Файл: Денисов А.С. Теплоизоляционные жаростойкие торкрет-массы на основе вермикулита.pdf

жет быть использован только в торкрет-массах, рабо­ тающих при температурах до 1000—1050°С.

Объемная насыпная масса керамзитового гравия в куске составляет от 500 до 1200 кг/м3, а у полученного песка колеблется от 400 до 1000 кг/м3.

Для дробления керамзитового гравия могут быть ис­ пользованы молотковые, отбойно-центробежные или вал­ ковые дробилки. При этом, как показали работы ВНИИНеруд [17], при дроблении в дробилках упомя­ нутых типов в среднем образуется около 7,5% пылевид­ ных частиц размером менее 0,15 мм [в случае достаточ­ но хорошо отработанной технологии дробления содер­ жание пылевидной фракции в продукте дробления мо­ жет быть снижено до 5% (по массе)].

Использование в качестве заполнителя теплоизоля­ ционной массы песка из керамзитового гравия в соче­ тании со вспученным вермикулитом позволяет получать массы, обладающие после нанесения достаточно высо­ кой механической прочностью при сравнительно низкой объемной массе. Однако низкая огнеупорность керамзи­ тового песка ограничивает рабочую температуру нане­ сенного защитного слоя. В тех случаях • когда рабочая температура защитного слоя превышает 900—1000°С, приходится заменять песок из керамзитового гравия на более тяжелый, но и более огнеупорный песок из шамо­ та или шамотного легковеса.

Шамотный песок может -быть получен дроблением боя шамотных изделий, основным сырьем для которых является огнеупорная глина или каолин. Огнеупорность шамотного песка, изготовленного из шамотных изделий класса А, составляет 1730°С, а изготовленного из ша­ мотных изделий класса Б — 1670°С. Температура нача­ ла деформации под нагрузкой 2 кгс/см2 составляет для изделий классов А и Б соответственно 1450 и 1400°С, т. е. значительно превышает огнеупорность и температу­ ру начала деформации основного легковесного заполни­ теля торкрет-масс — вспученного вермикулита.

Предел прочности при сжатии исходных шамотных изделий составляет от 300 до 500 кгс/см2 для тяжелых шамотных изделий и 20—30 кгс/см2 для шамотного лег­ ковеса марок БЛ-0,8 и БЛ-1,0. Объемная насыпная мас­ са песка из тяжелого шамота составляет около 1400 кг/м3, а песка из шамотного легковеса в зависимо­ сти от фракционного состава и типа примененного дро­

бильного оборудования колеблется от 0,5 до 0,9 т/м3 (чаще всего.около 0,8 т/м5). Объемная кусковая масса тяжелых шамотных изделий составляет около 2100 кг/м3, а объемная кусковая масса легковесного шамота марок БЛ-0,8 и БЛ-1,0 соответственно равна 800 и 1000 кг/м3.

В связи с тем что размеры кусков исходного про­ дукта для получения шамотного песка весьма значи­ тельны, дробление ведут по двухступенчатой с&еме. Для первичного дробления используют отбойно-центробеж­ ные или щековые, а для вторичного — молотковые дро­ билки. При дроблении шамотных изделии образуется большое количество пылевидной фракции (размер час­ тиц менее 0,15 мм): при дроблении тяжелых шамотных изделий —до 40 %, при дроблении шамотного легковеса — до 25% [17]. Так как при увеличении количества пыле­ видной фракции повышается объемная масса наносимо­ го пневмоспособом защитного слоя (при одновременном снижении прочностных характеристик слоя), содержа­ ние фракции менее 0,15 мм в продукте дробления ша­ мота или шамотного легковеса (так же, как и в про­ дукте дробления керамзитового гравия) ограничивается 10% по весу.

Использование в составе торкрет-массы керамзито­ вого или шамотного песка не позволяет снизить объем­ ную массу защитного слоя ниже 1200 кг/м3, поэтому в качестве основного легковесного заполнителя использу­ ют вспученный вермикулит.

