Состав и способ изготовления безобжигового цирконового жаростойкого бетона

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий из цирконовых безобжиговых жаростойких бетонов, получаемых без предварительного обжига. Технический результат - повышение термической стойкости и водостойкости бетона. Состав для изготовления безобжигового цирконового жаростойкого бетона содержит в качестве силикат-натриевого связующего коллоидный полисиликат натрия с силикатным модулем 6.5 и природный аморфный тонкодисперсный кремнезем при следующем соотношении компонентов, мас.%: цирконовый заполнитель - 57-81, тонкомолотый циркон - 8-18, коллоидный полисиликат натрия - 2-4, тонкомолотый диатомит - 6-16, природный аморфный тонкодисперсный кремнезем - 3-5, вода из расчета В/Т 0,12-0,14 от массы сухих компонентов, а указанный природный тонкодисперсный кремнезем имеет следующий оксидный состав, мас.%: SiO₂ - 87,00; A1₂O₃ - 5,00; TiO₃ - 0,3; Fe₂O₃ - 2,25; P₂O₅ - 0,07; FeO менее 0,25; СаО - 0,72; MgO - 0,50; MnO - 0,02; K₂O - 1,03; Na₂O - 0,58; SO₃ менее 0,10; ППП - 2,26. Также описан способ изготовления безобжигового цирконового жаростойкого бетона из указанного выше состава. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано при изготовлении изделий из безобжигового цирконового жаростойкого бетона.

Технический результат - повышение прочности и термической стойкости изделий из безобжигового цирконового жаростойкого бетона.

Известен способ изготовления безобжиговых огнеупоров (1) с использованием состава, который включает силикат-глыбу с силикатным модулем 2,7-3, огнеупорный заполнитель, содержащий кристаллический кварцит, тонкомолотый огнеупорный наполнитель, где предусматривается совместный помол части огнеупорного заполнителя и силикат-глыбы, а также нагрев компонентов до 80-90°С при сухом смешивании, затворение нагретой до 80-90°С водой, формование прессованием при 40 МПа и сушка при 250-300°С в течение 1-2 ч.

Недостатком известного способа является то, что частицы силикат-глыбы после механического помола имеют размеры более 100 мк, и поэтому требуется большее время смешивания и большее усилие прессования, что приводит к расслоению изделий при формовании их прессованием при 40 МПа, а также не достигается равномерное распределение частиц силикат-глыбы в смеси и образовавшегося жидкого стекла.

Известен состав и способ (2), где композиционное вяжущее получают путем совместного сухого помола части огнеупорного заполнителя и натриевой силикат-глыбы, изделия готовят виброформованием, а сушку осуществляют термоударом при температуре 250-300°С.

Недостатком известных состава и способа является то, что растворенные большие частицы силикат глыбы (размером более 1-100 мкм) образуют высокомодульное жидкое стекло в местах растворения, которое при высоких температурах эксплуатации размягчается и способствует снижению прочности, температуры службы и термической стойкости изделий за счет неравномерного распределения в бетоне силиката натрия.

Наиболее близкими к заявляемому техническому решению по совокупности признаков, т.е. прототипами, являются состав и способ изготовления безобжигового цирконового жаростойкого бетона включающий цирконовый заполнитель, тонкомолотый циркон, тонкомолотый диатомит, связующее- наноразмерные частицы натриевой силикат-глыбы и наноразмерный молочно-белый опал при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Цирконовый заполнитель 57-81

Тонкомолотый циркон 8 18

Натриевая силикат-глыба в виде наноразмерных частиц 2-4

Тонкомолотый диатомит 6-16

Молочно-белый опал в виде наноразмерных частиц 3-5

Вода из расчета В/Т 0,12-0,14

Вышеуказанный состав и способ обеспечивают термическую стойкость после обработки их термоударом сушки при 250-300°С - 26-31 (1300°С - вода) число теплосмен, водостойкость, К_{раз м}. - 0,35-0,43

Недостатком этого состава и способа является то, что связующее- силикат-глыба содержит большое количество легкоплавкого щелочного компонента Na₂O, который приводит к снижению термической стойкости и водостойкости бетона. Кроме того, такой способ перевода натриевой силикат-глыбы и молочно-белого опала в наноразмерные частицы путем дегидратационного диспергирования гидратированных тонкомолотых до удельной поверхности 2500-3000 см²/г натриевой силикат-глыбы и молочно-белого опала при температуре 200-600°С, перемешивании цирконового заполнителя, тонкомолотых циркона и диатомита с добавлением в их смесь при перемешивании имеющей температуру 80-90°С водной смеси натриевой силикат-глыбы и молочно-белого опала в виде их наноразмерных частиц и затем воды с температурой 80-90°С, перемешивании полученной смеск. формовании из нее изделий и обработки их термоударом при температуре 250-300°С в течение 1-2 ч. является весьма сложным и требует больших энергетических затрат.

