Материалы на основе извести (силикатные изделия). Силикатные изделия автоклавного твердения Силикатный кирпич. Состав, св-ва, применение

В наибольшем количестве в земной коре (литосфере) содержится свободный кремниевый ангидрид или кремнезем Si0 2 . В состав большинства минералов он входит в виде силикатов -> химических соединений с основными окислами. Свободный природный кристаллический кремнезем встречается в виде кварца - одного из наиболее распространенных в земной коре минералов. Его кристаллы имеют форму шестигранных призм с шестигранными же пирамидами на концах (основаниях). Кварц обычно непрозрачен, чаще он белого, молочного цвета. Спайность у кварца отсутствует, излом его раковистый, он имеет жирный блеск; с щелочами при обычной температуре не соединяется и под действием кислот (кроме плавиковой) не разрушается. Удельный вес кварца 2,65, твердость 7 по шкале твердости. Кварц имеет высокую прочность при сжатии (около 20 000 кГ/см 2) и хорошо сопротивляется действию истирания. При нагревании до температуры 575° С кварц из β-модификации переходит в α-модификацию (высокотемпературную), скачкообразно увеличиваясь в объеме примерно на 1,5%. При температуре 870° С он начинает переходить в тридимит (удельный вес 2,26), значительно увеличиваясь в объеме (минерал тридимит кристаллизуется в виде тонких шестигранных пластинок). Эти изменения объема кварца при высоких температурах необходимо учитывать в производстве огнеупорных динасовых изделий. При температуре 1710° С кварц переходит в жидкое состояние. При быстром остывании расплавленной массы (расплава) образуется кварцевое стекло - аморфный кремнезем с удельным весом 2,3.

В природе встречается минерал опал аморфной структуры, представляющий собой гидрат-кремнезема (Si0 2 *nH 2 0). Аморфный кремнезем активен, может соединяться с известью при нормальной температуре, тогда как кристаллический кремнезем (кварц) приобретает эту способность только под действием пара большого давления (в автоклаве) или при сплавлении.

ГРУППА АЛЮМОСИЛИКАТОВ

Второе место после кремнезема занимает в земной коре глинозем А1 2 О 3 . Свободный глинозем в природе встречается в виде минералов корунда и других глиноземистых минералов.

Корунд - один из наиболее твердых минералов. Его используют для производства высокоогнеупорных материалов, он является ценным абразивом.

Другой глиноземистый материал - диаспор - представляет моногидрат глинозема А1203. Н20 и содержит 85% А1203. Диаспор входит в состав бокситов - тонкодисперсных горных пород часто красного или фиолетового цвета, богатых глиноземом (от 40 до 80%) и используемых как сырье для производства глиноземистого цемента.

Глинозем обычно находится в виде химических соединений с кремнеземом и другими окислами, называемых алюмосиликатами. Наиболее распространенными в земной коре алюмосиликатами являются полевые шпаты, которые составляют по весу более половины всей массы литосферы. К этой же группе минералов относятся слюды и каолиниты.

ГРУППА ЖЕЛЕЗИСТО-МАГНЕЗИАЛЬНЫХ СИЛИКАТОВ

Минералы, входящие в эту группу, имеют темную окраску, поэтому,nих часто называют темноокрашенными минералами. Удельный вес их больше, чем других силикатов, твердость находится в пределах 5,5- 7,5; они обладают значительной вязкостью. При большом содержании их в горных породах они придают последним темный цвет и большую вязкость, т. е. повышенную сопротивляемость удару. Наиболее распространенными породообразующими минералами железисто-магнезиальной группы являются пироксены, амфиболы и оливин.

ГРУППА КАРБОНАТОВ

В осадочных горных породах наиболее часто встречаются породообразующие карбонатные минералы (карбонаты), важнейшие из них - кальцит, магнезит и доломит.

Кальцит, или кристаллический известковый шпат СаС0 3 один из самых распространенных минералов земной коры. Он легко раскалывается по плоскостям спайности по трем направлениям, имеет удельный вес 2,7 и твердость 3. Кальцит слабо растворим в чистой воде (0,03 г в 1 л), но растворимость его резко возрастает при содержании в воде агрессивной двуокиси углерода СО 2 , так как образуется кислый углекислый кальций Са(НС0 3)2, растворимость которого почти в 100 раз больше, чем кальцита.

Магнезит MgC0 3 встречается большей частью в виде землистых или плотных агрегатов, обладающих скрыто-кристаллическим строением. Он тяжелее и тверже кальцита.

Доломит CaC0 3 -MgC0 3 по физическим свойствам близок к кальциту, но более тверд и прочен и еще меньше растворим в воде.

ГРУППА СУЛЬФАТОВ

Сульфатные минералы (сульфаты), так же как и карбонаты, часто встречаются в осадочных горных породах; важнейшие из них - гипс и ангидрит.

Гипс CaS0 4 *2H 2 0 типичный минерал осадочных пород. Строение его кристаллическое, иногда мелкозернистое, кристаллы пластинчатые, столбчатые, игольчатые и волокнистые. Встречается гипс преимущественно в виде сплошных зернистых, волокнистых и плотных пород вместе с глинами, сланцами, каменной солью и ангидритом. Гипс имеет белый цвет, иногда бывает прозрачен или окрашен примесями в различные цвета. Удельный вес его 2,3, твердость 2.

В воде гипс растворяется сравнительно легко при температуре 32-41° С, растворимость его в 75 раз больше, чем кальцита.

Ангидрит CaS0 4 имеет удельный вес 2,8-3, твердость 3-3,5; по внешнему виду похож на гипс. Залегает пластами и прожилками вместе с гипсом и каменной солью. Под действием воды ангидрит постепенно переходит в гипс, при этом объем его увеличивается.

ПОРОДЫ ХИМИЧЕСКОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Магнезит MgC03 используют дли получения огнеупорных материллов и магнезиального нижущего - каустического магнезите.

Доломит состоит в основном из минерала того же названия СаС03 MgC03. По свойствам доломиты близки к плотным известнякам, а иногда обладают и более высокими качествами. Применяют их в качестве строительного камня и щебня для бетона, а также для получения огнеупорных материалов и вяжущего вещества (каустического доломита). Доломиты широко распространены.

Гипс CaS0 4 *2H 2 Q, состоящий из минерала того же названия, используют главным образом для изготовления гипсовых вяжущих веществ и в качестве добавки при производстве портландцемента.

Ангидрит CaS0 4 , состоящий из минерала того же названия, применяют для получения вяжущих, а также для изготовления плит для внутренней облицовки. Внешне ангидрит заметно не отличается от гипса и залегает обычно вместе с ним.

Известковые туфы образовались в результате выпадения СаС0 3 из холодных и горячих подземных углекислых вод. Очень пористые известковые туфы используют как материал для декоративных построек (гроты и др.) и как сырье для приготовления изверти, а плотные с мелкими равномерно расположенными порами и пределом прочности при сжатии до 800 кГ/см 2 - для наружной облицовки зданий .

БЕТОНЫ. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О БЕТОНЕ

Бетоном называется искусственный камень, получаемый в результате твердения рационально подобранной смеси, состоящей из вяжущего вещества, воды и заполнителей (песка и щебня или гравия). Смесь этих материалов до затвердевания называется бетонной смесью.

Зерна песка и щебня составляют каменный остов в бетоне. Цементное тесто, образующееся после затворения бетонной смеси водой, обволакивает зерна песка и щебня, заполняет промежутки между ними и играет вначале роль смазки заполнителей, придающей подвижность (текучесть) бетонной смеси, а впоследствии, затвердевая, связывает зерна заполнителей, образуя искусственный камень - бетон. Бетон в сочетании со стальной арматурой называется железобетоном .

КЛАССИФИКАЦИЯ БЕТОНОВ

Классифицируют бетоны по следующим главнейшим признакам: объемному весу, виду вяжущего вещества, прочности, морозостойкости и назначению.

Основной считается классификация по объемному весу. Бетон делят на особотяжелый объемным весом более 2500 к г/м 3 , тяжелый - объемным весом от 1800 до 2500 кг/м 3 включительно, легкий - объемным весом от 500 до 1800 кг/м 3 включительно, особолегкий - объемным весом менее 500 кг/м 3 .

В зависимости от наибольшей крупности применяемых заполнителей различают бетоны мелкозернистые с заполнителем размером до 10 мм и крупнозернистые с заполнителем наибольшей крупности 10-150 мм.

Важнейшими показателями качества бетона являются его прочность и долговечность. По показателям прочности при сжатии бетоны подразделяются на марки R в кГ/см 2 . Тяжелые бетоны на цементах и обычных плотных заполнителях имеют марки 100-600, особотяжелые бетоны 100-200, легкие бетоны на пористых заполнителях 25-300, ячеистые бетоны 25-200, плотные силикатные бетоны 100-400 и жаростойкие бетоны 100-400.

