книги из ГПНТБ / Денисов А.С. Теплоизоляционные жаростойкие торкрет-массы на основе вермикулита

смятия и разрушения, приводя к увеличению объемной массы нанесенного слоя и снижая эффективность ис­ пользования легковесных заполнителей^ Уменьшение скорости вылета частиц ниже определенного предела повышает количество отскока и отлета и может привес­ ти к недопустимому снижению прочностных характе­ ристик, забивке материального шланга. При постоян­ ном давлении воздуха в материальном шланге объем­ ная масса и прочностные характеристики нанесенного слоя могут изменяться при изменении расстояния меж­ ду соплом и защищаемой поверхностью, между соплом и торкрет-аппаратом, а также" при изменении типа используемого сопла, угла наклона сопла к защищае­ мой поверхности и т. д.

Для каждого конкретного количественного и качест­ венного состава теплоизоляционной массы существуют оптимальные параметры технологии нанесения, зада­ ваемые до начала работ и определяемые путем проб­ ных формовок. При определении оптимальных парамет­ ров за основные характеристики теплоизоляционного слоя, получаемые в ходе предварительных испытаний, обычно принимают прочность и объемную массу нане­ сенного слоя или их-отношение (коэффициент конструк­ тивного качества).

Кроме того, рекомендуется определять влажность свеженанесенного слоя и технологичность массы, под которой понимают легкость и равномерность ее про­ хождения через загрузочные отверстия торкрет-аппара­ та, дозирующее устройство торкрет-аппарата и по его

трое (или больше) специалистов, которые независимо друг от друга оценивают легкость его протекания по пятиили десятибалльной шкале. Окончательную оцен­ ку процесса выводят, вычисляя средний арифметиче­ ский балл.

На строительной площадке задача определения оп­ тимального режима торкретирования обычно сводится к определению оптимального соотношения давлений в во­ дяном и возушном шлангах, а также к определению оптимального давления воздуха. Для торкрет-масс на основе упрочненного вермикулита давление воздуха

В лабораторных условиях одновременно с определе­ нием оптимального давления воздуха могут быть опре­ делены оптимальное давление в водяном шланге, количество отверстий в кольце увлажнителя, обеспечи­ вающее подачу трёбуемого количества жидкости и ее хорошее распыление, расстояние от сопла до защищае­ мой поверхности и другие параметры. Каждый из этих факторов, а также их сочетания оказывают существен­

приведены результаты обработки режима торкретиро­ вания массы, включавшей 1 вес. ч. глиноземистого це­

Условия проведения опыта (см. табл. 16) позволили одновременно с сокращением количества опытов ис­ пользовать способы математической обработки резуль­ татов эксперимента [20, 21] и оценить влияние различ­ ных параметров торкретирования на свойства слоя, а

также определить условия, при которых достигаются оптимальные прочность и объемная масса слоя.

Математическая модель процесса имеет вид:

Для упрощения расчетов значения коэффициентов вычислены для случая подстановки в математическую модель (7) значений параметров (Хі, Х2, Х% и X4) в стандартизованном масштабе. Стандартизованные зна­ чения параметров определяются путем деления разно­ сти какого-либо конкретного значения параметра и среднего арифметического значения параметра на его среднее арифметическое значение. Например, для вы­ числения стандартизованного значения величины дав­ ления воды в первом опыте (5,8 кгс/см2) необходимо вычислить среднее арифметическое значение использо­ ванных в опыте значений давления воды: (5,8+2,2+4+ +6,2+1,8) : 5=4, затем определить разность между

данным значением параметра и средним арифметиче­ ским: 5,8—4=1,8 и разделить полученный результат на среднее арифметическое:- 1,8:4=0,45.

Математическая модель позволяет определить вы­ ходную характеристику для значений параметров, отличных от приведенных в табл. 16.

Пример. Определить объемную массу слоя, нане­ сенного при следующих значениях параметров торкре­ тирования: давление воды 4 кгс/см2, площадь отверстий

0,85 м. Значения параметров в стандартизованном мас­

20—30 мм, так как свеженанесенная масса может от­ слоиться от защищаемой поверхности под действием собственной тяжести. Поэтому для достижения большей толщины защитного слой последовательно наносят не­ сколько слоев, причем последующий слой наносится после того, как предыдущий наберет определенную ме­ ханическую прочность. Меньший собственный вес теп­

ных работ, позволяет единовременно наносить на вер­ тикальные и потолочные защищаемые поверхности покрытия толщиной до 250—200 мм. При этом, как показывают исследования, прочностные характеристики слоя в направлениях, перпендикулярном и параллель-, ном защищаемой поверхности, практически одинаковы: например, изучение прочностных характеристик тепло­ изоляционного слоя толщиной 200 мм и объемной мас­ сой 700 кг/м3, нанесенного за один прием, показало, что предел прочности при изгибе . образцов, вырезанных перпендикулярно защищаемой поверхности, составил 10,6 кгс/см2 (доверительный интервал при 95% вероят-

пости — 1,8 кгс/см2), а для образцов, вырезанных па­ раллельно защищаемой поверхности,— 11,1 кгс/см2 (до­ верительный интервал при 95% вероятности — 1,6 кгс/см2).

