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

Если действующая на бетон среда не удовлетворяет нормам агрессивности хотя бы по одному признаку, то эту среду рассмат­ ривают как агрессивную по отношению к бетону на данном цементе. В этом случае прежде всего обеспечивают высокую плотность бетона и его цементного камня и минимальную фильтрацию агрес­ сивной среды через бетон. Нанесение, плотного цементного раст­ вора на металлическую стенку аппарата, емкости или трубопро­ вода практически предупреждает явление фильтрации через бетон, тем самым повышая его стойкость даже при воздействии сильно агрессивных сред. Это дает возможность применить цемент­ ные растворы в качестве антикоррозийных покрытий.

4. Воздействие температуры на бетоны, изготовленные на портланд-цементе и пуццолановом портланд-цементе

Обычный бетон на портланд-цементе плохо сопротивляется длительному воздействию высокой температуры. Так, опыты, проведенные в институте ЦНИПС в 1942—1943 гг., показали, что некоторое снижение прочности бетона начинается уже в интер­ вале температур 200—300°. При дальнейшем нагреве до 4000, прочность снижается в 2 раза, а до 500° — в 3 раза.

При изучении стойкости бетонов на портланд-цементе к воз­ действию высоких температур было установлено, что на образцах из отвердевшего портланд-цемента, прогретых в печи при темпера­ туре выше 500° и хранившихся затем на воздухе, появляются трещины. Образцы, обожженные при температуре 900—1000°, разрушаются на воздухе через 3—4 недели. В случае хранения образцов во влажной среде они разрушаются еще быстрее. При воздействии высоких температур на портланд-цементные рас­ творы и бетоны изменяется структура цементного камня вследст­ вие удаления свободной, полусвободной (сорбционной) и химиче­ ски связанной воды из гидросиликатов, гидроалюминатов каль­ ция, а также гидрата окиси кальция. Свободная вода удаляется из цементного камня при нагревании его до 110°. Оставшаяся полусвободная и химически связанная вода выделяется при нагревании до 800—1000°. На основании имеющихся экспери­ ментальных данных считают, что выделение воды при нагреве

врезультате обезвоживания продуктов твердения портланд­

(наиболее интенсивно 545—595°).

Н. А. Мещанский отмечает, что на первой стадии нагревания бетона происходит уплотнение геля, приводящее к увеличению прочности бетона. Однако при дальнейшем нагревании усадка гелеобразных оболочек цементных зерен уже приводит к нару­ шению их контакта с частицами заполнителя и вызывает сниже­ ние прочности бетона. Микроскопическое исследование, прове-

14

денное К. Д. Некрасовым, раствора На портланд-цементе с речным песком, подвергнутого термической обработке, также показало, что нагревание до 800° вызывает образование в образце сетки тонких трещин, идущих большей частью вдоль поверхности соприкосновения зерен наполнителя с основной цементирующей массой.

Н. А. Житкевич к числу основных причин, вызывающих снижение прочности обычного бетона при его нагревании, относит наличие кварцевого песка. Известно, что переход модификации ^-кварца в а-кварц при температуре 573° сопровождается зна­ чительным скачкообразным изменением объема, что нарушает структуру бетона. Неравномерное расширение кристаллов некото­ рых минералов по различным осям симметрии также способ­ ствует нарушению структуры бетона при нагревании. Кроме того, основными причинами, вызывающими снижение прочности бетона при его нагревании, являются возникновение внутренних напряжений и повреждение структуры вследствие разности темпе­ ратурных деформаций цементного камня и заполнителя.

Известно, что при нагревании отвердевшего портланд-цемента свыше 500° в Нем образуется значительное количество свободной окиси кальция. Работами ряда исследователей было показано, что после охлаждения бетона происходит гашений свободной

окиси кальция влагой воздуха:

СаО+Н2О=Са(ОН)2.

Реакция образования Са(ОН)2 сопровождается значительным увеличением первоначального объема СаО, что нарушает струк­ туру бетона.

Для устранения вредного действия на прочность бетона вто­ ричной гидратации свободной окиси кальция применяют портланд­ цементы с тонкомолотыми кремнеземистыми добавками. Если тонкомолотая добавка является активной (как, например, пуццоланическая), то уже при обычном твердении она связывает гидрат окиси кальция в гидросиликаты кальция, обезвоживание которых при нагревании в меньшей степени вызывает снижение

кальция бетона и кремнеземом может проходить также и при высоких температурах в отсутствии влаги. По данным И. Е. Гурвцча и М. С. Агафонова реакция взаимодействия в твердом состо­ янии между аморфным кремнеземом трепела и окисью кальция протекает ■ интенсивно при температуре 500—600°, а для кри­ сталлического кварца она только начинается при температуре 600°. Определение скорости реакции в твердой фазе между СаО

15-

и SiO2 показало, что с повышением температуры свыше 800° скорость реакции быстро возрастает.

К. Д. Некрасов для изучения процессов, происходящих в цементном камне с тонкомолотой добавкой кварцевого песка при высоких температурах, определял содержание свободной извести в затвердевшем цементе. Результаты исследования пока­ зали, что в портланд-цементном камне без добавок количество свободной извести до температуры нагрева 900° изменяется Незна­ чительно. При температуре 900—1250° количество свободной

С введением в портланд-цемент 25% молотого кварцевого песка количество свободной извести при Нагреве до 900—1250° умень­ шилось в 2 раза по сравнению с образцами из чистого цементного камня. Было установлено, что добавки тонкомолотого шамота и кварца дают близкие результаты по характеру связывания при нагреве свободной окиси кальция в цементном камне.

При реакции в твердой фазе между кремнеземом и глино­ земом добавки и свободной известью нортланд-цемептного камня образуются силикаты и алюминаты кальция, устойчивые при высоких температурах. Связывание свободной окиси кальция цементного камня делает невозможным ее гашение влагой воз­ духа после охлаждения бетона.

К. Д. Некрасовым рекомендуется для придания цементному камню и бетону необходимых жароупорных свойств вводить микронаполнители в количестве 30% по весу от портланд-цемента. В качестве таких добавок установлена возможность применения шамота, хромита, кварцевого песка, гранулированного домен­ ного шлака, цемянки, золы уноса, пемзы, лёсса и др. В результате реакции в твердой фазе при достаточном количестве кремнезема конечным продуктом является однокальциевый силикат СаО • SiO2. Когда вся свободная окись кальция цементного камня свя­ зана, то реакция между СаО и SiO2 протекает за счет содер­ жания СаО в 2СаО • SiO2 цементного камня. При этом в одно­ кальциевый силикат может переходить весь двухкальциевый силикат цементного камня. По-видимому, этот процесс перехода двухкальциевого силиката в однокальциевый силикат имеет существенное значение, так как он сопровождается спеканием цементного камня и микронаполнителя в одно целое. Таким обра­ зом, в момент максимальной потери гидравлической прочности бетон вследствие процесса спекания начинает приобретать кера­ мическую прочность.

Если весь кремнезем добавки вступает в соединение с окисью кальция портланд-цемента, то теоретически на 1 вес. ч. портланд­ цемента потребуется 0,5 вес. ч. тонкомолотого кварца или 1 вес. ч. тонкомолотого шамота. Однако на практике для этого требуется значительно большее количество микронаполнителя.

16