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

Эта вата изготовляется при помощи горячего или кислород­ ного дутья при температуре расплава не ниже 1500°.

Минеральная вата может быть использована в качестве запол­ нителя для теплоизоляционных бетонов. Исследования, про­ веденные К. Э. Горяйновым, показали, что в условиях твер­ деющего цементного теста нити минеральной ваты при смачива­ нии водой не разрушаются. Они лишь незначительно (на 0,22— 0,60 мк) гидролизуются и в результате образования на поверх­ ности нити гидроалюминатов и гидросиликатов кальция прочно ■сцепляются (срастаются) с затвердевшим цементом. Опытами установлено, что сила сцепления нитей минеральной ваты с за­ твердевшим цементом составляет через месяц твердения не менее

16-23 кГ/см2.

Для получения волокнистых бетонов и растворов из мине­ ральной ваты и цемента с наиболее высоким пределом прочности при растяжении необходимо возможно более равномерное распре­ деление волокнистого вещества в толще затвердевшего цемента. При нанесении бетонов механизированным способом (торкретиро­ ванием) минеральную вату гранулируют до зерен размером 1 — 2 мм при помощи специальных грануляционных установок.

Шлаковая, пемза или термозит — это пористый заполнитель ячеистой структуры, получающийся путем быстрого охлаждения расплава доменных шлаков. При этом вследствие резкого увели­ чения вязкости расплава большая часть газовых, паровых или воздушных пузырьков не успевает удалиться и создает высокую пористость в отвердевшем материале. Шлаковая пемза получается в виде глыб различной величины, подвергающими дроблению в щебень и рассеву па требуемые фракции. Шлаковую пемзу из­ готовляют на открытых литейных площадках, песчаных полиго­ нах или в цехах при помощи специальных машин. Из машин, применяющихся в различных странах, известны агрегаты, обра­ зующие поры в шлаковом расплаве струйным способом путем

Ю,190 ккал/м час °C. Шлаковая пемза может изготовляться в виде ■фракций с гранулами 0—13 мм.

Объемный вес бетонов, изготовленных с наполнителем из шлаковой пемзы, 800—1840 кг/м3, прочность при сжатии 52— 118 кГ/см2, коэффициент теплопроводности 0,22—0,42 ккал/м час °C.

2. Основные физико-механические свойства теплоизоляционных бетонов

Прочность на сжатие, растяжение и изгиб. Механические свойства бетона определяются его сопротивлением сжатию, рас­ тяжению и изгибу. Прочность бетона на сжатие характеризуется его маркой. Она определяется пределом прочности при сжатии

•образцов-кубов с длиной ребра 20 см, изготовленных из рабочей

29

смеси. Прочность на сжатие бетонов или растворов, наносимых торкретированием, обычно определяют на образцах-кубах с дли­ ной ребра 7 см. Для изучения механической прочности различ­

ность бетона при сжатии зависит от прочности отдельных его составляющих — цементного камня и заполнителей, от прочно­ сти сцепления их между собой, а также от плотности бетона в це­ лом. Бетон при сжатии разрушается вследствие разрыва по це­ ментному камню, из-за нарушения сцепления между цементным камнем и заполнителем и вследствие разрыва самих зерен запол­ нителя. Наличие пор и неплотностей не только уменьшает рабо­ чую площадь сечения, воспринимающего усилия под действием! нагрузок, но и создает в отвердевшем бетоне местные перенапря­ жения на границах между твердым веществом и порами. Эти перенапряжения в значительной степени снижают сопротивляе­ мость материала механическому воздействию внешних сил. Проч­ ность сцепления частиц бетона зависит от формы зерен и харак­ тера поверхности заполнителей и главным образом от клеящей способности цементного теста, а после его отвердевания—от проч­ ности цементного камня. Прочность теплоизоляционного (легкого) бетона будет ниже прочности обычного бетона, поскольку разру­ шение теплоизоляционного бетона может произойти частично по цементному камню и частично по заполнителю. Зависимость прочности легких бетонов от основных факторов по М. 3. Симо­ нову имеет следующий вид:

цц — показатель отношения площади разрыва по цементному камню ко всей площади разрыва;

7?3 — прочность заполнителя.

