книги из ГПНТБ / Завелев Г.И. Неметаллические футеровки для аппаратуры нефтяной и нефтехимической промышленности

Таблица 4

Прочность пуццоланового портланд-цемента в кГ/см2

Цементный порошок характеризуется определенной тонкостью помола, которая определяется просеиванием его через набор сит:

пробы, подвергаемой просеиванию. На цементных заводах часто измельчают продукт и тоньше, при этом остаток на сите 4900 отв/см2 составляет 5% и меньше. Тонкость помола цемента влияет на скорость его схватывания и твердения, а также на степень использования его в растворах и бетонах. Чем тоньше помол клинкера, тем выше прочность цемента. При длительном хранении цементного порошка в заводских условиях и на складах в усло­ виях свободного доступа воздуха портланд-цемент реагирует с водяными парами и углекислотой, находящимися в атмосфере, в результате чего поверхность частиц постепенно гидратируется и карбонизируется. Если в цементе содержатся рыхлые порошки гигроскопических веществ, как, Например, некоторые гидравли­ ческие добавки (диатомит, трепел и др.), то процесс поглощения Н2О и СО2 ускоряется. Снижение активности зависит от условий хранения, состава цемента и тонкости его помола. Наименее устойчивыми при хранении являются портланд-цементы, содер­ жащие большое количество быстро гидратирующихся минералов— трехкальциевого алюмината и трехкальциевого силиката. Сильно снижают активность высокомарочные тонко измельченные це­ менты. Снижение прочности составляет в среднем после 3 месяцев хранения 10—20%, после 6 месяцев хранения 15—30% и через год 25—40%. Свойства цемента при хранении более стабильны, если производить его помол с гидрофобными добавками.

Вода для. приготовления бетона. Для затворения бетонной смеси необходимо применять чистую природную воду, лучше питьевую, не содержащую значительного количества солей, особенно сульфатных, кислотных соединений и органических примесей. Вода для затворения бетонной смеси считается непри­ годной при общем содержании солей в ней свыше 5000 мг/л или сульфатов (сернокислого кальция, натрия или магния) свыше 2700 мг/л, а также при кислотном характере воды (pH < 7). Для затворения бетона нельзя применять болотную воду с орга-

20

ническими веществами, сточные и заводские воды с примесями гумусовых и других кислот, а также масел и нефтепродуктов. Бетон на глиноземистом цементе нельзя затворять соленой водой. Для поливки бетона в начальный период твердения применяют ту же воду, что и для затворения бетонной смеси.

На структуру бетона значительное влияние оказывает пори­ стость цементного камня, обусловливаемая начальным содер­ жанием воды в бетонной смеси. Известно, что количество воды, применяемой для приготовления бетонной смеси (или раствора) требуемой подвижности, в 2—3 раза превышает количество воды, химически связываемой цементом в процессе твердения. Большая часть воды затворения, находящаяся в полусвязанном или в сво­ бодном состоянии, вместе с воздухом, попавшим в бетон во время перемешивания смеси, образует в затвердевающем цементном камне мелкие поры и капиллярные ходы, рассеянные по всей массе камня. Общий объем таких пор составляет в среднем от 25 до 40% от объема цементного камня. Поры в цементном камне в зависимости от их диаметра, возраста и влажности бетона запол­ нены водой, водяными парами или воздухом. При уменьшении количества воды в бетонной смеси уменьшается пористость и повышается плотность структуры цементного камня, а это при­ водит к повышению прочности, уменьшению проницаемости для агрессивных растворов и повышению морозостойкости бетона.

Заполнители для теплоизоляционных бетонов. В качестве таких заполнителей применяются дробленые огнеупорные и теплоизоляционные изделия, керамзит, асбест, минеральная вата, материалы, получаемые термической обработкой природных ве­ ществ: диатомита, вермикулита и перлита. Используются также заполнители, получаемые переработкой отходов промышлен­ ности (шлаковой пемзы, спекшихся топливных зол, шлаков) и др.

Заполнители, применяемые для теплоизоляционных бетонов, должны иметь определенную крупность и специально подобран­ ный гранулометрический состав с содержанием зерен разных размеров, обеспечивающих наименьший объем межзерновых пу­ стот. В теплоизоляционных бетонах в большинстве случаев приме­ няют заполнители в виде песка. Крупность его можно оценить по расположению кривой просеивания средней пробы песка по отношению к рекомендованным стандартом пределам зерно­ вого состава (рис. 1).

