Состав и способ изготовления корундового жаростойкого бетона
COMPOSITION AND METHOD OF MAKING CORUNDUM REFRACTORY CONCRETE

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий из корундовых жаростойких бетонов. Технический результат - повышение температуры начала деформации под нагрузкой 0.2 МПа, термической стойкости и водостойкости изделий из корундового жаростойкого бетона.
Известен способ изготовления жаростойких бетонов на основе силикат-натриевых композиций [1].
2
Недостатком известного способа является использование в качестве связующего - силикат-глыбы (силикат натрия), которая содержит легкоплавкий щелочной компонент NaO, снижающий температуру начала деформации под нагрузкой 0.2 МПа, термическую стойкость и водостойкость жаростойкого бетона.
2
2
3
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по совокупности признаков (прототип) является состав и способ изготовления корундового жаростойкого бетона, включающего, мас. %: электроплавленный корундовый заполнитель 60-80, тонкомолотый электроплавленный корунд 8-16, натриевую силикат-глыбу с силикатным модулем 2,7-3,0 в виде наноразмерных частиц 2-4, тонкомолотый технический глинозем 4-8, тонкомолотый диатомит 4-6, щелочной алюмосиликат NaO 11-12 AlO 2-6 и воду из расчета В/Т 0,12-0,14 с основными показателями свойств: температура начала деформации под нагрузкой 0.2 МПа - 1540°С; термическая стойкость - 14-17 теплосмен (1300°С - вода) [2].
2
2
2
3
2
Недостатком этого состава и способа является то, что состав содержит связующее – силикат-глыбу с силикатным модулем 2,7-3,0 в виде наноразмерных частиц, полученный путем дегидратационного диспергирования гидратированной тонкомолотой до удельной поверхности 2500-3000 см/г натриевой силикат-глыбы при температуре 200-1000°С, являющегося сложным и требующего больших энергетических затрат, и щелочной алюмосиликат (NaO 11-12 AlO), в которых, соответственно, содержатся большое количество легкоплавкого щелочного компонента NaO, снижающего температуру начала деформации под нагрузкой 0.2 МПа, термическую стойкость и водостойкость жаростойкого бетона.
Целью изобретения является устранение вышеуказанных недостатков корундового жаростойкого бетона.
2
2
2
2
2
2
3
2
2
3
3
2
3
2
5
2
2
3
Поставленная цель достигается тем, что состав для изготовления корундового жаростойкого бетона, включающий связующее, электроплавленный корундовый заполнитель, тонкомолотый электроплавленный корунд с удельной поверхностью 2500-3000 см/г: электроплавленный корунд, тонкомолотый технический глинозем, тонкомолотый диатомит, щелочной алюмосиликат NaO 11-12 AlO и нагретую воду (80-90°), содержит в качестве связующего коллоидный полисиликат натрия с силикатным модулем 6.5, полученный путем введения в 20%-ный водный раствор силиката натрия 16%-ного гидрозоля диоксида кремния при их соотношении 1:1,6, перемешивания при 100°С в течение 3,0 ч с выдержкой при указанной температуре не более 0,5 ч, и  в качестве указанного щелочного алюмосиликатного компонента содержит природный аморфный кремнезем с содержанием до 20% нанодисперсных частиц, имеющий следующий химический состав в мас. %: SiO - 87,00; AlO - 5,00; TiO - 0,3; FeO - 2,25; PO - 0,07; FeO менее 0,25; СаО - 0,72; MgO - 0,50; MnO - 0,02; KO - 1,03; NaO - 0,58; SO менее 0,10; ППП - 2,26, при следующем соотношении компонентов, мас. %: указанный коллоидный полисиликат натрия 2-4, электроплавленный корундовый заполнитель 60-80, тонкомолотый электроплавленный корунд с удельной поверхностью 2500-3000 см/г 8-16, тонкомолотый технический глинозем с удельной поверхностью 2500-3000 см/г 4-6, тонкомолотый диатомит с удельной поверхностью 2500-3000 см/г 3-5, указанный природный тонкодисперсный кремнезем 3-9, нагретая до 90°С вода из расчета В/Т 0,12-0,14. Также достижение указанного технического результата обеспечивается способом изготовления корундового жаростойкого бетона из указанного выше состава, включающим введение при перемешивании в высокоскоростном смесителе в указанный коллоидный полисиликат натрия тонкомолотых указанных электроплавленного корунда, технического глинозема и диатомита, указанного кремнезема и воды, нагретой до 80-90°С, до получения однородной суспензии, перемешивание полученной суспензии с указанным корундовым заполнителем в лопастной мешалке принудительного действия до получения однородной массы, формование этой массы прессованием при удельном давлении 30 МПа и осуществление твердения в процессе сушки по режиму: подъем температуры от 20 до 90°С - 1,5 ч, выдержка при 85-95°С - 0,5 ч, подъем температуры до 200°С - 1 ч, выдержка 2 ч.
2
Исходные компоненты, входящие в состав сырьевой смеси для изготовления корундового жаростойкого бетона с повышенной температурой начала деформации под нагрузкой 0.2 МПа, термической стойкостью и водостойкостью изделий, следующие: коллоидный полисиликат натрия с силикатным модулем 6.5; электроплавленный корундовый заполнитель фракции 0,4-0,6 мм; тонкомолотые наполнители с удельной поверхностью 2500-3000 см/г: электроплавленный корунд, технический глинозем, диатомит; природный аморфный тонкодисперсный кремнезем и вода, нагретая до 90°С.
