КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЖАРОСТОЙКИХ КОМПОЗИТОВ
COMPOSITION FOR PRODUCING HEAT-RESISTANT COMPOSITES

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких композитов (бетонов) на основе химических связующих. К химически связующим, применяемым 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 /патент 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
3
3
3
3
3
4
Наиболее близкой к изобретению является композиция для получения жаростойких композитов, включающая следующие компоненты, мас. %: глиноземсодержащий шлам - 10,5-10,53 (220 кг/м); отработанный катализатор ИМ-2201 - 10,5-10,53 (220 кг/м); щебень - 35,88-35,89 (750 кг/м); песок - 30,62-30,63 (640 кг/м); НРO - 12,44-12,45 (260 кг/м) /Хлыстов А.И. Повышение эффективности жаростойких композитов за счет применения химических связующих/ А.И.Хлыстов, С.В.Соколова, А.В.Власов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2012. - №9. - С.38-42/[2].
Недостатком указанного состава керамической массы является относительно низкий предел прочности при сжатии после твердения и нагревания до температуры 1200°С и низкая термостойкость.
Сущность изобретения - повышение качества жаростойкого композита.
Техническим результатом изобретения является повышение предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких композитов.
3
4
2
3
2
3
2
3
2
Указанный технический результат достигается тем, что в известную композицию, включающую отработанный катализатор ИМ-2201, щебень, песок и НРO, дополнительно вводят шлаки от выплавки безуглеродистого феррохрома с содержанием, мас.%: SiO - 5,8; АlО - 54,8; FеО - 1,88; CaO - 13,82; MgO - 14,8; СrО - 5,4; RO - 2,3 при следующем соотношении компонентов, мас.%:
отработанный катализатор ИМ-2201
10-15
щебень
33-40
песок
10-13
Н<sub>3</sub>РO<sub>4</sub>
10-15
шлаки от выплавки безуглеродистого феррохрома
с содержанием, мас.%: SiO<sub>2</sub> - 5,8; Аl<sub>2</sub>О<sub>3</sub> - 54,8;
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> - 1,88; CaO - 13,82; MgO - 14,8;
Сr<sub>2</sub>О<sub>3</sub> - 5,4; R<sub>2</sub>O - 2,3
24-30
Шлаки от выплавки безуглеродистого феррохрома представляют собой материал плотной порфировидной структуры красно-бурого цвета с вкраплениями шпинели. Порфировидная структура (т.е. структура, похожая на порфировую) является разновидностью зернисто-кристаллической структуры. Порода с такой структурой содержит вкрапленники больших размеров и имеет окружающую их основную массу зернисто-кристаллическую. Это напоминает сильно увеличенную порфировую структуру с вкрапленниками. Химический оксидный состав шлаков представлен в таблице 1, а поэлементный в таблице 2.
Таблица 1
Химические составы алюмосодержащих отходов производств
Компонент
Содержание оксидов, мас.%
SiO<sub>2</sub>
Аl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>O
CaO
MgO
Сr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
R<sub>2</sub>O
П.п.п.
1. Шлаки от выплавки безуглеродистого феррохрома
5,8
54,8
1,88
13,82
14,8
5,4
2,3
-
2. Отработанный катализатор ИМ-2201
7,90
74,5
0,15
-
0,10
14,8
1,57
-
Таблица 2
Поэлементный химический состав компонентов
Компонент
Концентрация, мас.%
O
Al
Mg
Na
Ca
Fe
Si
Cr
1. Шлаки от выплавки безуглеродистого феррохрома
50,42
19,26
8,2
1,3
7,3
0,52
6,8
6,2
2. КатализаторИМ-2201
60,74
26,58
-
2,81
-
-
2,82
8,1
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2
3
2+
2+
3+
2+
Фазовый состав шлаков представлен алюминатами состава СаО·АlО и алюмомагнезиальной хромосодержащей шпинелью. В системе CaO-АlO известны соединения 3СаО-АlО, 12СаО·7АlO, СаО-АlО, СаО-2АlO, СаО-6АlO. Реакция образования алюминатов кальция в системе CaO-АlO протекает в основном в твердой фазе. При обжиге смеси CaO и АlO состава 1:1 до температуры 900°С образуется СаО·АlО в результате диффузии ионов Са в решетку кристаллов АlO. При 950°С наряду с увеличением количества СаО·АlО наблюдается появление 12СаО·7АlO, что объясняется диффузией ионов Са через слой СаО-АlО. В интервале температур 1000-1100°С вследствие диффузии ионов Аl через слой СаО-АlO появляется новое соединение СаО-2АlО, а в интервале температур 1100-1200° СаО-3СаО-АlО, образующий на границе фаз СаО/12СаО·7АlO. Образование этой фазы вызывается диффузией ионов Са в решетку 12СаO·7АlO.
Огнеупорность шлаков - 1580-1620°С, температура деформации под нагрузкой 0,2 МПа: начало размягчения - 1280-1300°С, разрушения 1500-1550°С.
3
4
2
4
3
2
2
4
3
n
4-n
2
4
2
В качестве фосфатных связующих использовалась ортофосфорная кислота НРO в чистом виде, но можно использовать однозамещенный фосфорнокислый алюминий Аl(НРO), двухзамещенный фосфорнокислый алюминий Al(HPO), хромалюминий фосфорнокислый или алюмохромофосфатное связующее (АХФС) с общей формулой CrAl(HPO), где=1, 2, 3.
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.
Таблица 3
Составы для получения жаростойких бетонов
Компоненты
Содержание компонентов, мас.%
1
2
3
Отработанный катализатор ИМ-2201
10
12
15
Щебень
40
38
33
Песок
10
11
13
Н<sub>3</sub>РO<sub>4</sub>
10
12
15
Шлаки от выплавки безуглеродистого феррохрома
30
27
24
В таблице 4 представлены физико-механические показатели жаростойкого бетона.
Таблица 4
Физико-механические показатели жаростойкого бетона, после твердения и нагревания до температуры 1200°С
Показатели
Составы
Прототип
1
2
3
Термостойкость, °С
30
32
38
29
Механическая прочность на сжатие, МПа
48
52
54
46
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 шлаков от выплавки безуглеродистого феррохрома позволяет повысить показатели по механической прочности и термостойкости жаростойкого бетона.
Использование техногенного сырья при получении жаростойкого бетона способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды, расширению сырьевой базы для строительных материалов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент 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. Хлыстов А.И. Повышение эффективности жаростойких композитов за счет применения химических связующих/ А.И.Хлыстов, С.В.Соколова, А.В.Власов // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2012. - №9. - С.38-42.