Силикатными называют искусственные каменные материалы и изделия, получаемые в результате формования и последующей тепловлажностной обработки в автоклавах смесей, состоящих из извести или других вяжущих веществ на ее основе (известково-кремнеземистых вяжущих), заполнителей (кварцевого песка, шлака и др.) и воды. Такие композиции, хотя медленно, образуют камень и при твердении на воздухе, но получаемый материал имеет невысокую прочность (при сжатии известково-песчаного раствора через 1—3 месяцев твердения — 1 . 2 МПа). В этом случае взаимодействие Са(ОН)2 извести и Si02 песка протекает очень медленно и практически не сказывается на прочности камня. Однако, как было установлено в 1880 г. немецким ученым В. Ми- хаэлисом, твердение уплотненной смеси извести с кварцевым песком резко ускоряется, если эту смесь подвергнуть тепловлажностной обработке в автоклаве, где температура насыщенного пара достигает 170 °С и более, а давление — 0,8 МПа и выше. В этих условиях Si02 песка приобретает химическую активность, и между ним и известью происходит энергичное химическое взаимодействие с образованием гидросиликатов кальция, цементирующих зерна песка в прочный монолит.
Силикатстрой — силикатные материалы для многоэтажного строительства
Многие годы единственным видом силикатных строительных материалов являлся силикатный кирпич, для изготовления которого применяют кварцевый песок и воздушную известь. Если же часть кварцевого песка тонко размолоть, то прочность изделий после автоклавного твердения значительно возрастает, и в этом случае получают уже силикатный бетон, в котором вяжущим является тонкомолотая известковокремнеземистая смесь. Регулируя количество и степень измельчения тонкомолотого песка и выбирая в соответствии с этим оптимальные соотношения CaO/Si02, можно изменять активность вяжущего (марку) и некоторые физико-механические свойства силикатного бетона.
Наряду с известью и песком для производства автоклавных изделий используют и другие местные строительные материалы, шлаки, золы от пылевидного сжигания топлива, нефелиновый шлам и др.
На базе местных материалов в России впервые в мире разработана технология и создано производство силикатных автоклавных изделий и конструкций для сборного строительства. Наша страна по объему производства силикатных изделий занимает первое место в мире. Такие изделия и конструкции по своим техническим и строительноэксплуатационным качествам близки к аналогичным изделиям из цементных бетонов, но для их изготовления требуется меньше вяжущего, шире используются местные материалы, технология их изготовления дает возможность полностью механизировать и автоматизировать производственные процессы. Силикатно-бетонные изделия, как правило, на 15.. .25 % дешевле цементно-бетонных.
Источник: bstudy.net
Силикатные материалы и изделия. Общие сведения. Понятие об автоклавной технологии.
Производство силикатных строительных материалов базируется на гидротермальном синтезе гидросиликатов кальция, который осуществляется в среде насыщенного водяного пара давлением 0,8-1,3 МПа и температурой 175-200°С. Используют для этих целей автоклавы.
Силикатные изделия – это бесцементные материалы приготовленные с сырьевой смеси содержащие известь, кварцевый песок и воду, который в процессе автоклавной обработки образует силикат. Ca(OH)2+nSiO2*(m-1)H2O = CaO*nSiO2*mH20. В условиях автоклавной обработки можно получить различные разноосновные силикаты в зависимости от состава сырьевой смеси.
Автоклав представляет собой горизонтально расположенный полый цилиндр с герметически закрывающимися с торцов крышками(L=21-30cm, d=2,6-3,6cm).Они оборудованы предохранительным клапаном позволяющим регулировать давление. В нижней части уложены рельсы и передвигаются вагонетки с изделиями. Для снижения теплопотерь корпус покрывают теплоизоляцией.
После загрузки изделий крышки закрываются и под давлением поддаётся пар. Высокая температура и наличие в изделиях воды создаёт благоприятные условия для протикания химических реакций между Ca(OH)2 и кремнезёмистой составляющей SiO2. Прочность автоклавных мат. формируется в процессах структурообразования при формировании гидросиликатов кальция и деструкция связанная с высокими напряжениями в результате автоклавной обработки. Для того чтобы снизить деструктивные процессы автоклавную обработку производят при след. режимах: -постепенный подъём температуры 1,5-2ч. –изотермическая выдержка 4-8ч. –снижение температуры и давления 2-4ч.
Силикатный кирпич. Состав, св-ва, применение.
Силикатный кирпич изготавливают из жёсткой смеси кварцевого песка 92-94%, извести 6-8%(в пересчёте на активный СаО) и воды до 9%. Путём прессования под давлением 15-20Мпа и последующего твердения в автоклаве. Цвет: светло-серый, варьируется. Выпускают кирпич одинарный 250х120х65, модульный модульный 250х120х88 изготавливают с пустотами. Марки 100, 150, 200, 250.
Теплопроводность 0,7-0,75 Вт/(м°С). Водопоглощение лицевой стороны не должно быть больше 14%. Применяется для строительства несущих и ненесущих стен, реконструкции зданий и т.д. Не рекомендуется применять для цокольных зданий и при больших температурах.
Силикатный бетон. Виды, св-ва, области применения.
