[LT] Išradimas priklauso statybos pramonės sričiai, būtent ugniai atspariems betonams, tiksliau ugniai atspariems sudėtiniams rišikliams su nano SiO2 priedu. Išradimas gali būti pritaikytas statybos pramonėje ugniai atsparių betonų gamyboje. Išradimo tikslas – sudėtinio rišiklio pagalba užtikrinti geras technologines, mechanines, eksploatacines ugniai atsparaus betono su skirtingos mineralinės sudėties ir kokybės užpildais savybes tam tikrose ribose (stipris gniuždant ne žemesnis nei 90-100 MPa po džiovinimo ir po degimo, susitraukimas neviršija 0,5%). Tai pasireiškia tuo, kad rišiklis dėl savo mineralinės ir granuliometrinės sudėties derinio atlieka stipruminių savybių ir tūrio pastovumo užtikrinimo funkcijas betone. Ugniai atsparaus betono sudėtinis rišiklis, apimantis aliuminatinį cementą su dispersiniu aliumosilikatu (šamotu) ir silicio dioksido mikrodulkėmis, natrio tripolifosfatą, polikarboksilatinį esterį, dar papildomai apima metakaoliną ir nano SiO2, esant tokiam komponentų santykiui, masės %: aliuminatinis cementas -10-20; dispersinis aliumosilikatas (šamotas) -60-80 ; silicio dioksido mikrodulkės – 6-11; natrio tripolifosfatas 0,1-0,3; polikarboksilatinis esteris -0,1-0,3; metakaolinas – 4-8; nano SiO2 – 0,05-0,1; vanduo- likęs kiekis.
[EN] The invention relates to the construction industry, to the field of refractory castable, namely to composite refractory binders with nano-SiO2 additive. The invention can be applied to the construction industry in the manufacture of refractory concretes. The purpose of this invention is to ensure good technological, mechanical and service characteristics (within certain range: compressive strength not lower than the 90-100 MPa after drying and firing, the shrinkage does not exceed 0.5%) of the refractory castable with different by mineral compositions fillers, by using of composite refractory binder. This is manifested in that composite binder carries strength and volume permanence functions in refractory concrete. Composite binder for refractory concrete, comprising aluminous cement with disperse alumina silicate (chamotte) and silica fume, sodium tripolyphosphate, polycarboxylate esther, additionally includes metakaolin and nano-SiO2 and has the following composition by weight %: aluminous cement 10-20; disperse alumina silicate (chamotte) 60-80; silica fume 6-11; sodium tripolyphosphate 0.1-0.3; polycarboxylate esther 0.1-0.3; metakaolin 4-8; nano-SiO2 0.05-0.1; residual amount – water.
[0001] Išradimas priklauso statybos pramonės sričiai, tiksliau statybinėms ugniai atsparioms kompozicinėms rišamosioms medžiagoms, kurioms taikomos nanotechnologijos. Išradimas gali būti pritaikytas gaminių iš ugniai atsparių betonų nomenklatūrai praplėsti.
[0002] Šiuo metu statomi energetiniai įrenginiai, skirti regioninio biokuro naudojimui. Degant biokurui ugniai atsparios medžiagos greitai subyra. Gaminant ugniai atsparius betonus, be aliuminatinio cemento, dar naudojami iš gamtinių žaliavų specialiai paruošti ugniai atsparūs užpildai. Jų gamybos kaštai sudaro apie 80 % ugniai atsparių gaminių savikainos, nes jų gamyba brangi ir žaliavos importuojamos iš kitų šalių arba regionų. Tačiau jų ištekliai senka ir darosi vis sunkiau pasiekiami, todėl didelė dalis užpildų galėtų būti pakeista ugniai atspariomis technogeninėmis atliekomis. Galimos atliekos galėtų būti šiluminių įrenginių išklojų konstrukcinės dalys, įvairių rūšių šamoto, mulito, magnezito ir dinaso gaminių atliekos, kurių dideli kiekiai yra statybinių atliekų sąvartynuose, be to, kasmet dėl įrenginių remonto susidaro papildomi keli šimtai tonų tokių atliekų.. Grąžinti šias atliekas atgal į gamybą be papildomo apdorojimo sudėtinga. Šiuo atžvilgiu rasti tinkamą minėtų atliekų panaudojimą yra svarbus uždavinys, sprendžiantis ir ekonomines ir gamtosaugos problemas. Sėkmingam jų pritaikymui galima naudoti sukurtą sudėtinį ugniai atsparaus betono rišiklį, užtikrinantį tinkamą dalelių pasiskirstymą betono mišinyje ir ne mažesnį nei 90 MPa gniuždomąjį betono stiprį po džiovinimo. Optimalios sudėties ir savybių ugniai atsparaus sudėtinio rišiklio sukūrimas yra aktuali problema.