Долговечность бетонов оценивается степенью морозостойкости. По этому показателю бетоны разделяют на марки морозостойкости Мрз: для тяжелых бетонов Мрз 50-300 и для легких бетонов Мрз 10-200. По виду вяжущего вещества различают бетоны: цементные, изготовленные на гидравлических вяжущих веществах- портландцементах и его разновидностях;

силикатные - на известковых вяжущих в сочетании с силикатными или алюминатными компонентами;

гипсовые - с применением гипсоангидритовых вяжущих; бетоны на органических вяжущих материалах.

Тяжелый бетон изготовляют на цементе и обычных плотных заполнителях, а легкий - на цементе с применением естественных или искусственных пористых заполнителей. Разновидностью легкого бетона является ячеистый бетон, представляющий собой отвердевшую смесь вяжущего вещества, воды, тонкодисперсного кремнеземистого компонента и порообразователя. Он отличается высокой пористостью (до 80-90%) при равномерно распределенных мелких порах. Силикатные бетоны получают из смеси извести и кварцевого песка с последующим твердением сформованных изделий в автоклаве при давлении 9-16 атм (изб.) и температуре 174,5-200° С.

По назначению бетон бывает следующих видов:

обычный - для бетонных и железобетонных несущих конструкций зданий и сооружений (колонны, балки, плиты);

гидротехнический - для плотин, шлюзов, облицовки каналов и др.;

для зданий и легких перекрытий;

для полов и дорожных покрытий и оснований;

специального назначения: кислотоупорный, жароупорный, особотяжелый для биологической защиты.

Последние изготовляют на цементе со специальными видами заполнителей высокого объемного веса.

Цемент

Для приготовления тяжелых бетонов применяют портландцемент обычный, пластифицированный и гидрофобный, портландцемент с гидравлическими добавками, шлакопортландцемент и др. Характеристика этих цементов и требования, предъявляемые к ним, изложены в четвертой главе.

Вода для затворения

Для затворения бетонных смесей и поливки бетона применяется вода, не содержащая вредных примесей, препятствующих нормальному твердению бетона, - кислот, сульфатов, жиров, растительных масел, сахара и т. п. Нельзя применять воды болотные и сточные, а также воды, загрязненные вредными примесями, имеющие водородный показатель pH менее 4 и содержащие сульфаты (в расчете на SO3) более 0,27%. Морскую и другие воды, имеющие минеральные соли, можно использовать только, если общее количество солей в них не превышает 2%. Пригодность воды для бетона устанавливается химическим анализом и сравнительными испытаниями прочности бетонных образцов, изготовленных на данной и на чистой питьевой воде и испытанных в возрасте 28 сут. при хранении в нормальных условиях. Вода считается пригодной, если приготовленные на ней образцы имеют прочность, не меньшую, чем образцы на чистой питьевой воде.

Песок

Песком называется рыхлая смесь зерен крупностью от 0,14 до 5 мм, образовавшаяся в результате естественного разрушения массивных горных пород или их дробления (природные пески). Кроме природных песков применяют искусственные, получаемые при дроблении или грануляции металлургических и топливных шлаков или специально приготовленных материалов - керамзита, аглопорита и др. Можно использовать пески фракционированные и нефракционированные.

Крупный заполнитель

В качестве крупного заполнителя для тяжелого бетона применяется гравий или щебень из горных пород, реже шлаковый и кирпичный щебень.

Гравием называется скопление зерен размером 5-70 (150) мм, образовавшихся в результате естественного разрушения горных пород. Зерно гравия имеет окатанную форму и гладкую поверхность. Для -бетона наиболее выгодны зерна малоокатаные щебневидной формы, хуже яйцевидные (окатанные), еще хуже пластинчатые и игловатые зерна, понижающие прочность бетона. Содержание пластинчатых и игловатых зерен в гравии допускается не более 15%, а зерен слабых (пористых) пород - не более 10%. По крупности зерен гравий разделяется на следующие фракции: 5-10, 10-20, 20-40 и 40-70 мм.

Часто гравий залегает вместе с песком. При содержании в гравии 25-40% песка материал называют песчано-гравийной смесью.

Щебень получают путем дробления массивных горных пород, гравия, валунов или искусственных камней на куски размером 5-70 мм. Для приготовления бетона обычно используется щебень, полученный дроблением плотных горных пород, щебень из гравия и щебень из доменных и мартеновских шлаков.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА БЕТОННОЙ СМЕСИ И БЕТОНА

Тяжелый бетон чаще всего изготовляют на портландцементе, кварцевом песке и гравии или щебне из плотных горных пород. Бетон должен приобрести проектную прочность к определенному сроку и обладать другими качествами, соответствующими назначению изготовляемой конструкции (водостойкостью, морозостойкостью, плотностью и т. д.). Кроме того, требуется определенная степень подвижности бетонной смеси, которая соответствовала бы принятым способам ее укладки.

Каждый из этих компонентов влияет на вязкопластичные свойства смеси. Так, если увеличить содержание заполнителей, смесь становится более жесткой; если цементного теста - более пластичной и текучей. Существенно влияет на свойства бетонной смеси и вязкость цементного теста. Чем больше в цементном тесте воды, тем пластичнее получается тесто и соответственно пластичнее бетонная смесь.

Одно из основных свойств бетонной смеси - тиксотропия - способность разжижаться при периодически повторяющихся механических воздействиях (например, вибрации) и вновь загустевать при прекращении этого воздействия. Механизм тиксотропного разжижения заключается в том, что при вибрировании силы внутреннего трения и сцепления между частицами уменьшаются и бетонная смесь становится текучей. Это свойство широко используют при укладке и уплотнении бетонной смеси.

Рисунок 9.1. Определение подвижности пластичных бетонных смесей по осадке конуса(ОК):

1-опоры;2-ручки;3-форма-конус;4-бетонная смесь.

Удобоукладываемость - обобщенная техническая характеристика вязкопластичных свойств бетонной смеси. Под удобоукладываемостью понимают способность бетонной смеси под действием определенных приемов и механизмов легко укладываться в форму и уплотняться, не расслаиваясь. Удобоукладываемость смесей в зависимости от их консистенции оценивают по подвижности или жесткости.

Подвижность служит характеристикой удобоукладываемости пластичных смесей, способных деформироваться под действием собственного веса. Подвижность характеризуется осадкой стандартного конуса, отформованного из испытуемой бетонной смеси. Для этого металлическую форму-конус, установленную на горизонтальной поверхности, заполняют бетонной смесью в три слоя, уплотняя каждый слой штыкованием. Избыток смеси срезают, форму-конус снимают и измеряют осадку конуса из бетонной смеси - ОК (рис. 9.1), значение которой (в сантиметрах) служит показателем подвижности.

Жесткость - характеристика удобоукладываемости бетонных смесей, у которых не наблюдается осадки конуса (ОК=0). Ее определяют по времени вибрации (в секундах), необходимому для выравнивания и уплотнения предварительно отформованного конуса из бетонной смеси с помощью специального прибора (рис. 12.3), который представляет собой металлический цилиндр диаметром 240 мм и высотой 200 мм со штативом и штангой 6 и металлическим диском 4 с шестью отверстиями. Прибор закрепляют на стандартной виброплощадке 1, в него вставляют форму-конус 3. Конус заполняют бетонной смесью в три слоя, штыкуя каждый слой 25 раз. Затем форму-конус снимают и, поворачивая штатив, опускают металлический диск 4 на поверхность бетонной смеси. После этого включают вибратор. Время, в течение которого смесь распределится в цилиндрической форме 2 равномерно и хотя бы через два отверстия диска начнет выделяться цементное молоко, принимается за показатель жесткости смеси (Ж).

Рис. 9.2. Схема определения жесткости (Ж) бетонной смеси:

а - прибор в начальном положении; б - то же, в момент окончания испытаний; 1 - вибро-площадка; 2 - цилиндрическая форма; 3- бетонная смесь; 4 - диск с отверстиями; 5- втулка; б -штанга; 7 - бетонная смесь после вибрирования

В зависимости от удобоукладываемости различают жесткие и подвижные бетонные смеси (табл. 9.1).

Жесткие бетонные смеси содержат небольшое количество воды и соответственно пониженное количество цемента в сравнении с подвижными смесями у бетонов равной прочности. Жесткие смеси требуют интенсивного механического уплотнения: длительного вибрирования, вибротрамбования и т. и. Используют такие смеси при изготовлении сборных железобетонных изделий в заводских условиях (например, на домостроительных комбинатах); в построечных условиях жесткие смеси применяют редко.

Таблица 9.1. Классификация бетонных смесей по удобоукладываемости

Подвижные смеси отличаются большим расходом воды и соответственно цемента. Эти смеси представляют собой густую массу, которая легко разжижается при вибрировании. Смеси марок ПЗ и П4 текучие; под действием силы тяжести они заполняют форму, не требуя значительных механических усилий. Подвижные смеси можно транспортировать бетононасосами по трубопроводам.