Виды: -тяжёлые (в качестве заполнителя: песок, щебень и песчано-гравийная смесь), -лёгкие(заполнитель керамзит), -ячеистые
В качестве вяжущего применяют известково-кремнезёмистый компонент в состав которого входит воздушная известь и тонко помолотый песок. Прочность зависит от активности извести в соотношении CaO/SiO2 , тонкости измельчения песка и параметром автоклавной обработки. Оптималиными считаются такие параметры и характеристики бетонной смеси при которых весь СаО связывается с низкоосновным силикат кальцием. Тяжёлый силикатный бетон плотность 1700 кг/м3, прочность 15-80Мпа применяют для изготовления сборных бетонных и железобетонных конструкций, в том числе предварительно напряжённых.
Асбестоцемент. Сырьё и св-ва. Виды асбестоцементных изделий.
Асбестоцемент – искусственный композиционный строительный материал получаемый в результате затвердевания смеси: цемента, асбеста(10-20% от массы цемента), воды. Такой мат. обладает высокой прочностью, огнестойкостью, долговечностью и др.
Сырьевые мат.: п.ц. в качестве вяжущего, марок 400/500, песчанистый п.ц. в случае автоклавного твердения, белый и цветной в случае изготовления декоративных изделий. По минералогическому составу п.ц. должен быть олитовый C3S>52%, C3A
Асбест – природный тонковолокнистый материал состоящий из водных или безводных силикатов. 95%-хризотил асбест 3MgO*2SiO2*2H2O применяются для производства.
Диаметр волокна порядка 1 микрона, но при распушке волокна расщепляются до d=0,02мм. Хризотил асбест имеет высокую прочность при растяжении до 3000МПа, при распушке часть волокон разрушается и прочность 600-800МПа. Введение гибких волокон асбеста в качестве армирующего компонента позволяют в 3-5раз увеличить прочность при растяжении такой системы.
Кроме того он обладает адсорбционной способностью, он связывает Са(ОН)2 и другие продукты гидротации. Товарный асбест выпускают 8 сортов ло 0 до 7 и 42 марок. Чем меньше длина волокна, тем выше сорт асбеста.
Кровельные. К ним относятся волнистые листы различного профиля, крупноразмерные плоские, экструзионные листы, плоские черепичные листы. Волнистые листы 90% от производства кровельных изделий. Листовые изделия в общем балансе листовых изделий 30-40%. Волнистые листы выпускают: -обыкновенные, -унифициарованные, -средние, -высокого профиля.
Разменры и св-ва листов в зависимости от типов 1200-2300мм, шаг волны 115-350мм, предел прочности при изгибе 16-24МПа, масса от 9-98кг. В настоящее время в основном производят волнистые листы длиной 1750мм, высота волны 45мм, длина волны 150мм, толщина листа 6 мм. Крупноразмерные плоские листы выпускаются размерами 2000-3000мм, толщина 4-12мм.
Панели экструзионные применяются для устройства бесчердачных перекрытий под рулонную кровлю, для подвесных потолков. Плитки кровельные асбестоцементные плоские предназначены для малоэтажных сельских зданий. Наиболее распространённые 400х400 со срезанными углами. Срезанные углы позволяют получить плотное покрытие при минимальном расходе плиток. При изгибе 24МПа, морозостойкость 50 циклов.
Стеновые изделия. Волнистые листы так называемого среднеевропейского профиля длиной 2,5м и соотношением 51/177, используются в качестве заполнения между ограждающими конструкциями в неотапливаемых зданиях. Плоские листы длина 2-3м, толщина 4-12мм, ширина 1,5м. В качестве трёхслойных стеновых панелей и изготовлении конструкций перегородок.
Декоративные изделия. Могут быть офактуренными, либо окрашенными в процессе формирования и в затвердевшем виде. К 1 группе относятся листовые изделия с рельефной поверхностью, окрашенной по всей толщине, либо окрашенным поверхностным слоем. 2 группа – листы окрашенные составом минеральных вяжущих. 3 группа – с плёночным покрытием.
4 группа – химическая краска.
Погонажные. Швеллеры, подоконные плиты, сливы, элементы парапетов. Их изготавливают методом экструзии.
Трубы. Бывают 1.Напорнве для водопроводов с рабочим давлением 0,6-0,8МПа, L=3-6м, d условного прохода 100-500мм. 2.Безнапорные, для нефти-газопроводов, дренажа, мусоропроводов, прокладки кабелей, для устройства дымовых шахт.
Специальные. Вентиляционные короба, для устройства вентиляции и кондиционирования воздуха в зданиях. Полуцилиндры для покрытия теплоизоляционных слоёв на трубопроводах, крупногабаритные листы двоякой кривизны для летних домиков.
Гипсовые и гипсобетонные изделия.
Изделия, получаемые на основе гипсового вяжущего вещества, разделяют на гипсовые и гипсобетонные. Гипсовые изделия изготовляют из гипсового теста, иногда с минеральными или органическими добавками для улучшения технических свойств готовой продукции, гипсобетонные — из смеси с применением мелкозернистых и крупных пористых заполнителей: минеральных — шлака, ракушечника, туфового и пемзового заполнителя и других и органических — древесных опилок, древесной шерсти, камыша и т. п.
Гипсовые и гипсобетонные изделия могут быть сплошные и пустотелые (объем пустот более 15%), армированные и неармированные. По назначению их делят на панели и плиты перегородочные; листы обшивочные (гипсовая сухая штукатурка); камни стеновые; изделия перекрытий; теплоизоляционные материалы; архитектурно-декоративные детали.