[0003] Žinomi keli bandymai naudoti įvairių sudėčių ugniai atsparių rišiklių priedus ugniai atsparių gaminių gamyboje. Žinoma ugniai atspari sudėtinė rišamoji medžiaga, į kurios sudėtį įeina rišiklis aliuminatinis cementas, (patentas US 5,578,538), aliuminio oksido ir magnio oksido užpildai (frakcija iki 1 mm), ultradispersinis aliuminio oksidas (vidutinis dalelių skersmuo 0,2-0,6 µm) , amorfinis SiO2 (vidutinis dalelių skersmuo 0,3 µm) ir (Na PO3)6, esant tokiam komponentų santykiui, masės %: aliuminatinis cementas 4-8; aliuminio oksidas (fr. 0-1 mm ) - 40; aliuminio oksidas (fr. 0-1 mm) - 30; magnio oksidas (fr. 0-1 mm ) - 5; amorfinis SiO2 -1; (Na PO3)6 - 0,1. Šios ugniai atsparios sudėtinės rišamosios medžiagos trūkumas yra nepakankamai geros eksploatacinės charakteristikos, mažas stipris gniuždant po terminio apdorojimo 110ºC temperatūroje ir po degimo 1000 ºC temperatūroje, mažas ekonominis naudingumas dėl brangių komponentų didelio kiekio sudėtyje .
[0004] Taip pat yra žinoma ugniai atspari sudėtinė rišamoji medžiaga (patentas US 4,656,146), į kurios sudėtį įeina rišiklis - aliuminatinis cementas, didelio Al2O3 kiekio (virš 50%) dispersinis šamoto užpildas (vidutinis dalelių skersmuo 0,8 µm), amorfinis SiO2 (vidutinis dalelių skersmuo 0,3 µm) , esant tokiam komponentų santykiui, masės %: aliuminatinis cementas 2-40; dispersinis šamoto užpildas 2-50; amorfinis SiO2 40-96. Šios ugniai atsparios sudėtinės rišamosios medžiagos trūkumas yra didelis susitraukimas tiek po džiovinimo, tiek po degimo, nepakankamas stipris gniuždant po džiovinimo ir po degimo 800 ºC temperatūroje.
[0005] Taip pat yra žinoma ugniai atspari kompozicinė rišamoji medžiaga (patentas US 5,858,900), į kurios sudėtį įeina rišiklis - aliuminatinis cementas, aktyvuotas Al2O3, priedų mišinys (susidedantis iš aliumosilikatų fosfatų, dervos, ir celiuliozės, polietileno, polietileno glikolio), ultradispersinio aliuminio oksido, ultradispersinio SiO2, dispersanto, esant tokiam komponentų santykiui, svorio dalys: aliuminatinis cementas 0-1; aktyvuotas Al2O3 2-10; priedų mišinys, (susidedantis iš aliumosilikatų fosfatų, dervos, ir celiuliozės, polietileno, polietileno glikolio) 0,25-1; ultradispersinis aliuminio oksidas 0-50; ultradispersinis SiO2 0-10; dispersantas 0-1. Šios ugniai atsparios sudėtinės rišamosios medžiagos trūkumas yra sudėtingas paruošimas, reikalaujantis specialios maišymo įrangos, ir instaliavimas, mažas gniuždomasis stipris po kietinimo, žemas ekonominis naudingumas dėl ypač brangių komponentų.
