22. Вяжущие силикатные материалы: химическая стойкость, основные свойства, области и условия применения.

Большинство неметаллических материалов, главным образом силикатных, широко используется для футеровки металлической поверхности аппаратов с целью их защиты от коррозии. Опыт эксплуатации таких аппаратов и сооружений показал, что их металлический корпус или кожух, подвергается коррозии из-за проницаемости футеровочного шва, и что наиболее уязвимыми являются места соединения штучных футеровочных изделий между собой. Для выполнения футеровочных работ и уплотнения швов применяются различные вяжущие материалы-цементы (замазки).

Из силикатных вяжущих материалов можно указать, в первую очередь, на портланд (строительный) цемент. Однако, его основа – обожженный известняк – предопределяет области использования портланд цемента: вода, водные растворы нейтральных веществ, основания.

Как уже отмечалось выше, силикатные материалы используются в подавляющем большинстве случаев для изготовления кислотостойких изделий. Поэтому для выполнения футеровочных работ кислотостойкими штучными изделиями из силикатов используют специальный кислотоупорный цемент.

Кислотоупорный цемент – это двухкомпонентная система, состоящая из порошка и растворителя. Оба компонента должны в своих составах содержать SiO2. В качестве порошка берется тонкоизмельченные богатые кремнеземом естественные породы (андезит, гранит, диабаз, кварцевый песок) или искусственные материалы (плавленый базальт, плавленый диабаз, фарфор и др.). В состав порошка вводят в определенных пропорциях порошок гексафторосиликат натрия (Na2SiF6), который является ускорителем твердения цементного раствора. В качестве растворителя (второй компонент) берется водный силикат натрия Na2SiО3 (жидкое натриевое стекло).

Силикатные кислотоупорные цементы отличают по роду наполнителя – андезитовый, диабазовый, кварцевый цемент и т.п.

После смешения обоих компонентов получают достаточно подвижные композиции, пригодные к выполнению футеровочных работ.

Отвержденные кислотоупорные цементы обладают очень высокой устойчивостью к действию кислот, особенно концентрированных минеральных даже при высоких температурах. Конечно, исключение составляют плавиковая кислота, которая разрушает цемент при обычно температуре, и фосфорная кислота – при высокой температуре.

Причина сравнительно низкой стойкости этих цементов в слабых минеральных и органических кислотах заключается в характере протекания реакции их взаимодействия с силикатом натрия. Жидкое стекло под воздействием крепкой кислоты энергично разлагается, и цемент быстро уплотняется в результате обезвоживания Si(ОН)₄. Под воздействием слабой кислоты выделение геля кремневой кислоты из жидкого стекла происходит медленно, цемент оказывается проницаемым для кислоты, и гель ею вымывается.

Механическая прочность кислотоупорных цементов со временем повышается, что связано с длительностью процесса обезвоживания Si (ОН)4. Если заменить натриевое жидкое стекло калийным, улучшаются свойства цементов в условиях воздействия серной кислоты и ее солей.

Силикатные кислотоупорные цементы нашли применение и в качестве самостоятельных конструкционных материалов – кислотоупорного бетона. Отличие цементов от бетонов заключается только в размерах частиц силикатного наполнителя. Их размеры в бетоне колеблются от 0,15 до 30 – 40 мм.

Приготовление кислотоупорного бетона осуществляется в обычных бетономешалках, куда вначале загружают сухие компоненты и перемешивают их в течение 2 – 3 мин. до получения однородной смеси, а затем вводят жидкое стекло и смесь вновь перемешивают в течение 1 – 2 мин. Свежеприготовленный цемент немедленно до начала схватывания укладывают в опалубку сооружения (толщина слоя 10 – 12 см) и уплотняют вибратором.

После выдержи в течение 5 – 6 дней опалубка разбирается. Разрушающее напряжение на сжатие кислотоупорного бетона через 4 суток после его отверждения равно 13,0 – 14,0 МПа, через 28 суток – 16,0 – 17,0 МПа. Разрушающее напряжение при растяжении составляет 10% от прочности на сжатие.

Разновидностью кислотоупорного бетона является жаростойкий бетон, в состав которого входят огнеупорные горные породы (хромиты др.) и тонкомолотый шамот при минимально допустимом содержании жидкого стекла и оптимальном содержании кремнефтористого натрия. Жаростойкие бетоны можно эксплуатировать при 1200 – 13000С. Например, из него изготавливали механические колчедановые печи без металлического кожуха.