Прочность и морозостойеость асбестоцементных листов —
В целях повышения долговечности выпускаемых асбестоцементной промышленностью изделий утвержден, как известно, новый ГОСТ, предусматривающий более высокие показатели прочности и плотности наиболее массового вида продукции волнистых кровельных листов типа ВО.
Получить уплотненный лист можно путем установки на листоформовочной машине дополнительных прессовых валов. Однако при этом весьма важно выявить, в какой мере повышение плотности улучшает основные качественные характеристики асбестоцемента, установить количественную зависимость между его объемным весом и прочностью. Это необходимо для обоснования рацнонального расхода сырья на единицу продукции, выбора оптимальных технологических параметров для действующих и проектирования новых заводов, правильной организации контроля производства. Не менее важно также установить, как влияет увеличение объемного веса на морозостойкость листов.
Выявлению этих зависимостей были посвящены исследования, выполненные Магнитогорским горно-металлургическим институтом и Уральским филиалом АСиА СССР. Результаты их излагаются и настоящей статье.
Объемный вес — один из многих факторов, влияющих на прочность асбестоцементного листа. Поэтому зависимость между прочностью и объемным весом может быть определена лишь для листов, изготовленных из стабильного сырья в одинаковых технологических условиях (исключая уплотнение).
Продолжительность фильтрации (4 сек) соответствовала скорости движения технического сукна, равной 34 м/мин. при диаметре сетчатого цилиндра 1000 мм. Формование листов в шесть слоев обеспечивало одинаковый расход асбестоцемента на единицу площади листа.
Давление при передаче слоя с сетки на сукно (соответствует давлению етжимного вала листоформовочной машины) равнялось 3 кг/см2. Давление при передаче слоя с сукна на металлическую пластину (давление форматного барабана) составляло 15, 25, 70, 100 и 200 кг/см2.
Величина давтеьия была единственным переменным факто ром, влиявшим на изменение объемного веса листов при формовании. Поскольку число слоев оставалось неизменным, толшина листов уменьшалась пропорционально увеличению объемного веса.
Результаты испытаний сформованных образцов приведены в табл 1.
Листы вырабатывали на одной и той же машине со скоростью движения сукна 40 м/мин , при давлении форматного барабана: 19, 25, 30, 7 и 40 кг/см, что обеспечило колебания, объемного веса в широких пределах — от 1,41 до 1,75 г/сл. Давление дополнительного пресс-вала равнялось 15,3 кг/см. Листы пропаривались, твердели на складе н испытывались в возрасте 7 суток.
В табл. 2 пригодятся физико-механические показатели испытанных листов с вычисленным коэффициентом их прочности. Его величина с учетом неизбежной неоднородности асбестоцемента, весьма постоянна Хотя отклонение от среднею значения оказалось больше, чем у лабораторных образцов, все же оно было очень незначительным (менее 5%). Этот результат подтверждает справедливость зависимости (4) для сравнимых листов заводского производства.
Учитывая практическую важность зависимости прочности изделий от их объемного веса, дополнительно обрабатывались данные по листам, выработанным на комбинате «Красный строитель» в течение четырех суток с использованием асбеста, более типичного по составу, и цемента различных марок3. Разница в объемном весе объяснялась изменением давления дополнительного пресс-вала от 10 до 25 кг/см и форматного барабана от 30 до 40 кг/см В табл. 3 приведены прочностные показатели образцов при изгибе, их объемные веса и исследована зависимость между ними способом вычисления коэффициента прочности. Последний, при изменении объемного веса от 1,39 до 1,58 г/см3, близок к постоянной средней величине 60,2Х IО3 см/г. Отклонения от средней величины не превышают ±6%.
По всем 13 партиям, указанным в табл. 3, вычистением коэффициента корреляции, который оказался равным 0.94, исследовалась прямолинейная связь между R и у2. При отсутствии всяких отклонений от прямой зависимости этот коэффициент равнялся бы единице.
Зависимость между прочностью и объемным весом для листов ВО, полученная в лаборатории и заводских условиях, представлена на рис. 1 (коэффициент прочности равен тангенсу угла наклона прямых к горизонтальной оси). Физические основы этой зависимости можно вскрыть, если связать прочность асбестоцемента при изгибе с прочностью сцепления асбеста с цементным камнем.