Коллоидный полисиликат натрия с силикатным модулем 6.5 изготавливали в лабораторных условиях согласно пат. РФ 2124475, путем введения в 20%-ный водный раствор силиката натрия 16%-ного гидрозоля диоксида кремния при их соотношении 1:1.6, перемешивания при 100°С, в течение 3,0 ч с последующей выдержкой не более 0,5 ч.
Коллоидный полисиликат натрия представляет переходную область составов от жидких стекол к кремнезолям и классифицируются как наноматериалы.
Структурным элементом полисиликата натрия является кремнекислородный тетраэдр, который является основной полимерной составляющей полисиликатов.
Основным отличием полисиликатов натрия от силиката натрия (силикат-глыбы) является их полимерная форма, представляющая кремнеземные частицы размером от 4 до 5 нм. Полимерная форма составляет 60% и более от общего содержания кремнезема, что обеспечивает высокие прочностные свойства образующихся гелевых структур. Эффективность полисиликата в 4 раза выше эффективности силиката натрия и водных его растворов, что позволяет использовать технологические растворы с более низкой концентрацией.
-6
3
3
2
3
2
3
2
2
3
2
Электроплавленный корунд характеризуется следующими показателями: огнеупорность - 2050°С; коэффициент линейного расширения-8-9 10; плотность - 3,80-3,92 г/см; насыпная плотность - 2,2 г/см; химически стоек; инертен; по минералогическому составу представлен в основном - α-AlO, является устойчивой кристаллической формой оксида алюминия. Химический состав используемого электроплавленного корунда в %: AlO - 98,11-98,79; SiO - 0,13-0,15; FeO - 058-1,01; NaO - 0,27-0,45.
2
2
3
3
2
3
2
5
2
2
3
Природный аморфный тонкодисперсный кремнезем следующего химического состава в мас. %: SiO - 87,00; AlO - 5,00; TiO - 0,3; FeO - 2,25; PO - 0,07; FeO<0,25; СаО - 0,72; MgO - 0,50; MnO - 0,02; KO - 1,03; NaO - 0,58; SO<0,10; ППП - 2,26.
По ситовому анализу природный аморфный кремнезем в основном представлен мелкозернистым и дисперсным частицами, остаток на сите, мас. %: 0,8 мм - 0,393; 0,315 мм - 2,889; 0,2 мм - 13,843; 0.04 мм -53,833; 0,008 мм - 1,081, и проход через сито 0,008 мм - 27,91, в том числе до 20% - нанодисперсными частицами.
разм
Для испытания корундового жаростойкого бетона, изготовленного по вышеуказанному составу и способу из различного состава, изготавливали образцы для определения температуры деформации под нагрузкой 0.2 МПа (ГОСТ 20910-90), термостойкости (ГОСТ 20910-90) и водостойкости К (Микульский В.Г. и др. Строительные материалы. - М.: АСВ, 2004.-28 с.). Образцы изготавливали путем прессования при удельном прессовании 30 МПа. Для формования бетона могут быть применены также другие методы и способы, например послойное трамбование, формование путем вибрирования; вибропрессование и др.
Твердение отформованных образцов осуществляли в лабораторном сушильном шкафу по режиму: подъем температуры от 20 до 90°С - 1,5 ч, выдержка при 90±5°С - 0,5 ч, затем подъем температуры до 200°С - 1 ч, выдержка 2 ч для последующего обезвоживания системы, который проходил без заметных усадочных явлений и способствовал ее упрочнению, обеспечивающему достаточную прочность образцов.
Соотношения компонентов по предлагаемому и известному составам представлены в табл. 1, а результаты испытаний известных и предлагаемых составов приведены в табл. 2. Из приведенных в табл. 2 данных следует, что предлагаемые составы имеют более высокие показатели температуры начала деформации под нагрузкой 0.2 МПа, термостойкости и водостойкости, чем известные.
2
2
2
2
Таким образом, корундовый жаростойкий бетон, полученный по вышеприведенному составу и способу с использованием в качестве связующего коллоидного полисиликата натрия и в качестве указанного щелочного алюмосиликата - природного аморфного тонкодисперсного кремнезема, способствует увеличению силикатного модуля (SiO/NaO) связующего, тем самым повышению кремнеземистого составляющего SiO и понижению содержания легкоплавкого компонента NaO в составе смеси, в результате чего температура начала деформации под нагрузкой 0,2 МПа, термостойкость и водостойкость жаростойкого бетона повышаются. Технический результат, обеспечиваемый предложенным изобретением - указанным составом и способом, состоит в повышении указанных термических свойств и водостойкости жаростойкого бетона.
Литература
1. Тотурбиев Б.Д. Строительные материалы на основе силикат-натриевых композиций. - М.: Стройиздат, 1988, 208 с.
2. Состав и способ изготовления корундового жаростойкого бетона. Батырмурзаев Ш.Д. и др. Патент РФ №2397968, Бюл. №24, 27.08.2010 г.