Пористые легкие заполнители оказывают существенное влия­ ние на физико-химические свойства затвердевшего цементного камня и бетона. В процессе твердения зерна пористых наполни­ телей являются микронасосами, отсасывающими воду из цемент­ ного теста в момент его затворения и отдающими воду обратно цементному камню по мере его образования. В результате отса­ сывания воды (самовакуумирования) цементное тесто в местах контакта с заполнителем уплотняется. В бетонах с пористыми за­ полнителями этот процесс протекает с момента затворения смеси в течение всего периода формирования бетона. Цементное тестО' уплотняется равномерно по всему сечению бетона. Оно улучшаег-

30

качество контактного слоя между цементным камнем и заполни­ телем, чем и объясняются относительная высокая прочность, во­ донепроницаемость и морозостойкость легких бетонов. При самовакуумировании легкого бетона наблюдается аккумуляция воды в порах и капиллярах заполнителей. В связи с этим легкие бетоны до известного предела менее чувствительны к Несвоевре­ менной поливке бетона в раннем возрасте, поскольку потеря влаги при высыхании компенсируется поступлением ее из пор и капилляров заполнителя. Этим объясняются торможения усадки в легком бетоне и уменьшение возможности образования в нем усадочных трещин.

Прочность бетона при растяжении зависит от его трещиноустойчивости и является показателем для оценки качества бетона в тех конструкциях, в которых возникновение трещин недопу­ стимо по условиям эксплуатации. Прочность бетона при растя­ жении зависит от прочности цементного камня, его сцепления с заполнителем, от структуры и плотности бетона, а также от ре­ жима твердения бетона. С уменьшением крупности заполнителя и увеличением удельной поверхности контактов между заполни­ телем и цементным камнем сопротивление бетона растяжению увеличивается. По абсолютному значению предел прочности бетона при растяжении значительно ниже предела прочности при сжатии. Для обычного цементного бетона марки 100-300 отношение /?сж/7?раст может быть принято 8—12.

Предел прочности бетона при изгибе выше предела прочности при растяжении. Величина 7?ИЗг/Лраст колеблется в пределах 1,6—3,0. Она принимается в зависимости от размера испытуе­ мых образцов и характера их загружения.

Упругие и пластические свойства. Бетон является упруго­ пластичным материалом. Упругость его, изменяющаяся по ли­ нейному закону Гука, может быть обнаружена только при мгно­ венном измерении деформации непосредственно после приложения нагрузки. При некоторой длительности действия этой нагрузки в бетоне возникают пластические деформации (ползучесть бетона).

характеризуется модулем упругости, который является напряже­ нием (кГ/см2), возникающим в теле при нагрузке, увеличивающей или уменьшающей размеры бруса из испытуемого материала в 2 раза (А I = Z). Модуль упругости (Е) вычисляется по формуле-

31-

При определении модуля упругости вычисляется также коэф­ фициент Пуассона ц из отношения относительного поперечного сжатия к относительному удлинению. Относительное поперечное сжатие ех всегда составляет лишь некоторую часть относительного удлинения е;

ei = ре.

Предельно возможные деформации бетона обычного состава весьма малы, причем размер их зависит от вида деформации. Так, предельная сжимаемость обычного бетона 1,5—3 мм/м в за­ висимости от пластических свойств данного бетона, после этого бетон разрушается. Однако сжимаемость бетона в сжатой зоне изгибаемых элементов в момент разрушения может быть в 2—3 раза выше измеренной при испытании образцов. При медленном приложении нагрузки сжимаемость бетона несколько выше, чем при быстром и кратковременном приложении той же нагрузки. Предельная растяжимость бетона, после которой появляются

растяжимости и деформируемыми вместе с бетоном, предельная растяжимость его повышается.

Сцепление с металлом. Принято считать, что сцепление бето­ нов и растворов с металлом определяется следующими основ­ ными факторами: прилипанием гелеобразных масс, образующихся при твердении цемента, обхватыванием металла этими массами при усадке цемента, сопротивлением трения между металлом и затвердевшим раствором или бетоном, сопротивлением срезу затвердевших частичек раствора или бетона, проникших в неров­ ности и углубления шероховатой металлической поверхности. Многочисленными опытами установлено, что величина сцепления бетонов с металлом находится в прямой зависимости от прочности бетона.

Д. М. Черненко, базируясь на основах металловедения, выд­ винул гипотезу о том, что сталь, сопряженная с бетоном, благо­ даря физическим, физико-химическим, химическим и в том числе диффузионным процессам должна образовывать контактный слой интерметаллического строения с определенной кристалли­ ческой решеткой. Через это интерметаллическое соединение и осуществляется сцепление бетона с металлом. Д. М. Черненко считает, что причинами, определяющими общее сцепление ме­ талла с бетоном, являются:

прочность интерметаллического слоя, т. е. силы молекуляр­ ного взаимодействия поверхностей металла и бетона, которому предшествуют физические, физико-химические, химические и диффузионные процессы, происходящие между сопряженными материалами;

32