Вспученный вермикулит. В природных условиях вер­ микулит образуется из магниево-железистых слюд (фло­ гопита и биотита) при замещении щелочей ионами маг­ ния и внедрении в структуру минерала воды [18]. Хи­ мический состав вермикулита может быть условно запи­ сан следующим образом:

22MgO • 5АІ20 з• Fe20 3 -22Si02 • 40H2O.

Зерна вермикулита сложены из пакетов слюдяных частиц, между которыми располагаются гидратные слои. При быстром нагревании вермикулита до температуры, превышающей 150°С (обычно 800—900°С), вода гидратных слоев переходит в парообразное состояние, что со­ провождается образованием значительного внутреннего давления паров воды и расширением зерен вермикулита в направлении, перпендикулярном плоскостям спайно­ сти. Степень вспучивания вермикулита зависит от ко­

личества гидратной воды и скорости нагрева частиц при их вспучивании и обычно составляет от 20 до 30. Так как прогрев зерен вермикулита неравномерен и нерав­ номерно распределение воды по толщине зерна, они вспучиваются также неравномерно. Особенности струк­ турного строения зерен вермикулита, нарушение контак­ тов между отдельными их пластинками в процессе вспу­ чивания обусловливают легкое разрушение зерен вер­ микулита уже при незначительном механическом воз­ действии, что часто, затрудняет использование вспучен­ ного вермикулита в составах масс, наносимых пневмо­ способом. Основную трудность при этом представляют образование большого количества пылевидной фракции и резкое увеличение удельной открытой поверхности за­ полнителя (табл. 2),

Резкое увеличение открытой удельной поверхности заполнителя приводит к тому, что обычно используемо­ го в составах торкрет-масс порошкообразного вяжущего не хватает для соединения зерен заполнителя. При уве­ личении расхода цемента прочность нанесенного слоя увеличивается, однако одновременно возрастает объем­ ная масса и ухудшаются теплоизоляционные свойства нанесенного слоя. ,

Одним из эффективных способов повышения физико­ механических характеристик слоя, нанесенного пневмо-

способом, является предварительная пропитка зерен вер­ микулита клеящим материалом с последующей сушкой или даже частичным оплавлением [19].

В качестве клеящего материала могут быть исполь­ зованы глиняный шликер, раствор карбоксилметилцеллюлозы (КМЦ), битуминозное связующее петролатум, растворимое стекло и другие вещества. При выборе клеящего материала учитывают его стоимость и дефи­ цитность, его влияние на процессы твердения основного

временно увеличивается толщина пленки клеящего ма­ териала на поверхности зерен, а также уменьшается глубина проникания клеящего материала внутрь зе­ рен вермикулита. В результате уменьшается количество дополнительных связей внутри зерен обработанного вер­ микулита, т. е. одновременно с увеличением объемной массы обработанного вермикулита его деформативные и прочностные характеристики улучшаются в меньшей степени, нежели в случае использования более подвиж­ ных составов клеящего материала (табл. 3).

Качество обработанного вспученного вермикулита мо­ жет быть повышено также кратковременной его обра­ боткой на вибросите. При этом .одновременно с отсевом крупных комков переувлажненного клеящим материа­

ворами одного клеящего материала, имеющими различ­ ную концентрацию (табл. 4).

Т а б л и ц а 4

Следует подчеркнуть, что предварительное упрочне­ ние зерен вермикулита глиняным шликером за счет вве­ дения в них огнеупорной глины несколько повышает ог­ неупорность самого вермикулита и защитного слоя на его основе.

Существенное повышение физико-механических ха­ рактеристик защитного слоя благодаря предварительно­ му упрочнению зерен вермикулита характерно для слу­ чая использования в составе торкрет-массы порошкооб­ разного вяжущего. При замене порошкообразного вяжу­ щего жидким связующим (растворимым стеклом, фос­ фатными связующими и т. п.), а также при увлажнении массы не водой, а, например, глиняным шликером пред­ варительное упрочнение вермикулита не оказывает су­ щественного влияния на конечные физико-механические и эксплуатационные характеристики защитного слоя.

Однако и в этом случае предварительная обработка вермикулита может быть рекомендована из следующих соображений. Вспученный вермикулит обладает огром­ ной внутренней условно открытой поверхностью и в си­ лу этого легко адсорбирует из воздуха влагу, вследст-