Алюмосиликатная бетонная смесь

 

Изобретение относится к области производства огнеупоров для футеровки тепловых агрегатов металлургии, теплоэнергетики, нефтехимии и др. отраслей промышленности. Технический результат - повышение прочности бетона при твердении в естественных условиях и уменьшение его усадки при высоких температурах за счет того, что алюмосиликатная бетонная смесь, включающая (мас.%) 13-25 высокоглиноземистого цемента, а остальное - шамот, дополнительно содержит 0,05-0,3% сверх 100% смеси суперпластификатора на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида. 2 табл.

Предлагаемое изобретение относится к области производства огнеупоров для футеровки тепловых агрегатов металлургии, теплоэнергетики, нефтехимии, машиностроения, производства строительных материалов и других отраслей промышленности.

Известна огнеупорная бетонная смесь, содержащая шамот, жидкое стекло и кремнефтористый натрий. Недостатком бетонов на ее основе является низкий предел прочности при сжатии в области высоких температур (1,0 Н/мм² при 1200^oC, 0,13 Н/мм² при 1350^oC) и низкая термостойкость (2 теплосмены в режиме 1300^oC - вода после обжига при 1350^oC) /1, состав 6, табл. 1,2/. В связи с этим нецелесообразно применение такого бетона при высоких температурах.

Известен способ изготовления безобжиговых шамотных огнеупоров из бетонной смеси, содержащей шамот, силикат-глыбу, нефелиновый шлам и суперпластификатор С-3 /2/. Однако безобжиговые огнеупоры, изготавливаемые по этому способу, имеют те же недостатки, что и указанные выше бетоны в связи с присутствием в их составе легкоплавкой силикат-глыбы. Кроме того, изготовление безобжиговых шамотных огнеупоров по упомянутому способу предусматривает прессование изделий при 20 Н/мм² , что неприемлемо для изготовления крупногабаритных бетонных блоков из-за ограниченных возможностей прессового оборудования.

Известна бетонная смесь, содержащая шамот, огнеупорную глину и алюмофосфатное связующее /1, состав 5 табл. 1, 2/. Недостатком бетонов, изготовленных из этой смеси, является низкий предел прочности при сжатии при 1350^oC (1,2 Н/мм²) и недостаточно высокая термостойкость после обжига при 1350^oC (4 теплосмены в режиме 1300^oC - вода). Бетон изготавливают из этой смеси прессованием либо трамбованием. Однако прессы непригодны для изготовления крупногабаритных бетонных изделий, а трамбование трудоемко, так как связано с большими затратами ручного труда.

Известна бетонная смесь, содержащая шамот и глиноземистый цемент. Недостатком бетонов на ее основе является низкий предел прочности при сжатии при 1350^oC (1,5 Н/мм²) /1, состав 3, табл. 1, 2/.

Наиболее близкой по составу (прототипом) является бетонная смесь, содержащая (мас. %): шамот 85, высокоглиноземистый цемент 15 /1, состав 4 табл. 1, 2/.

Указанная бетонная смесь после увлажнения водой может быть использована для изготовления виброформованием бетонных футеровок и блоков, в том числе крупных габаритов и сложной формы. Процесс виброформования может быть механизирован с минимальными затратами ручного труда. По сравнению с описанными выше бетонами бетон из этой смеси имеет более высокий предел прочности при сжатии при 1350^oC (4,6 Н/мм²) и достаточно высокую термостойкость (9 теплосмен в режиме 1300^oC - вода после обжига при 1350^oC).

Бетон, изготовленный виброформованием из этой смеси, после твердения в естественных условиях в течение 7-ми суток имеет предел прочности при сжатии 19,1 Н/мм² и высокую линейную усадку после обжига при 1350^oC (1,1%). Изготовленные из бетонной смеси крупногабаритные бетонные блоки в процессе транспортирования к потребителю и монтажа в тепловом агрегате испытывают механические воздействия, способные привести к повреждениям (сколам, трещинам). Трещины в футеровке возникают также в результате усадки бетона при высоких температурах.

Указанные дефекты негативно влияют на служебные свойства бетона, так как способствуют проникновению в него агрессивных сред, ускоряющих износ футеровки в процессе эксплуатации.

Поэтому необходимо повышение прочности бетона при твердении в естественных условиях и уменьшение его усадки при высоких температурах.

Указанная задача решается в результате использования алюмосиликатной бетонной смеси, включающей шамот, высокоглиноземистый цемент и дополнительно добавку - суперпластификатор на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида в количестве 0,05 - 0,3 мас.% сверх 100% смеси при следующем соотношении компонентов, (мас.%): Высокоглиноземистый цемент - 13 - 25 Шамот - Остальное Суперпластификатор на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, сверх 100% - 0,05 - 0,3 Установлено, что использование добавки суперпластификатора на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида в композиции с высокоглиноземистым цементом и шамотом приводит к повышению предела прочности при сжатии бетона после твердения в естественных условиях в течение 7-ми суток, а также к снижению усадки в процессе обжига при 1350^oC по сравнению с аналогичным бетоном, не содержащим добавку вышеуказанного суперпластификатора. Это явление может быть связано с тем, что суперпластификатор на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида в сочетании с высокоглиноземистым цементом и шамотом уменьшает внутреннее трение между частицами увлажненной бетонной смеси, что улучшает ее подвижность, способствует лучшему уплотнению бетона при формовании. В результате улучшаются контакты между частицами бетона и повышается его прочность после твердения в естественных условиях, а также уменьшается усадка в обжиге. При этом бетоны не уступают прототипу по высокотемпературной прочности при сжатии 1350^oC и термостойкости в режиме 1300^oC - вода после обжига при 1350^oC.