[0006] Išradimo tikslas yra pagerinti ugniai atsparaus betono, gaminamo su siūlomu sudėtiniu rišikliu, mechanines ir deformacines savybes bei, nepriklausomai nuo naudojamo užpildo mineralinės sudėties, užtikrinti betono bandinių fizikines-mechanines savybes tam tikrose ribose (stipris gniuždant ne žemesnis nei 90-100 MPa po terminio apdorojimo 1200 °C temperatūroje, susitraukimas neviršija 0,5 %). Ugniai atsparaus betono rišiklio sudėtinių dalių gamyba yra išvystyta ir šios dalys, kaip komerciniai produktai, yra plačiai prieinami. Ugniai atsparaus betono rišiklio sudėtinių dalių komponentų cheminė sudėtis pateikta 1 lentelėje.
[0007] 1 lentelė. Ugniai atsparaus betono rišiklio sudėtinių dalių komponentų cheminė sudėtis, masės %
[0008]
[0009]
[0010] Šis tikslas pasiekiamas tuo, kad ugniai atsparus sudėtinis rišiklis, kurio sudėtyje yra aliuminatinis cementas, dispersinis šamoto užpildas, silicio dioksido mikrodulkės, natrio tripolifosfatas ir polikarboksilatinis esteris, papildomai apima metakaoliną ir nano SiO2, esant tokiam komponentų santykiui, masės %:
[0011] aliuminatinis cementas10-20;
[0012] dispersinis aliumosilikatas (šamotas)60-80;
[0013] silicio dioksido mikrodulkės6-11;
[0014] natrio tripolifosfatas0,1-0,3;
[0015] polikarboksilatinis esteris0,1-0,3;
[0016] metakaolinas4-8;
[0017] nano SiO20,05-0,1;
[0018] vanduolikęs kiekis.
[0019] Išradimo esmė taip pat yra ta, kad nano SiO2 (vidutinis dalelių skersmuo 10 nm), užtikrina trūkstamas nano-dydžio daleles rišiklyje, taip pagerindamos dalelių pasiskirstymą jame. Kartu su natrio tripolifosfatu ir polikarboksilatiniu esteriu, nano SiO2 gerina rišiklio reologines savybes, tešlos gyvybingumą. Be to, aukštose temperatūrose 1000-1300 °C nano SiO2 ir silicio dioksido mikrodulkės, sąveikaujant su metakaolinu, užtikrina betono su skirtingos mineralinės sudėties užpildais stiprį ir pastovų tūrį.
[0020] Šiame išradime pateikiamo ugniai atsparaus betono sudėtinio rišiklio panaudojimas ugniai atspariame betone leidžia padidinti ilgalaikiškumą, užtikrinant apytiksliai 20 % didesnį stiprį gniuždant po 3 parų kietėjimo normaliomis sąlygomis, iki 40 % didesnį stiprį gniuždant po terminio apdorojimo 1200 °C temperatūroje. Betono susitraukimas po terminio apdorojimo 1200 °C temperatūroje apytiksliai 50 % mažesnis nei bandinių, kurių sudėtyje papildomai nebuvo naudojami nano SiO2 ir metakaolino priedai.
[0021] Optimalūs komponentų, įeinančių į rišiklio sudėtį, kiekiai nustatyti atliekant eksperimentus. Rišiklis išbandytas su skirtingos mineralinės sudėties užpildais. Išradimas yra iliustruojamas pavyzdžiais.
