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

Глава III

ЖАРОСТОЙКИЕ БЕТОНЫ НА ПОРТЛАНД-ЦЕМЕНТЕ И ПУЦЦОЛАНОВОМ ПОРТЛАНД-ЦЕМЕНТЕ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ

ДЛЯ ТЕПЛОВОЙ защиты нефтехимической

АППАРАТУРЫ

Для тепловой защиты корпуса аппаратов, эксплуатирующихся при температурах до 700° и давлении до 50 ати, в ГипроНефтемаше были разработаны и изучены составы бетонов на портланд­ цементе и пуццолановом портланд-цементе.

При разработке составов жаростойких бетонов и технологии их изготовления были использованы следующие выводы из про­ веденных исследований.

1.Обычные бетоны на портланд-цементе при воздействии тем­ пературы сильно снижают механическую прочность вследствие обезвоживания кристаллогидратов цементного камня при их дегидратации, вторичного гашения свободной извести цементного камня, образующейся при дегидратации, разнозначности дефор­ маций цементного камня и заполнителя, модификационного пре­ вращения кристаллического кварца.

2.Применение пуццолановых портланд-цементов, содержащих

активные кремнеземистые добавки, позволяет получить бетоны «с более высокой температурной стойкостью. Пуццоланические добавки уже при обычном твердении связывают гидрат окиси кальция в гидросиликаты кальция, обезвоживание которых при нагревании в меньшей степени влияет на снижение прочности бетона и уменьшает опасность вторичной гидратации. Процесс связывания гидрата окиси кальция кремнеземом добавки интен­

новообразований цементного камня, а также усадки самой пуццоланической добавки. Введение в состав бетонов на пуццолановом портланд-цементе тонкомолотых (микронаполнительных) добавок способствует расширению бетонов при первом нагревании, повы­ шению его жаростойкости и улучшению совместной работы с арматурой.

45

4.Твердение бетонов в условиях гидротермальной обработки создает бетон с высокими термомеханическими свойствами, свя­ зывает Са (ОН)г цементного камня с активным кремнеземом пуццоланической добавки и увеличивает сцепление бетона с металли­ ческими поверхностями и арматурой.

5.Из микронаполнительных добавок оптимальные свойства для жаростойких бетонов имеет тонкомолотый порошок из пла­ вленого диабазового или базальтового литья, который может при­ меняться для футеровок до 1000°. Тонкомолотая добавка вводится

вравном количестве с цементом (1:1).

6.Оптимальный состав портланд-цемента или пуццоланового портланд-цемента для жаростойких футеровок, подвергающихся гидротермальному твердению, должен характеризоваться повышен­ ным содержанием силикатов кальция и четырехкальциевого алюмоферрита за счет уменьшения количества трехкальциевого алю­ мината.

7.В качестве заполнителей для жаростойких бетонов могут применяться материалы, сохраняющие стабильность объема при

нагреве до рабочей температуры и термическую устойчивость. 8. При твердении футеровок рекомендуется подвергать их гидротермальной обработке. Исходя из практических условий, гидротермальную обработку следует проводить при температуре

160° и давлении 5,4 ати.

1. Футеровки гидротермального твердения

Термомеханические свойства бетонов с различными заполни­ телями изучались при температурах нагрева до 600°. Составы бетонов подбирались для их нанесения методом торкретирования. Для испытаний применялись пуццолановые портланд-цементы марки 300 заводов «Комсомолец» и «Красный Октябрь» с тонко­ молотой добавкой диабазовой муки Московского камнелитейного завода. В качестве заполнителей применялись пески, изготовлен­ ные помолом кирпичей класса Б, шамотных легковесов и диато­ мита. Средняя крупность зерен 0,15 < а <1,2 мм. Свойства материалов, применявшихся для изготовления заполнителей, даны в табл. 10.

Различные составы бетонов предварительно оценивались на основе характеристики совместной работы и сцепления с металлом, предела прочности при сжатии, а также коэффициента тепло­ проводности бетона при нагреве до 600°. Для оптимальных соста­ вов бетонов в дальнейшем определялись прочность при растя­ жении, термическая стойкость после 20 воздушных и водных теплосмен, термические линейные деформации при первом и втором Нагревах и охлаждениях, а также объемный вес и кажу­ щаяся пористость. Образцы изготовлялись из цемента, тонкомо­ лотой добавки и заполнителей (шамота, легковеса марки БЛ-1,3, пенолегковеса марки БЛ-0,8). Эти материалы были взяты в соот­ ношении (по весу) 1:1:3. Кроме того, был испытан состав из.

46

Таблица Id

Характеристика материалов, применяемых в качестве заполнителей для жаростойких бетонов

цемента, тонкомолотой добавки, песка из легковеса марки БЛ-1,3- и диатомита, взятых в соотношении 1:1: 2,5 : 0,5. Образцы изготовлялись трамбованием на копре, применяемом в цементной промышленности, с 18% воды (от веса сухой смеси). В этом слу­ чае свойства образцов бетона приближаются к свойствам бетона, изготовленного торкретированием. При отвердевании образцы в течение суток выдерживались над водой, после чего 24 часа за­ паривались в автоклаве при температуре 160° и давлении 5,4 ати. Затем образцы, предназначенные для определения механической прочности при комнатной температуре (20°), испытывались не­ медленно. Остальные образцы высушивались при 110° до постоян­ ного веса, после чего обжигались при температурах 200°, 400° и 600°. Результаты испытаний показали, что наибольшую меха­ ническую прочность при нормальной температуре имеют образцы из бетона с заполнителем из дробленого шамота класса Б: проч­ ность при сжатии 180—200 кГ/см?, при растяжении 33—.34 кПсм2. Прочность образцов, изготовленных с другими заполнителями, приведена в табл. 11.

Таблица 11

Прочность образцов, изготовленных нз бетона на пуццолановом портланд-цементе, с различными

заполнителями

Прочность (в %) бетона с заполнителем,

47

После обжига при 200° прочность при сжатии и растяжении

•бетонов повышается по сравнению с непрогретыми образцами в результате уплотнения структуры цементного камня. С повы­ шением температуры обжига до 600° прочность бетонов на сжатие составляет 97—105%, а прочность на растяжение остается на 40% выше непрогретых образцов. Снижение прочности при растяжении (до 30%) наблюдается лишь для бетона, в состав которого входит диатомит. Бетоны характеризуются высокой термостойкостью: после 20 воздушных и водных теплосмен (при 600°) прочность их изменяется незначительно, за исключением состава с заполните­ лем из пенолегковеса БЛ-0,8, снизившего прочность при водных теплосменах на 30%.

Прочность сцепления бетонов с металлом при 20° составляет

30—40 кГ/см2, а после обжига до 600° — 20—35 кГ/см2. Все изученные бетоны при первом нагревании расширяются на 0,3— 0,4%. Величина усадки после первого нагрева 0,2—0,3%. Коэф­ фициенты линейного расширения в интервале температур 200— 600° составляют 10,7—15,6 • 10-6. Объемный вес в кг/м3 при 20° для бетона с заполнителем:

Коэффициенты теплопроводности бетонов при 400 и 600° приведены в табл. 12.

Таблица 12

Коэффициенты теплопроводности бетонов на пуццолановом портланд-цементе с добавкой диабазовой муки (1:1)

с различными заполнителями

заполнителей. Снижение коэффициента теплопроводности бетонов

■48