Целью изобретения является повышение термической стойкости при 1300°С, водостойкости безобжигового цирконового жаростойкого бетона и исключение технологически сложного способа перевода указанных компонентов в наноразмерные частицы и термоударной оброботки изделий требующие большие энергетические затраты.

Поставленная цель достигается тем, что состав для изготовления безобжигового цирконового жаростойкого бетона, включающий цирконовый заполнитель, тонкомолотые добавки: циркон, диатомит, связующее - наноразмерные частицы натриевого силикат-глыбы и наноразмерные частицы молочно-белого опала и воду, содержит в качестве связующего - коллоидный полисиликат натрия с силикатным модулем 6.5 и нанодисперсного молочно-белого опала - кремнеземистую породу представляющий природный тонкодисперсный кремнезем, при следующем соотношении компонентов, мас. %: цирконовый заполнитель 57-81; тонкомолотый циркон 8-18; тонкомолотый диатомит 6-16; коллоидный полисиликат натрия с силикатным модулем 6,5, полученный согласно патенту РФ 2124475 2-4; природный тонко дисперсный кремнезем (ниже приведены химический состав и ситовый анализ), - 3-5; вода из расчета В/Т 0.12-0,14 от массы сухих компонентов.

Исходными компонентами, входящими в состав сырьевой смеси, для изготовления безобжигового цирконового жаростойкого бетона с повышенной термостойкостью и водостойкостью являются:

- коллоидные полисиликаты натрия с силикатным модулем 6,5, полученные по согласно пат. РФ 2124475, представляющие переходную область составов от жидких стекол к кремнезолям и классифицирующиеся как наноматериалы.

Структурным элементом полисиликата является кремнекислородный тетраэдр, который является основной полимерной составляющей полисиликатов.

Основным отличием полисиликатов от жидких стекол (высокощелочных силикатных систем) является их полимерная форма, представляющая кремнеземные частицы размером от 4 до 5 нм. Полимерная форма составляет 60 и более % от общего содержания кремнезема, что обеспечивает высокие прочностные свойства образующихся гелевых структур. Эффективность полисиликатов в 4 раза выше эффективности жидких стекол - водных растворов силикат глыбы, что позволяет использовать технологические растворы с более низкой концентрацией.

- цирконовый заполнитель требуемых фракций; тонкомолотый циркон с удельной поверхностью 2500-3000 см²/г; тонкомолотый диатомит с удельной поверхностью 2500-3000 см²/г; (отвечающие требованиям ГОСТ 23077-99 «Заполнители огнеупорные. Технические условия» и ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия»),

- природный тонкодисперсный кремнезем следующего химического состава, % мас.: SiO₂ - 87,00; A1₂O₃ - 5,00; TiO₃ - 0,3; Fe₂O₃ - 2,25; P₂O₅ - 0,07; FeO менее 0,25; СаО - 0,72; MgO - 0,50; MnO - 0,02; K₂O - 1,03; Na₂O - 0,58; SO₃ менее 0,10; ППП - 2,26.

По ситовому анализу природное тонкодисперсное кремнеземистое сырье в основном представлено мелкодисперсным компонентом, остаток на сите, % мас.: 0,8 мм - 0,393; 0,315 мм - 2,889; 0,2 мм - 13,843; 0,04 мм - 53,833; 0,008 мм - 1,081, и проход через сито 0,008 мм - 27,91, в том числе до 20% - нанодисперсными частицами, вода - любая, кроме минеральных вод.

Способ изготовления безобжигового цирконового жаростойкого бетона из указанного выше состава заключается в том, что изначально в лабораторных условиях изготавливали коллоидный полисиликат натрия с силикатным модулем 6.5 согласно патента РФ 2124475, путем введения в 20%-ный водный раствор силиката натрия 16%-го гидрозоля диоксида кремния при их соотношении 1:1.6 и перемешивания при 100°С, в течение 3,0 ч с последующей выдержкой не более 0,5 ч.

Затем, отдозированные сухие тонкомолотые компоненты различного состава (табл.1), состоящие из тонкомолотых до удельной поверхности 2500-3000 см²/г циркона, диатомита и природного тонкодисперсного кремнеземистого сырья перемешивали с коллоидным нанодисперсным полисиликатом натрия с добавлением воды комнатной температуры из расчета В/Т 0,12-0,14, от общей массы сухих компонентов в зависимости от состава смеси совместно смешивали в лабораторном высокоскоростном смесителе без подогрева массы для получения однородной суспензии. После чего, полученную суспензию перемешивали с огнеупорным цирконовым заполнителем в лопастной лабораторной мешалке принудительного действия до получения однородной массы.

Из полученной массы различного состава изготавливали образцы для определения термостойкости (ГОСТ 20910-90) и водостойкости К_разм (Микульский В.Г. и др. Строительные материалы. - М.: АСВ, 2004. - 28 с). Образцы изготавливали путем прессования при удельном давлении 30 МПа. Для формования бетона могут быть применены также другие методы и способы, например, послойное трамбование, формование путем вибрирования, вибропрессование и др.