Для оценки крупности и зернового состава песка имеется ряд числовых показателей (модуль крупности, средняя крупность, удельная поверхность), определяемых по установленной мето­ дике. Наиболее часто среднюю крупность зерен песка вычисляют по данным ситового анализа, пользуясь следующей формулой Б. Г. Скрамтаева:

G

11 аг + 1,37 <z2 4- 0,171 as -|- 0,02 а4 + 0,0024 а5

21

По крупности зерен песок делится на крупный со средней крупностью зерен пе менее 0,35 мм, средний с размером зерен не менее 0,25 мм и мелкий с зернами менее 0,25 мм.

К числу вредных и нежелательных примесей в заполнителях относят глинистые и пылевидные фракции, органические вещества, сернокислые и сернистые соеди­

давать бетону полезные свойства (жаростойкость, химическую стойкость и др.). Содержание органических примесей в за­ полнителе должно быть строго ограничено. Опыты показали, что их содержание в количестве 0,1 % (по весу) может снизить прочность бетона на 25%. Кроме того, органические примеси замедляют скорость твердения бетона, особенно в раннем воз­ расте.

В жаростойких футеровках обычно применяются заполни­ тели из дробленых огнеупорных (шамотных) и легковесных изде­ лий. К легковесным огнеупорам относятся изделия с объемным весом Не выше 1400 кг/м3, получаемые из огнеупорных материалов. Для изготовления шамотных легковесных изделий применяется шихта, состоящая из 20% огнеупорной глины и 80% шамота, с размером частиц до 0,5 мм. Шамот представляет собой грубо измельченную огнеупорную глину, обожженную при темпера­ туре 1300—1410°.

22

Легковесные изделия изготовляются тремя различными мето­ дами: введением в состав массы выгорающих добавок, обусловли­ вающих при обжиге пористость черепка; применением пено­ образующих веществ, придающих массе пористость после взби­ вания со шликером; введением добавок, выделяющих при формо­ вании сырца газы, сообщающие всей массе пористую структуру.

Наша промышленность изготовляет главным образом легко­ весные изделия по первым двум методам. Эти изделия выпу­ скаются различных марок в зависимости от назначения, степени огнеупорности и объемного веса. По степени огнеупорности выпускаемые легковесы подразделяются на классы А, Б и В соответственно с огнеупорностью не ниже 1750°, 1670°, 1610°.

Характеристика легковесных огнеупорных изделий приве­ дена в табл. 5.

Институтом «Теплопроект» .были проведены определения коэф­ фициентов теплопроводности легковесного и шамотного кирпича. Результаты испытаний приведены в табл. 6.

Керамзит. Керамзит изготовляется из глинистых сланцев и легкоплавких глин двумя методами: вспучиванием во вращаю­ щихся печах и спеканием на агломерационных решетках. При изготовлении по первому методу получается пористый заполни­ тель в виде гравия и песка, оплавленный с поверхности. Для его производства используются глинистые материалы, которые измельчаются в сухом состоянии. К сырью добавляют воду и полученную массу перемешивают. Затем из нее формуют цилинд­ рики различных диаметров, которые режут приблизительно на равные части и превращают в ротационном барабане в гранулы. Для отжига гранулы поступают в печь с температурой 1100— 1200°, где объем их увеличивается в 2—3 раза. При изготовлении по второму методу глина измельчается, смешивается с дробленым углем или коксом, увлажняется водой, гранулируется в отдель­ ные шарики диаметром 10—15 мм и обжигается на решетке ма-

23

Таблица f>

Теплопроводность шамотных огнеупорных и легковесных кирпичей

шины. Керамзитовый гравий и агломерированные глинистые мате­ риалы после медленного охлаждения дробятся и рассеиваются на фракции различных размеров: меньше 3,2 мм (мелкий песок), меньше 4,5 мм (обычный песок), 6,4—12 мм (средняя фракция), 6,4—119 мм (крупная фракция), меньше 9,5 мм (комбинированная фракция). Объемный вес керамзитобетонов 640—1840 кз/ж3, прочность при сжатии 40—350 кГ/см2, коэффициент теплопровод­ ности 0,186—0,558 ккал/м час °C.

