Материал: Завелев Г.И. Неметаллические футеровки для аппаратуры нефтяной и нефтехимической промышленности

наблюдается также с повышением температуры, что связано, по-видимому, с кристаллической структурой новообразований цементного камня.

Было изучено влияние режимов твердения на величину коэф­ фициента теплопроводности цементного камня, Изготовленного ид пуццоланового портланд-цемента завода «Комсомолец» и порт­ ланд-цемента завода «Коммунар» с различными тонкомолотыми добавками. Результаты определений приведены в табл. 13.

Таблица 13

Изменение коэффициентов теплопроводности цементного камня в зависимости от состава тонкомолотой добавки и режима твердения

Из сопоставления данных, приведенных в табл. 13, можно сделать следующие выводы.

1. Цементный камень из пуццоланового портланд-цемента имеет меньший коэффициент теплопроводности, чем из портланд­ цемента, что связано с менее плотной структурой цементного камня, содержащего легкие пуццоланические добавки.

2. Цементный камень, содержащий диабазовую муку, имеет меньший коэффициент теплопроводности, чем с добавкой молотого кварцевого песка. Это связано, очевидно, с тем, что теплопровод­ ность плавленой диабазовой муки ниже теплопроводности кри­ сталлического кварцевого песка.

3. Цементный камень, подвергнутый в процессе твердения пропарке, имеет меньший коэффициент теплопроводности, чем подвергнутый гидротермальной обработке.

Исследования показали, что установленные закономерности для цементного камня справедливы и для жаростойких бетонов, изготовленных на портланд-цементе и пуццолановом портланд­ цементе.

Результаты проведенных исследований позволили рекомендо­ вать для футеровки нефтеаппаратов, эксплуатирующихся при ра­ бочих температурах до 600°, следующий состав торкрет-бетона:

1 вес. ч. пуццоланового портланд-цемента марки не ниже 400; 1 вес. ч. диабазовой муки Московского камнелитейного за­

вода; 3,5 вес. ч. песка из дробленого шамота класса Б или огнеупор­

ных легковесов марки БЛ-1,3 или БЛ-0,8.

Исследования показали, что в качестве заполнителя могут применяться пески с размером частиц 2,5—0,15 мм, грануломет­ рический состав которых укладывается в рекомендованные стан­ дартом пределы кривых зернрвого состава песка (рис. 1).

2. Футеровка аппаратов, эксплуатирующихся при атмосферном давлении

Для аппаратов, эксплуатирующихся при атмосферном давле­ нии, как, например, реакторов и регенераторов установок ката­ литического крекинга, проведение гидротермальной обработки футеровки при повышенном давлении не всегда возможно. В связи с этим изучалась возможность применения пропарки при твер­ дении бетонной футеровки. Исследованию подвергались составы на портланд-цементе и пуццолановом портланд-цементе марки 400. В качестве тонкомолотых добавок применялись диабазовая мука (тонкость помола: остаток на сите 900 отв1см2 — 8%, а На сите

0,15 <а <1,2 мм. Результаты испытаний показали, что бетоны, подвергающиеся в процессе твердения пропарке при температуре 80° в течение 72 час., имеют меньшую величину прочности при сжатии и растяжении, а также меньшую прочность сцепления с металлом, чем бетоны, твердевшие 24 часа в условиях гидротер­ мальной обработки при 160° и давлении 5,4 ати. Прочность на сжатие пропаренных образцов бетона, изготовленного на пуц­ цолановом портланд-цементе с добавкой диабазовой муки и мо­ лотого кварцевого песка, при 20° составляет 34—44% и после обжига при 600° — 29—35% от прочности образцов гидротермаль­ ного твердения. Прочность при растяжении составляет 43—44% и после обжига при 600° — 15—24%. Прочность сцепления с ме­ таллом при 20° — 94—98% и после обжига при 600° — 63—65%.