Твердение отформованных образцов осуществляли в лабораторном сушильном шкафу по режиму: подъем температуры от 20 до 90°С - 1,5 часа, выдержка при 90±5°С - 0,5 часа, затем подъем температуры до 200°С - 1 ч, выдержка 2 часа для последующего обезвоживания системы, который проходил без заметных усадочных явлений и способствовал ее упрочнению, обеспечивающему достаточную прочность образцов.

Соотношения компонентов по предлагаемому и известному составам представлены в табл. 1, а результаты испытаний приведены в табл. 2. Из приведенных в табл. 2 данных следует, что предлагаемые составы имеют более высокие показатели термостойкости и водостойкости, чем известные.

Таким образом, безобжиговый цирконовый жаростойкий бетон, полученный по вышеприведенным составам и способу, с использованием в качестве связующего коллоидного нанодисперсного полисиликата натрия взамен наноразмерных частиц силикат-глыбы показывает, что с увеличением силикатного модуля (SiO₂/Na₂O), т.е. с повышением кремнеземистого составляющего SiO₂ содержание легкоплавкого компонента Na₂O понижается, в результате чего термостойкость, и водостойкость жаростойкого бетона повышаются.

Повышению этих показателей способствует и природный тонкодисперсный кремнезем являясь высокоактивным, аморфным, термически стойким, водостойким и экономически выгодным материалом, который включен взамен наноразмерных частиц молочно-белого опала, так как, он по химическому составу содержит высокоогнеупорные оксиды: SiO₂ - 87%; в том числе 20% - нанодисперсными частицами Al₂O₃-5%, обладающие высокой аморфностью что способствует повышению термостойкости и водостойкости жаростойкого бетона.

Химический состав природного тонкодисперсного кремнезема, мас. %: SiO₂ - 87,00; Al₂O₃ - 5,00; TiO₃ - 0,3; Fe₂0₃ - 2,25; P₂O₅ - 0,07; FeO - 0,19; СаО - 0,72; MgO - 0,50; MnO - 0,02; K₂O - 1,03; Na₂O - 0,58; SO₃ - 0,08; ППП - 2,26.

Литература

1. Способ изготовления безобжиговых огнеупоров. Тотурбиев Б.Д., Батырмурзаев Ш.Д. А.С. СССР №1701693, БИ №48, 30.12.91.

2. Тотурбиев Б.Д. Строительные материалы на основе силикат-натриевых композиций. - М.: Стройиздат, 1988. - 208 с. 3.

3. Состав и способ изготовления безобжигового цирконового жаростойкого бетона. Батырмурзаев Ш.Д. и др. Патент №1701693, БИ №36, 27.12.2009.

1. Состав для изготовления безобжигового цирконового жаростойкого бетона, включающий силикат-натриевое связующее, цирконовый заполнитель, наноразмерные частицы молочно-белого опала - природного тонкодисперсного кремнезема, тонкомолотые с удельной поверхностью 2500-3000 см²/г наполнители-циркон и диатомит, и воду при следующем соотношении, мас.%: силикат-натриевое связующее 2-4, цирконовый заполнитель 57-81, тонкомолотый циркон 8-18, тонкомолотый диатомит 6-16, природный тонкодисперсный кремнезем 3-5, вода из расчета В/Т 0,12-0,14, от массы сухих компонентов, отличающийся тем, что он содержит в качестве силикат-натриевого связующего коллоидный полисиликат натрия с силикатным модулем 6.5, а указанный природный тонкодисперсный кремнезем имеет следующий оксидный состав, мас.%: SiO₂ - 87,00; A1₂O₃ - 5,00; TiO₃ - 0,3; Fe₂O₃ - 2,25; P₂O₅ - 0,07; FeO менее 0,25; СаО - 0,72; MgO - 0,50; MnO - 0,02; K₂O - 1,03; Na₂O - 0,58; SO₃ менее 0,10; ППП - 2,26.

2. Способ изготовления безобжигового цирконового жаростойкого бетона из состава по п. 1, заключающийся в том, что в коллоидный полисиликат натрия с силикатным модулем 6.5, при перемешивании в высокоскоростном смесителе вводят наноразмерные частицы природного тонкодисперсного кремнезема и тонкомолотые с удельной поверхностью 2500-3000 см²/г наполнители-циркон и диатомит: до получения однородной суспензии, которую затем перемешивают с цирконовым заполнителем в лопастной мешалке принудительного действия до получения однородной массы, далее эту массу формуют путем прессования при удельном давлении 30 МПа, а твердение массы после прессования осуществляется в процессе сушки по режиму: подъем температуры от 20 до 90°С - 1,5 часа, выдержка при 90±5°С - 0,5 часа, затем подъем температуры до 200°С - 1 ч, выдержка 2 часа до полного обезвоживания и твердение массы.