Связность - способность бетонной смеси сохранять однородную структуру, т. е. не расслаиваться в процессе транспортирования, укладки и уплотнения. При механических воздействиях на бетонную смесь в результате ее тиксотропного разжижения часть воды как наиболее легкого компонента отжимается вверх. Крупный заполнитель, плотность которого обычно больше плотности растворной части (смеси цемента, песка и воды), опускается вниз (Легкие заполнители (керамзит и др.), наоборот, могут всплывать. Все это делает бетон неоднородным, снижая его прочностные показатели и морозостойкость.

ПРОЧНОСТЬ, МАРКА И КЛАСС БЕТОНА

Тяжелый бетон - основной конструкционный строительный материал, поэтому оценке его прочностных свойств уделяется большое внимание. Прочностные характеристики бетона определяются строго в соответствии с требованиями стандартов. Используется несколько показателей, характеризующих прочность бетона. Неоднородность бетона как материала учитывается в основной прочностной характеристике - классе бетона.

Прочность . Как и у всех каменных материалов, предел прочности бетона при сжатии значительно (в 10...15 раз) выше, чем при растяжении и изгибе. Поэтому в строительных конструкциях бетон, как правило, работает на сжатие. Когда говорят о прочности бетона, подразумевают его прочность на сжатие.

Бетон на портландцементе набирает прочность постепенно. При нормальной температуре и постоянном сохранении влажности рост прочности бетона продолжается длительное время, но скорость набора прочности со временем затухает.

Прочность бетона принято оценивать по среднему арифметическому значению результатов испытания образцов данного бетона через 28 сут нормального твердения. Для этого используют образцы-кубы размером 150 х 150 х 150 мм, изготовленные из рабочей бетонной смеси и твердевшие при (20 ± 2)° С на воздухе при относительной влажности 95 % (или в иных условиях, обеспечивающих сохранение влаги в бетоне). Методы определения прочности бетона регламентированы стандартом.

Марка бетона. По среднему арифметическому значению прочности бетона устанавливают его марку - округленное значение прочности (причем округление идет всегда в нижнюю сторону). Для тяжелого бетона установлены следующие марки по прочности на сжатие: 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700 и 800 кгс/см2. При обозначении марки используют индекс «М»; так, например, марка бетона М350 означает, что его средняя прочность не менее 35 МПа (но не более 40).

Отличительная особенность бетона - значительная неоднородность его свойств .

Это объясняется изменчивостью в качестве сырья (песка, крупного заполнителя и даже цемента), нарушением режима приготовления бетонной смеси, ее транспортировки, укладки

(степени уплотнения) и условии твердения. Все это приводит к разбросу прочности бетона одной и той же марки. Чем выше культура производства (лучше качество подготовки материалов, приготовления и укладки бетона и т. п.), тем меньше будут возможные колебания прочности бетона. Для строителя важно получить бетон не только с заданной средней прочностью, но и с минимальными отклонениями (особенно в низшую сторону) от этой прочности. Показателем, который учитывает возможные колебания качества бетона, является класс бетона.

Класс бетона - это численная характеристика какого-либо его свойства (в том числе и прочности), принимаемая с гарантированной обеспеченностью (обычно 0,95). Это значит, что установленное классом свойство, например прочность бетона, достигается не менее чем в 95 случаях из 100.

Понятие «класс бетона» позволяет назначать прочность бетона с учетом ее фактической или возможной вариации. Чем меньше изменчивость прочности, тем выше класс бетона при одной и той же средней прочности.

ГОСТ 26633-85 устанавливает следующие классы тяжелого бетона по прочности на сжатие (МПа): 3,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 15; 20; 25; 30; 32,5; 40; 45; 50; 55 и 60. Класс по прочности на сжатие обозначают латинской буквой В, справа от которой приписывают его гарантированную прочность в МПа. Так, у бетона класса В15 предел прочности при сжатии не ниже 15 МПа с гарантированной обеспеченностью 0,95.

Соотношение между классами и марками бетона неоднозначно и зависит от однородности бетона, оцениваемой с помощью коэффициента вариации. Чем меньше коэффициент вариации, тем однороднее бетон. Класс бетона одной и той же марки заметно увеличивается при снижении коэффициента вариации. Так, при марке бетона M300 и коэффициенте вариации 18 % класс бетона будет В15, а при коэффициенте вариации 5 % - В20, т. е. на целую ступень выше. Это показывает, как важно тщательное выполнение всех технологических операций и повышение культуры производства. Только в этом случае достигается высокая однородность бетона и более высокий класс его прочности при неизменном расходе цемента.

Строительными нормами принят нормативный коэффициент вариации прочности бетона, равный 13,5 % и характеризующий технологию бетонных работ как удовлетворительную.

Соотношение между классами бетона по прочности на сжатие и его марками при нормативном коэффициенте вариации, равном 13,5 %, приведено в табл. 9.2.

Таблица 9:2. Соотношение между марками и классами тяжелого бетона по прочности при коэффициенте вариации 13,5 %

Класс бетона		Ближайшая марка бетона	Класс бетона	Средняя прочность данного класса, кгс/см2	Ближайшая марка бетона
В3,5		М50	ВЗО		М400
В5		М75	В35		М450
В7,5 .		М100	В40		М550
В 10		М150	В45		М600
В12,5		М150	В5О		М600
В15		М200	В55		М700
В20		М250	В60		М800
В25		М350

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ТЯЖЕЛОГО БЕТОНА

К основным свойствам тяжелого бетона, кроме прочности, относят: пористость, деформативность (модуль упругости, ползучесть, усадку), водопроницаемость, морозостойкость, теплофизические свойства и др.

Деформативность бетона. Бетон под нагрузкой ведет себя не как идеально упругое тело (например, стекло), а как упруго-вязко-пластичное тело (рис. 9.3). При небольших напряжениях (не более 0,2 от предела прочности) бетон деформируется, как упругий материал. При этом его начальный модуль упругости зависит от пористости и прочности и составляет для тяжелых бетонов (2,2...3,5) 10 4 МПа (у сильнопористых ячеистых бетонов модуль упругости около 10 4 МПа).

Рис.9.3. Кривая деформирования Рис. 9.4. Развитие деформаций бетона

в координатах σ - ε во времени: ε нач -начальная деформация бетона

в момент нагружения; ε п - деф. ползучести

При больших напряжениях проявляется пластическая (остаточная) деформация, развивающаяся в результате роста микротрещин и пластических деформаций гелевой составляющей цементного камня.

Ползучесть - склонность бетона к росту пластических деформаций при длительном действии статической нагрузки. Ползучесть бетона также связана с пластическими свойствами цементного геля и микро- трещинообразованием. Она носит затухающий во времени характер (рис.9.4). Абсолютные значения ползучести зависят от многих факторов. Особенно активно ползучесть развивается, если бетон нагружается в раннем возрасте. Ползучесть можно оценивать двояко: как положительный процесс, помогающий снижать напряжения, возникающие от термических и усадочных процессов, и как отрицательное явление, например, снижающее эффект от предварительного напряжения арматуры.

Усадка - процесс сокращения размеров бетонных элементов при их нахождении в воздушно-сухих условиях. Основная причина усадки - сжатие гелевой составляющей при потере воды.

Усадка бетона тем выше, чем больше объем цементного теста в бетоне (рис. 9.5). В среднем усадка тяжелого бетона составляет 0,3...0,4 мм/м.

Рис. 9.5. Кривые усадки при твердении на воздухе:1-цементногокамня,2-раствора,3-бетона

Вследствие усадки бетона в бетонных и железобетонных конструкциях могут возникнуть большие усадочные напряжения, поэтому элементы большой протяженности разрезают усадочными швами во избежание появления трещин. При усадке бетона 0,3 мм/м в конструкции длиной 30 м общая усадка составит 10 мм. Усадочные трещины в бетоне на контакте с заполнителем и в самом цементном камне могут снизить морозостойкость и послужить очагами коррозии бетона.

Пористость . Как это ни покажется странным, такой плотный на вид материал имеет заметную пористость. Причина ее возникновения, как, это уже не раз говорилось, кроется в избыточном количестве воды затворения. Бетонная смесь после правильной укладки представляет собой плотное тело. При твердении часть воды химически связывается минералами цементного клинкера (для портландцемента около 0,2 от массы цемента), а оставшаяся часть постепенно испаряется, оставляя после себя поры. В этом случае пористость бетона можно определить по формуле

П = [(В - ώ Ц)/1000] 100,

где В и Ц - расходы воды и цемента на 1 м 3 , ώ-количество химически связанной воды в долях от массы цемента.

Так, в возрасте 28 сут цемент связывает 17 % воды от своей массы; расход воды в этом бетоне - 180 кг, а цемента - 320 кг. Тогда пористость этого бетона будет:

П = [(180 - 0,17- 320)/1000] 100 = 12,6%.

Это общая пористость, включающая микропоры геля и капиллярные поры (объем вовлеченного воздуха мы не рассматриваем). С точки зрения влияния на проницаемость и морозостойкость бетона важно количество капиллярных пор. Относительный объем таких пор можно вычислить по формуле, %:

П к = [(В -2 ώ Ц)/1000]100

Для нашего случая количество капиллярных пор будет - 7,3 %.