На практике при нанесейии защитного слоя всегда возможен непредвиденный перерыв в работе в момент, когда защитный слой нанесен не на полную толщину. Из литературных источников [25, 26, 27] известно, что при перерыве в бетонировании возможно снижение прочности срастания двух смежных слоев тем больше, чем длительнее перерыв. В случае тяжелых бетонов перерыв в бетонировании приводит к образованию так называемых «рабочих швов бетонирования», снижаю­ щих прочность, плотность и коррозионную стойкость монолитных сооружений. В случае теплоизоляционных жаростойких торкрет-масс снижение прочности сраста­ ния смежных участков слоя при переменном тепловом режиме футеровки может привести к образованию тре­ щин, параллельных защищаемой поверхности, и отслое­ нию отдельных участков слоя. Как показали проведен­ ные, авторами исследования (табл. 19), продолжитель­ ность перерыва при нанесении слоя футеровки оказывает огромное влияние на монолитность футеровки, опреде­ ляемую прочностью срастания смежных участков слоя.

Т а б л и ц а 19

Прочность срастания слоев футеровки при перерыве в торкретировании

Для сравнения можно отметить, что, например, в случае укладки бетона вибрационным способом сниже­ ние прочности срастания слоев, уложенных в различное время, достигает 50% при продолжительности перерыва в бетонировании 48 ч и более.-Как видно из табл. 19,

50%-иое снижение прочности срастания уложенных с перерывом слоев теплоизоляционной торкрет-массы отмечается уже при продолжительности перерыва, чуть большей 20 мин для гладкой контактной поверхности и несколько большей 1 ч для рифленой контактной по­ верхности. Практически устранить ^вредное влияние перерыва в торкретировании можно только путем удаления участков слоя, нанесенных на непол­ ную толщину и повторного торкретирования этих участ­

Для того чтобы прочность срастания торцовых поверх­ ностей смежных карт практически не отличалась от прочности монолита, продолжительность нанесения каждой карты не должна превышать 10 мин. При этом объем карты и ее размеры в плане следует выбирать по производительности применяемого торкрет-аппарата, с учетом потерь времени при торкретировании (10%) и необходимости некоторого превышения толщины нано­ симого слоя сверх проектной. Кроме того, размеры одновременно наносимой карты зависят от сроков схватывания используемого цемента и температурных условий работьй Сокращение сроков схватывания це­ мента и повышение температуры внутри защищаемого аппарата обусловливают снижение объема и размеров карты. Практика нанесения теплоизоляционных масс на основе глиноземистого цемента и вспученного верми­ кулита показывает, что оптимальными размерами одно­ временно наносимой карты при температуре внутри аппарата около 20°С являются 0,5X0,5 м (объем карты 25—35 л ) .

Основные характеристики нанесенных торкрет-масс определяют, как правило, путем испытания образцов, вырезанных из затвердевшего слоя. При этом с доста­ точной степенью достоверности могут быть определены прочность торкрет-слоя, его объемная масса, основные теплофизические характеристики. Термостойкость же, температурные и усадочные деформации и т. п. характе­ ристики малоразмерных образцов могут быть определены лишь ориентировочно. Это обусловлено не только влия­ нием масштабного фактора, но и конструкцией защит­ ного слоя (наличием армирующих элементов, их коли­ чеством и т. д.), его формой, а также отличием условий нанесения и эксплуатации защитного слоя от условий

éô

изготовления и испытания контрольных образцов, выре­ занных из коржей, изготовленных в ходе контрольных опытов. Поэтому для отработки составов теплоизоля­ ционных масс и получения более надежных показателей их качества предпочтительно испытывать образцы на специальных огневых стендах. Форма, размеры и ре­ жим работы этих стендов в максимально возможной степени должны приближаться к условиям нанесения и

работы защитной футеровки. В частности, для отра: ботки составов теплоизоляционных торкрет-масс, ис­ пользуемых для защиты внутренней поверхности ци­ линдрических тепловых агрегатов, реакторов и т. п. оборудования, может быть рекомендован запроектиро­ ванный и изготовленный во ВНИПИ Теплопроект стенд (рис. 27) (проект КБ-00-089).