Результаты испытаний показали, что для футеровок, подвер­ гающихся в процессе твердения пропарке, можно применять сле­ дующий состав торкрет-бетона:

1 вес. ч. портланд-цемента марки 400—500; 1 вес. ч. тонкомолотого кварцевого песка; 3,5 вес. ч. песка из легковеса марки БЛ-1,3.

50

Бетон характеризуется следующими физико-механическими свойствами.

»» после обжига до 600°,

»теплопроводности при 600°,

Жаростойкие и теплоизоляционные бетоны на портланд­ цементе и пуццолановом портланд-цементе были испытаны для футеровки нефтеаппаратов с рабочей температурой до 700°. В на­ стоящее время проводятся работы по увеличению температурного предела применения этих бетонов для футеровки аппаратов, эксплуатирующихся при температуре до 1000°.

4*

Глава IV

ПРИМЕНЕНИЕ НА НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ЗАВОДАХ РАСТВОРОВ И БЕТОНОВ НА ГЛИНОЗЕМИСТОМ ЦЕМЕНТЕ

1. Процессы, происходящие при твердении глиноземистого цемента

Глиноземистый цемент представляет собой быстротвердек»- щее гидравлическое вяжущее вещество. Оно получается тонким измельчением сплава или клинкера, которые изготовляются расплавлением или обжигом до спекания сырьевой смеси из бок­ ситов и извести или известняка. В глиноземистом цементе содер­ жится приблизительно 40% окиси алюминия, около 40% окиси кальция, до 10% кремнезема и до 10% закиси и окиси железа. В зависимости от страны, где производится глиноземистый це­ мент, он выпускается различными фирмами под названиями це­ мента «Фонди» (Англия, Франция), «Лайтнинг» (Англия), «Луманайт» (США), «Цитадюр» (Венгрия).

По данным М. Ф. Чебукова и других исследователей главной наиболее активной частью цемента является одпокальциевый алюминат СаО • АЬОз, который обусловливает высокую проч­ ность в ранние сроки твердения при нормальном схватывании. Кроме того, в цементе содержатся пятикальциевый трехалюминат 5СаО . ЗАЦОз, который характеризуется быстрым схватыванием и при гидратации дает высокую прочность в ранние сроки твер­ дения с понижением ее в более поздние, и трехкальциевый пятиалюминат ЗСаО • бАЬОз с низкими вяжущими свойствами, медленно схватывающийся и медленно твердеющий. Из соеди­ нений кремнезема в цементе находятся двухкальциевый силикат (2СаО • ЭЮг) и геленит (2СаО • АЦОз • БЮг). Двухкальциевый силикат является медленно твердеющим соединением, а геленит— инертным минералом, который не гидратируется. Глиноземистый цемент является высокопрочным и быстротвердеющим цементом. Растворы и бетоны на глиноземистом цементе к суточному воз­ расту приобретают около 70% прочности по отношению к проч­ ности, приобретаемой в течение 28 суток. Дальнейший рост проч­ ности после 28 дней незначителен. Прй твердении глиноземистого

52

цемента в короткий отрезок времени выделяется большое коли­ чество тепла, что приводит к значительному повышению темпера­ туры в первые сроки твердения. В результате этого в бетоне на глиноземистом цементе могут появиться внутренние напряже­ ния вследствие разности температур наружной поверхности и внутренней части бетона. Саморазогрев может существенно влиять на процесс твердения. При температурах 15—25° гидратация идет по уравнению

Это соединение снижает механическую прочность затвердевшего цементного камня в 3—4 раза.

Для устранения вредного влияния трехкальциевого гидро­ алюмината П. П. Будников и И. Г. Гольденберг предложили вво­ дить в глиноземистый цемент 25—30% ангидрита, полученного об-^ жигом гипса при 600—700°. Ангидрит взаимодействует с трехкаль­ циевым алюминатом, образуя сульфоалюминат кальция, что улуч­ шает строительные свойства глиноземистого цемента и делает возможным применение его для больших бетонных массивов. Глиноземистый цемент с добавкой ангидрита (ангидрито-глино­ земистый цемент) имеет во время твердения при повышенных тем­ пературах (45—65°) значительно более высокую прочность, чем чистый глиноземистый цемент.

