СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Материалы на основе извести (силикатные изделия)

Производство силикатных строительных материалов базируется на гидротермальном синтезе гидросиликатов кальция, который осу­ществляется в реакторе-автоклаве в среде насыщенного водяного пара давлением 0,8-1,3 МПа и температурой 175-200 °С. Для гидро­термального синтеза можно использовать при надлежащем обосно­вании иные параметры автоклавизации, применять обработку не только паром, но и паровоздушной или парогазовой смесью, водой.

Силикатные автоклавные материалы — это бесцементные мате­риалы и изделия (силикатные бетоны, силикатный кирпич, камни, блоки), приготовленные из сырьевой смеси, содержащей известь (гашеную или молотую негашеную), кварцевый песок и воду, кото­рые образуют в процессе автоклавной обработки гидросиликаты кальция:

Са(ОН)2 + Si02 + mH20 = Ca0Si02/iH20.

В условиях автоклавной обработки можно получить различные гидросиликаты кальция в зависимости от состава исходной смеси: тоберморит 5Ca0 6Si02 5H20, слабо закристаллизованные гидроси­ликаты: (0,8-1,5) Ca0 Si02 H20 — и (1,5-2) Ca0 Si02 H20. В высо­коизвестковых смесях синтезируется гиллебрандит 2Ca0Si02H20.

Автоклав представля­ет собой горизонтально расположенный стальной цилиндр с герметически закрывающимися с торцов крышками (рис. 9.3).

Диаметр автоклава — 2,6-3,6 м, длина — 21- 30 м. Автоклав снабжен манометром, показываю­щим давление пара, и Рис. 9.3. Загрузка в автоклав предохранительным кла-
паном, автоматически открывающимся при повышении давления выше предельного. В нижней части автоклава уложены рельсы, по которым передвигаются загруженные в автоклав вагонетки с изде­лиями. Автоклав оборудован устройствами для автоматического контроля и управления режимом автоклавной обработки. Для уменьшения теплопотерь автоклав покрыт слоем теплоизоляции.

После загрузки автоклав закрывают и в него постепенно впус­кают насыщенный пар. Высокая температура при наличии в бетоне воды в капельно-жидком состоянии создает благоприятные условия для химического взаимодействия между гидроксидом кальция и кремнеземом.

Прочность автоклавных материалов формируется в результате взаимодействия двух процессов: структурообразования, обусловлен­ного синтезом гидросиликатов кальция, и деструкции, обусловлен­ной внутренними напряжениями.

Для снижения внутренних напряжений автоклавную обработку проводят по определенному режиму, включающему постепенный подъем давления пара в течение 1,5-2 ч, изотермическую выдержку изделий в автоклаве при температуре 175-200 °С и давлении 0,8- 1,3 МПа в течение 4—8 ч и снижение давления пара в течение 2-4 ч. После автоклавной обработки продолжительностью 8-14 ч получают силикатные изделия.

Силикатные бетоны

Силикатные бетоны, как и цементные, могут быть тяжелыми (заполнитель — песок и щебень или песок и песчано-гравийная смесь), легкими (заполнители пористые — керамзит, вспученный перлит, аглопорит и др.) и ячеистыми.

В силикатном бетоне применяют известково-кремнеземистое вяжущее, в состав которого входят воздушная известь и тонкомоло­тый кварцевый песок (взамен песка применяют золу, молотый до­менный шлак). Прочность известково-кремнеземистого вяжущего зависит от активности извести, соотношения CaO/SiC>2, тонкости из­мельчения песка и параметров автоклавной обработки (температуры и давления насыщенного пара, длительности автоклавного тверде­ния). Оптимальным будет такое соотношение CaO/Si02 и такая тон­кость помола песка, при которых вся СаО будет связана в низкоос­новные гидросиликаты кальция (рис. 9.4).

Изготовление бетонных и железо бетонных изделий вклю­чает приготовление известково­кремнеземистого вяжущего, при­готовление и гомогенизацию си­ликатнобетонной смеси, формо­вание изделий, автоклавную об­работку. В процессе автоклави - зации между всеми компонента­ми бетона имеют место химиче­ские взаимодействия.

Заполнитель (в особенности кварцевый песок) участвует в синтезе новообразований, подвер­гаясь изменениям на глубину до 15 мкм.

Тяжелый силикатный бетон плотностью 1800-2500 кг/м3, с прочностью 15-80 МПа приме­няют для изготовления сборных бетонных и железобетонных конструкций, в том числе предваритель­но напряженных.