Водопоглощение и проницаемость . Благодаря капиллярно-пористому строению бетон может поглощать влагу как при контакте с ней, так и непосредственно из воздуха. Гигроскопическое влагопоглощение у тяжелого бетона незначительно, но у легких бетонов (а в особенности у ячеистых) может достигать соответственно 7...8 и 20...25 %. "

Водопоглощение характеризует способность бетона впитывать влагу в капельно-жидком состоянии; оно зависит, главным образом, от характера пор. Водопоглощение тем больше, чем больше в бетоне капиллярных сообщающихся между собой пор. Максимальное водопоглощение тяжелых бетонов на плотных заполнителях достигает 4...8 % по массе (10...20 % по объему). У легких и ячеистых бетонов этот показатель значительно выше.

Большое водопоглощение отрицательно сказывается на морозостойкости бетона. Для уменьшения водопоглощения прибегают к гидрофобизации бетона, а также к устройству паро- и гидроизоляции конструкций.

Водопроницаемость бетона определяется в основном проницаемостью цементного камня и контактной зоны «цементный камень - заполнитель»; кроме того, путями фильтрации жидкости через бетон могут быть микротрещины в цементном камне и дефекты сцепления арматуры с бетоном. Высокая водопроницаемость бетона может привести его к быстрому разрушению из-за коррозии цементного камня.

Для снижения водопроницаемости необходимо применять заполнители надлежащего качества (с чистой поверхностью), а также использовать специальные уплотняющие добавки (жидкое стекло, хлорное железо) или расширяющиеся цементы. Последние используются для устройства бетонной гидроизоляции.

По водонепроницаемости бетон делят на марки W2; W4; W6; W8 и W12. Марка обозначает давление воды (кгс/см2), при котором образец-цилиндр высотой 15 см не пропускает воду при стандартных испытаниях.

Морозостойкость - главный показатель, определяющий долговечность бетонных конструкций в нашем климате. Морозостойкость бетона оценивается путем попеременного замораживания при минус, (18 ± 2)° С и оттаивания в воде при (18 ± 2)° С предварительно насыщенных водой образцов испытуемого бетона. Продолжительность одного цикла - 5... 10 ч в зависимости от размера образцов.

За марку по морозостойкости принимают наибольшее число циклов «замораживания - оттаивания», которое образцы выдерживают без снижения прочности на сжатие более 5 % по сравнению с прочностью контрольных образцов в начале испытаний. Установлены следующие марки бетона по морозостойкости: F25, F35, F50, F75,F100…1000. Стандартом предусмотрены и ускоренные методы испытаний в растворе соли или глубоким замораживанием до минус (50 ± 5)° С.

Причиной разрушения бетона в рассматриваемых условиях является капиллярная пористость (рис. 12.16). Вода по капиллярам попадает внутрь бетона и, замерзая там, постепенно разрушает его структуру. Так, бетон, пористость которого мы рассчитывали выше, в соответствии с рис. 12.16 должен иметь морозостойкость F150...F200.

Для получения бетонов высокой морозостойкости необходимо добиваться минимальной капиллярной пористости (не выше6 %). Это возможно путем снижения содержания воды в бетонной смеси, что, в свою очередь, возможно путем использования:

Жестких бетонных смесей, интенсивно-уплотняемым при укладке;

Пластифицирующих добавок, повышающих удобоукладываемость бетонных смесей без добавления воды.

Теплофизические свойства.

Из них важнейшими являются теплопроводность, теплоемкость и температурные деформации.

Теплопроводность тяжелого бетона даже в воздушно-сухом состоянии велика - около 1,2-1,5 Вт/(м К), т. е. в 1,5...2 раза выше, чем у кирпича. Поэтому использовать тяжелый бетон в ограждающих конструкциях можно только совместно с эффективной теплоизоляцией. Легкие бетоны (см. § 12.7), в особенности ячеистые, имеют невысокую теплопроводность 0,1...0,5 Вт/(м К), и их применение в ограждающих конструкциях предпочтительнее.

Теплоемкость тяжелого бетона, как и других каменных материалов, находится в пределах 0,75...0,92 Дж/(кг К); в среднем - 0,84 Дж/(кг К).

Температурные деформации. Температурный коэффициент линейного расширения тяжелого бетона (10...12) Ю ДС1. Это значит, что при увеличении температуры бетона на 50° С расширение составит примерно 0,5 мм/м. Поэтому во избежание растрескивания сооружения большой протяженности разрезают температурными швами.

Большие колебания температуры могут вызвать внутреннее растрескивание бетона из-за различного теплового расширения крупного заполнителя и цементного камня.

ЛЕГКИЕ БЕТОНЫ

Существенный недостаток обычно тяжелого бетона - большая плотность (2400...2500 кг/м3). Снижая плотность бетона, строители достигают как минимум двух положительных результатов: снижается масса строительных конструкций; повышаются их теплоизоляционные свойства.

Легкие бетоны (в начале XX в. их называли «теплые бетоны») - бетоны с плотностью менее 1800 кг/м3 - универсальный материал для ограждающих и несущих конструкций жилых и промышленных зданий. Из них изготовляют большинство стеновых панелей и блоков, плит кровельных покрытий и камней для укладки стен. Термин «легкие бетоны» объединяет большую группу различных по составу, структуре и свойствам бетонов.

По назначению легкие бетоны подразделяют на:

конструктивные (класс прочности - В7,5...В35; плотность -.1800 кг/м3);

конструктивно-теплоизоляционные (класс прочности не менее ВЗ,0, плотность -600...1400 кг/м3);

теплоизоляционные - особо легкие (плотность < 600 кг/м3).

По строению и способу получения пористой структуры легкие бетоны подразделяют на следующие виды:

бетоны слитного строения на пористых заполнителях;

ячеистые бетоны, в составе которых нет ни крупного, ни мелкого заполнителя, а их роль выполняют мелкие сферические поры (ячейки);

крупнопористые, в которых отсутствует мелкий заполнитель, в результате чего между частицами крупного заполнителя образуются пустоты.

Для легких бетонов установлены следующие классы по прочности (МПа) от В2 до В40. Прочность легких бетонов зависит от качества заполнителей, марки и количества использованного цемента. При этом, естественно, изменяется и плотность бетона.

Для легкого бетона установлены 19 марок по плотности (кг/м3) от D200 до D2000 (с интервалом 100 кг/м3). Пониженная плотность легких бетонов может быть достигнута поризацией цементного камня.

Теплопроводность легкого бетона зависит от его плотности и влажности (табл.9.3). Увеличение объемной влажности на 1 % повышает теплопроводность бетона на 0,015...0,035 Вт/(м К).

Таблица 9.3. Средние значения теплопроводности легких бетонов

Морозостойкость легких бетонов при их пористо

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.

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).

Силикатными материалами и изделиями называются необожженные материалы и изделия на основе минеральных вяжущих - асбестоцементные, гипсовые и гипсобетонные, силикатные (на основе извести) и магнезиальные с заполнителями (кварцевым песком, шлаком, золой, пемзой, опилками и т. д.). Области применения их чрезвычайно обширны - от несущих и ограждающих конструкций до отделки зданий и сооружений.

Силикатные изделия получают в результате формования и последующей автоклавной обработки смеси извести или других вяжущих веществ на ее основе, тонкодисперсных кремнеземистых добавок, песка и воды.

Силикатный кирпич - искусственный каменный материал, изготовляемый из смеси кварцевого песка и извести путем прессования под большим давлением и последующего твердения в автоклаве. Исходными материалами являются воздушная известь - 6-8% в расчете на СаО, кварцевый песок - 92-94% и вода - 7-8% по массе сухой смеси.

Существуют две схемы производства силикатного кирпича: силосная и барабанная. По силосной схеме известь, совместно с песком, гасят в силосах в течение 4-8 ч. По барабанной схеме известь, совместно с песком, гасят во вращающихся барабанах с подводом пара под избыточным давлением до 0,5 МПа благодаря чему процесс гашения длится 30-40 мин.

Погашенная смесь извести и песка увлажняется, перемешивается и прессуется под давлением 15-20 МПа, в результате получается сырец, который укладывают на вагонетки и направляют в автоклавы на 10-14 ч для запаривания под давлением насыщенного пара 0,8 МПа (изб.) при температуре около 175 о С. Прочность силикатного кирпича растет в течение некоторого времени и после выгрузки из автоклава (на воздухе).

Силикатный кирпич выпускают двух видов: одинарный (размером 250х120х65 мм) и модульный (размером 250х120х88 мм). Модульный кирпич изготавливают с технологическими пустотами, замкнутыми с одной стороны. Цвет кирпича светло-серый, но он может быть и цветным за счет введения в состав смеси щелочестойких минеральных пигментов.

