сырьевая смесь для производства легкого огнеупорного бетона
Классы МПК: | C04B38/02 полученные добавлением химических газообразующих средств |
Автор(ы): | Перфилов В.А. (RU), Агеев Ю.С. (RU) |
Патентообладатель(и): | Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет (ВолгГАСУ) (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2004-01-05 публикация патента:
27.07.2005 |
Изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству легких огнеупорных бетонов. Техническим результатом является повышение прочности и снижение плотности свежеотформованных изделий при утилизации отходов и сохранении времени отверждения. Сырьевая смесь для производства легкого огнеупорного бетона, включающая алюминиевую пудру, ортофосфорную кислоту 60% концентрации и глиноземистый шлак, дополнительно содержит сернокислый шлам и вермикулит при следующем соотношении компонентов, мас.%: алюминиевая пудра 3 - 4, указанная ортофосфорная кислота 22 - 25, глиноземистый шлак 40 - 42, сернокислый шлам 12 - 14, вермикулит 15 - 23. 2 табл.
Формула изобретения
Сырьевая смесь для производства легкого огнеупорного бетона, включающая алюминиевую пудру, ортофосфорную кислоту 60%-ной концентрации и глиноземистый шлак, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит сернокислый шлам и вермикулит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Алюминиевая пудра 3 - 4
Указанная ортофосфорная кислота 22 - 25
Глиноземистый шлак 40 - 42
Сернокислый шлам 12 - 14
Вермикулит 15 - 23
Описание изобретения к патенту
Заявляемое изобретение относится к промышленности строительных материалов, а именно к производству легких огнеупорных бетонов.
Наиболее близкой по достигаемому техническому результату к заявляемому изобретению является сырьевая смесь, состоящая из ортофосфорной кислоты 60% концентрации, алюминиевой пудры, глиноземистого шлака, керамзита и серной кислоты отработанной 72-74% концентрации при следующем соотношении компонентов (мас.%): указанная ортофосфорная кислота 12-14; алюминиевая пудра 2-3; глиноземистый шлак и керамзит мелкозернистый в соотношении 2:1; указанная серная кислота 6-7 [Патент РФ №2102357, 1998 г. - прототип].
Недостатком сырьевой смеси является невысокая прочность при больших значениях плотности при использовании в качестве наполнителя малопрочного и относительно тяжелого керамзита фракции 0-5 мм.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение прочности и снижение плотности свежеотформованных изделий при утилизации отходов и сохранении времени отверждения.
Технический результат, полученный в результате решения поставленной задачи, достигается тем, что сырьевая смесь для производства легкого огнеупорного бетона, включающая алюминиевую пудру, ортофосфорную кислоту 60% концентрации, глиноземистый шлак, дополнительно содержит сернокислый шлам и вермикулит при следующем соотношении компонентов (мас.%):
алюминиевая пудра 3-4
указанная ортофосфорная кислота 22-25
глиноземистый шлак 40-42
сернокислый шлам 12-14
вермикулит 15-23
Сернокислый шлам представляет собой продукт, образующийся травлением окалины при производстве стальных труб серной кислотой с последующей нейтрализацией известняком. Полученный при этом отход в виде шлама не находил применения и в больших количествах вывозился в отвал, ухудшая экологическое состояние в регионе. Химический состав шлама включает: Fе 2О3 - 10-15%; MgO - 3-5%; SiO2 - 7,3%; CaSO4 - 25-30%; Сr2О3 - 1%; СаF2 - 25-30% и др. Содержание в шламе оксидов Si, Cr, Mg и Fe является положительным фактором для применения в огнеупорных смесях, так как фосфатные системы Н3 РO4, содержащие эти катионы, обладают высокими прочностными и огнеупорными свойствами.
Содержащийся в сернокислом шламе сернокислый кальций (до 30%) взаимодействует с ортофосфорной кислотой по реакции:
В результате образовавшаяся серная кислота взаимодействует с находящейся в смеси алюминиевой пудрой по реакции:
Образовавшиеся соединения Al2(SO4 )3, Аl(ОН)3, а также полученные в результате аналогичного взаимодействия алюминиевой пудры с ортофосфорной кислотой Аl(Н2РO4)3 обеспечивают быстрый набор прочности.
Снижение плотности полученных изделий происходит за счет выделения водорода и применения вермикулита фракции 0-5 мм, который отличается по сравнению с керамзитом меньшей в 2-3 раза плотностью при сохранении высоких огнеупорных свойств.
Таким образом, введение в сырьевую смесь сернокислого шлама, содержащего оксиды Са, Fe, Cr, Mg и Si, активно взаимодействующих с ортофосфорной кислотой и повышающих прочность и огнеупорность, а также вермикулита в качестве наполнителя, имеющего плотность, меньшую плотности керамзита в 2-3 раза, обеспечивает получение быстротвердеющей смеси повышенной прочности и меньшей плотности по сравнению с прототипом, что является новым техническим свойством заявляемой сырьевой смеси для производства легкого огнеупорного бетона.
Сырьевую смесь готовят в следующей последовательности. К сернокислому шламу добавляют ортофосфорную кислоту 60-% концентрации в количестве 30% от общего объема и полученную смесь перемешивают в течение 1-2 минут. Алюминиевую пудру, глиноземистый шлак и вермикулит фракции 0-5 мм перемешивают до однородной массы. Подготовленные смеси сернокислого шлама и ортофосфорной кислоты, а также алюминиевой пудры, глиноземистого шлака и вермикулита соединяют и затворяют оставшимся количеством (70%) ортофосфорной кислоты. Полученную смесь перемешивают до начала тепловыделения и формуют в изделие.
Для экспериментальной проверки заявленного состава сырьевой смеси были подготовлены несколько составов с различным соотношением компонентов, три из которых показали оптимальные результаты.
Составы заявляемой сырьевой смеси представлены в таблице 1, а их физико-механические свойства в сопоставлении с известными свойствами по прототипу указаны в таблице 2.
Таблица 1 | |||
Состав сырьевой смеси | Содержание компонента в составе смеси, мас.% | ||
1 | 2 | 3 | |
Алюминиевая пудра | 3,0 | 3,5 | 4,0 |
Кислота ортофосфорная 60% концентрации | 22,0 | 23,5 | 25.0 |
Глиноземистый шлак (отход) | 40,0 | 41,0 | 42,0 |
Сернокислый шлам (отход) | 12,0 | 13,0 | 14,0 |
Вермикулит фракции 0-5 мм | 23,0 | 19,0 | 15,0 |
Таблица 2 | ||||
Свойства | Прототип | Состав | ||
1 | 2 | 3 | ||
Время отверждения, мин | 25-30 | 28 | 30 | 30 |
Прочность при сжатии, МПа | 1,38-1,95 | 2,2 | 2,7 | 3,2 |
Средняя плотность, г/см3 | 0,61-0,68 | 0,53 | 0,58 | 0,64 |
Из анализа представленных в таблицах 1 и 2 данных видно, что заявленная сырьевая смесь при указанных соотношениях входящих в нее компонентов по сравнению с сырьевой смесью по прототипу при одинаковом времени отверждения для всех трех составов обеспечивает повышение прочности на 60-68.7% и уменьшение плотности на 6-13%.
Использование заявленной сырьевой смеси позволит повысить огнеупорные свойства при увеличении прочности и снижении плотности, улучшить экологическую обстановку и снизить стоимость за счет использования неутилизированных отходов производства, что является положительным эффектом предложенного технического решения.
Класс C04B38/02 полученные добавлением химических газообразующих средств