Способ изготовления асбестоцементных труб

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 12 19 15/16 В 28 В 1/42 ЕННЬЙ КОМИТЕТ СССРЗОБРЕГЕНИЙ И ОТКРЫТИИъе ВСГСрр ри 1ЯЯД Ц;1 у.1 лГОСУД АРС ПО ДЕЛА ПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ С ЗОБР ЕЛЬСТВ м ич каме т роизоТехнологиелий. М., , с, 158-16 У 2411350,79.У 3553077,(2 1) 3511537/29-33(71) Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного 3 химико"технологический инстит им. Л.И. Менделеева и Научно водственное объединение "Асбе цемент"(54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АСБЕСТОЦЕМЕНТНЬИ ТРУБ, включающий приготовление и Фильтрование асбестоцвментной суспензии, вакуумированиеасбестоцементного слоя на сукнетрубоформовочной машины, Формова"ние трубы навиванием и уплотнениемслоев на Форматной скалке, обработку .слоев добавкой-ускорителем твердения и последующую термообработкутрубы, о т л и ч а ю щ.и й сятем, что, с целью повышения прочности и ударной вязкости, обработкуасбестоцементного слоя осуществляютдобавкой-ускорителемтвердения вколичестве 0,2-10,0 Е от массы цемента, добавку наносят на асбестоцементный слой,. образующий наружнуютреть толщины стенки трубы, или .часть добавки наносят на асбестоце. ментный слой, образующий внутреннюютреть толщины стенки трубы, а остальное.количество:распределяютна оставшуюся часть толщины стенкитрубы, причем добавку наносят наслой в виде раствора, расход которого Я вычисляют по ФормулеС.О.Х 88 Ч,Й = К (кг/с),С (1+МО-Сгде С - концентрация раствора доРбанки, мас.Х; . 3- задаваемое содержание добавки, Е от массы цемента;- объемная масса асбестоце- Смментного слоя, кг/мф;- толщина слоя, м,В - ширина сукна, м;Ч - скорость сукна, м/с;П . - влагосодержание слоя до нанесения на него добавки, Ьфкг/кг, . . . Ю0 - влагосодержание свежеот- паваФормованной заготовки Ц)трубы, кг/кг; .ив- соотношение между количеством асбеста и цемента всырьевой смеси, отн.ед,К - коэФФицнент, зависящий отвеличины разрежения ввакуум-коробке и равный0,6-1,2. 1755 16 3,05 0 12 7,26 26,9 37, 1 38,2 1740 3,00 О, 10 1740 2,77 28,4 35,6 37, 1 9,21 0,16 18 Таблица 4 Со определенная экспер. 0,33 0,16 2,07 0,84 0,53 0,52 0,32. 0,31 С расчитанная по формуле 0,3 0,3 0,15 20,8 0,50,5,О,3 Пример13 14 1516 20 21 22 23,ВНИИПИ Государственного. комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ 9294/18 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 С%отмйссы цемента Теоретический расход раствора,г концентрации добав. -ки в а/ц.слое, Е отмассы цемента значениевеличинырасходарастворадобавки,г0 15 20 25 30 Изобретение относится к строитель"ным материалам,а именно к производству асбестоцементных труб,1Известен способ изготовления асбестоцементных труб, применяемый 5в промьпппенности, включающий приготовление асбестоцементной суспензии, еефильтрование, обезвоживание асбестоцементного слоя вакуумированием на сукне трубоформовочноймашины и формование заготовки трубынавиванием и уплотнением слоев наформатной скалке 111 .Максимальные деформации и напряжекия при транспортировке и укладкевозникают в наружных слоях стенкитрубы.Однако наружные слои стенки тру"бы при указанном способе производства имеют более низкуюпрочность,чем внутренние слои.Причина этого заключается вменьшей кратности уплотняющего воздействия на наружные слои при формовании заготовки трубы. Указанное обстоятельство приводит к увеличению толщины стенки трубы и повышенному расходу сырьевых материалов.Известен также способ изготовления абсестоцементных труб, включающий приготовление асбестоцементной суспензии ее фильтрование,обезвоживание асбестоцементного .слоя вакуумированием на сукне 35трубоформовочной машины, формование заготовки трубы навиванием иуплотнением слоев на форматнойскалке, обмотку каждого (за исключением наружного) слоя нитью илилентой на основе полиамидного волокна, подкол, коландрирование исъем трубы и ее тепловлажностнуюобработку.Однако осуществление способасвязано с усложнением технологии изначительным ростом затрат дляреализации процессов обмотки трубыдорогостоящими синтетическимиматериалами. Указанный способ приводит к снижению производительностиформовочного оборудования вследствиетого, что полиамидная нить или лента должна наматываться на асбестоцементные слои, имеющие определенную критическую прочность(иначе слой будет разрушаться).