Благодаря прессованию под большим давлением и отсутствию усадочных явлений размеры силикатного кирпича выдержаны более точно, чем у глиняного. Плотность его несколько выше, чем у керамического кирпича - 1800-1900 кг/м 3 , теплопроводность - 0,82 - 0,87 Вт/(м о С). В зависимости от предела прочности при сжатии и изгибе силикатный кирпич изготавливают шести марок: 75, 100, 125, 150, 200 и 250. Морозостойкость силикатного кирпича не ниже М рз 15, водопоглощение 8-16% по массе.

Области применения силикатного кирпича такие же, как и керамического кирпича. Однако он не рекомендуется для кладки фундаментов и стен в условиях высокой влажности, так как воздействие грунтовых и сточных вод вызывает его разрушение. Нельзя использовать силикатный кирпич в конструкциях, подверженных действию высоких температур (в печах, дымовых трубах и т. п.).

Силикатными бетонами называют большую группу бетонов автоклавного твердения, получаемых на основе известково-песчаного, известково-зольного или других известково-кремнеземистых вяжущих. Кроме того, в качестве вяжущего могут использовать молотые доменные шлаки.

Плотный мелкозернистый силикатный бетон, в отличие от тяжелого бетона, в своем составе не содержит крупного заполнителя (гравия или щебня). Структура силикатного бетона более однородна, а стоимость значительно ниже.

Прочность его при сжатии колеблется в довольно широких пределах (15-60 МПа) и зависит от состава смеси, режима автоклавной обработки и других факторов. Водостойкость силикатного бетона удовлетворительная. При полном водонасыщении снижение их прочности не превышает 25%. Морозостойкость - 25-50 циклов, а при добавке портландцемента она повышается до 100 циклов.

Из плотного силикатного бетона выполняют крупные стеновые блоки наружных стен с щелевыми пустотами и внутренних несущих стен, панели и плиты перекрытий, колонны, балки и прогоны, лестничные площадки и марши, цокольные блоки и другие армированные изделия.

В легких силикатных бетонах в качестве заполнителей используют керамзит, гранулированный шлак, шлаковую пемзу и другие пористые материалы в виде гравия и щебня. Из легких силикатных бетонов на пористых заполнителях изготовляют блоки и панели наружных стен жилых зданий.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

по дисциплине: «Технологии предприятий стройиндустрии»

на тему: «Силикатные стеновые материалы»

1. Эволюция силикатного кирпича 3

2. Основные свойства 6

3. Технические характеристики кирпича 8

3.1 Прочность при сжатии и изгибе 8

3.2 Водопоглощение 8

3.3 Влагопроводность 9

3.4 Морозостойкость 9

3.5 Атмосферостойкость 11

3.6 Стойкость в воде и агрессивных средах 13

3.7 Жаростойкость 15

3.8 Теплопроводность 15

4. Изготовление силикатного кирпича на основе зол и шлаков ТЭС 17

5. Технология производства 21

5.1 Подготовка силикатной массы 21

5.1.1 Дозировка компонентов 21

5.1.2 Приготовление силикатной массы 24

5.2 Прессование сырца 26

5.3 Процесс автоклавной обработки 29

Список литературы 33

1. Эволюция силикатного кирпича

В настоящее время в строительстве применяется два вида кирпича - керамический и силикатный. Принципиальная разница между этими материалами заключается в сырье, используемом для их изготовления, и, соответственно, в технологии производства. Керамический кирпич состоит из глины (отсюда и его название, от греч. «keramos» - глина) и изготавливается путем прессования и последующего обжига в печах при высоких температурах. Силикатный, в свою очередь, представляет собой смесь кварцевого песка и воздушной извести (от лат. «silex» - кремень) и производится посредством формования и автоклавной обработки.

В позапрошлом году запатентованному производству силикатного кирпича исполнилось 125 лет. Доподлинно известно, что еще в 1880 г. в Германии был выдан первый патент на способ получения стеновых блоков из извести и песка. По данным российской экономической статистики, в самом начале прошлого века у нас в стране уже функционировало 9 своих заводов с общим объемом выпуска 150 млн. шт. силикатного кирпича в год. В настоящий момент на территории Санкт-Петербурга и Ленобласти расположено 6 крупных кирпичных предприятий. При этом единственным на весь регион производителем силикатного кирпича является Павловский завод строительных материалов.

Поскольку требования к качеству и эстетике строительных материалов постоянно растут, со временем были разработаны новые виды рассматриваемого материала - сначала цветной, а затем и пустотелый силикатный кирпич. Факт, что его можно окрашивать в массе, был известен давно и получил достаточно подробные обоснования как в научной литературе, так и в учебных пособиях для будущих специалистов строительной отрасли. Однако в советские времена, когда массовое домостроение опиралось главным образом на унитарно-типовые архитектурные решения в массовом домостроении, что сопровождалось огромными валовыми объемами выпуска силикатного кирпича, такое его свойство мало кого интересовало. Сегодня, когда эстетической составляющей авторы проектов и их заказчики начали уделять существенно больше внимания, выпуск цветного силикатного кирпича стал актуальным как никогда. Для придания кирпичу определенного колера в силикатную смесь добавляются атмосферо- и щелочестойкие пигменты. Колористическая гамма изделий, выпускаемых на Павловском заводе, включает 7 основных цветов: белый, розовый, терракотовый, желтый, изумрудный, голубой и габбро, а также их многочисленные оттенки. Метод введения сухого пигмента в силикатную массу, дающий возможность получать силикатный объемно окрашенный полнотелый кирпич, был выбран руководством завода совместно с технологическими службами на основании опыта российских и зарубежных партнеров. «После того, как мы выпустили цветной полнотелый силикатный кирпич, - рассказывает генеральный директор Павловского завода строительных материалов Сергей Иванович Тулько, - возник вопрос, чем еще мы можем расширить ассортимент выпускаемой продукции. Следом появилась идея придания кирпичу фактурной поверхности. На первом этапе фактурная поверхность выполнялась на отечественном оборудовании. Сейчас же мы ее делаем и на машинах немецкого производства.

На сегодняшний день мы выпускаем фактурный кирпич двух видов: с сильно выступающей фактурной поверхностью и более плоской - на выбор потребителя, кому какая нравится. Насколько такой кирпич интересен? По опыту Германии могу сказать, что рустированный кирпич используется очень широко». Кроме полнотелого цветного и фактурного силикатного кирпича Павловский завод выпускает пустотелый цветной. Этот вид продукции пока даже среди профессионалов известен немногим, поэтому стоит остановиться на нем более подробно. Предпосылкой производства этой группы изделий послужила необходимость улучшить весовые и теплотехнические свойства кирпича. Сначала, естественно, он появился в белом варианте, а затем и в цветном. По геометрическим характеристикам этот кирпич стал практически идеальным. Производить качественные материалы с максимально точной геометрией на Павловском заводе строительных материалов позволяет оборудование немецкой фирмы W&K («Вирлинг и Кларе»), которое используется для изготовления всех новых видов продукции. Пустотелый силикатный кирпич Павловского завода сохраняет все качественные характеристики полнотелого кирпича, а по некоторым параметрам превосходит и своего керамического собрата. Выпускается он с 11-ю несквозными отверстиями, составляющими 33%-ную пустотность. Несквозные (в отличие от керамики) отверстия делают кирпичную кладку на 30-50% экономичнее по расходу раствора. Пустотелый кирпич значительно легче, и за счет этого снижается нагрузка на фундамент. К тому же он обладает меньшей теплопроводностью, поэтому стены из такого кирпича можно делать тоньше без ущерба теплоизоляционным характеристикам ограждающих конструкций.

«Несомненный плюс силикатного кирпича перед керамическим состоит в его повышенных звукоизоляционных свойствах, а это немаловажный фактор при возведении межквартирных или межкомнатных стен. Поскольку силикатный кирпич используется при кладке несущих стен и различных перегородок, на Павловском заводе выпускался и продолжает выпускаться кирпич с керамзитом. Его выпуск был обусловлен борьбой именно за теплопроводность и звукоизоляцию кирпича и кирпичной кладки», - поясняет С.И. Тулько.

За период своего использования силикатный кирпич зарекомендовал себя с лучшей стороны и доказал свои качественные характеристики. До сих пор дома, построенные в послевоенные годы, прочно стоят на улицах российских городов. Ни трещины, ни сколы им не страшны, так как силикатный кирпич обладает высокой морозостойкостью, что является одним из основных показателей долговечности кладочного материала.

2. Основные свойства

силикатный кирпич сырец производство

Силикатный кирпич относится к группе автоклавных вяжущих материалов. Силикатный кирпич применяют для кладки стен и столбов в гражданском и промышленном строительстве, но его нельзя применять для кладки фундаментов, печей, труб и других частей конструкций, подвергающихся воздействию высоких температур, сточных и грунтовых вод, содержащих активную углекислоту.