Основными положительными свойствами гипсовых изделий являются:
• быстрое твердение, что сокращает технологический процесс и снижает стоимость;
• достаточно высокая прочность;
• низкая теплопроводность и высокая звукоизоляция;
• изделия легко поддаются механической обработке (распиливанию, сверлению) и легко окрашиваются в различные цвета и оттенки;
• стоимость их низка.
Недостаток: незначительную водостойкость, поэтому их можно при менять только в сухих помещениях.
Источник: infopedia.su
ТехЛиб СПБ УВТ
В 1880 г. Немецкий ученый В. Михаэлис изобрел метод, который был использован для производства силикатного (известково-песчаного) кирпича. К началу двадцатого века в России было уже пять заводов, выпускающих силикатный кирпич.
До 50-х годов единственным видом силикатных автоклавных изделий были силикатный кирпич и небольшие камни из ячеистого силикатного бетона. Однако благодаря работам российских ученых впервые в мире было создано производство крупноразмерных силикатобетонных автоклавных изделий для сборного строительства. В настоящие время почти все элементы зданий и сооружений ( панели, плиты перекрытий, элементы лестниц и др.) могут быть изготовлены из армированного силикатного бетона, который по своим свойствам почти не уступает железобетонным, а благодаря применению местных сырьевых материалов и промышленных отходов обходится на 15…20% дешевле, чем аналогичные железобетонные элементы на портландцементе.
Сырье для силикатных материалов и изделий
Для современного производства силикатного кирпича используют сырьевую смесь, в состав которой входит 90…95% песка, 5…10% молотой негашеной извести и некоторое количество воды.
3. Общая технология получения силикатных материалов
Технология получения силикатных изделий обычно складывается из следующих этапов:
1. Получение сырьевой смеси.
2. Прессование изделий.
3. Обработка в автоклаве изделий.
4. Выдержка готовых изделий.
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.
В данном производстве большой объем работ составляет процесс получения извести для сырьевой смеси. В технологический процесс производства извести входят следующие операции: добыча известкового камня в карьерах, дробление и сортировка его по фракциям, обжиг в шахтных вращающихся и других печах, дробление или помол комовой извести (получение негашеной извести).
Получение сырьевой смеси осуществляется двумя способами: барабанным и силосным, которые отличаются друг от друга приготовлением известково-песчаной смеси.
Автоклав представляет собой горизонтально расположенный стальной цилиндр с герметически закрывающимися с торцов крышками. В автоклаве в атмосфере насыщенного пара при давлении 0,8-1,3 МПа и температуре 175-200°С кирпич твердеет 8…14ч.
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.
Из автоклава выгружают почти готовые изделия, которые выдерживают 10…15дней для карбонизации непрореагировавшей извести с углекислым газом воздуха, в результате чего повышается водостойкость и прочность изделий. Температура обработки и общие энергозатраты при производстве силикатного кирпича существенно ниже, чем при производстве керамического, поэтому силикатный кирпич экономически эффективнее.
К числу автоклавных силикатных изделий относят силикатный кирпич, крупные силикатные блоки, плиты из тяжелого силикатного бетона, панели перекрытий и стеновые, колонны, балки и пр. Легкие заполнители позволяют понизить массу стеновых панелей и других элементов. Силикатные изделия выпускают полнотелыми или облегченными со сквозными или полузамкнутыми пустотами. Особое значение имеют силикатные ячеистые бетоны, заполненные равномерно распределенными воздушными ячейками, или пузырьками. Они могут иметь конструктивное и теплоизоляционное назначение, что обусловливает форму и размеры изделий, их качественные показатели.
Силикатные материалы и изделия автоклавного твердения представляют собой искусственные строительные конгломераты на основе известково-кремнеземистого (силикатного) камня, синтезируемого в процессе автоклавной обработки под действием пара при высокой температуре и повышенном давлении. Одним из основных компонентов сырьевой смеси, из которой формуются изделия, служит известь, которая обладает большой химической активностью к кремнезему при термовлажностной обработке.
Возможность образования в автоклаве камневидного изделия была установлена в конце XIX в., но массовое производство силикатных изделий, деталей и конструкций, особенно типа бетонов, было впервые организовано в нашей стране. Технология их изготовления механизирована и в значительной мере автоматизирована, что обеспечивает получение более дешевой продукции по сравнению с цементными материалами и изделиями.
Эффективные исследования в этом направлении были выполнены П.И. Боженовым, А.В. Волженским, П.П. Будниковым, Ю.М. Буттом и др.
Было показано, что при автоклавной обработке образуются наиболее устойчивые низкоосновные гидросиликаты с соотношением CaOiSiCh в пределах 0,8—1,2, хотя на промежуточных стадиях отвердевания возможны и более высокоосновные химические соединения.
П.И. Боженов, отмечая «технический синтез» цементирующей связки в автоклавном конгломерате, состоящей из смеси гидросиликатов, полагает, что химическое сырье должно удовлетворять определенным требованиям. Оно должно быть высокодисперсным с удельной поверхностью порошка в пределах 2000—4000 см2/г, по возможности аморфным, стеклообразным.
Химически активное сырье обеспечивает не только образование цементирующей связки в автоклавном конгломерате, но и ряд технологических свойств сырьевой смеси (формуемость изделий, ровность их поверхности, транспортабельность и др.). Но не только химические и физико-химические процессы влияют на формирование структуры и свойств силикатных материалов при автоклавной обработке. А.В. Волженский первым обратил внимание на изменение тепловлажностных условий при автоклавной обработке и их влияние на качество изделий. В связи с этим было принято выделить три этапа в автоклавной обработке: наполнение автоклава и изделий паром до заданного максимального давления; спуск пара; извлечение изделий из автоклава.