Этот стенд выполнен в виде металлической емкости, состоящей из цилиндрической части высотой 1,5 и диа­ метром 2 м и конусной потолочной части высотой 0,5 м и диаметрами нижней части 2 м и верхней части 0,4 м.

Обе части емкости снабжены большим количеством отверстий, расстояние между которыми 150 мм. Отвер­ стия служат для крепления различных сменных арми­ рующих элементов футеровки. Под емкостью распола­ гается топка, заключенная в металлический кожух, которая своим выходным отверстием соединена с ем­ костью посредством передвижного нижнего конуса. Для обеспечения доступа внутрь стенда нижний конус в го­ ризонтальном направлении перемещают при помощи колесного устройства, катящегося по эстакаде стенда. К нижней части емкости передвижной конус прижи­ мают при помощи четырех винтов, расположенных по углам колесного устройства и упирающихся в эстакаду стенда. Передвижной конус снабжен постоянной футе­ ровкой из легковесного огнеупора. Для наблюдения за состоянием футеровок на основе изучаемых составов торкрет-массы во время их сушки и обжига в цилинд­ рической части стенда предусмотрено смотровое отвер­ стие прямоугольной формы, закладываемое штучными теплоизоляционными изделиями. Газы из стенда отво­ дят по дымовой металлической трубе, соединенной с верхним отверстием конусной части емкости.

Для создания резких температурных перепадов на обращенной внутрь стенда поверхности футеровки, а также для регулирования температуры газов, выходя­ щих из топки, стенд оснащен вентилятором № 4, по­ дающим холодный наружный воздух в смесительную камеру топки. Топка стенда работает на дизельном топливе и оснащена двумя форсунками, одна из кото­ рых (малой производительности) используется для на­ грева стенда в период сушки и обжига футеровки до температуры 300°С. Вторая форсунка (большей произ­ водительности) позволяет длительное время поддер­ живать внутри стенда температуру до 700°С. На не­ большие промежутки времени (5—6 ч) температура внутри стенда может быть поднята до 1200°С. Длитель­ ность прогрева стенда при столь высокой температуре регламентируется перегревом стальной трубы, отводя­ щей продукты сгорания топлива со стенда.

Описанный стенд позволяет отрабатывать техноло­ гию нанесения защитного слоя на вертикальные и по­ толочные поверхности тепловых агрегатов, конструкцию футеровки, режимы ее сушки и прокалки, а также определять стойкость футеровки в условиях резких

перепадов температур. С помощью стенда, в частности, было установлено, что торкрет-массы на основе вспученного вермикулита обладают значительной рас­ тяжимостью и эластичностью, позволяющей предотвра­ тить образование трещин усадочного характера после твердения в нормальных температурно-влажностных условиях и длительной сушки при температуре 125°С. Образование четкой сетки трещин отмечалось после охлаждения футеровки, нагретой до температуры, пре­ вышающей 300-—350°С, причем при повторном нагреве футеровки до температуры, равной или превышающей температуру первого обжига, отмечалось практически полное закрытие первоначальных трещин.

Интересно отметить, что образующаяся после пер­ вого обжига сетка трещин точно воспроизводит границы карт, т. е. совпадает с зонами пониженной прочности срастания смежных участков футеровки. Образующиеся трещины при толщине защитного слоя 125—150 мм имеют клиновидную форму и проходят на глубину до 100 мм, сужаясь по мере удаления от поверхности фу­ теровки, обращенной внутрь стенда. Максимальная ши­ рина раскрытия трещин после обжига при температуре 600—700°С составляет в среднем 1,5—2 мм, шаг трещин соответствует размерам карт и равен 450—500 мм (рис. 28). При нанесении футеровки не картами, а не­ прерывно, а также при нанесении футеровки картами, но без обрезки их кромок перпендикулярно защищае­ мой поверхности сетка трещин имеет менее организо­ ванный характер, но средняя ширина раскрытия тре­ щин и их средний шаг остаются примерно такими же.

При работе футеровочного слоя в условиях резких

трещины глубиной 10—30 мм (рис. 29). С увеличением числа теплосмен до 30—50 образуется сетка волосяных • поверхностных трещин и одновременно уменьшается ширина раскрытия основных трещин, возникших после первого обжига и охлаждения, с 1,5—2 до 0,8—1,2 мм.

Характер трещинообразования и эксплуатационная стойкость футеровки в значительной мере зависят от ее конструкции, вида и типоразмеров армирующих элемен­ тов, их количества. Использование армирующих эле-