Силикатный кирпич

Силикатный кирпич изготовляется из жесткой смеси кварцевого песка (92-94%), извести (6-8%, считая на активную СаО) и воды (7- 9%) путем прессования под давлением (15-20 МПа) и последующего твердения в автоклаве.

Цвет силикатного кирпича светло-серый, но он может быть любо­го цвета путем введения в состав смеси щелочестойких пигментов. Выпускают кирпич двух видов: одинарный 250x120x65 мм и модуль­ный 250x120x88 мм. Модульный кирпич изготовляют с пустотами, чтобы масса одного кирпича не превышала 4,3 кг.

В зависимости от предела прочности при сжатии и изгибе сили­катный кирпич имеет марки: 100, 125, 150, 200 и 250.

Плотность силикатного кирпича (без пустот) — около 1800—
1900 кг/м3, т. е. он немного тяжелее обыкновенного глиняного кир­пича, теплопроводность — 0,70-0,75 Вт/(м °С), водопоглощение лицевого силикатного кирпича не превышает 14%, а рядового — 16%. Марки по морозостойкости для лицевого кирпича: 25, 35, 50; для рядового — 15.

Силикатный кирпич, как и глиняный, применяют для несущих стен зданий. Не рекомендуется его применять для цоколей зданий из-за недостаточной водостойкости. Для кладки труб и печей сили­катный кирпич не используют, так как при высокой температуре де­гидратируется Са(ОН)2, разлагаются СаС03 и гидросиликаты каль­ция, а зерна кварцевого песка при 600 °С расширяются и вызывают растрескивание кирпича.

На производство силикатного кирпича расходуется меньше теп­ла, поскольку не требуются сушка и высокотемпературный обжиг, поэтому он на 30-40% дешевле глиняного кирпича.

Схема производства силикатного кирпича показана на рис. 9.5.

Комовую известь-кипелку, поступающую из известеобжига­тельной печи, сортируют, чтобы удалить недожог и пережог, затем дробят и размалывают в тонкий порошок. При этом воздушным се­паратором отделяются наиболее тонкие частицы. Повышение тонко­сти помола извести также сокращает ее расход.

Гасить известь в смеси с песком можно в силосах в течение 8- 9 ч (первый способ) или, что гораздо быстрее и интенсивнее, в гасильных барабанах (второй способ). Последний представляет собой металлический цилиндр, по концам имеющий форму усе­ченных конусов, который вращается вокруг горизонтальной оси. При помощи дозирующего аппарата песок дозируют по объему, а известь — по весу, а затем засыпают через герметически закры­вающийся люк в гасильный барабан. После загрузки барабан вра­щают, впускают пар и гасят известь под давлением 0,3-0,5 МПа. Перед прессованием известково-песчаную смесь перемешивают в лопастной мешалке или на бегунах и дополнительно увлажняют (до 7%).

Прессуют кирпич на прессах под давлением до 150-200 кг/см2. Применяемые на заводах прессы имеют периодически вращающийся стол с устроенными в нем формами. Прессование производится снизу

вверх при помощи рычажного механизма. Спрессованный кирпич - сырец получает высокую плотность, что способствует более полно­му прохождению реакции между известью и кварцевым песком. Производительность различных типов прессов, зависящая от их кон­струкции, колеблется в пределах 2200-3000 кирпичей в 1 ч.

Отформованные кирпичи снимают со стола пресса, осторожно укладывают на вагонетки и отправляют в автоклавы для твердения.

Прочность силикатного кирпича продолжает повышаться и по­сле запаривания его в автоклаве. Это объясняется тем, что часть из­вести, не вступившей в химическое взаимодействие с кремнеземом, реагирует с углекислотой воздуха, т. е. происходит карбонизация: Са(ОН)2 + С02 = СаС03+ Н20.

Прочность, водостойкость и морозостойкость силикатного кир­пича увеличиваются также при его высыхании.

Известково-шлаковый и известково-зольный кирпич

Известково-шлаковый кирпич изготовляют из смеси извести и гранулированного доменного шлака. Извести берут 3-12% по объ­ему, шлака — 88-97%.

При замене шлака золой получается известково-зольный кир­пич. Состав смеси: 20-25% извести и 80-75% золы. Так же как и шлак, зола является дешевым сырьем, образующимся в больших ко­личествах после сжигания топлива (каменного угля, бурого угля и др.) в котельных ТЭЦ, ГРЭС и др.

В процессе сгорания пылевидного топлива часть очаговых ос­татков оседает в топке (зола-шлак), а самые мелкие частицы золы уносятся в дымоходы, где задерживаются золоуловителями, а затем их транспортируют за пределы котельной — в золоотвалы. Наиболее тонкодисперсные золы называют золами-уносами.