Изделия приобретают свойства, необходимые для строительных материалов, после автоклавной обработки, в процессе которой образуется новый известково-кремнеземистый цемент с характерными для него новообразованиями гидросиликатов кальция и магния, а также безводных силикатов.
Формирование микро- и макроструктуры силикатного изделия в автоклаве происходит на различных стадиях обработки. Механизм отвердевания известково-песчаного сырца до камневидного состояния выражается в том, что вначале образуется известково-кремнеземистое цементирующее вещество как продукт химического взаимодействия основных компонентов в смеси в условиях повышенных давлений и температур.
Согласно одной из теорий (П.П. Будникова, Ю.М. Бутта и др.), образование цементирующего вещества происходит через предварительное растворение извести в воде. Так как растворимость извести с повышением температуры понижается, то постепенно раствор становится насыщенным. Но с повышением температуры возрастает растворимость тонкодисперсного кремнезема.
Так, например, с повышением температуры с 80 до 120°С растворимость кремнезема возрастает (по данным Кеннеди) почти в 3 раза. Поэтому при температуре 120—130°С известь и кремнезем, находясь в растворе, взаимодействуют с образованием гелеобразных гидросиликатов кальция. По мере дальнейшего повышения температуры новообразования укрупняются с возникновением зародышей и кристаллической фазы, а затем и кристаллических сростков.
При избытке извести возникают сравнительно крупнокристаллические двуосновные гидросиликаты кальция типа C2SH и C2SH2, а после полного связывания извести и в процессе перекристаллизации возникают более устойчивые микрокристаллические низкоосновные гидросиликаты кальция типа CSH и C5S6H5 (то берморит). Кристаллизация происходит вокруг зерен кварца и в межзерновом пространстве; сопровождается срастанием кристаллических новообразований в каркас с дальнейшим его упрочнением и обрастанием.
Полный цикл автоклавной обработки, по данным П.И. Боженова, слагается из пяти этапов:
- впуск пара и установление температуры 100°С;
- дальнейшее повышение температуры среды и давления пара до назначенного максимума; изотермическая выдержка при постоянном давлении (чем выше давление, тем короче режим автоклавизации);
- медленное и постепенное нарастание скорости снижения давления пара до атмосферного, а температуры — до 100°С;
- окончательное остывание изделий в автоклаве или после выгрузки их из автоклава.
Оптимальный режим, т. е. наилучшие условия по величине давления пара, температуры и продолжительности всех стадий обработки, обусловливается видом сырья, хотя по экономическим соображениям всегда стремятся к быстрому подъему и медленному спуску давления.
Большую пользу в формировании структуры и свойств силикатных камня и материалов оказывают вводимые в смеси добавочные вещества (добавки), выполняющие функции ускорителей процессов образования гидросиликатов кальция или магния, кристаллизации новообразований, модификаторов свойств и структуры. В целом в составе силикатного камня преобладают низкоосновные гидросиликаты кальция, имеющие тонкоигольчатое или чешуйчатое микрокристаллическое строение CSH и тоберморит C5S6H В высокоизвестковых смесях в результате синтеза образуется гиллебрандит 2СаО • Si02 • Н20 (т. е. C2SH).
Согласно другой теории, образование микроструктуры вяжущего происходит не через растворение извести и кремнезема, а в твердой фазе под влиянием процесса самодиффузии молекул в условиях 1 водной среды и повышенной температуры. Имеется и третья теория (А.В. Саталкин, П.Г. Комохов и др.), допускающая образование микроструктуры вяжущего в результате реакций в жидкой и твердой фазах.
Выполненные исследования силикатного камня и силикатного конгломерата на примерах бетонов мелко- и крупнозернистых показали, что при оптимальных структурах их свойства полностью подчиняются общим закономерностям ИСК.
Оптимальная структура силикатного материала формируется при определенном количестве известковр-кремнеземи-стого цемента и минимальном соотношении его фазовых составляющих. В свежеизготовленном конгломерате дисперсионной средой (с) служит известковое тесто (Ит), а в качестве твердой дисперсной фазы (ф) выступает молотый кремнеземистый (песчаный) компонент (Пм). Активность (прочность) известково-кремне-земистого вяжущего вещества оптимальной структуры после автоклавной обработки, как и другие свойства силикатного материала, зависит от величины соотношения Ит: Пм (по массе).
Кроме кремнеземистого сырьевого материала, можно использовать в производстве автоклавных изделий распространенные малокварцевые виды сырья — полевошпатовые, глинистые, карбонатные пески, а также шлаки и другие побочные продукты промышленности. Минералы малокварцевого сырья, растворившись в условиях авто-клавирования, становятся активными компонентами, не уступающими по растворимости кварцу. Их активность зависит от размеров радиусов анионов и катионов, входящих в их состав. В автоклаве формируется новое вяжущее (безобжиговое солешлаковое вяжущее), по свойствам превосходящее известково-кремнеземистое автоклавное твердение. Оно состоит из низкоосновных слабозакристаллизован-ных гидросиликатов кальция, а в присутствии ионов алюминия — из высокоосновных гидросиликатов кальция.
