO+MgO.
2
2
3
2
3
Самораспадающийся феррохромовый шлак - белит по ТУ 14-139-201-2012, имеющий усредненный химический состав, мас.%: 45 CaO, 25 SiO, 10,0 AlO, 8,0 CrO, 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/м<sup>3</sup>
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/м<sup>3</sup>
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