Диатомит. Диатомитом называется осадочная порода, содер­ жащая остатки кремнеземистых панцирей водорослей — диато­ мей. Теплоизоляционные свойства диатомита определяются его микропористой структурой. Диатомит (инзейский) характери­

50—80%. При нагревании до 600—700° из диатомита выгорают органические примеси. При дальнейшем подъеме температуры до 1000° происходят спекание и усадка материала с увеличением объемного веса, которая при температуре 1400—1600° достигает свыше 25%. Огнеупорность обожженного диатомита 1300—1640°, а предельная темцература применения 1000°. Коэффициент

24

теплопроводности диатомитовых изделий 0,07—0,10 ккал/м час °C при средней температуре 20°. При измельчании в молотковой дробилке диатомитовых изделий диатомитовая крошка или поро­ шок имеет объемный вес 450—700 кг* !м и коэффициент тепло­ проводности 0,10—0,12 ккал/м час °C при температуре 50°. Хо­ рошо обожженный диатомит может применяться самостоятельна или в смеси с другими материалами в качестве заполнителя для теплоизоляционного бетона.

Вермикулит. Вермикулит представляет собой гидратирован­ ный алюмосиликат магния и калия биотитовой слюды. Он состоит из кристаллов, которые способны расщепляться по плоскостям

обработки вермикулит увеличивается в объеме до 20 раз вследствие вспучивания и расщепления по плоскостям спайности, что при­ водит к образованию материала с ярко выраженной ячеистой структурой. Ячейки образуются за счет выделения содержащихся в сыром вермикулите веществ, быстро улетучивающихся в про­ цессе обжига, в частности за счет быстро испаряющейся кристал­ лизационной воды. Обожженный вермикулит, выпускаемый двух марок, характеризуется следующими свойствами (табл. 7)..

Таблица 7.'

Свойства вспученного вермикулита

Марки '

Показатели

Термовермикулит используется главным образом в качестве заполнителя для легких, теплоизоляционных и огнезащитных бе­ тонов и штукатурок. Вспученный вермикулит под названием «зонолит» широко используется за рубежом для изготовления различного рода изделий и легкого бетона — «зонолитобетона».

25

Перлит. Перлитом называется порода вулканического происхо­ ждения, обладающая структурой, которая характеризуется спо­ собностью при нагреве раскалываться по концентрическим тре­ щинам. При нагреве до 980° измельченный перлит вспучивается и увеличивается в объеме до 20 раз. При этом он распадается На мелкие зерна белого цвета с воздушными замкнутыми порами.

Перлит используется для изготовления перлитобетоНа. Объемный вес перлитобетона 400—500 кг/м3, предел прочности при сжатии 7—20 кГ/см1, коэффициент теплопроводности 0,075— 0,087 ккал/м час °C.

Асбест. Асбестом называется ряд минералов, представляющих собой водные силикаты, содержащие окись магния, кремнезема и воду. Они имеют волокнистое строение и способны расщепляться на волокна. Асбест делится на две группы: хризотиловую и амфиболовую. Химический состав хризотилового асбеста следующий (в %).

Термостойкость хризотилового асбеста 600°. Объемный вес его колеблется в зависимости от сорта в пределах 220—750 кг/м3. При нагревании хризотилового асбеста до 200° гигроскопиче­ ская влага удаляется и повышается прочность волокон па раз­ рыв. При нагреве свыше 200° удаляется химически связанная вода, начинаются разложение асбеста и снижение механической прочности. При нагревании до 430° прочность снижается на 20%, а при 480°—на 40%. Полностью удаляется химически связан­

и колеблется в пределах 0,08—0,23 ккал/м час °C при температуре 50°. В результате термической обработки и распушки асбеста толщина волокон и размеры пор уменьшаются, благодаря чему коэффициент теплопроводности снижается на 20—40%, а объем­ ный вес на 5—6%.

26

Амфиболовый асбест встречается следующих разновидностей: крокидолит или голубой (синий) асбест NaFe (SiC>2)2 ■ FeSiOs — двойной силикат натрия и железа, волокна этого асбеста не под­ даются прядению; амозит — силикат железа, волокно длиной 150—300 мм\ антофилит MgFe (310з)2 — двойной силикат маг­ ния и железа, волокно этого асбеста хрупкое и имеет длину до 5 мм\ тремолит GaMgs (SiOs)4; актинолит Са (MgFe)3 • .(SiCh)* Температура плавления амфиболовых асбестов 1150°, термо­ стойкость 400°.