Классификация и виды силикатных материалов
Силикатные материалы относятся к группе искусственных каменных материалов на основе вяжущих веществ.
Общие сведения искусственных каменных материалов на основе вяжущих веществ
Признаки классификации, по которым различают вяжущие материалы:
1.В зависимости от вида вяжущего различают изделия на основе: цемента, извести, гипса и др.
2. В зависимости от способа производства определяют условия твердения таких материалов: естественное твердение, пропаривание, автоклавная обработка.
В качестве заполнителей для получения искусственных каменных изделий используют разнообразные материалы: песок, керамзит, и другие пористые заполнители, опилки и стружки и специфический армирующий заполнитель-асбест.
К основным искусственным каменным материалам и изделиям относятся:
1. Силикатный кирпич
2. Силикатобетонные изделия:
2.1. Тяжелые силикатобетонные изделия аналогичные обычному бетону
2.2. Легкие силикатобетонные изделия на основе пористых заполнителей или Ячеистые ( пенно- и газосиликаты)
3. Гипсовые и гипсобетонные изделия
4. Стеновые камни из легкого и ячеистого бетона
5. Арболит
6. Цементно-стружечные плиты и асбестоцементные изделия
В отличие от керамики, материалы на минеральных вяжущих получаются за счет естественного твердения или термообработки при температурах до 200 °С. Таким образом, энергозатраты на производство изделий на минеральных вяжущих, даже с учетом энергозатрат на получение самого вяжущего, меньше, чем для получения керамики. Однако керамические материалы более долговечны и стойки к действию воды, агрессивных растворов и высоких температур.
Виды пустотелых изделий из силикатных материалов по ГОСТ 379-95 Кирпич и камни силикатные
Рисунок А1 — Камень (кирпич) 14-пустотный (диаметр отверстий 30 — 32 мм, пустотность 28 – 31 %)
Рисунок А2 — Камень (кирпич) 11-пустотный (диаметр отверстий 27 — 32 мм, пустотность 22 – 25 %)
Рисунок А3 — Кирпич 3-пустотный (диаметр отверстий 52 мм, пустотностъ 15 %)
ПЕРЕЧЕНЬ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ
СИЛИКАТНЫХ ИЗДЕЛИЙ
Наименование материала
Нормативный документ
1 Песок для производства силикатных изделий
По действующим нормативным документам
2 Известь строительная
3 Белитовый (нефелиновый) шлам
По действующим нормативным документам
4 Золы уноса тепловых электростанций
5 Мелкозернистая золошлаковая смесь
6 Песок шлаковый
7 Щелочеустойчивые пигменты
8 Известесодержащие вяжущие
По действующей технической документации
9 Краска сухая поливинилбутирольная П-ВЛ, П-ВЛ-212, редоксайд, фталоциониновый зеленый, паропроницаемые эмали, эмали кремнийорганические КО-174 разных цветов, органосиликатные композиции и др.
Источник: tehlib.com
Силикатные материалы
Силикатные материалы на основе строительной извести при нормальных условиях твердения имеют малую прочность. Поэтому, в целях повышения их прочности проводят обработку насыщенным водяным паром при 70…100°С при атмосферном давлении (пропаривание) или искусственную карбонизацию.
Состав статьи:
1. Силикатные материалы автоклавного твердения.
2. Силикатный кирпич.
3. Известково-зольный и известково-шлаковый кирпичи.
4. Силикатный бетон
5. Крупноразмерные изделия из силикатного бетона.
Показатели прочности и долговечности силикатных материалов приобретают максимальные значения в условиях гидротермальной обработки в автоклавах в среде насыщенного водяного пара. Гидротермальную обработку (запаривание ) проводят под давлением насыщенного водяного пара : 0,8; 1,2 и 1,6 МПа, что соответствует температурам указанной среды 174,5; 190,7 и 203,3°С.
Автоклавные строительные материалы выпускают в виде кирпича, блоков и панелей для наружных и внутренних стен, панелей перекрытий, колонн, лестничных маршей и площадок, балок и других изделий. Их свойства близки к свойствам цементных бетонов, но они отличаются меньшим расходом вяжущих, широким использованием дешевых местных заполнителей и следовательно меньшей стоимостью.
Однако для их производства необходимы автоклавы.
♣ Силикатный кирпич
Силикатный кирпич является одним из наиболее экономичных и распространенных в стране стеновых материалов, из него возводят более 16% всех каменных зданий.Основными видами сырья для производства силикатного кирпича являются песок, известь и вода. Кроме того, применяют суглинки, трепелы, золы, шлаки и другие горные породы и промышленные отходы.
В качестве известкового компонента для производства автоклавных изделий можно применять молотую не гашенную известь, пушонку, частично гашенную известь, а также известково зольное и известково-пуццолановое вяжущее. Производство силикатного кирпича включает следующие стадии:
добычу и просев песка, обжиг извести и ее размол совместно с частью песка, смешение полученного вяжущего с немолотым песком и водой. А также гашение извести в смеси с песком, повторное перемешивание и до увлажнение полученной массы, прессование кирпичей, их укладку на вагонетки, загрузку в автоклав и обработку насыщенным водяным паром при температуре 174,5°С (давлении 0,8 МПа).
Автоклавная обработка (запаривание ) силикатного кирпича производится по следующему режиму: Подъем температуры до 174,5°С-1,5 ч; изотермическая выдержка при 174,5°С-8 ч; снижение температуры до 100 °С и давления до атмосферного -2 ч.
