Композиция для изготовления жаростойких бетонов

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких бетонов (композитов) на основе химических связующих. К химически связующим, применяемым в жаростойких бетонах, относятся жидкое стекло, силикат-глыбу (прозрачный стекловидный сплав щелочных силикатов - полуфабрикат жидкого стекла) и фосфатные связки. Техническим результатом изобретения является повышение прочности и термостойкости жаростойких бетонов. Композиция для изготовления жаростойких бетонов включает компоненты при следующем соотношении, мас.%: отработанный катализатор ИМ-2201 10-15, щебень 33-40, песок 10-13, H₃PO₄ 10-15, шлам, образующийся в результате травления алюминия и его сплавов концентрированными растворами едкого натра с содержанием, мас.%: SiO₂ - 4,5; Al₂O₃ - 78,5; Fe₂O₃ - 2,9; CaO - 2,5; MgO - 1,1; R₂O - 4,1; п.п.п. - 6,4 24-30. 4 табл.

 

Изобретение относится к области строительных материалов, в частности к производству жаростойких бетонов на основе химических связующих. К химически связующим, применяемым в жаростойких бетонах, относятся жидкое стекло, силикат-глыбу (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 обогащении угля - 15-20; межсланцевая глина, образующаяся при добыче горючих сланцев - 15-20 / пат. Российской Федерации №2440312, МПК C04B 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.

Наиболее близкой к изобретению является композиция для получения жаростойких композитов (бетонов), включающая следующие компоненты, мас.%: глиноземсодержащий шлам - 10,5-10,53 (220 кг/м³); отработанный катализатор ИМ-2201 - 10,5-10,53 (220 кг/м³); щебень - 35,88-35,89 (750 кг/м³); песок - 30,62-30,63 (640 кг/м³); H₃PO₄ - 12,44-12,45 (260 кг/м³) /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°C и низкая термостойкость.

Сущность изобретения - повышение качества жаростойкого бетона.

Техническим результатом изобретения является повышение предела прочности при сжатии и термостойкости жаростойких композитов.

Указанный технический результат достигается тем, что в известную композицию, включающую отработанный катализатор ИМ-2201, щебень, песок и H₃PO₄, дополнительно вводят шлам, образующийся в результате травления алюминия и его сплавов концентрированными растворами едкого натра с содержанием, мас.%: SiO₂ - 4,5; Al₂O₃ - 78,5; Fe₂O₃ - 2,9; CaO - 2,5; MgO - 1,1; R₂O - 4,1; п.п.п. - 6,4 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

отработанный катализатор ИМ-2201	10-15
щебень	33-40
песок	10-13
H3PO4	10-15

шлам, образующийся в результате травления алюминия

и его сплавов концентрированными растворами едкого натра

с содержанием, мас.%: SiO₂ - 4,5; Al₂O₃ - 78,5; Fe₂O₃ - 2,9;

CaO - 2,5; MgO - 1,1; R₂O - 4,1; п.п.п. - 6,4 24-30.

Алюминий и его сплавы чаще всего травят в растворе, содержащем 50-150 г/л едкого натрия, нагретом до 50-70°C. Продолжительность травления в зависимости от состояния поверхности и концентрации едкого натрия составляет 0,5-1,5 мин. Травление алюминия и его сплавов связано с уменьшением начальных размеров деталей, что особенно следует учитывать при обработке плакированных деталей и деталей, имеющих жесткие допуски. В последнем случае травление производят в растворах с меньшей концентрацией едкого натрия.

Химический оксидный состав шлама, образующегося в результате травления алюминия и его сплавов концентрированными растворами едкого натра, представлен в таблице 1, а поэлементный в таблице 2.

В результате травления алюминия в едком натрии образуется алюминат натрия и выделяется водород. Алюминий растворяется в едком натре с выделением водорода и формированием составного алюмината, который существует только в щелочном растворе. Происходящая в этом случае реакция может быть записана двумя способами

1. 2Al+2NaOH+2H₂O→2NaAlO₂+3H₂;

2. 2Al+2OH+6H₂O→2(Al(ОН)₄)^-+3H₂

Интенсивное выделение водорода свидетельствует о быстром растворении алюминия и может служить сигналом для выгрузки деталей из раствора.

