жаростойкий шлакощелочной пенобетон

Формула изобретения

Жаростойкий шлакощелочной пенобетон, содержащий тонкодисперсный шлак, низкомодульное жидкое стекло, пенообразователь, отличающийся тем, что он содержит низкомодульное жидкое стекло плотностью 1,48 г/см³ и дополнительно - тонкодисперсный нефелиновый шлам, тонкодисперсный вспученный вермикулит плотностью 200 кг/м³, нейтрализованный гальваношлам и осадок очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80%, содержащий гидроокись алюминия Al(ОН)₃ при следующем соотношении, мас.%:

низкомодульное жидкое стекло плотностью 1,48 г/см3	30,70-33,90
тонкодисперсный шлак	17,25-17,35
пенообразователь	0,17-0,20
тонкодисперсный нефелиновый шлам	14,90-15,30
тонкодисперсный вспученный вермикулит
плотностью 200 кг/м 3	11,80-12,40
нейтрализованный гальваношлам с влажностью 80%	13,85-14,60
осадок очистных сооружений станций водоподготовки
с влажностью 80%, содержащий Al(ОН) 3	8,13-9,45

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области строительных материалов, в частности к жаростойким шлакощелочным бетонам, предназначенным для теплоизоляции тепловых агрегатов.

Известны жаростойкие бетоны, содержащие вяжущее - жидкое стекло, заполнитель - керамзитовый, шамотный, вермикулитовый и т.д., тонкомолотую добавку - шамотную, магнезитовую и отвердитель - фтористый натрий, феррохромовый шлак, нефелиновый шлам (К.Д.Некрасов, М.Г.Масленникова. Легкие жаростойкие бетоны на пористых заполнителях. М., 1982, Стройиздат, с.94-125).

Недостатками таких бетонов является высокая теплопроводность, а сырьевые компоненты, входящие в состав таких бетонов, дефицитны и дорогостоящи.

Известен жаростойкий бетон, предназначенный для теплоизоляции тепловых агрегатов, содержащий (мас.%): тонкодисперсный шлак 53,65-74,32, низкомодульное жидкое стекло 25,07-45,02, пенообразователь 0,161-0,755, щелочестойкое стекловолокно в виде волокон длиной 2-3 см 0,1337-0,46 и воду - остальное (А.С. СССР №1759811, кл. С04В 28/24, 1992).

Недостатками известного технического решения являются высокая теплопроводность бетона, а также дефицитность и дорогостоимость сырьевых компонентов.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому изобретению является жаростойкий шлакощелочной пенобетон (RU №2149853, С04В 28/08 27.05.2000), содержащий: тонкодисперсный шлак, низкомодульное жидкое стекло, пенообразователь, щелочестойкое стекловолокно, натрий фосфорно-кислый, воду при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

тонкодисперсный шлак	55,0-57,56
низкомодульное жидкое стекло	30,29-32,063
пенообразователь	0,17-0,2
щелочестойкое стекловолокно	0,27-0,29
натрий фосфорно-кислый	0,27-0,46
вода	11,36-12,13

Недостатком известного технического решения также является высокая теплопроводность бетона.

Настоящее изобретение направлено на создание нового жаростойкого шлакощелочного пенобетона с пониженной теплопроводностью при обеспечении прочности, достаточной для практического применения, и одновременной утилизации промышленных отходов.

Поставленная техническая задача достигается тем, что жаростойкий шлакощелочной пенобетон, содержащий тонкодисперсный шлак, низкомодульное жидкое стекло с плотностью 1,48 г/см ³, пенообразователь, дополнительно содержит тонкодисперсный нефелиновый шлам, тонкодисперсный вспученный вермикулит плотностью 200 кг/м³, нейтрализованный гальваношлам и осадок очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80%, содержащий гидроокись алюминия при следующих соотношениях, мас.%

низкомодульное жидкое стекло, с плотностью 1,48 г/см3	30,70-33,90
тонкодисперсный шлак	17,25-17,35
пенообразователь	0,17-0,20
тонкодисперсный нефелиновый шлам	14,90-15,30
тонкодисперсный вспученный вермикулит
с плотностью 200 кг/м 3	11,80-12,40
нейтрализованный гальваношлам с влажностью 80%	13,85-14,60
осадок очистных сооружений станций водоподготовки
с влажностью 80%, содержащий Al(ОН) 3	8,13-9,45

Нейтрализованный гальваношлам представляет собой отход гальванического производства влажностью до 80 % с ионами тяжелых металлов, имеющий щелочную среду (рН 8-10).

Таблица 1.
Содержание в мг/кг (г/т)							Содержание в %
Cu	Zn	Ni	Mn	Pb	Cd	Cr	S сульф	S общ	Влага	Fe общ.
31200	60000	2994	1380	7016	550	17587	0,84	1,35	7,9	16,02

Нефелиновый шлам - попутный продукт, образующийся в процессе производства глинозема с содержанием -2CaO*SiO₂ от 75 до 80%. Основная масса представляет собой -2CaO*SiO₂ в виде мелких зерен и агрегатных скоплений. Кроме того, наблюдаются мелкие зерна продуктов гидратации 2Ca*SiO₂. Общее количество гидратированных частиц составляет 5-7%, присутствуют зерна нефелина и оксидов железа.