Согласно ГОСТ 379-79, силикатный кирпич подразделяется на марки, которым соответствуют показатели предела прочности при сжатии : 30; 25; 20; 15; 12.5; 10 и 7.5 МПа ( последняя цифра только для пустотелых камней). Морозостойкость рядового силикатного кирпича должна составлять не менее 15 циклов попеременного замораживания ( при -13 °С ) и оттаивания ( в воде при 15…20 °С), а лицевого -25, 35, 50 циклов в зависимости от марки.
Водопоглощение рядового силикатного кирпича не должно превышать 16%, а лицевого -14%. Средняя плотность составляет 1800…1850 кг/м³. заводы выпускают рядовой и лицевой силикатный кирпичи, пустотелый и полнотелый, модульный (утолщенный) одинарный. Одинарный силикатный кирпич имеет ту же форму и размеры , что и красный керамический кирпич ( 250 х 120 х 65 мм). Модульный силикатный кирпич является пустотелым и имеет размер 250 х 120 х 88 мм.
Выпускаются также мелкоштучные силикатные изделия в виде пустотелых камней размером 250 х 120 х 138 мм. Такие изделия имеют массу не более 4,3 кг.
♣ Известково шлаковый и известково-зольный кирпичи.
Известково-шлаковый и известково-зольный кирпич является одним из разновидностью силикатного кирпича,который отличается лучшими теплоизоляционными показателями а также меньшей плотностью. Это достигается заменой тяжелого кварцевого песка на более легкий и пористым материалом на основе шлаков или золой.
Для того чтобы приготовить известково-шлаковый кирпич берут от 3 до 12 процентов извести и от 88 до 97 процентов шлака. Для производства известково- зольного кирпича используют от 75 до 80 процентов золы и от 20-25% извести. Зола как и шлак является дешевым сырьевым материалом и образуется при сжигании каменного или бурого угля в печах или при добывании электрической энергии путем сжигания топлива в котельных ТЭЦ и ГРЭС.
Экономически очень выгодно использование шлаков и зол, потому что таким образом расширяется сырьевая база используемых строительных материалов на основе силиката и при этом существенно снижается их стоимость. Производство известково-шлаковых кирпичей и соответственно известково-зольных не отличается от производства силикатного кирпича.
Шлаковый и зольный кирпич выпускаются предприятиями размерами 250 х 120 х 140 миллиметров и больше.Такой кирпич имеет марку прочности при сжатии М-75, 50, 25, плотностью от 1400-1600 кг/м3. Морозостойкость кирпича на уровне силикатного, теплопроводность должна быть в пределах 0.5-до 0.6 Вт/(м· °С).
Используют известково-шлаковый и известково-зольный кирпич преимущественно в качестве стенового материала в строительстве домов разного назначения, высотой до трех этажей.На основе извести также выпускают и силикатный бетон который получил также широкое использование в строительстве.
♣ Силикатный бетон
Силикатный бетон представляет собой бесцементный бетон автоклавного твердения. Вяжущим в нем является смесь извести с тонкомолотым песком. Наибольшее распространение получили мелкозернистые силикатные бетоны, заполнителем в которых является обычный кварцевый песок. Песок обладает более высокой удельной поверхностью, отсюда лучшая реакционная способность а также меньшая стоимость, чем крупного заполнителя.
Поэтому мелкозернистые силикатные бетоны наряду с хорошими техническими свойствами имеют низкую стоимость.Формуют силикатный бетон вибрированием, прессованием, прокатом, центрифугированием, литьем и так далее. Для крупноразмерных изделий чаще всего применяют вибрационное формование на виброплощадках и виброустановках.
Таблица-1. Требуемая жесткость силикатобетонной смеси
Вибрационное воздействие как правило характеризуется амплитудой колебаний 0,5…0,8 мм и частотой 2800…3000 кол/мин. Жесткость смеси необходимая для ее качественного уплотнения при различных способах формования, приведена в таблицу-1. При использование не гашенной извести ориентировочные значения прочности плотного силикатного бетона можно определить по формуле:
Rб=40,5[S м.п./1000+1,6/(Ц/В-1)]+180,где
S м.п.-удельная поверхность молотого песка, см²/г.
Изготовление силикатобетонных автоклавных изделий характеризуется сравнительно низким расходом извести: 175…250 кг на 1 м³ плотного бетона.Это объясняется тем, что вяжущим в условиях автоклавной обработки является не только известь, но и часть песка( в первую очередь молотого), входящего в состав цементирующих материалов -гидросиликатов кальция.
При гидротермальной обработке крупноразмерных изделий целесообразно применять автоклавы большего диаметра (2,6 и 3,6 метра), которые позволяют повысить коэффициент их заполнения. Крупноразмерные изделия из плотного силикатобетона имеют прочность на сжатие 15…40 МПа, среднюю плотность 1800…2100 кг/м³ и морозостойкость более 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания.
Они могут применяться наряду с цементобетонными во всех случаях, кроме контакта с грунтовыми и сточными водами, содержащие углекислоту( вследствие образования растворимого бикарбоната кальция). На 20 предприятиях страны ежегодно выпускается более 500 тыс. м³ изделий из плотного силикатного бетона (ПСБ).
Основная номенклатура продукции из ПСБ: панели внутренних стен и сенажных траншей; плиты перекрытий; крупные стеновые блоки и блоки стен подвалов, тротуарные, дорожные и облицовочные плиты.
