Высокоглиноземистое вяжущее

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству жаростойкого вяжущего, и может быть использовано для приготовления жаростойких бетонов и изделий на их основе, изготовления монолитных элементов футеровок тепловых агрегатов, а также для приготовления огнеупорных растворов, клеев и других смесей. Высокоглиноземистое вяжущее, включающее глиноземистый цемент и тонкомолотую добавку на основе оксида алюминия, в качестве тонкомолотой добавки содержит кислородсодержащее соединение алюминия общей формулы Al₂O₃·nH₂O, где n=0,03-2,0, полученное быстрой частичной дегидратацией гидроксида алюминия, при следующем соотношении компонентов, мас.%: глиноземистый цемент 55-90, указанное кислородсодержащее соединение алюминия 10-45. Технический результат - повышение огнеупорности, температуры деформации под нагрузкой, сохранение высокой активности набора марочной прочности в течение трех суток, способность набора марочной прочности как в нормальных условиях, так и при пропарке, а также удешевление вяжущего, расширение сырьевой базы при использовании отходов промышленности. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству жаростойкого вяжущего, и может быть использовано для приготовления жаростойких бетонов и изделий на их основе, изготовления монолитных элементов футеровок тепловых агрегатов, а также для приготовления огнеупорных растворов, клеев и других смесей.

Известно жаростойкое вяжущее: глиноземистый цемент по ГОСТ 969-91. Глиноземистый цемент широко применяется в тяжелых и легких жаростойких бетонах на различных заполнителях с температурой применения 1100-1400°С (См., например, СниП 2.03.04-84. "Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур", табл.9, составы: 19-21; 33-37).

К достоинству глиноземистого цемента относится то, что бетоны на его основе быстро набирают марочную прочность (в течение трех суток) в естественных условиях без применения пропарки. Недостатками жаростойких бетонов на глиноземистом цементе являются следующие:

1. Значительный сброс прочности при первом нагреве в интервале температур 100-1100°С.

2. Относительно низкая огнеупорность затвердевшего цемента и низкая температура деформации под нагрузкой при высоких температурах не позволяют получать бетоны с температурой службы выше 1400°С даже на таких высокоогнеупорных заполнителях, как муллитокорундовые.

Известно жаростойкое вяжущее (А.с. СССР №365336, кл. С 04 В 7/14, 1973), включающее глиноземистый цемент и тонкомолотую добавку отработанного синтетического шлака электросталеплавильного производства при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глиноземистый цемент	95-40
Отработанный синтетический шлак
электросталеплавильного производства	5-60.

Данное вяжущее позволяет получать бетоны, имеющие меньший сброс прочности при первом нагревании в интервале температур 600-1000°С. Однако температура службы жаростойких бетонов на данном вяжущем не превышает 1300°С из-за невысокой температуры деформации под нагрузкой.

Наиболее близким техническим решением является вяжущее (А.с. СССР №482411, кл. С 04 В 7/32, 1975), включающее глиноземистый цемент и гидрат окиси алюминия.

Недостатком вяжущего является применение в качестве добавки дорогостоящего гидрата окиси алюминия, а также низкая прочность при высоких температурах.

Задачей, решаемой настоящим изобретением, является удешевление вяжущего, расширение сырьевой базы за счет использования отходов промышленности. При этом сохраняются высокие технические характеристики:

- высокая активность при наборе марочной прочности в течение трех суток;

- способность набора марочной прочности, как при нормальных условиях, так и при пропарке;

- низкий сброс прочности при нагревании до 1100°С;

- высокая огнеупорность.

Поставленная задача решается за счет высокоглиноземистого вяжущего, включающего глиноземистый цемент и тонкомолотую добавку на основе оксида алюминия. В качестве тонкомолотой добавки оно содержит кислородсодержащее соединение алюминия общей формулы Al₂О₃·nH₂О, где n=0,03-2,0, полученное быстрой частичной дегидратацией гидроксида алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глиноземистый цемент	55-90
Al2O3·nH2О, где n=0,03-2,0	10-45.

В качестве кислородсодержащего соединения алюминия общей формулы Al₂O₃·nH₂О, где n=0,03-2,0, высокоглиноземистое вяжущее предпочтительно содержит отход производства носителя катализатора дегидрирования углеводородов.

Для приготовления высокоглиноземистого вяжущего используется химически активный гидроксид алюминия формулы Al₂O₃·nH₂О, где n=0,03-2,0, получение которого описано в патенте РФ №2064435 (кл. C 01 F 7/44, 1996) и в патенте РФ №2148017 (кл. C 01 F 7/44, 2000), а использование его для получения катализаторов дегидрирования описано в патенте РФ №2148430 (кл. B 01 J 23/26, 2000).