Получаемые таким способом трубы не будут иметь высоких физикомеханических показателей, поскольку асбестоцементные слои, слагающиетрубу, будут. разделены (слабосвязаны между собой) синтетическимматериалом. Из-за разности деформагивных свойств полиамидного волокна и асбеста снятые со скалки трубыбудут подвергаться деформациям,что может вызвать их эллипсность,Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является способизготовления асбестоцементных труб,включающий приготовление асбестоцементной суспензии, ее фильтрование,обезвоживание асбестоцементного слоявакуумированием на. сукне трубоф рмовочной машины, формование заготовкитрубы, навиванием и уплотнениемслоев на форматной скалке и обработку каждого слоя водными растворамиодного из аминов-моноэтаноламина,диэтаноламина или триэтаноламина, вколичестве 0,01-2,07. от массы сухихкомпонентов, съем трубы и ее последующую обработку Г 33Однако раствор добавки вводитсяна асбестоцементный слой в процессеего уплотнения. Возникающее приэтом увеличение влажности уплотняемого слоя приводит к усилению деструктивных гидродинамических процессов в нем, а следовательно, и кнарушению структуры слоя. Следствием указанного является последующее,снижение физико-механических свойствтрубы,Плотность и прочность слоев, слагающих стенку трубы, возрастаетот внешних к внутренним. В то жевремя на трубу.при ее эксплуатациидействуют изгибающие нагрузки, вызывающие распределение напряжений встенке трубы, обратное по отношениюк распределению прочностных показателей слоев. Применение известногоспособа, увеличивая прочностные показатели, не устраняет неравномерность распределения их по толщи,естенки трубы, а следовательно,приводит к повышенному расходу добавки (необходимость в обработкедобавхой внутренних слоев трубы,какимеющих достаточную прочность, может отсутствовать).Таким образом, отмеченные недостатки известного способа не поз10 15 20 25 30 40 45 50 55 Эволяют в необходимой степени повышать Физико-механические показатели качества труб, что в свою .очередь, затрудняет решение вопросаснижения сортамента применяемогоасбеста, весьма актуального всвязи с "дефицитом асбеста 3 и 4сортов.Цель изобретения - повьппениепрочности и ударной вязкости.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу изготовления асбестоцементных труб, включающему приготовление и фильтрование асбестоцементной суспензии,вакуумирование асбестоцементногослоя на сукне трубоформовочноймашины, формование трубы навиваниеми уплотнением слоев на форматнойскалке, обработку слоев добавкой"ускорителем твердения и последующуютермообработку трубы, обработкуасбестоцементного слоя осуществляютдобавкой-ускорителем тверденияв количестве 0,2-10,07 от массыцемента, добавку наносят на асбестоцементный слой, образующий наруж: ную треть толщины стенки трубы,или часть добавки наносят на асбестоцементный слой, образующий внутреннюю треть толщины стенки трубы,а остальное количество распределяютна оставшуюся часть толщины стенкитрубы, причем добавку наносят наслой в виде раствора, расходко- .торого вычисляют по формулес,О,у 8 ач,где С - концентрация раствора до-,бавки, мас.Ж;С - задаваемое содержаниеодобавки, 7 от массы цемен-.та,- объемная масса асбестоцементного слоя, кг/м,3 - толщина слоя, м,В - ширина сукна, м,. П - влагосодержание слоя доо.нанесения на него добавки,кг/кг;11 - влагосодержание свежеформованной заготовки трубы,кг/кг,Ь - соотношение между количеством асбеста и цемента1в сырьевой .смеси, отн.ед,К - коэффициент, зависящийот величины разрежения в вакуум-коробке и равный 0,6-1,2.Выбор места введения добавкиобусловлен тем, что при этом появля ется возможность вводить и желаемым образом распределять по слоям требуемой трубы необходимое количество . добавки без существенного изменения влажности прессуемого асбестоцементйого,слоя, т.е. без нарушения структуры стенки трубы.