Крупноразмерные изделия из силикатного бетона
Силикатным бетоном называют затвердевшую в автоклаве уплотненную смесь, состоящую из кварцевого песка (70…80%),
молотого песка (8..15%) и молотой негашеной извести (6… 10%).Плотный силикатный бетон является разновидностью тяжелого бетона.
Силикатные бетоны, как и цементные, могут быть тяжелыми (заполнители плотные — песок и щебень или песчано-гравийная смесь),легкими (заполнители пористые — керамзит, вспученный перлит, аглопорит и др.) и ячеистыми (заполнителем служат пузырьки воздуха, равномерно распределенные в объеме изделия).
Вяжущим в силикатном бетоне является тонкомолотая известково-кремнеземистая смесь —известково-кремнеземистое вяжущее, способное при затворении водой в процессе тепловлажностной обработки в автоклаве образовывать высокопрочный искусственный камень. В качестве кремнеземистого компонента применяют молотый кварцевый песок, металлургические (главным образом доменные) шлаки, золы ТЭЦ. Кремнеземистый компонент (тонкомолотый песок) оказывает большое влияние на формирование свойств силикатных бетонов.
Автоклавная обработка — последняя и самая важная стадия производства силикатных изделий. В автоклаве происходят сложные процессы превращения исходной, уложенной и уплотненной силикатобетонной смеси в прочные изделия разной плотности,- формы и назначения. В настоящее время выпускаются автоклавы диаметром 2,6 и 3,6 м, длиной 20…30 и 40 м. Как изложено выше, автоклав представляет собой цилиндрический горизонтальный сварной сосуд (котел) с герметически закрывающимися с торцов сферическими крышками.
Котел имеет манометр, показывающий давление пара, и предохранительный клапан, автоматически открывающийся при повышении в котле давления выше предельного. В нижней части автоклава уложены рельсы, по которым передвигаются загружаемые в автоклав вагонетки с изделиями. Автоклавы оборудованы траверсными путями с передаточными тележками — электромостами для загрузки и выгрузки вагонеток и устройствами для автоматического контроля и управления режимом автоклавной обработки.
Для уменьшения теплопотерь в окружающее пространство поверхность автоклава и всех паропроводов покрывают слоем теплоизоляции. Применяют тупиковые или проходные автоклавы. Автоклавы оборудованы магистралями для выпуска насыщенного пара, перепуска отработавшего пара в другой автоклав, в атмосферу, утилизатор и для конденсатоотвода.
При эксплуатации автоклавов необходимо строго соблюдать «Правила устройства и безопасности эксплуатации сосудов, работающих под давлением».
После загрузки автоклава крышку закрывают и в него медленно и равномерно впускают насыщенный пар. Автоклавная обработка является наиболее эффективным средством ускорения твердения бетона. Высокие температуры при наличии в обрабатываемом бетоне воды в капельно-жидкомсостоянии создают благоприятные условия для химического взаимодействия между гидратом оксида кальция и кремнеземом с образованием основного цементирующего вещества — гидросиликатов кальция.
Весь цикл автоклавной обработки (по данным проф. П. И. Боженова) условно делится на пять этапов: 1 — от начала впуска пара до установления в автоклаве температуры 100 °С; 2 — повышение температуры среды и давления пара до назначенного минимума; 3 — изотермическая выдержка при максимальном давлении и температуре; 4 — снижение давления до атмосферного, температуры до 100 °С; 5 — период постепенного остывания изделий от 100 до 18…20 °С либо в автоклаве, либо после выгрузки их из автоклава.
Качество силикатных изделий автоклавного твердения зависит не только от состава и структуры новообразований, но и от правильного управления физическими явлениями, возникающими на различных этапах автоклавной обработки. При автоклавной обработке кроме физико-химических процессов, обеспечивающих синтез гидросиликатов кальция, имеют место физические процессы, связанные с температурными и влажностными градиентами, определяемые термодинамическими свойствами водяного пара и изменениями физических характеристик в сырьевой смеси, а затем и в образовавшемся искусственном силикатном камне.
В составе силикатного камня преобладают низкоосновные гидросиликаты кальция, имеющие тонкоигольчатое или чешуйчатое микрокристаллическое строение типа CSH(B), и тоберморит. Однако наряду с низкоосновными могут быть и более крупнокристаллические высокоосновные гидросиликаты кальция типа C2SH(A).
Развитие производства крупноразмерных силикатных изделий, особенно полной заводской отделки, способствует индустриализации строительства, дает возможность экономить цемент и позволяет расширить базу полносборного строительства. Наибольшее практическое распространение получили тяжелые мелкозернистые бетоны плотностью 1800…2500 кг/м³ и прочностью 15, 20, 25, 30 и 40 МПа. Можно получить силикатный бетон прочностью до 80 МПа при увеличении дисперсности и количества тонкомолотого кварцевого песка в смеси известково-кремнеземистого вяжущего, сильном уплотнении и соответствующем режиме автоклавной обработки.
Прочность силикатного бетона при сжатии, изгибе и растяжении, деформативные свойства, сцепление с арматурой обеспечивают одинаковую несущую способность конструкций из силикатного и цементного бетона при одинаковых их размерах и степени армирования. Поэтому силикатный бетон можно использовать для армированных и предварительно напряженных конструкций, что ставит его в один ряд с цементным бетоном.
