Структура первичного слоя

Структура первичного слоя асбестоцемента определяется процессом его формования на поверхности сетчатого цилиндра, и от нее зависит структура асбестоцемента в изделиях. Несколько изменяет структуру асбестоцемента последующий  процесс вакуумирования первичного слоя.

В начале фильтрации, когда полоска П (см. рис. 35) погружается в суспензию и проходит верхние ее слои, фильтрационный поток встречает сопротивление только металлической сетки, величина которого очень невелика. Поэтому он движется с большой скоростью и уносит свободные, не связанные с волокнами асбеста зерна цемента. При этом не исключается возможность уноса отфильтрованной водой части зерен цемента, которые были связаны с волокнами асбеста, но оказались смытыми отфильтрованной водой.

В результате образовавшийся в этот начальный период на поверхности сетчатого цилиндра слой осадка будет недостаточно насыщен цементом, зерна которого покрывают лишь поверхность волокон, но слабо заполняют промежутки между ними, т. е. слой этот имеет сетчатую рыхлую структуру, слабо «упакованную» зернами цемента. Однако начальный период фильтрации продолжается недолго, так как задержанные металлической сеткой волокна асбеста вместе с покрывающими их зернами цемента вскоре образуют достаточно густую дополнительную сетку, чтобы задерживать также и свободные зерна цемента. С этого момента в последующих слоях осадка соотношение асбеста и цемента будет примерно таким же, как и в асбестоцементной суспензии, находящейся в ванне.

До тех пор пока рассматриваемая нами полоска не погрузится в асбестоцементную суспензию на значительную глубину и, следовательно, образовавшийся на ее поверхности осадок асбеста и цемента не уплотнится под давлением, более мелкие, свободные зерна цемента могут проникать в прилегающий к сетке обедненный цементом слой и повышать в нем содержание цемента.

При дальнейшем погружении полоски и соответствующем увеличении давления суспензии на отфильтрованный слой, находящийся на сетке осадок настолько уплотняется, что насыщение его цементом прекращается.

В результате этого сукно снимает с сетчатого цилиндра первичный слой, неоднородный как по составу, так и по плотности. Л. С. Зевин (НИИАсбестцемент) рентгеновским методом определил, что нижний участок первичного слоя содержит на 25% меньше цемента, чем верхний участок. Это существенный недостаток метода формования асбестоцемента из асбестоцементной суспензии на круглосеточных формовочных машинах, так как в результате снижается прочность связи первичных слоев в изделиях, повышается их пористость и уменьшается механическая прочность.

Не следует, конечно, думать, что начальный, обогащенный волокнами асбеста слой и последующие слои осадка нормального состава резко разграничены. Сначала улавливаются наиболее крупные зерна цемента, а более мелкие уносятся водой; затем, по мере увеличения плотности осадка, цемент полностью задерживается образовавшимся слоем, так что резкой границы между слоями нет. Однако общая картина неоднородности строения асбестоцементного листа от этого не меняется.

При рассмотрении процесса образования первичного слоя асбестоцемента мы выяснили, что более крупные частицы суспензии, находящиеся ниже оси сетчатого цилиндра, при невысокой скорости фильтрации не выпадают в осадок. Поэтому по мере уплотнения слоя асбестоцемента в результате снижения скорости фильтрации сетчатый цилиндр улавливает из нижней части ванны все более тонкие частицы суспензии. В результате этого строение осадка по крупности входящих в него частиц асбестоцемента будет также неоднородным.

Рассмотрим, как отражается на однородности структуры первичного слоя повышение концентрации асбестоцементной суспензии при постоянной величине гидростатического давления. Мы уже установили, что неоднородность первичного слоя вызывается главным образом тем, что начальные слои осадка обеднены цементом. На толщину обедненного цементом слоя концентрация суспензии влияет незначительно, но она повышает общую толщину первичного слоя. Следовательно, с возрастанием концентрации суспензии отношение толщины обедненного цементом слоя осадка к общей толщине первичного слоя уменьшается, что повышает среднюю однородность состава и структуры первичного слоя.

После уплотнения отжимным валом первичный слой имеет еще рыхлую структуру и в общем его объеме вода занимает до 77%.

Поскольку фильтрация асбестоцементной суспензии протекает на движущейся в ней сетке сетчатого цилиндра, структура первичного слоя имеет еще и следующую особенность. Отдельные волокна асбеста, не связанные в структурные агрегаты с соседними, вместе с зернами цемента на их поверхности в подавляющем большинстве случаев сначала пристают к поверхности сетки (или уже образовавшегося слоя) одним из своих концов, который вовлекается в движение сетчатым цилиндром, тогда вся остальная часть волокон остаются на некоторое время, измеряемое долями секунды, свободными; затем все волокна располагаются на поверхности слоя. В результате они приобретают линейную направленность по движению поверхности сетчатого цилиндра, которая сохранится и при формовании асбестоцементных изделий из первичных слоев.

Как же влияют различные факторы на приобретение волокнами асбеста такой ориентировки? Очевидно, что с повышением скорости движения сетчатого цилиндра волокна лучше ориентируются в направлении его движения, так как тот путь, который проходит закрепленный конец волокна за время, пока оно целиком не ляжет на поверхность сетчатого цилиндра, прямо пропорционален скорости движения этой поверхности. Ориентировка волокон улучшается также с увеличением средней длины волокон асбеста, поскольку при этом удлиняется время, нужное для того, чтобы все волокно легло на поверхность сетчатого цилиндра. Ориентированность волокон уменьшается с усилением перемешивания асбестоцементной суспензии в ванне мешалками.

Объясняется это следующим. Если бы окружающая волокно среда была неподвижной, то оно приобрело бы наиболее совершенную направленность, так же как абсолютно точное направление получает находящаяся в неподвижной воде деревянная палка, если ее тянуть за один конец в определенном направлении.

Ориентированность волокон асбеста повышается со снижением концентрации суспензии, так как при меньшем содержании волокон асбеста в единице ее объема они хуже агрегируются и процент свободных волокон, способных приобретать линейную ориентировку, возрастает.

Ориентировка волокон существенно влияет на прочность изделий — чем ярче она выражена, тем выше будет прочность изделия при изгибе и растяжении в том направлении, в котором ориентированы волокна, и тем меньше она будет в перпендикулярном направлении. На одном из заводов асбестоцементных листовых изделий автор поставил специальный опыт, чтобы изучить зависимость пределов прочности волнистых листов при изгибе в продольном и поперечном направлении от числа оборотов мешалок в ванне.

Результаты оказались следующими:

Число оборотов мешалок n	Отношение пределов прочности при изгибе волнистого листа в поперечном R" и продольном R' направлении R" : R'
138 159 175	0,78 0,89 0,986

На зависимость между R" и R' кроме скорости вращения влияет также конструкция мешалок и их расположение относительно стенок ванны и поверхности сетчатого цилиндра. Поэтому приведенные цифры характеризуют указанную зависимость лишь для той формовочной машины, на которой проводился опыт. Но общая зависимость отношения R"/R' от n сохраняется у всех формовочных машин.

Само собой разумеется, что увеличивать скорость вращения мешалок можно лишь до определенного предела, с превышением которого с поверхности сетчатого цилиндра начнет очень интенсивно смываться отфильтрованный слой асбестоцемента.