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

механическое зацепление металла с бетоном через контактный слой вследствие неровности поверхности металла и усадки бетона;

величина характеризует сцепление арматуры (стержней, армирующей сетки и др.) с бетоном. Для определения проч­ ности сцепления цемент­ ных растворов с метал­ лом при различных ре­

ской обработки из образцов извлекают металлическую вставку при помощи рычажного аппарата, обычно применяемого для испыта­ ния образцов цемента на разрыв, с соотношением плеч 1 : 50. Верхняя серьга прибора заменена зажимом (рис. 2). Усилие, не­ обходимое для извлечения вставки, отнесенное к поверхности сцеп­ ления, характеризует прочность сцепления раствора с металлом:

трубы с бетонной футеровкой может быть определена на образцах, представляющих собой металлические кольца с заформованными внутри бетонными кольцами. После отвердения бетона бетонное кольцо (рис. 3) при помощи гидравлического пресса выдергивают.

Величина усилия при выдергивании, отнесенная к площади соприкосновения бетонного и металлического колец, характери­ зует величину сцепления металла и бетона:

где 2?сц — прочность сцепления бетона с кольцом в кГ!см2:

При этом увеличение объема затвердевшего раствора вследствие теплового расширения его компенсируется уменьшением объема этого раствора, вызванным испарением воды. Структура це­ ментного камня при этом не нарушается. При дальнейшем повы­ шении температуры объем отвердевшего цементного раствора уменьшается, что связано с нарушением структуры цементного камня. Усадка цементного камня объясняется уплотнением его при высыхании коллоидальных веществ, образовавшихся в про­ цессе твердения цемента. Особенно большое значение приобре­ тают характер и величина относительных деформаций бетонных футеровок при их армировании металлической сеткой и наличие шпилек, стержней или кольцевых перегородок. Коэффициент линейного расширения стали Ст.З с повышением температуры

вследствие различного направления деформаций раствора и ме­ талла возникают значительные внутренние напряжения, в связи с чем возможны нарушение монолитности футеровки и появление трещин. Поэтому при разработке составов цементов для покрытий и футеровок стремятся уменьшить разницу между температур­ ными деформациями цементного раствора и металла, т. е. до­ биться их хорошей совместной работы при нагреве и охлажде­ нии. Температурные деформации цементных растворов опреде­ ляются на дилатометре. В наших исследованиях применялся простейший дилатометр с индикаторной головкой, схема которого приведена на рис. 4. Для испытаний изготовлялись образцы цилиндрической формы диаметром 11 мм и длиной 35 мм. ■

Для определения характеристики совместной работы цемент­ ного раствора и металла при нагреве автором разработана следую­ щая методика.

Из раствора жесткой или пластичной консистенции изгото­ вляют образцы цилиндрической формы диаметром 35 мм и высотой 20 мм с заформованной в них металлической вставкой диа-

34

метром 15 мм. После твердения образцов в соответствии с приня­ тым режимом и сушки до постоянного веса при 110° образцы под­ вергают нагреву в лабораторной муфельной печи. Характеристику

4 5

совместной работы цементного раствора и металла оценивают путем осмотра поверхности образца. Отсутствие на образцах после нагрева продольной трещины указывает на хорошую сов-

Рис. 5. Образцы после нагрева при пло­ хой (а) и хорошей (б) совместной работе цементного раствора и металла.

местную работу раствора и металла (рис. 5). Опыты показали, что при введении в цементные растворы тонкомолотых добавок (диабазовой муки, молотого кварцевого песка) величина усадки при первом нагревании снижается, улучшается совместная ра­

бота цементного раствора с металлом. Эти добавки, введенные в состав растворов на основе глиноземистого цемента или пуццоланового портланд-цемента, способствуют расширению це­ ментных растворов при первом нагревании.

Термическая, стойкость. Термическая стойкость характери­ зует сопротивление огнеупорных материалов или жаростойких бетонов растрескиванию от возникающих температурных напря­ жений. В футеровках эти напряжения могут возникнуть вследствие следующих причин:

1) быстрого изменения температуры в аппарате, вызывающего неравномерность нагрева различных участков футеровки;

2)одностороннего нагрева и охлаждения футеровки;

3)различия коэффициентов расширения отдельных частей футеровки.

Термическая стойкость может быть охарактеризована коэф­

фициентом термостойкости, который определяется по формуле

К= ^ ,

аЕ

где К — коэффициент термостойкости;

.йр — временное сопротивление разрыву; а — коэффициент термического расширения; Е — модуль упругости;

л= 1/32;

Гус

X — коэффициент теплопроводности;

у— объемный вес;

с— теплоемкость.

Из этой формулы видно, что термическая стойкость увеличи­ вается с повышением сопротивления материала Напряжения раз­ рыву и уменьшается с увеличением коэффициента термического расширения, модуля упругости и градиента падения температуры.

Термическая стойкость жаростойких бетонов может быть также определена при нагревании испытуемого образца до опре­ деленной температуры и последующего охлаждения в проточной воде или па воздухе. Термическая стойкость при этом характери­ зуется числом теплосмен, которые образец выдерживает до по­ явления трещин, и по изменению прочности по отношению к непрогретым образцам.

При наших исследованиях термическую стойкость определяли на образцах-кубах с длиной ребра 3 см, которые нагревали в му­ фельной печи до заданной температуры с выдержкой в течение 1 часа. Затем образцы вынимали из печи и охлаждали на воздухе или в холодной воде до комнатной температуры. Охлажденные

36

образцы вновь помещали в нагретую печь и вновь нагревали, а затем повторяли весь цикл испытаний 10—20 раз. После каждой теплосмены образцы осматривали, чтобы установить появление трещин. Закончив испытания, определяли механическую проч­ ность образцов.

Теплоизоляционные свойства. Основным показателем качества теплоизоляционных материалов является коэффициент тепло­ проводности Я, который определяется количеством тепла, про­ ходящим при установившемся тепловом потоке через 1 м2 поверх­ ности материала толщиной 1 м в тече­ ние 1 часа при разности температур

материалов кристаллического строения отличается от теплопро­ водности аморфных материалов.

Из табл. 8 следует, что коэффициент теплопроводности SiO2, А120з, MgO2 — соединений, входящих в состав материала запол­ нителя и цементного камня, в кристаллическом состоянии во много раз превосходит величину X для тех же соединений, но в аморфном состоянии.

Повышение температуры различно влияет на величину коэф­ фициента теплопроводности кристаллических и аморфных соеди­ нений. С повышением температуры коэффициент теплопровод­ ности аморфных тел увеличивается, а кристаллических умень-

37

шается. В общем виде зависимость коэффициента теплопровод­ ности от температуры определяется уравнением

X; — Хо (1 Р О’

где — коэффициент теплопроводности материала при средней температуре t;

Хо— коэффициент теплопроводности при 0°;

38