Из плотных силикатных бетонов изготовляют несущие конструкции для жилищного, промышленного и сельского строительства: панели внутренних стен и перекрытий, лестничные марши и площадки, балки, прогоны и колонны, карнизные плиты и т. д. В последнее время тяжелые силикатные бетоны применяют для изготовления таких высокопрочных изделий, как прессованный безасбестовый шифер, напряженно-армированные силикатобетонные железнодорожные шпалы, армированные силикатобетонные тюбинги для отделки туннелей метро и для шахтного строительства (бетон прочностью 60 МПа и более).
Коррозия арматуры в силикатном бетоне зависит от плотности бетона и условий службы конструкций; при нормальном режиме эксплуатации сооружений арматура в плотном силикатном бетоне не корродирует. При влажном и переменном режимах эксплуатации в конструкциях из плотного силикатного бетона арматуру необходимо защищать антикоррозионными обмазками.
Силикатный бетон на пористых заполнителях — новый вид легкого бетона. Твердение его происходит в автоклавах. Вяжущие для этих бетонов применяют те же, что и для плотных силикатных бетонов, а заполнителями служат пористые заполнители: керамзит, вспученный перлит, аглопорит, шлаковая пемза и другие пористые материалы в виде гравия и щебня.
В настоящее время крупноразмерные изделия из силикатного бетона выпускают большой номенклатуры. Из силикатного бетона изготовляют крупные стеновые блоки внутренних несущих стен, панели перекрытий и несущих перегородок, ступени, плиты, балки. Элементы, работающие на изгиб, армируют стержнями и сетками.
Технология изготовления силикатобетонных изделий (рис. 1) состоит из следующих основных операций: добычи песка и отделения крупных фракций; добычи и обжига известняка (если известь производят на силикатном заводе), дробления извести; приготовления известково-песчаного вяжущего путем дозирования извести, песка и гипса и помола их в шаровых мельницах; приготовления силикатобетонной смеси путем смешения немолотого песка с тонкомолотой известково-песчаной смесью и водой в бетоносмесителях с принудительным перемешиванием; формования изделий и их выдерживания; твердения отформованных изделий в автоклавах при температуре 174…200 °С и давлении насыщенного пара до 0,8…1,5 МПа.
Для получения плотных силикатных изделий применяют известь с удельной поверхностью 4000…5000 см²/г, а песок —
2000…2500 см²/г. Изделия на молотой негашеной извести можно получить повышенной прочности и морозостойкости. Для этой цели регулируют сроки гидратации извести путем введения гипса, поверхностно-активных веществ и т. д. Молотую негашеную известь целесообразно применять для изделий, изготовленных на пластичной бетонной смеси.
Рисунок-1. Технологическая схема производства изделий из силикатного бетона:
1 — крытый склад извести; 2 — питатель;3 — ленточный конвейер;4 — щековая дробилка; 5 — элеваторы;6 — склад песка;7 — расходный бункер песка;8 — виброгрохот;9 — склад гипса;10 — расходный бункер извести; 11 — расходный бункер песка;12 — расходный бункер гипса;13 — бетоносмеситель С-371;14 — бункер смеси;15 — шаровая мельница СМ-14;16 — шнековый питатель;17 — бункер вяжущего;18 — склад песка;19 — расходный бункер песка;20 — мерник воды;21 — бетоносмеситель С-355;22 — расходный бункер силикатобетонной смеси;23 — бетоноукладчик;24 — пост формовки;25 — пост выдержки;26 — автоклав
В таких свежесформованных изделиях гашение молотой извести не вызывает образования трещин, а увеличение объема способствует большому уплотнению изделия. Кроме того, при последующей гидратации негашеной извести гидрат оксида кальция, возникающий в уже отформованных изделиях, более активно взаимодействует с кремнеземом, чем ранее образовавшийся в гашеной извести гидрат оксида кальция.
В очень уплотненных прессованием изделиях из жестких смесей гашение молотой негашеной извести может повлечь образование трещин, поэтому с увеличением степени уплотнения целесообразно проводить частичное гашение извести путем совместного помола ее с влажным песком или предварительное выдерживание известково-песчаной смеси, как это предусматривается при производстве силикатного кирпича.
Для силикатных изделий с прочностью до 10… 15 МПа песок можно применять в немолотом виде с известью 6…10% в расчете на активную СаО.
Для изготовления автоклавных силикатных изделий расход извести составляет 175…250 кг на 1 м³ изделия.
Крупноразмерные изделия формуют на виброплощадках иногда с пригрузом или с вибропригрузом. Отформованные силикатные изделия подвергают запариванию в автоклавах диаметром 2,6 и 3,6 м.
Режим запаривания изделий из плотного силикатного бетона следующий: подъем давления пара до 0,8 МПа— 1,5…2 ч; выдерживание при этом давлении — 8…9 ч и спуск давления — 2…3 ч. Вибрированные крупноразмерные, силикатные изделия имеют прочность при сжатии 15…40 МПа, плотность — 1800…2100 кг/м³, морозостойкость — 50 циклов и более. При силовом вибропрокате силикатные изделия получают прочностью до 60 МПа и плотностью до 2300 кг/м³.
Применяют плотные силикатобетонные изделия для строительства жилых, промышленных и общественных зданий; не рекомендуется использовать их для фундаментов и других конструкций, работающих в условиях высокой влажности.
Источник: stroivagon.ru