Осадок очистных сооружений станций водоподготовки представляет собой коллоидный осадок влажностью 80%, имеющий следующий химический состав, мас.%:

Al(ОН)3*Н 2O	31,5
Fe(OH)3*H2O	3,5
SiO2	15,6
Al 2(SO4)3	0,4
AlPO 4	0,3
MgF 2	0,8
CaF 2	1,05
Органические примеси	27
Гидратная вода, в основном состоящая
из гидроокиси алюминия	остальное

На дату подачи заявки, по мнению авторов и заявителя, заявляемый жаростойкий шлакощелочной пенобетон неизвестен и данное техническое решение обладает новизной.

Заявляемая совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, которое позволяет получить технический результат.

Совместное присутствие тонкомолотых нефелинового шлама, вермикулита, осадка очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80%, нейтрализованного гальваношлама и жидкого стекла приводит к твердению бетона, а также образованию силикатов алюминия, отличающихся низким значением коэффициента теплопроводности. Нейтрализованный гальваношлам активизирует поверхность зерен заполнителя и способствует образованию жидкой фазы при обжиге на границе раздела фаз. D-металлы, находящиеся в гальваношламе, способствуют химической активации адгезии частиц заполнителя к матрице, состоящей из жидкого стекла и тонкодисперсного отвердителя - нефелинового шлама и шлака. Все вышеперечисленное приводит к более прочному контакту зерен заполнителя (вермикулита) с матрицей при спекании и созданию армирующего каркаса всей системы, что позволяет при низкой плотности без армирующего стекловолокна получить прочность, достаточную для практического применения, кроме того, нефелиновый шлам совместно со шлаком и нейтрализованным гальваношламом ускоряет твердение жаростойкого пенобетона.

Оптимальное содержание жидкого стекла в пенобетоне - 30,70-33,90%. При выходе за пределы оптимального содержания понижается прочность при сжатии жаростойкого пенобетона. При введении тонкодисперсного нефелинового шлама менее 14,9% увеличивается время твердения пенобетона. Увеличение содержания нефелинового шлама сверх 15,3% снижает прочность при сжатии пенобетона.

Содержание тонкодисперсного вспученного вермикулита менее 11,8% повышает плотность жаростойкого пенобетона, а увеличение его более 12,4% влечет за собой повышенный расход жидкого стекла в составе бетона, что снижает огнеупорность композиции, а следовательно, и температуру применения жаростойкого пенобетона. Увеличение содержания в составе пенобетона осадка очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80% - более 9% - приводит к снижению прочности пенобетона после обжига, а уменьшение - менее 8,83% - к снижению стойкости пены и повышению теплопроводности.

Содержание нейтрализованного гальваношлама менее 13,85% приводит к плохой удобоукладываемости пенобетона, а содержание более 14,60% к повышенной текучести и замедлению сроков схватывания.

Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что предлагаемый состав жаростойкого шлакощелочного пенобетона явным образом не следует из уровня техники, и вся совокупность существенных признаков проявляет новое свойство, позволяющее достичь указанный технический результат, т.е. изобретение соответствует критерию охраноспособности - "изобретательский уровень".

Пример конкретного выполнения.

Изготовление жаростойкого шлакощелочного пенобетона.

1. Дозируют тонкодисперсные гранулированный шлак, вермикулит и нефелиновый шлам.

2. Дозируют часть жидкого стекла плотностью 1,48 г/см³ с силикатным модулем 2,0 и нейтрализованный гальваношлам.

3. Приготавливают бетонную смесь, смешивая отдозированные компоненты в бетономешалке в течение 3-5 минут.

4. Пену приготавливают из раствора пенообразователя Centripor SK-120 - окиси амина с осадком очистных сооружений станций водоподготовки с влажностью 80 % и стабилизатором - раствором жидкого стекла, в пеногенераторе. Содержание компонентов для приготовления раствора пенообразователя следующее: 1:50:15.

5. Дозируют приготовленную пену в бетономешалку в зависимости от необходимой плотности и смешивают ее с бетонной смесью в течение 2-3 минут, так производят приготовление пенобетонной смеси.

6. Жаростойкая пенобетонная смесь используется для изготовления изделий требуемой формы и образцов для проведения физико-механических испытаний методом литья.

7. Твердение пенобетона осуществляется в течение 1 суток в нормальных условиях.

8. Затвердевшие изделия вынимают из форм и проводят термообработку в течение суток при температуре 100-110°С.

9. Высушенные изделия готовы к эксплуатации.

Для определения физико-механических характеристик бетона (плотности и прочности на сжатие) изготавливались образцы-кубы с размером ребра 100 мм. Для определения коэффициента теплопроводности по ГОСТ 7076-99 изготовлялись плитки размером 100 мм* 100 мм и высотой 20 мм. Физико-механические характеристики жаростойкого шлакощелочного пенобетона представлены в таблице 2.

Анализ данных табл.2 показывает, что предлагаемый состав обеспечивает получение жаростойкого пенобетона, у которого коэффициент теплопроводности снижается до 0,07-0,09 при той же плотности и прочности, и, следовательно, расширяется диапазон применения. При получении жаростойкого пенобетона заявляемого состава используются побочные продукты станций водоподготовки и гальванического производства (нейтрализованные гальваношламы), что благоприятно сказывается на экологической обстановке, а также снижает себестоимость продукции.

Жаростойкий бетон, характеризуемый физико-механическими характеристиками, указанными в табл.2, может быть использован для изготовления теплоизоляционных изделий с температурой применения до плюс 1150°С, к которым предъявляют повышенные требования по теплозащитным свойствам.