При изготовлении футеровки на глиноземистом цементе с ша­ мотным заполнителем необходимо учитывать гигроскопичность шамота, который может впитывать воду после укладки бетона, затрудняя нормальную гидратацию глиноземистого цемента. Поэтому шамот предварительно пропитывают водой. Эта про­ питка особенно важна для бетона, содержащего крупные частицы шамотного заполнителя. В процессе схватывания и твердения футеровки с шамотным заполнителем необходимы тщательный уход за бетоном и увлажнение его поверхности, иначе бетон может оказаться с пониженными механическими свойствами. Известно, что при твердении глиноземистого цемента выделяется большое количество тепла, что опасно при нанесении футеровки в летнее время. Лучше всего этот цемент твердеет в прохладную погоду во влажной среде при 15°. С повышением температуры твердения прочность футеровки на глиноземистом цементе значительно по­ нижается. Для того чтобы получить бетон с высокой механической прочностью, при нанесении футеровки в жаркую погоду рекомен­ дуется охлаждать заполнители путем распыления воды над ними, предохранять глиноземистый цемент от Нагрева солнцем, для этого хранить его на складе или под навесом, не заготовлять сухую смесь для бетона на солнце, предварительно охлаждать смесительное.

53

оборудование, применять холодную воду для затворения бетона, укладывать бетон в течение прохладного времени дня или ночью. При твердении футеровки рекомендуется охлаждать поверхность бетона и наружную поверхность аппарата холодной водой.

Глиноземистый цемент отличается повышенной (по сравнению

спортланд-цементом) стойкостью при эксплуатации в минерали­ зованных водах вследствие отсутствия в его составе трехкаль­ циевого алюмината, а также вследствие того, что при твердении не образуется гидрат окиси кальция. В результате образования при твердении большого количества (относительно инертного геля) гидрата окиси алюминия, отличающегося плотным строе­ нием, бетон на глиноземистом цементе стоек к сернистой кислоте

сpH = 3 v 4, сернистому ангидриду и сероводороду. Он также устойчив к растворам солей: углекислого аммония, сернокислого

цинка, медного купороса, сернокислого Натрия, поваренной соли, хлористого кальция концентрации до 10% и сернокислого и хлористого аммония концентрации до 5%. Химической стой­ кости бетона на глиноземистом цементе способствуют его большая плотность и меньшая водонепроницаемость.

2. Воздействие температуры на цементный камень и бетон на глиноземистом цементе

При нагревании затвердевшего глиноземистого цемента про­ исходит дегидратация гидроалюминатов. Микроскопические ис­ следования показали, что при нагреве цементного камня до 200° в шлифе обнаруживаются разрушенные зерна СаО-АЬОз,

бСаО-ЗАЬОз, ЗСаО-5А1гОз, |3-2CaO-SiO2 и изотропное ве­ щество. При нагреве до 400° обезвоживание гидроалюминатов почти заканчивается. При дальнейшем нагреве до температуры 1200° основная масса состоит из изотропного вещества, содержа­

глиноземистом цементе в зависимости от температуры нагрева занимались многие исследователи, и этот вопрос подробно осве­ щен в литературе. Установлено, что остаточная прочность бетона на глиноземистом цементе при нагреве до 400° составляет 40— 65% от прочности образцов, высушенных при температуре 110°. Это вызвано тем, что полная дегидратация алюминатов завер­ шается в этом интервале температур. При дальнейшем подъеме температуры до 600° падение прочности бетона замедляется и остаточная прочность составляет 38—64%, при нагреве до 800° — 36—60%. При повышении температуры до 1200—1300° прочность значительно увеличивается вследствие частичного спекания бе­ тона. Глиноземистый цемент по отношению к огнеупорным запол­ нителям является плавнем и тем в большей степени, чем большее количество его содержится в составе смешанного цемента.

54