Силикатный кирпич является экологически чистым продуктом. По технико-экономическим показателям он значительно превосходит глиняный кирпич. На его производство затрачивается 15…18 часов, в то время как на производство глиняного кирпича - 5…6 дней и больше. В два раза снижаются трудоемкость и расход топлива, а стоимость - на 15…40%. Однако у силикатного кирпича меньше огнестойкость, химическая стойкость, морозостойкость, водостойкость, несколько больше плотность и теплопроводность. В условиях постоянного увлажнения прочность силикатного кирпича снижается. Силикатный кирпич производится нескольких размеров:

ГОСТ 379-95 «Кирпич и камни силикатные. Технические условия» предусматривает ограничение массы утолщенного кирпича в сухом состоянии до 4,3 кг.

Для улучшения качества и потребительских свойств рекомендуется производить, наряду со стандартным известково-песчаным кирпичом, известково-зольный кирпич, а также различные красители.

Известково-зольный кирпич содержит 20…25% извести и 75…80% золы. Технология изготовления такая же, как и известково-песчаного кирпича. Плотность - 1400…1600 кг/м3, теплопроводность - 0,6…0,7 Вт/(м С). Кирпич используют для строительства малоэтажных зданий, а также для надстройки верхних этажей.

3. Технические характеристики кирпича

Требования к техническим свойствам силикатного кирпича меняются в зависимости от области его применения, обычно определяемой строительными нормами, неодинаковыми в разных странах.

3.1 Прочность при сжатии и изгибе

В зависимости от предела прочности на сжатие силикатный кирпич подразделяют на марки 75, 100, 125, 150 и 200.

Марка кирпича определяется его средним пределом прочности при сжатии, который составляет обычно 7,5 - 35 МПа. В стандартах ряда стран (Россия, Канада, США), наряду с этим, также регламентируют предел прочности кирпича при изгибе. Пустотелые камни средней плотностью 1000 и 1200 кг/м 3 могут иметь марки 50 и 25. В большинстве стандартов предусмотрено определение прочности кирпича в воздушно-сухом состоянии и лишь в английском стандарте - в водонасыщенном.

В стандартах приведены средняя прочность кирпича данной марки и минимальные значения предела прочности отдельных кирпичей пробы, составляющие 75 - 80% среднего значения.

3.2 Водопоглощение

Это один из важных показателей качества силикатного кирпича и является функцией его пористости, которая зависит от зернового состава смеси, ее формовочной влажности, удельного давления при уплотнении. По ГОСТ 379 - 79 водопоглощение силикатного кирпича должно быть не менее 6%.

При насыщении водой прочность силикатного кирпича снижается по сравнению с его прочностью в воздушно-сухом состоянии так же, как и

у других строительных материалов, и это, снижение обусловлено теми же причинами. Коэффициент размягчения силикатного кирпича при этом зависит от его макроструктуры, от микроструктуры цементирующего вещества и составляет обычно не менее 0,8.

3.3 Влагопроводность

Она характеризуется коэффициентом влагопроводности, который зависит от средней плотности кирпича. При р ср. , примерно равной 1800 кг/м 3 , и различной влажности имеет следующие значения:

Таблица 1

3.4 Морозостойкость

В нашей стране морозостойкость кирпича, особенно лицевого, является наряду с прочностью важнейшим показателем его долговечности. По ГОСТ" 379 - 79 установлены четыре марки кирпича по морозостойкости. Морозостойкость рядового кирпича должна составлять не менее 15 циклов замораживания при температуре - 15 0 С и оттаивания в воде при температуре 15 - 20 0 С, а лицевого - 25, 35, 50 циклов в зависимости от климатического пояса, частей и категорий зданий, в которых его применяют.

Снижение прочности после испытания на морозостойкость по сравнению с водонасыщенными контрольными образцами не должно превышать 20% для лицевого и 35% для рядового кирпича первой категории и соответственно 15 и 20% для кирпича высшей категории качества.

Требования по морозостойкости к кирпичу марок 150 и выше предъявляются только в том случае, если его применяют для облицовки зданий. При этом кирпич должен пройти 25 циклов испытаний без снижения прочности более чем на 20%. По польскому стандарту силикатный кирпич всех видов должен выдерживать не менее 20 циклов замораживания и оттаивания без признаков разрушения. В стандартах Англии, США и Канады для облицовки наружных частей зданий, подвергающихся увлажнению и замораживанию, предусматривается кирпич повышенной прочности (21 - 35 МПа), но его морозостойкость не нормируется.

Морозостойкость силикатного кирпича зависит в основном от морозостойкости цементирующего вещества, которая в свою очередь определяется его плотностью, микроструктурой и минеральным составом новообразований. По данным П. Г. Комохова, коэффициент морозостойкости цементного камня из прессованного известково-кремнеземистого вяжущего автоклавной обработки колеблется после 100 циклов от 0,86 до 0,94. При этом с увеличением удельной поверхности кварца с 1200 до 2500 см 2 /г коэффициент морозостойкости несколько возрастает, а при дальнейшем увеличении дисперсности кварца он снижается.

В настоящее время в связи с применением механических захватов для съема и укладки сырца в сырьевую широту стали вводить значительно большее количество дисперсных фракций для повышения его плотности и прочности. Вследствие этого в структуре вырабатываемого сейчас силикатного кирпича заметную роль играют уже микрокапилляры, в которых вода не замерзает, что значительно повышает его морозостойкость.

Морозостойкость силикатных образцов зависит от вида гидросиликатов кальция., цементирующих зёрна песка (низкоосновных, высокоосновных или их смеси). После 100 циклов испытаний коэффициент морозостойкости образцов, предварительно прошедших испытания на атмосферостойкость, равнялся для низкоосновной связки 0,81, высокоосновной - 1,26 и их смеси - 1,65.

Изучалась также морозостойкость силикатных образцов, изготовленных на основе песков различного минерального состава. Были использованы наиболее распространенные пески: мелкий кварцевый, чистый и с примесью 10% каолинитовой или монтмориллонитовой глины, полевошпатовый, смесь 50% полевошпатового и 50% мелкого кварцевого, крупный кварцевый, содержащий до 8% полевых шпатов.

Кремнеземистая часть вяжущего состояла из тех же, но размолотых пород. Соотношения между активной окисью кальция и кремнеземом в вяжущем назначали исходя из расчета получения цементирующей связки с преобладанием низко- или высокоосновных гидросиликатов кальция или их смеси. Количество вяжущего во всех случаях было постоянным. Однако, морозостойкость силикатных образцов после 100 циклов замораживания и оттаивания зависит не только от типа цементирующей связки, но и от минерального состава песка. Влияние минерального состава песка особенно сказывается при наличии связки из низкоосновных гидросиликатов кальция, когда в смесь введено 10% каолинитовой или монтмориллонитовой глины. Коэффициент морозостойкости при этом падает до 0,82. При повышении основности связки коэффициент морозостойкости составов, наоборот, повышается до 1,5, что свидетельствует о продолжающейся реакции между компонентами в процессе испытаний.

Из приведенных данных видно, что хорошо изготовленный силикатный кирпич требуемого состава является достаточно морозостойким материалом.

3.5 Атмосферостойкость

Под атмосферостойкостью обычно понимают изменение свойств материала в результате воздействия на него комплекса факторов: переменного увлажнения и высушивания, карбонизации, замораживания и оттаивания.

Н.Н. Смирнов исследовал микроструктуру свежеизготовленных и пролежавших в кладке 10 лет образцов силикатного кирпича Кореневского, Краснопресненского, Люберецкого и Мытищинского заводов. Он установил, что в общем случае чешуйки новообразований за 10 лет частично замещаются вторичным кальцитом в результате карбонизации гидросиликатов кальция.

Гаррисон и Бесси испытывали в течение многих лет силикатный кирпич разных классов прочности, зарытый в грунт полностью или наполовину, а также лежащий в лотках с водой и на бетонных плитах, уложенных на поверхность земли. Они установили, что внешний вид кирпичей, лежавших 30 лет в земле с дренирующим и не дренирующим грунтом, мало изменился, но их поверхность размягчилась, а у кирпичей, частично зарытых в землю, открытая часть осталась без повреждений, хотя в некоторых случаях поверхность покрылась мхом.

Состояние кирпичей, находившихся 30 лет на бетонных плитах, зависело от их класса, Так, оказались без повреждений или имели незначительные повреждения 95% кирпичей класса 4 - 5 (28 - 35 МПа), 65% .кирпичей класса 3 (21 МПа) и 25% кирпичей класса 2 (14 МПа). Все кирпичи класса 1 (7 МПа) имели повреждения уже через 16 лет. Все кирпичи, лежавшие 30 лет на земле в лотках с водой, получили повреждения, и чем ниже класс кирпича, тем раньше они появлялись: у кирпичей класса 1 - через 8 лет, класса 2 - через 19 лет; класса 3 - через 22 года и для классов 4 - 5 - через 30 лет.