Считая, что растягивающие усилия в асбестоцементе, как армированном материале, воспринимаются асбестом, можно определить
Данные, приведенные в табл. 1, показывают, что несмотря на уменьшение толщины листов при уплотнении (пропорционально увеличению объемного веса) их прочность по величине разрушающего груза осталась неизменной. Это говорит о возможности сохранить на прежнем уровне удельный расход сырья при выпуске более плотного шифера за счет снижения его толщины, без ущерба для прочности па изгиб.
Для облицовки панелей промышленных здании желательно иметь волнистые листы прочностью 200 кг/см?. Расчет по уравнению (4) показывает, что объемный вес таких листов в 28-суточном возрасте, при среднем Кпр= 66,5 X Ю3 см/г должен быть не менее 1,73 г/см3.
Можно рассчитать, что объемный вес листа из асбеста марки М-5-60 должен быть больше на 7°/о, а из асбеста М-6-30—на 13%, по сравнению с объемным весом листа из асбеста П-5-50 н П-6-45, при одинаковой прочности.
Подбирая в заводских условиях величину давления форматного барабана листоформовочной машины для выпуска плотных листов, необходимо вычислять Кпп шифера. Давление, при котором начинается уменьшение ДПр является предельным, его нельзя превышать, так как это вызовет нарушение структуры листа.
Зависимость между объемным весом и водопоглощением рассматривается в упомянутой выше работе автора.
Морозостойкость, как и прочность асбестоцемента, зависит от свойств сырья и технологии производства. Поэтому влияние объемного веса на морозостойкость изучалось также для сравнимых листов, характеристика которых приведена в табл. 1.
Водонасыщенные образцы (20 х 100 мм) 28-суточного возраста, объемным весом 1,45; 1,59; 1,65; 1,74 и 1,82 г/см3 прошли 25, 50, 100 и 200 циклов замораживания и оттаивания.
Затем образцы одинакового объемного веса насыщались водой в течение 48 час. и испытывались на изгиб. Вычислялось отношение прочности после замораживания к прочности до замораживания (остаточная прочность). Результаты испытаний представлены графически на рис. 2.
Анализ этих данных и сравнение внешнего вида образцов различной плотности позволяют сделать вывод о том, что повышение объемного веса — весьма действенное средство увеличения морозостойкости асбестоцемента. Причем эффективность этого средства тем выше, чем более суровы условия службы асбестоцементных изделий.
При 25 циклах замораживания вообще трудно судить о влиянии объемного веса на морозостойкость, так как все листы с f0 выше 1,57 г/см3 оказываются морозостойкими. Однако увеличение объемного веса с 1,45 до 1,60 г/см3, как предусмотрено новым ГОСТом на листы ВО, повышает остаточную прочность с 70 до 92%. Изменение объемного веса в тех же пределах при 50 циклах замораживания повышает остаточную прочность с 20 до 75°/о.
Увеличение свыше 1,62 г/см3 мало повышает остаточную прочность при 25—50 циклах замораживания. При 100 и 200 циклах замораживания листы объемным весом менее 1,60 г/см3 полностью разрушаются. Стойкими при 100 циклах оказываются листы с т[0 = 1,80 г/см3, а при 200 циклах с f0= 1,90 г/см3.
Внешний вид испытанных образцов подтверждает проведенный анализ влияния объемного веса на морозостойкость.
С увеличением количества циклов замораживания минимальный объемный вес листов, не имеющих трещин, возрастает от 1,65 г/см3 при 50 циклах до 1,83 г/см3 при 200 циклах. В целях значительного повышения стойкости асбестоцементных изделий, работающих в условиях, характеризуемых морозостойкостью в 25—50 циклов, например кровельного шифера, достаточно повысить его плотность с 1,45—1,50 до 1,60—1,65 г/см3.
Морозостойкость асбестоцементных листов, используемых в покрытиях цехов (плиты ЦНИПСа. листы ВУ) и для облицовки стеновых панелей, можно довести до требуемых 100—150 циклов, увеличив их объемный вес до 1,75—1,85 г/см3.
Использование результатов нашей работы в заводской практике позволит контролировать технологический режим и рассчитывать эффективность выпуска асбестоцемента высокой плотности.