Равномерность распределения добавки по толщине слоя обеспечивается процессом его последующего вакуумирования. Часть или все количество удаляемой при этом из слоя жидкости может быть использовано для приготовления раствора добавки или для наполнения конвейера водного твердения труб. Применение в качестве до" бавки ускорителей твердения цемента позволяет также интенсифицировать как предварительное, так и окончательное твердение трубВследствие ускорения схватывания цемента и, следовательно, уменьшения деформативности свежесформованных асбестоцементных труб, существенно уменьшается брак труб из-за эллипс- . ности. Повышение прочностных показателейВ готовой продукции позволяет повысить.напорность труб. Это дает возможность использовать асбест более низкого сортамента, чем по известномуспособу,В качестве ускорителей твердения могут быть применены следующие вещества: хлориды, нитраты и нитриты щелочных, щелочноземельных металлов,железа и алюминия и их смеси, сульфаты и карбонаты щелочных металлов,железа и алюминия, бикарбонаты щелочных и щелочноземельных металлов,водорастворимые силикаты, алюмннатнатрия, моно-, ди- и триэтаноламины.Указанные вещества известны как.ускорители твердения,Все перечисленные добавки являются отходами различных отраслейпромышленности, и их утилизацияявляется важной народнохозяйственной задачей.Применение этих добавок ограничивается тем, что они в процессе ихприменения попадают в оборотную технологическую воду и могут приводить к снижению производительности формовочного оборудования, вследствие возможного ухудшения фильтрацион ных свойств асбестоцементной суснеизии. Применение ускорителей твердения вколичестве большем, чем107 от массы цемента нецелесообразно, как правило, из экономических соображений, поскольку при этих дозировках техническая эффективность применения перечисленных добавок не возрастает.Использование указанных добавокв количествах менее 0,2 Е от массы цемента, как правило, неэффективно, а в ряде случаев может быть даже вредно.Кроме того, следует отметить, что внутренние слои трубы подвергаются большему уплотнению, чем наружные за счет большего количест" ва циклов их прокатки, Эта разница усугубляется еще и тем, чтопо мере увеличения толщины стенки трубы величина прессующего давления (давления прессующих валиков экипа,жа давления) уменьшается. Поэтому плотность материала стенки трубы существенно снижается от внутренних слоев к внешним. Тем не менее сечение стенки трубы можно условно разбить на три равные части, и провести соответствующий анализ распределения Физико-механических свойств слагающего стенку материала и распределения внешних эксплуатационных нагрузок в пределах каядой из частей. В первой зоне, составляющейвнутреннюю. треть толщины стенкитрубы, плотность, а следовательно,и прочность слоев трубы максимальна и практически постоянна,поскольку они прессуются на твердойподложке (поверхность форматнойскалки), число циклов их прокаткипрактически одинакоИо (по сравнениюс общим количеством циклов прокатки,трубы),а прессующее давление такжеможно. считать постоянным, потомучто его величина нивелируется засчет дополнительной прокатки внутренних слоев нри прессовании последующих.2/3 толщины стенки трубы.Прессование слоев, составляющихсреднюю часть толщины стенки слоев,производится на упруговязкопластич 30 35 40 50 ной подложке, состоящей из асбестоцементных слоев 1-ой зоны, и, чтобыне развальцевать их и не снизитьтем самым плотность стенки трубы,давление прессования начинаютпостепенно снижать. В результатеплотность и прочность слоев, слагающих вторую зону также снижаетсяот слоев, прилегающих к первой зоне,к слоям, прилегающим к третьейзоне - внешним слоям стенки трубы.Однако это снижение не являетсярезким из-за дополнительного прессования слоев второй зоны при прессовании слоев третьей зоны,Плотность и прочность слоев,составляющих внешнюю треть толщиныстенки трубы, наиболее низка ибыстро снижается в пределах зоныпо указанным ранее причинам.При эксплуатации трубы в грунте на нее действуют внешние нагруз"ки, распределенные по длине трубыи приводящие к ее изгибу, а также"распределенные по окружности трубы и приводящие к ее .равномерному сжатию. Внутри трубы действует избыточное внутреннее давление от находящейся там жидкости или газа.Внешние изгибающие нагрузки создают в стенке трубы напряжения, растягивающие во внешних слоях стенки и сжимающие в ее внутренних слоях. Под действием внутреннего и внешнего давлений в стенке трубы возникают растягивающие .