Прочность кирпичей, пролежавших в земле 20 лет, уменьшилась примерно, вдвое. При этом наибольшее снижение прочности наблюдалось у кирпичей, находившихся в недренирующем глинистом грунте, а наименьшее - у кирпичей, наполовину зарытых в землю (стоймя). За 20 лет в зависимости от условий пребывания в грунте карбонизировалось 70 - 80% гидросиликатов кальция, причем в основном карбонизация произошла в первые 3 года. Таким образом, даже при таких исключительно жестких испытаниях силикатный кирпич классов 3 и 4 оказался достаточно стойким.

Общеизвестно, что прочность силикатного кирпича после остывания повышается. Именно поэтому по ранее действовавшему ОСТ 5419 предусматривалось определять его прочность не ранее чем через две недели после изготовления. Были проведены испытания кирпича на образцах, отобранных от большого, числа партий (в общей сложности 3 млн. шт.). По 10 кирпичей из каждой пробы раскалывали пополам, половинки разных кирпичей складывали попарно в определенной последовательности и испытывали сразу, а остальные укладывали на стеллажи и испытывали в той же последовательности через 15 сут. При этом было установлено, что прочность кирпича за это время возросла в среднем на 10,6%, влажность его уменьшилась с 9,6 до 3,5%, а содержание свободной окиси кальция снизилось на 25% первоначального. Таким образом, повышение прочности силикатного кирпича через 15 сут. после изготовления можно объяснить совместным влиянием его высыхания и частичной карбонизации свободной извести.

Термографическими и рентгеноскопическими исследованиями установлено, что после испытания образцов в климатической камере заметных изменений в цементирующей связке не отмечается, а после карбонизации гидросиликаты кальция превращаются в "карбонаты и гель кремнекислоты, являющиеся стойкими образованиями, цементирующими зерна песка.

3.6 Стойкость в воде и агрессивных средах

Стойкость силикатного кирпича определяется степенью взаимодействия цементирующего его вещества с агрессивными средами, так как кварцевый песок стоек к большинству сред. Различают газовые и жидкие среды, в которых стойкость силикатного кирпича зависит от их состава. Из этих данных следует, что силикатный кирпич нестоек против действия кислот, которые разлагают гидросиликаты и карбонаты кальция, цементирующие зерна песка, а также против содержащихся в воздухе агрессивных газов, паров и пыли при относительной влажности воздуха более 65%. Необходимо отметить, что приведенные ориентировочные данные относятся к силикатному кирпичу по ГОСТ 379 - 53, требования к качеству которого значительно ниже, чем по ГОСТ 379 - 79.

Образцы силикатного кирпича подвергали воздействию проточной и не- проточной дистиллированной и артезианской воды в течение более 2 лет. В основном коэффициент стойкости образцов падает в первые 6 мес., а затем остается без изменения. Более высокий коэффициент стойкости - у образцов, содержащих 5% молотого песка, а более низкий - у образцов, в состав которых введено 5% молотой глины. Образцы, содержащие 1,5% молотого песка, занимают промежуточное положение: их коэффициент стойкости составляет примерно 0,8, что следует признать достаточно высоким для рядового силикатного кирпича.

Аналогичные образцы подвергали воздействию сильно минерализованных грунтовых вод, содержащих комплекс солей, а также 5%-ного раствора Na 2 SO 4 и 2,5%-ного раствора MgSO 4 .

Каждые 3 мес. определяли прочность и коэффициент стойкости образцов, находившихся в различных растворах. В растворе Na 2 SO 4 прочность образцов снижается в основном в течение 9 мес., а к 12 мес. она стабилизируется и в дальнейшем не меняется. В отличие от этого прочность образцов, находившихся в растворе MgSO 4 , падает все время, и они начинают интенсивно разрушаться уже по истечении 15 мес.

Как правило, коэффициент стойкости образцов, содержащих 5% молотого песка, составляет в грунтовых водах и растворе Na 2 SO 4 примерно 0,9, содержащих 1,5% молотого песка - 0,8, тогда как у образцов, в состав которых введено 5% молотой глины, в грунтовой воде и 5%-ном растворе Na 2 SO 4 он достигает 0,7. Следовательно, образцы с молотой глиной нельзя признать достаточно стойкими к воздействию агрессивных растворов, а также мягкой и жесткой воды.

Таким образом, силикатный кирпич, в состав которого введено 5% молотого песка, обладает высокой стойкостью к минерализованным грунтовым водам, за исключением растворов MgSO 4 .

3.7 Жаростойкость

К.Г. Дементьев, нагревавший силикатный кирпич при различной температуре в течение 6ч, установил, что до 200"С его прочность увеличивается, затем начинает постепенно падать и при 600"С достигает первоначальной. При 800"С она резко снижается вследствие разложения цементирующих кирпич гидросиликатов кальция.

Повышение прочности кирпича при его прокаливании до 200"С сопровождается увеличением содержания растворимой SiO 2 , что свидетельствует о дальнейшем протекании реакции между известью и кремнеземом. Основываясь на данных исследований и опыте эксплуатации силикатного кирпича в дымоходах и дымовых трубах разрешается применять силикатный кирпич марки 150 для кладки дымовых каналов в стенах, в том числе от газовых приборов, для разделок, огнезащитной изоляции и облицовки; марки 150 с морозостойкостью Мрз35 - для кладки дымовых труб выше чердачного перекрытия.

3.8 Теплопроводность

Теплопроводность сухих силикатных кирпичей и камней колеблется от 0,35 до 0,7 Вт/(м "С) и находится в линейной зависимости от их средней плотности, практически не завися от числа и расположения пустот.

Испытания в климатической камере фрагментов стен, выложенных из силикатных кирпичей и камней различной пустотности, показали, что теплопроводность стен зависит только от плотности последних. Теплоэффективные стены получаются лишь при использовании многопустотных силикатных кирпичей и камней плотностью не выше 1450 кг/м 3 и аккуратном ведении кладки (тонкий слой нежирного раствора плотностью не более 1800 кг/м 3 , не заполняющего пустоты в кирпиче).

4. Изготовление силикатного кирпича на основе зол и шлаков ТЭС

На долю силикатного кирпича приходится значительная часть всего объема стеновых материалов. Приведенные затраты на возведение стен из силикатного кирпича составляют примерно 84% по сравнению с необходимыми затратами при использовании керамического кирпича. Расход условного топлива и электроэнергии на производство силикатного кирпича в 2 раза ниже, чем керамического. На получение 1 тыс. шт. силикатного кирпича расходуется в среднем 4,9 ГДж тепла, половина которого составляет тепло на обжиг извести, а другая - на автоклавную обработку и другие технологические операции.

В производстве этого материала золы и шлаки ТЭС используются как компонент вяжущего или заполнителя (рис. 3.8). В первом случае расход золы достигает 500 кг на 1 тыс. шт. кирпича, во втором - 1,5-3,5 т. Оптимальное соотношение извести и золы в составе вяжущего зависит от активности золы, содержания в извести активного оксида кальция, крупности и гранулометрического состава песка и других технологических факторов и может колебаться в широком диапазоне. При введении угольной золы расход извести снижается на 10-50%, а сланцевые золы с содержанием (СаО + Мg0) до 40-50% могут полностью заменить известь в силикатной массе. Зола в известково-зольном вяжущем является не только активной кремнеземистой добавкой, но также способствует пластификации смеси и повышению в 1,3-1,5 раза прочности сырца, что особенно важно для обеспечения нормальной работы автоматов-укладчиков. Эффективность введения золы повышается с ростом удельной поверхности известково-зольного вяжущего. При этом в зольном компоненте силикатного кирпича должно содержаться не более 3-5% несгоревшего топлива и не менее 10% плавленых частиц.

Целесообразно использовать золы и шлаки антрацитовых углей, в которых содержание несгоревшего топлива составляет 15-20%. Основная масса несгоревшего топлива содержится внутри частичек аморфизованного глинистого вещества, оплавленного снаружи. Содержание остеклованных частиц в антрацитовых золах составляет 60- 80% по массе.

Известково-кремнеземистое вяжущее в производстве силикатного кирпича получают совместным помолом комовой негашеной извести с золой и кварцевым песком. Суммарное содержание активных СаО и Мg0 в вяжущем - 30-40%, удельная поверхность- 4000- 5000 см2/г, остаток на сите № 02 - не более 2%.

Схема производства силикатного кирпича из высококальциевых зол

1 - пневмоконвейер; 2 - силосный склад; 3 - шнек; 4 - пневмонасос; 5- циклон; 6 - рукавный фильтр; 7- расходный бункер; 8- винтовой питатель-9 - смеситель; 10- элеватор; 11- конвейер; 12 - бункер-мерник; 13 - реактор; 14- шнек; 15- бункер для золы и цемента; 16- дозатор; 17- бункер пресса; 18 - пресс; 19 - запарочная тележка; 20 - передаточная тележка; 21 - автоклав; 22 - склад готовой продукции.

Прочность сырца и готового кирпича можно повысить частичной заменой кварцевого песка золошлаковыми отходами, в результате чего улучшается гранулометрический состав смеси. При замене в силикатных смесях 20-30% кварцевого песка золой прочность сырца повышается на 30-40%, запаренных образцов - на 60-80%. Эффективна также частичная замена кварцевого песка дробленым до крупности не более 5 мм топливным шлаком.