Добывается асбест открытым способом (в карьерах). После обогащения асбест сортируют. Сорт асбеста определяется просеи­ ванием на ситах и зависит от длины волокнаа сбеста, содержа­ ния пыли, гали и степени распушки. Асбест вводится в состав различных теплоизоляционных масс для понижения их объем­ ного веса, коэффициента теплопроводности и повышения меха­ нической прочности. Понижение объемного веса вызывается тем, что асбестовое волокно способствует созданию более рыхлой структуры массы с большим числом пор. При распушке асбеста волокна расщепляются и резко возрастает их суммарная поверх­ ность. При этом создаются благоприятные условия для образо­ вания большого числа пор. На поверхности волокон адсорби­ руются частички цемента или других вяжущих веществ. Вода частично удерживается на поверхности волокон, частично же за­ полняет тончайшие промежутки между отдельными волокнами. При нагреве асбоцементной массы или изделия вода испаряется и образуются поры, заполненные воздухом. Распушенный асбест имеет высокую армирующую способность, он препятствует по­ явлению в изделиях трещин при сушке и повышает механическую прочность материала.

Асбест служит сырьем для изготовления изделий и теплои­ золяционных конструкций. Он применяется в качестве основного пли вспомогательного материала. В частности, из асбеста выра­ батывают шнур, применяемый в нефтеаппаратах. Асбестовый шнур (ГОСТ 1779-55) состоит из плотной асбестовой нитяной оп­ летки, образующей полый жгут, внутри которого помещается начинка из волокнистого или порошкообразного материала. В качестве волокнистой сердцевины используется асбест. Для этих целей может быть применена также минеральная вата в чи­ стом виде и в смеси с асбестом. Для асбестового шнура объемный вес доходит в среднем до 700 кг/м3. Коэффициент теплопровод­ ности асбестового шнура при температуре 0° около 0,1 ккал/м час °C. Асбестовый шпур применяется до температуры 400°.

Минеральная вата — это термоизоляционный материал, со­ стоящий из стекловидных волокон, получаемых из расплавов горных пород или шлаков. По своей структуре она состоит из коротких тонких волокон, расположенных хаотически, в массе которых распределены шаровидные включения диаметром до 3 мм, так называемые «корольки». К минеральной вате по своей

27

структуре близка стеклянная вата, представляющая собой волок­ нистый материал, изготовленный путем расплавления стекла (обычно стеклянного боя) и вытягивания его в тонкие волокна. Присущие минеральной вате высокие теплоизоляционные свой­ ства обусловлены наличием большого количества воздушных пор, заключенных между волокнами. Волокна образуются различ­ ными способами: раздувом расплава силикатов паром или возду­ хом, центрифугированием и вытягиванием. Сырьем для произ­ водства минеральной ваты служат горные породы, содержащие в своем составе в основном кремнезем, глинозем, окись кальция и окись магния. В виде примесей в горных породах обычно встре­ чаются окиси железа, марганца и щелочных металлов. Для по­ лучения химически стойкой ваты стандартом предусмотрено, чтобы соотношение суммы кремнезема и глинозема к сумме оки­ сей кальция и магния, называемое модулем кислотности, было не ниже единицы. Работой, выполненной в институте «Теплопроект» В. Н. Вельсовским, установлено, что для получения высококачественHoii ваты алюмомагнезиальный модуль, т. е. от­

------ c-v;—— , должен быть выше 0,5.

O1U2

Во многих случаях требованию стандарта отвечают металлур­ гические шлаки, в частности доменные. Котельные шлаки менее однородны по своему химическому составу. Состав шихт для изготовления минеральной ваты может быть скорректирован добавкой к имеющемуся сырью недостающих окислов.

При изготовлении минеральной ваты быстро охлаждающийся жидкий расплав переходит в стекловидное состояние. Длительное воздействие повышенных температур может вызвать расстекло­ вание ваты, т. е. рекристаллизацию минеральных волокон и их разрушение. Температуростойкость минеральной ваты, т. е. спо­ собность ее волокон не разрушаться при воздействии повышенных температур, является одной из важных ее характеристи .

В результате исследования температуростойкости минераль­ ных волокон различных видов, проведенного И. 3. Волчеком, установлена возможность применения минеральной ваты при следующих температурах.

Институтом «Теплопроект» разработана технология и вынущены опытные партии минеральной ваты повышенной теплостойкости (до 7700), характеризующиеся следующим составом шихты (в %).

28