напряжения, максимальные на внутренней поверхности стенки и уменьшающиеся по на" правлению к внешней поверхности трубы. В результате, в стенке трубы создается такое напряженное состояние. при котором растягивающие на-. пряжения растут от внутренних слоев к внешним, в то время, как было указано ранее, прочность слоев изменяется в обратном направлении.Величины действующих в стенке напряжений зависят от толщины стенки трубы.Распределение напряжений становится более равномерным по мере увеличения толщины стенки трубы, при этом снижаются также и величины действующих в стенке напряжени.". П р и м е р. Для приготовления асбестоцементных образцов смешиваютв пропеллерной мешалке следующиекомпоненты, мас.Е: асбестовую шихту0,95, цемент Воскресенского цементного завода И 400 5,35, вода известково"гипсово-щелочная 93,7,.Используют два варианта составовасбестовой шихты типовой для произ-,водства напорных труб класса ВТ,содержащий мас,%: асбеста мар-.ки П-50-50, асбеста маркиП-20-40 асбеста марки П-65-,10,типовой для производства напорныхтруб класса ВТ, содержащий вмас.%; асбеста марки П-50-50 иасбеста Марки П-20-50.Известково-гипсово-щелочную водуготовят путем перемешивания в течение 20 мин в 10.л водопроводной 15воды 50 г гидрбокиси кальция,50 ггипса и 43,5 г сульфата калия.Полученную суснензию отстаивают1,в течение суток, а затем сливают сосадка. 20Асбестоцементную суспензию перемешивают в течение 30 мин при температуре 40 С и затем на вакуум-насасыовающей установке формуют отдельныеасбестоцементные слои. Полученные 25слои укладывают в пресс-,Форму и прессуют при давлении. 7,5 МПа по режиму:подъем давления до максимального2 мин, выдержка при этом давлении2 мии. Для получения одного образца ЗОв форму укладывают отдельные вакуумированные слои образцов.Так как величина3 6 Ч естьмасса сухого асбестоцементного слоя.(Р):, переносимого сукном в единицу времени, то заменяя это произ-.ведение величиной Р (поскольку..для неподвижного слоя никакого изменения массы слоя во времени не,происходит), получаем величину рас Охода (Ц) добавки в г, необходимогодля нанесейия на неподвижный асбестоцементный слойс.ц.м.СР.Ъ) 0-Се агде С - необходимое содержаниеадобавки% от массы це,мента,С - концентрация раствора добанки, мас.Х, ,.0Р . - масса сухого асбестоцеСЦХментного слоя, переносимого сукном в единицУвремени, г/с .Ь - соотношение количества Иасбеста и цемента .всырьевой смеси (равно0,17 в) р По - влагосодержание слоя донанесения на него добавки, кг/кг,П - влагосодержание свежеотформованной заготовкитрубы, кг/кг.Вследствие того, что добавкаускоритель твердения наноситсяна движущийся асбестоцементный слойв виде водного раствора, то для получениянеобходимого содержания до"бавки в асбестоцементном слое, необходимо назначить определенный рас-"ход раствора добавки. Величина рас.хода раствора добавки зависит отконцентрации раствора, исходнойвлажности асбестоцементного слоя и.конечной влажности заготовки трубы,структуры слоя (выражаемой черезего объемнщмассу), а также состава сырьевой смеси, удельной поверхности цемента, величины разрежения в вауум-коробке, фильтрационных свойств сукна и т,п.Данная формула позволяет, основываясь на легко измеряемых техно-логических показаниях асбестоцементного слоя, заранее расчитать сдостаточно высокой, точностью,требуемый для получения необходимо-го количества добавки в материалерасход раствора добавки.При пользовании приведенной .1 Эформулой мы исходили иэ того,чтокрличество сухого вещества в асбестоцементном слое Р должно бытьпостоянным. Подобное условие выдерживается и в технологическом процессе нри производстве асбестоцементных труб. Начальное влагосодержание также поддерживаетсяпостоянно, что характерно и дляпроизводственных условий, хотя в .последнем случае величина П: мржети изменяться. Однако ее значениедостаточно часто контролируетсяи в расчеты всегда может быть внесена понравка. "Величина влагосодержания асбестоцемента после его прессования П при прочих равньж условиях должна оставаться постоянной. Повышение ее свидетельствует о недостаточном вакуумировании слоя или о чрезмерно высоком расходе раствора добавки.Для промышленных условий это экви.