После регенерации щелочей из отработанных травильных растворов осаждается осадок - глиноземсодержащий шлам, концентрирующийся на дне ванны и постепенно кристаллизующийся. Шлам этой группы отличается высоким содержанием Al₂O₃, что способствует при его использовании в составах жаростойких бетонах значительному повышению термостойкости. Повышенное содержание в шламе щелочей (R₂O=4,1%, таблица 1) позволит снизить температуру обжига жаростойких бетонов и тем самым повысить прочность изделия, а высокое содержание п.п.п. снизить его вес. Отличительной особенностью шлама от обработки алюминия и его сплавов от других отощителей является его высокая степень дисперсности. Положительным следствием высокой дисперсности шлама (9000-10000 см²/г) является большая его пластичность (число пластичности более 10), что позволяет использовать его в производстве жаростойких бетонов в качестве пластификатора.

Для изготовления жаростойких бетонов использовались:

А) щебень, отвечающий требованиям ГОСТа Г 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия» М 600, 800-1000, со средней плотностью зерен от 2,0 до 2,5 кг/м³ из карбонатных пород, добываемый в Самарской области, фракции 5-10 мм;

Б) песок, отвечающий требованиям ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия». Песок речной, добываемый в Самарской области, имел следующие показатели: средняя плотность в сухом состоянии - 1,5 кг/м³; содержание илистых, пылевидных и глинистых частиц не более - 0,7% по массе; истинная плотность песка речного - 2,65 г/см³; наличие суглинка, комков глины и прочих засоряющих примесей не более - 0,05%; модуль крупности - 1,68.

Для изготовления жаростойких бетонов использовалась в качестве связующей ортофосфорная кислота H₃PO₄ в чистом виде по ГОСТ 6552-80, норма - чистый (ч.) ОКП 261213002110. Массовая доля ортофосфорной кислоты (H₃PO₄) не менее 85%, плотность не менее 1,69 г/см³.

В предложенных составах, как и в прототипе, использовался отработанный катализатор ИМ-21 (отходы производства), отвечающий требованиям - ТУ 38.103544-89. Химический состав катализатора представлен в таблице 1.

Согласно ТУ 38.103544-89 отработанный катализатор ИМ-2201 должен иметь следующие показатели: внешний вид порошка - серо-зеленого цвета, насыпная плотность 1,0-1,5 г/см³; массовая доля Al₂O₃ не менее 70%.

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°C с подъемом температуры до 200°C со скоростью 60°C/ч и до 500°C - 150°C/ч, выдерживание в течение 4 часов, охлаждение вместе с печью.

В таблице 4 представлены физико-механические показатели жаростойкого бетона.

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 шламов, образующихся в результате травления алюминия и его сплавов концентрированными растворами едкого натра, 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. Пат. Российской Федерации №2440312, МПК C04B 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.

Композиция для изготовления жаростойких бетонов, включающая отработанный катализатор ИМ-2201, щебень, песок и H₃PO₄, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит шлам, образующийся в результате травления алюминия и его сплавов концентрированными растворами едкого натра с содержанием, мас.%: SiO₂ - 4,5; Al₂O₃ - 78,5; Fe₂O₃ - 2,9; CaO - 2,5; MgO - 1,1; R₂O - 4,1; п.п.п. - 6,4 при следующем соотношении компонентов, мас.%:

отработанный катализатор ИМ-2201	10-15
щебень	33-40
песок	10-13
H3PO4	10-15

шлам, образующийся в результате травления алюминия
и его сплавов концентрированными растворами едкого натра
с содержанием, мас.%: SiO₂ - 4,5; Al₂O₃ - 78,5; Fe₂O₃ - 2,9;
CaO - 2,5; MgO - 1,1; R₂O - 4,1; п.п.п. - 6,4 24-30.