Химически активный гидр оксид алюминия получают путем быстрого нагрева гидрата окиси алюминия в потоке горячего газа с температурой 500-1200°С и быстрым охлаждением до температуры ниже 60°С. Этот продукт определенной фракции используется как носитель для приготовления катализаторов дегидрирования (см. патент РФ №2148430, кл. B 01 J 23/26, 2000).

В качестве кислородсодержащего соединения алюминия в предлагаемом решении используется соединение общей формулы Al₂O₃·nH₂О, где n=0,03-2,0, которое значительно дешевле, чем переосажденный гидроксид алюминия, кроме этого, отходы производства носителя катализатора дегидрирования имеют значительный объем, и имеется проблема их использования.

В предлагаемом изобретении найдено решение проблемы утилизации отходов и при этом решена поставленная задача изобретения.

Высокоглиноземистое вяжущее включает в себя глиноземистый цемент по ГОСТ 969-91 и тонкомолотую добавку - Al₂O₃·nH₂О, где n=0,03-2,0, количество которых находится в соотношении, мас.%: глиноземистый цемент - 55-90, Al₂O₃·nH₂О, где n=0,03-2,0 - 10-45. А тонкомолотая добавка имеет удельную поверхность более 2500 см²/г. Требуемое количество добавки вводится в глиноземистый цемент, и смесь домалывается до удельной поверхности 3500-4000 см²/г. Время домола смеси составляет 30-60 мин.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в следующем:

- удешевление вяжущего;

- расширение сырьевой базы за счет использования отходов промышленности;

- повышение огнеупорности, температуры деформации под нагрузкой;

- сохранение высокой активности набора марочной прочности в течение трех суток;

- способность набора марочной прочности как в нормальных условиях, так и при пропарке.

Вяжущее готовят следующим образом.

Количество глиноземистого цемента и соединения алюминия общей формулы Al₂O₃·nH₂О, где n=0,03-2,0 зависит от химсостава и марки глиноземистого цемента, требуемых показателей прочности, огнеупорности и температуры деформации под нагрузкой вяжущего и находится в следующем соотношении: глиноземистый цемент 55-90%; Al₂O₂·nH₂О, где n=0,03-2,0 - 10-45%. Требуемое количество добавки вводится в глиноземистый цемент и смесь домалывается до удельной поверхности 3500-4000 см²/г. Время домола смеси составляет 30-60 мин. Возможен вариант предварительного домола добавки с последующим введением в глиноземистый цемент.

При оптимальном соотношении ингредиентов получается вяжущее со следующими свойствами:

Марка по прочности при сжатии в
возрасте 3 суток	25-40 МПа
Остаточная прочность после
нагревания до 1000°С	60-80%
Огнеупорность	1500-1680°С.

В таблице 1 показана зависимость свойств вяжущего от состава.

На предлагаемом вяжущем подобраны составы жаростойких бетонов на шамотных заполнителях с температурой применения 1400-1500°С, на корундовых заполнителях - 1550-1680°С.

Таблица 1
№ п/п	Состав вяжущего, мас.%	Удельная поверхность, см2/г	Предел прочности при сжатии (МПа) в возрасте, сутки	Остаточная прочность после нагрева до	Огнеупорность, °С
	Al2O3·nH2О, где n=0,03-2,0	Глиноземистый цемент	Al2O3·nH2О, где n=0,03-2,0	Вяжущее	1	3	7	28	1000°С, МПа
1.	10 отход	90	2500	3500	30,4	37,2	41,1	61,2	49,2	1500
2.	15	85	2700	3600	29,8	36,7	40,5	58,4	48,6	1580
3.	20 отход	80	2500	3500	28,1	35,2	38,0	54,3	47,4	1610
4.	30	70	2600	3500	26,3	31,5	36,8	52,4	45,2	1660
5.	40 отход	60	2500	4000	25,6	30,8	35,4	50,1	44	1690
6.	45	55	2500	3500	21,2	25	27,1	45,2	41,6	1800
7. (Прототип)	30 (гидрат окиси алюминия)	70						49,9	35	1620
В примерах 1, 2, 3 n-0,03
В примерах 4, 5, 6 n-2,0

1. Высокоглиноземистое вяжущее, включающее глиноземистый цемент и тонкомолотую добавку на основе оксида алюминия, отличающееся тем, что в качестве тонкомолотой добавки оно содержит кислородсодержащее соединение алюминия общей формулы AL₂O₃·nH₂O, где n=0,03-2,0, полученное быстрой частичной дегидратацией гидроксида алюминия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глиноземистый цемент	55-90
AL2O3·nH2O, где n=0,03-2,0	10-45

2. Высокоглиноземистое вяжущее по п.1, отличающееся тем, что оно в качестве кислородсодержащего соединения алюминия общей формулы

Al₂О₃·nH₂О, где n=0,03-2,0, содержит отход производства носителя катализатора дегидрирования углеводородов.