Предлагаемая бетонная смесь после увлажнения водой может быть использована для изготовления бетонов методом виброформования, что дает возможность изготавливать крупногабаритные бетонные блоки, в том числе сложной формы, с минимальными затратами ручного труда.

Введение в бетонную смесь высокоглиноземистого цемента в количестве менее 13% и вышеуказанного суперпластификатора более 0,3% приводит к снижению предела прочности при сжатии бетона (после твердения в естественных условиях). Введение вышеуказанного суперпластификатора в количестве менее 0,05% не дает существенного эффекта по сравнению с прототипом. Использование высокоглиноземистого цемента в количестве более 25% нецелесообразно, так как приводит к удорожанию бетонной смеси без дополнительного улучшения ее показателей.

Применение суперпластификатора на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида в предлагаемой нами композиции для повышения предела прочности при сжатии бетона после твердения в естественных условиях, а также для снижения его усадки в обжиге неизвестно. Не найдено также сведений о каком-либо применении композиции шамота, высокоглиноземистого цемента и вышеуказанного суперпластификатора.

На основании этого считаем, что предлагаемое решение является новым и имеет изобретательский уровень.

Пример.

Для изготовления образцов использовали: - шамот с массовой долей, %: Al₂O₃ - 44,7; SiO₂ - 49,7; Fe₂O₃ - 1,87; TiO - 2,23; CaO - 0,56; MgO - 0,35; K₂O - 0,27; NaO - 0,15; - высокоглиноземистый цемент с массовой долей, %: Al₂O₃ - 74,93; CaO - 21,48; SiO₂ - 1,97.

- суперпластификатор С-3 на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида.

Указанные материалы смешивали в соотношениях, указанных в табл. 1, затем смеси увлажняли водой в количестве 10% (сверх 100% сухой смеси) и перемешивали до однородного состояния. Из увлажненных смесей изготавливали бетонные образцы виброформованием в разъемных металлических формах. Через 24 часа образцы извлекали из форм и выдерживали для твердения в естественных условиях при комнатной температуре. Продолжительность естественного твердения составляла 7 суток с момента увлажнения массы. Затем часть образцов использовали для определения предела прочности при сжатии, остальные сушили при 110^oC и обжигали при 1350^oC с выдержкой в течение 5 часов. После обжига определяли линейную усадку, термостойкость в режиме 1300^oC - вода и предел прочности при сжатии при 1350^oC.

Для определения предела прочности при сжатии (после твердения в течение 7-ми суток), линейной усадки и термостойкости (после обжига при 1350^oC) использовали образцы в виде куба с длиной ребра 50 мм. Высокотемпературный предел прочности при сжатии определяли на образцах в виде цилиндра диаметром 36 мм, высотой 50 мм. Показатели бетонных образцов представлены в табл. 2. Анализ данных, приведенных в табл. 1 и 2, показывает, что применение добавки суперпластификатора в композиции с высокоглиноземистым цементом и шамотом (составы 1-4) позволяет повысить предел прочности при сжатии бетонов после твердения в естественных условиях в течение 7-ми суток с 19,1 до 40,2 - 48,5 Н/мм² и уменьшить линейную усадку бетона в процессе обжига при 1350^oC с 1,11 до 0,46 - 0,60% по сравнению с прототипом (состава 5). При этом бетоны предлагаемых составов (1-4) и состава 5 (прототипа) после обжига при 1350^oC имеют близкие значения термостойкости в режиме 1300^oC - вода (соответственно 10-12 и 9 теплосмен) и высокотемпературного предела прочности при сжатии (соответственно 4,8 - 5,2 и 4,7 Н/мм²).

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемая бетонная смесь позволяет получить бетоны, имеющие предел прочности при сжатии после твердения в естественных условиях в течение 7-ми суток в 2-2,5 раза выше, а линейную усадку в процессе обжига при 1350^oC - в 1,8-2,4 раза ниже.

Источники информации 1. С. Р.Замятин, В.Д.Кокшаров, Л.И.Стокроцкая. Свойства алюмосиликатных бетонов на различных вяжущих в нагретом состоянии. Огнеупоры, 1980, N 7, с. 52-60.

2. Патент РФ N 2082699, C 04 B 40/00, 1994.

Формула изобретения

Алюмосиликатная бетонная смесь, включающая шамот и высокоглиноземистый цемент, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит 0,05 - 0,3 мас.% сверх 100% смеси суперпластификатора на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида при следующем соотношении компонентов, мас.%: Высокоглиноземистый цемент - 13 - 25
Шамот - Остальное
Суперпластификатор на основе натриевых солей продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида, сверх 100% - 0,05 - 0,3

РИСУНКИ

Рисунок 1