Жаростойкая бетонная смесь

Изобретение относится к составам огнеупорных жаростойких бетонов, применяемых при изготовлении неформованных футеровок сложной конфигурации, например для производства щитов и пода печи сопротивления плавки карбида кремния по безобжиговой технологии, работающих в условиях периодического нагрева-остывания (максимальная температура щита 700°С) и полива водой. Жаростойкая бетонная смесь для изготовления неформованных футеровок сложной конфигурации - щитов и пода печи сопротивления плавки карбида кремния - содержит кварцевый песок, щебень гранитный, портландцемент, карбид кремния черный мелких фракций и/или сростки и спеки карбида кремния зеленого мелких фракций, суперфосфат и пластификатор - поливиниловый спирт, при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбид кремния черный мелких фракций и/или сростки и спеки карбида кремния зеленого мелких фракций - 18-38, портландцемент - 30, щебень гранитный - 0-20, кварцевый песок - 30, суперфосфат - 0,5, поливиниловый спирт - 1,5. Технический результат - повышение термической стойкости изделий, сокращение времени на их производство. 3 табл.

 

Изобретение относится к составам огнеупорных жаростойких бетонов, применяемых при изготовлении неформованных футеровок сложной конфигурации, например для производства щитов и пода печи сопротивления плавки карбида кремния по безобжиговой технологии, работающих в условиях периодического нагрева-остывания (максимальная температура щита 700°С) и полива водой.

Известная огнеупорная бетонная смесь (см. авторское свидетельство СССР №1175915, кл. С04В 28/06, 35/68, 1985 г.) для изготовления элементов футеровок, включающая, мас.%:

Шламовые отходы производства карбида кремния - 5-15

Электрокорунд - 59-77

Высокоглиноземистый цемент - 15-25

Бура - 1-3

Однако изделия из этой огнеупорной смеси приобретают свои термомеханические свойства в результате обжига и присутствия в своем составе электрокорунда и высокоглиноземистого цемента.

Наиболее близкой к изобретению является известная жаростойкая бетонная смесь согласно ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия», включающая, мас.%:

Кварцевый песок - 27,8

Портландцемент - 18

Щебень гранитный - 53,8

К недостаткам известной смеси следует отнести необходимость вылеживания массы в течение 28 суток. Готовые изделия из нее не обладают высокой термической стойкостью, механической прочностью.

Предлагаемым изобретением решается задача устранения недостатков аналога и прототипа.

Технический результат - повышение термической стойкости изделий, сокращение времени для их производства.

Термомеханические свойства жаростойкая бетонная смесь приобретает в процессе эксплуатации. Предлагаемый материал относится к безобжиговым огнеупорам.

Технический результат достигается тем, что с целью повышения термической стойкости бетона, сокращения времени для производства изделий из него, в жаростойкую бетонную смесь введены карбид кремния черный мелких фракций и/или сростки и спеки карбида кремния зеленого мелких фракций, суперфосфат и пластификатор - поливиниловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбид кремния черный мелких фракций и/или

сростки и спеки карбида кремния зеленого мелких фракций - 18-38

Портландцемент - 30

Щебень гранитный - 0-20

Кварцевый песок - 30

Суперфосфат - 0,5

Поливиниловый спирт - 1,5

При нагревании известного строительного бетона на портландцементе происходит дегидратация Са(ОН)₂ и разложение гидросиликатов и гидроалюмосиликатов кальция, образовавшихся в процессе твердения цементного камня. В результате прочность бетона сильно уменьшается, а оксид кальция в последующем под воздействием влаги гидратируется с увеличением объема, что приводит к растрескиванию бетонной конструкции.

Для устранения такого недостатка в смесь вводится минеральная добавка суперфосфат, образующая с оксидом кальция нерастворимые в воде продукты.

В качестве пластификатора предлагается вводить водный раствор поливинилового спирта.

В качестве заполнителя предлагается использовать карбид кремния черный мелких фракций и/или сростки и спеки карбида кремния зеленого мелких фракций. Одним из требований, предъявляемых к заполнителю для бетонов, является его «инертность». Карбид кремния черный мелких фракций и/или сростки и спеки карбида кремния зеленого мелких фракций наиболее соответствуют этому требованию, являясь инертным химическим соединением, устойчивым к воздействию большинства кислот и щелочей.

Введение наполнителей и добавок в бетонную смесь повышает термическую стойкость бетона, а технология изготовления сокращает время производства изделий из него.