- валентно, (в особо серьезньж случаях) разрешению стенки трубы в результате35 9 1129 резкого усиления деструкционных гидродинамических давлений в асбестоцементном слоеРаспределение добавки по толщине образца создают путем соответствующего расположения при прессовании содержащих то или иное количество добавкиасбестоцементных слоев. Так, например, в соответствии с примером 9 (табл.1) часть асбестоцементных слоев во время их обезвожи: вания обрабатывают 10 Х-ным водным раствором хлорида кальция в количестве (согласно приведенной Формуле), обеспечивающем содержание последнего в слое - 2 Ж от массы цемента. Для получения шестислойного образца в пресс-Форму укладывают по два верхних и средних слоя, обработанных.раствором хлорида кальция. Указанный порядок обеспечивал распределение 507 общего количества добавки на внутреннюю треть толщины стенки трубы и 507. общего количества добавки в среднюю часть толщины стенки трубы.После изготовления 12 образцов испытывают с целью определения прочности при разрыве (характеристи ка жесткости стенок трубы). Осталь- ,. З 0 ные образцы пропаривают при 50 С в течение трех часов, после чего 12 образцов испытывают с целью определения прочности при изгибе (для оценки величины интенсифицирующего твердения действия добавок).Остальные образцы твердеют в воздушно-влажных условиях до испытания в 3,7 и 14-суточном возрасте, При этом определяют прочность образцов при изгибе, а в 7-суточном возрасте определяют еще дополнительно объемную массу и прочность при ударе.По описанному способу изготавливают образцы в примерах 1-18,причем в примерах 11"14 используют добавку - триэтаноламинВ примере 15 в качестве добавки используют нитрит-нитрат кальция 50 (ННК), являющийся отходом азотно" тукового производства, в примере 16 в качестве добавки используют раствор железного купороса, являющийся отходом химической промышленности, 55 в примере 17 в качестве добавки используют раствор натриевого жидкого стекла с модулем 2,72 (отношение 191 1080, /Ба,О), в примере 18 в качестве добавки использовали растворалюмината натрия, являющийся отходом производства сорбозы. В примере1 не испольэовали никаких добавок.В примерах 1-18 используют шихту асбеста, применяемую для изготовлениятруб класса ВТ, а в примере 19используют шихту асбеста, применяемую при изготовлении труб класса ВТ.Наименование добавок, их дозировка и распределение по слоям,представлены в табл,1.Результаты расчета расходараствора. добавок по предлагаемойФормуле представлены в табл.2.Результаты Физико-механическихиспытаний образцов представленывтабл.3,В табл.4 указаны рассчитанныепо Формуле расходы растворов различных добавок (кроме хлористогокальция), которые сравниваютсяс экспериментально определеннойконцентрацией соответствующей добавки в асбестоцементе.Определение добавки нитрит-нитрата кальция проводят в Фильтратепо зависимости плотности раствора от концентрации, определениесодержания сульфата железа (111)по измерению концентрации сульфат-иона весовым методом, определение содержания жидкого стекла проводят по измерению концентрации80 в фильтрате на Фотоколориметре, определение содержания алюми.ната натрия производят по измерению концентрации Юа -иона в из+вестном объеме.фильтрата с помощью пламенного фотометраопределение содержания триэтаноламина производят с помощью титрования Фильтрата с помощью 1 н раствора НЯО в присутствии конгокрасногои последующего интерполирования данных.Данные приведенные в табл.4,свидетельствуюто невысокой (не более57) ошибке в получении необходимойконценграции добавки-ускорителятвердения в асбестоцементе при задании расхода раствора добавки,расчитанного по приведенной формуле.Значение коэффициента К зависит,в основном, от величины вакуума,продолжение табл. 1,Наимейованиедобавки еЕЕМаВРаснределение добавки но тоаване стенки трубы4 аВВ Ври" АРВФеаее ЕЕееЕЕВЕВ Средняя частьтолщины стенки ееее Внутренняятреть толщиныстенки Яарузаая треть толщины стенкиВеаве0 Кестовведениядобавки (моделированне) Жидкое. текло -2,72нат -ки, йот массы це-.мента ки, Х от ма сы це мента Расходдобаки, Хотмассыцемента НЦЕВВ ацияоба вки от РасходдобавкиХ отобщего Концентра" ция добавки Х от массы цемента.,10 . звест 0,1 О 17 4 9 1720 6,1 2,3 уг 9 37,3 8,10 17 2 О,0,2. 0,82 2 0,8; 1,011,01;1,40 0,27 10 . 0,26 10 0,26есауле е ее ее Расход раствора, кг Цр,г Содержаниедобавки,%от массы цемента 1,0;2,010,15,15;10,1