При смешивании с водой золы не твердеют, однако при добав­ках извести или портландцемента они активизируются, а запарива­ние смеси в автоклавах дает возможность получать из них изделия достаточной прочности.

При сжигании некоторых горючих сланцев (например, средне волжских) образуются золы, содержащие окиси кальция 15% и более, которые имеют способность твердеть без добавок извести. Кирпич из этих зол называют сланце-золъным.

Использование шлаков и зол очень выгодно, так как при этом снижается стоимость строительных материалов.

Известково-шлаковый и известково-зольный кирпичи формуют на тех же прессах, которые применяют при производстве силикатно­го кирпича, и запаривают в автоклавах.

Плотность шлакового и зольного кирпичей — 1400-1600 кг/м3, теплопроводность — 0,5-0,6 Вт/(м °С). По пределу прочности при сжатии шлаковый и зольный кирпичи разделяют на три марки: 75, 50 и 25. Морозостойкость известково-шлакового кирпича такая же, как и силикатного, а известково-зольного — ниже.

Известково-шлаковый и известково-зольный кирпичи применя­ют для возведения стен зданий высотой не более трех этажей и для кладки верхних этажей многоэтажных зданий.

Изделия из пеносиликата и других ячеистых материалов

Пеносиликат — это искусственный каменный материал ячеи­стой структуры, который получается в результате затвердевания пластичной известково-песчаной смеси, смешанной с технической пеной.

Материал, полученный смешиванием того же раствора с газооб - разователем (алюминиевой пудрой, пергидролем и др.), называют газосиликатом.

Для производства пеносиликата рекомендуется применять моло­тую известь-кипелку, содержащую активный СаО не менее 70%. Чем выше активность извести и тоньше помол, тем меньше ее требуется для приготовления пеносиликата. Обычно извести берут 15-20% от веса сухой смеси. Кроме кварцевого песка, в качестве заполнителей можно использовать доменный гранулированный шлак, золу элек­тростанций, маршалит, трепел, диатомит и другие заполнители, со­держащие большое количество кремнезема.

В процессе производства пеносиликата известь и заполнитель подвергают совместному или раздельному помолу. При раздельном помоле компонентов известь и заполнитель измельчают в трубных, шаровых мельницах, а при совместном помоле — в дезинтеграторах. Песок сначала измельчают в них с гашеной известью, которой берут 25-30% от общего количества вводимой извести, а остальную часть извести добавляют в виде молотой извести-кипелки.

Дальнейший этап производства пеносиликатных изделий заклю­чается в приготовлении ячеистой смеси. Ячеистую смесь приготов­ляют путем смешивания известково-песчаного раствора с устойчи­вой пеной в пенобетономешалках.

233

Готовую ячеистую смесь выливают из смесительного барабана пенобетономешалки в бункер, а затем разливают в формы, соответ­ствующие профилю и размерам будущего изделия. После 6-8 часо­вой выдержки (частичного отвердения) формы с полузатвердевшей смесью транспортируют в автоклавы для запаривания.

Пеносиликатные изделия изготовляют плотностью от 300 до 1200 кг/м3 и прочностью в пределах 0,4-20 МПа.

Из теплоизоляционного пеносиликата изготовляют термовкла­дыши, которые используют для утепления стен; плиты, скорлупы и короба — для ограждения теплопроводов и другие теплоизоляцион­ные изделия. Для кладки несущих стен одно-, двухэтажных зданий применяют мелкие офактуренные неармированные блоки плотно­стью 600-700 кг/м3.

Для защиты блоков от атмосферных воздействий в процессе экс­плуатации наружная поверхность изделий покрывается облицовоч­ным слоем из цементно-песчаного раствора толщиной 2-3 см, кото­рый укладывается на дно формы перед заливкой ячеистой смеси.

Конструктивно-теплоизоляционный пено - и газосиликат приме­няют теперь также для изготовления крупноразмерных изделий для наружных и внутренних стен, покрытий промышленных сооруже­ний, междуэтажных и чердачных перекрытий жилых зданий, перего­родок и др.

Для покрытий промышленных зданий изготовляют армопеноси - ликатные и армогазосиликатные прямоугольные плиты.

Армопеносиликатные плиты по сравнению с обычными железо­бетонными не требуется теплоизолировать и в то же время они дос­таточно прочны и долговечны. Укладывают их по железобетонным или металлическим прогонам, а сверху покрывают гидроизоляцион­ными рулонными материалами.

Плотность пеносиликата 900-1100 кг/м3, предел прочности его при сжатии 6-10 МПа (гл. X, § 8).