Время эксплуатации щитов и пода печи плавки карбида кремния из предлагаемой смеси увеличивается в 1,5 раза.

При изготовлении образцов из составов по изобретению и известному способу сначала в смесителе перемешивают сухие составляющие, незначительно смачивая водой для устранения пыления, а затем добавляют необходимое количество воды и завершают смешивание после получения однородной массы (10-15 мин).

Из полученных бетонных смесей при уплотнении вибратором или ручным методом «штыкование» формуют образцы - кубики в разъемных формах с ребром 50 мм.

Изготовленные образцы выдерживают во влажной среде в течение 7 суток, а затем сушат при 95-105°С в течение 48 часов. Обжиг не проводится. Далее проводят испытания.

Для определения необходимого времени для созревания цементного камня образцы после сушки оставляют при комнатной температуре на 28 суток и проводят испытания. Основной набор прочности образцов идет в первые семь суток.

Для изготовления жаростойкой бетонной смеси по изобретению используют невостребованные потребителем материалы производства карбида кремния: минусовые фракции карбида кремния черного (менее 50 мкм) и сростки и спеки карбида кремния зеленого (отмытого от соли и предварительно просеянного) фракции плюс 1,0 мм. Материал характеризуется следующим химическим составом (таблица 1).

Для изготовления жаростойкой бетонной смеси используют следующие компоненты:

- кварцевый песок, который характеризуется следующим составом, мас.%:

SiO₂ - 99,10; Al₂O₃ - 0,32; MgO - 0,20; Fe₂O₃ - 0,16;

- портландцемент состава, мас.%:

SiO₂ - 22,00; CaO - 65,00; Al₂О₃ - 6,0; Fe₂O₃ - 3,0;

- щебень гранитный состава, мас.%:

SiO₂ - 72,00; CaO - 0,95; Al₂О₃ - 0,16; MgO - 2,0; Fe₂О₃ - 2,4.

Таблица 1
Материал	Определяемый компонент, %
C	SiC	Fe	Fe2O3	SiO2	Si	Al2O3	Cao	MgO	Si+SiO2	NaCl
Карбид кремния черный фракции минус (менее 50 мкм)	0,07	94,90	0,46	-	0,94	3,17	-	-	-	4,11	-
Карбид кремния зеленый сростки и спеки фракции плюс (более 1 мм)	15,62	37,77	-	0,40	25,30	-	1,58	0,59	0,42		0,22

Составы образцов, изготовленных из жаростойкой огнеупорной смеси по предлагаемому и известному способам, приведены в таблице 2, а физико-механические свойства образцов - в таблице 3.

Таблица 2
Компоненты	Содержание компонентов, вес. %
	в предлагаемом	в известном
1	2	3
Кварцевый песок	30	30	15	30	27,8
Портландцемент	30	30	30	30	18
Щебень гранитный	-	-	33	28	53,8
Карбид кремния черный	38	18	-	-	-
Карбид кремния зеленый - сростки и спеки	-	20	20	-	-
Поливиниловый спирт	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5
Суперфосфат	0,5	0,5	0,5	0,5	0,4
Вода (сверх 100%)	18,5	14,5	13,3	12,5	7,5

Таблица 3
Физико-механические свойства	Состав
	предлагаемый	известный
1	2	3
Плотность кажущаяся г/см2	1,87	1,91	2,03	1,94	1,77
Пористость, %	23,9	12,1	14,3	16,5	21,4
Предел прочности на сжатие, кгс/см2	215,3	269,0	172,0	151,7	206,0
Термическая стойкость (800°С - вода), теплосмен	пять	семь	-	-	-
Водопоглощение	12,7	6,4	7,1	8,5	12,2

Жаростойкая бетонная смесь для изготовления неформованных футеровок сложной конфигурации - щитов и пода печи сопротивления плавки карбида кремния, характеризующаяся тем, что она содержит кварцевый песок, щебень гранитный, портландцемент, карбид кремния черный мелких фракций и/или сростки и спеки карбида кремния зеленого мелких фракций, суперфосфат и пластификатор - поливиниловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбид кремния черный мелких фракций
и/или сростки и спеки карбида кремния
зеленого мелких фракций	18-38
Портландцемент	30
Щебень гранитный	0-20
Кварцевый песок	30
Суперфосфат	0,5
Поливиниловый спирт	1,5