[0022] 1 ugniai atsparaus betono sudėtinio rišiklio ir betono su skirtingos mineralinės sudėties užpildais pavyzdys. Rišiklio sudėtis masės % tokia: aliuminatinis cementas -14, dispersinis šamoto užpildas - 68, silicio dioksido mikrodulkės - 8, metakaolinas- 5, natrio tripolifosfatas -0,1 ir polikarboksilatinis esteris - 0,1, nano SiO2- 0,05, vanduo - likęs kiekis. Ugniai atsparaus betono su mulito atliekų užpildu sudėtis masės % tokia: ugniai atsparaus betono sudėtinis rišiklis 35, mulitas (fr. 0-5 mm) - 65. Ugniai atsparaus betono su šamoto atliekų užpildu sudėtis masės % tokia: ugniai atsparaus betono sudėtinis rišiklis 35, andaluzitas (fr. 0-5mm) - 65.
[0023] 2 ugniai atsparaus betono sudėtinio rišiklio ir betono su skirtingos mineralinės sudėties užpildais pavyzdys. Rišiklio sudėtis masės % tokia: aliuminatinis cementas -18, dispersinis šamoto užpildas - 60, silicio dioksido mikrodulkės - 10, metakaolinas- 7, natrio tripolifosfatas -0,3 ir polikarboksilatinis esteris -0,3, nano SiO2- 0,1 vanduo- likęs kiekis. Ugniai atsparaus betono su mulito atliekų užpildu sudėtis masės % tokia : ugniai atsparaus betono sudėtinis rišiklis 35, mulitas (fr. 0-5 mm) - 65. Ugniai atsparaus betono su šamoto atliekų užpildu sudėtis masės % tokia: ugniai atsparaus betono sudėtinis rišiklis 35, andaluzitas (fr. 0-5mm) - 65.
[0024] Ugniai atsparaus betono sudėtinio rišiklio ir betono su skirtingos mineralinės sudėties užpildais bandinių fizikiniai, mechaniniai rodikliai pateikti 1 lentelėje.
[0025] 1 lentelė.
[0026]
[0027] Bandymai atlikti prisilaikant LST EN ISO 1927-6:2013 standarto.
[0028] Pareikštas ugniai atsparaus betono sudėtinis rišiklis pasižymi pagerintomis technologinėmis savybėmis ir ilgalaikiškumu, geresnė granuliometrinė sudėtis leidžia pagaminti ugniai atsparius betonus su skirtingais užpildais, užtikrinant betono mišinyje visų reikiamų frakcijų gerą dalelių pasiskirstymą. Rišiklis užtikrina sąveiką tarp dalelių ir naujadarų susidarymą po terminio apdorojimo, tokiu būdu gaunant betono su skirtingais užpildais gniuždomąjį stiprį ne mažesnį nei 90 MPa, o susitraukimą neviršijantį 0,5 %.
1. Ugniai atsparaus betono sudėtinis rišiklis, į kurio sudėtį įeina aliuminatinis cementas, dispersinis šamoto užpildas, silicio dioksido mikrodulkės, natrio tripolifosfatas ir polikarboksilatinis esteris, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad papildomai apima metakaoliną ir nano SiO2, esant tokiam komponentų santykiui, masės %:
aliuminatinis cementas10-20;
dispersinis aliumosilikatas ( šamotas)60-80;
silicio dioksido mikrodulkės6-11;
natrio tripolifosfatas0,1-0,3;
polikarboksilatinis esteris0,1-0,3;
metakaolinas4-8;
nano SiO20,05-0,1;
vanduolikęs kiekis.
2. Ugniai atsparaus betono sudėtinis rišiklis, pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad nano SiO2 užtikrina trūkstamą nano-dydžio dalelių frakciją rišiklyje, ir užtikrina tolygų dalelių pasiskirstymą rišiklyje.
3. Ugniai atsparaus betono sudėtinis rišiklis, pagal 2 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad nano SiO2 ir silicio dioksido mikrodulkės, sąveikaudamos su metakaolinu, užtikrina aukštas stiprio vertes ir tūrio pastovumą betone su skirtingos mineralinės sudėties užpildais tiek po džiovinimo, tiek ir po degimo.