При замене золой более 30% кварцевого песка возможно ухудшение формовочных свойств смеси в результате вовлечения воздуха в дисперсную известково-зольную массу при формовании и расслаивании сырца. Для формования известково-зольных смесей револьверные прессы, применяемые в производстве силикатного кирпича, заменяют колено - рычажными, используемыми для прессования керамического кирпича и огнеупоров из полусухой массы. Такие прессы создают двухстороннее приложение усилий, что обеспечивает удлиненное время прессования.

Оптимальное содержание золы и шлака в силикатной смеси зависит от зернового состава и способа формования, возрастая с модулем крупности и циклом прессования.

На прессах двухстороннего действия с увеличенным циклом и повышенным давлением при прессовании можно формовать силикатные массы с содержанием золы до 50%, а шлака - до 35%. Суммарное содержание активных СаО и М 0 в силикатной массе должно составлять 6-8%, влажность - 6-10%. Высококальциевые и кислые золы, содержащие значительное количество свободного оксида кальция, должны предварительно гаситься паром под давлением. Золы, не содержащие свободный оксид кальция, в гашении не нуждаются, но при смешивании с известью должны подвергаться обычному силосованию.

Силикатный кирпич с добавками зол и топливных шлаков твердеет в автоклавах при давлении насыщенного пара 0,8-1,6 МПа. Рекомендуемая выдержка - 4-8 ч. Получаемый материал по водо- и морозостойкости превосходит обычный силикатный кирпич, имеет меньшие значения водопоглощения и водопроницаемости, лучший товарный вид.

Преимуществом кирпича из золосиликатной смеси оптимального состава является более низкая, чем у обычного, средняя плотность (1700-1800 кг/м3 против 1900-2000 кг/м3).

Используя золы ТЭС, получен пористый силикатный кирпич с такими свойствами: плотностью 1250-1400 кг/м3; прочностью 10- 17,5 МПа, пористостью 27-28%, морозостойкостью 15-35 циклов. Применение его позволяет уменьшить толщину наружных стен на 20, а массу - на 40% и существенно сократить расход тепла на отопление зданий.

5. Технология производства

5.1 Подготовка силикатной массы

5.1.1 Дозировка компонентов

Для получения сырьевой смеси (силикатной массы) требуемого качества необходимо правильно дозировать их.

Дозу извести в силикатной массе определяют не по количеству извести в ней, а по содержанию той ее активной части, которая будет участвовать в реакции твердения, т. е. окиси кальция. Поэтому норму извести устанавливают в первую очередь в зависимости от ее активности.

На каждом заводе обычно ее устанавливают опытным путем. Среднее содержание активной извести в силикатной массе равно 6 - 8%. При употреблении свежеобожженной извести без посторонних примесей и недожога количество ее может быть уменьшено; если же в извести содержится большое количество недожженного камня и посторонних примесей, а также если известь долго хранилась на воздухе, норма ее в смеси должна быть увеличена. Как недостаточное, так и излишнее количество извести в силикатной массе влечет за собой нежелательные последствия: недостаточное содержание извести снижает прочность кирпича, повышенное содержание удорожает себестоимость, но в то же время не оказывает положительного влияния на качество. Активность извести, поступающей в производство часто изменяется; поэтому для получения массы с заданной активностью требуется часто изменять в ней количество извести. На БКСМ используется известь активностью 70 - 85%.

Практически на производстве пользуются заранее составленными таблицами, позволяющими определять дозировку извести в кг на единицу продукции (1 м 3 силикатной массы или 1000 шт. кирпича) - таблица 2.

Таблица 2

Необходимое количество песка отмеривается по объему, а известь по весу при помощи бункерных весов.

Кроме извести и песка, составной частью силикатной массы является вода, необходимая для полного гашения извести. Вода также придает массе пластичность, необходимую для прессования кирпича-сырца, и создает благоприятную среду для протекания химической реакции твердения кирпича при его запаривании.

Количество воды должно точно соответствовать норме. Недостаток воды приводит к неполному гашению извести; избыток воды, хотя и обеспечивает полное гашение, но создает не всегда допустимую влажность силикатной массы. Влага частично поступает с песком, карьерная влажность которого колеблется в зависимости от климатических условий. Количество воды, необходимое для доведения влажности силикатной массы до нужной величины, практически также можно заранее рассчитать в зависимости от карьерной влажности поступающего в производство песка и составить таблицу для определения расхода воды на единицу продукции (1000 шт. кирпича или 1 м 3 силикатной массы). Количество воды (в л), потребное для доувлажнения силикатной массы (на 1000 шт. кирпича), в зависимости от влажности песка, приведено в табл. 3

Таблица 3

Общий расход воды для получения силикатной массы требуемого качества составляет около 13% (от веса массы) и распределяется следующим образом (в%):

на гашение извести……………………………………………..2,5

на испарение при гашении……………………………………..3,5

на увлажнение массы…………………………………………...7,0

Химическая реакция гашения извести протекает по формуле:

СаО+Н 2 О=Са(ОН) 2

Иногда для повышения прочности кирпича в силикатную массу вводят различные добавки в виде молотого песка, глины и др.

Чтобы достигнуть правильного соотношения всех составляющих компонентов, применяют специальные дозировочные приспособления. Ввиду того что приготовление силикатной массы требуемого качества является одной из наиболее важных операций в технологическом процессе производства силикатного кирпича, обязательно регулярно проверять в лабораториями ее свойства.

Определение скорости гашения извести следует производить не менее двух раз в смену; в случае удлинения времени гашения извести необходимо немедленно изменить режим гашения путем удлинения цикла приготовления силикатной массы.

Определение активности извести (содержание СаО+МgО) необходимо проводить также два раза в смену и соответственно с активностью извести изменять дозировку ее для получения нормальной силикатной массы.

Активность и влажность силикатной массы следует проверять через каждые 1 - 1,5 часа и в случае отклонения получаемых показателей от заданных немедленно изменять дозировку извести и воды.

5.1.2 Приготовление силикатной массы

Известково-песчаную смесь готовят двумя способами: барабанным и силосным. На Белгородском комбинате применяется силосный способ, и это вполне обосновано.

Силосный способ приготовления массы имеет значительные экономические преимущества перед барабанным, так как при силосовании массы на гашение извести не расходуется пар. Кроме того, технология силосного способа производства значительно проще технологии барабанного способа. Подготовленные известь и песок непрерывно подаются питателями в заданном соотношении в одновальную мешалку непрерывного действия и увлажняются. Перемешанная и увлажненная масса поступает в силосы, где выдерживается от 4 до 10 час., в течение которых известь гасится.

Силос представляет собой цилиндрический сосуд из листовой стали или железобетона; высота силоса 8 - 10 м, диаметр 3,5 - 4 м. В нижней части силос имеет конусообразную форму. Силос разгружается при помощи тарельчатого питателя на ленточный транспортер, при этом происходит большоё выделение пыли. При вылеживании в силосах масса часто образует своды; причина этого - относительно высокая степень влажности массы, а также уплотнение и частичное твердение ее при вылеживании. Наиболее часто своды образуются в нижних слоях массы, у основания силоса. Для лучшей разгрузки силоса необходимо сохранять возможно меньшую влажность массы. Из опыта работы рассматриваемого завода установлено, что силосы разгружаются удовлетворительно лишь при влажности массы в 2 - 3%. Силосная масса при выгрузке более пылит, чем масса, полученная по барабанному способу; отсюда более тяжелые условия для работы обслуживающего персонала.

Перечисленные выше отрицательные моменты не полностью, но в какой-то мере устраняются механизацией разгрузки.

Работа силоса протекает следующим образом. Внутри силос разделен перегородками на три секции. Масса засыпается в одну из секций в течение 2,5 час., столько же требуется и для разгрузки секции. К моменту заполнения силоса нижний слой успевает вылежаться в течение того же времени, т.е. около 2,5 час. Затем секция выстаивается 2,5 часа, и после этого ее разгружают. Таким образом, нижний слой гасится около 5 час. Так как разгрузка силосов происходит только снизу, а промежуток между разгрузками составляет 2,5 часа, то и все последующие слои также выдерживаются в течение 5 час. в непрерывно действующих силосах. В случае образования свода при разгрузке силоса и прекращении поступления массы на ленточный транспортер категорически запрещается рабочим находиться в силосе Для облегчения разгрузки периодически включают вибратор, укрепленный на стенке силоса; и этим уменьшают прилипание массы к стенкам. При более серьезных зависаниях массы в силосах ее шуруют ломами через разгрузочные окна.

На БКСМ разгрузка массы из бункеров механизирована. Распределительные щетки на транспортерной ленте поднимают механическим пневмоподъемником. Над транспортерной лентой, подающей силикатную массу, установлены распределительные щетки, перемещающиеся вертикально по раме. Опускание и подъем щеток над лентой осуществляется с пульта управления, который оснащен световой сигнализацией и устройством, регулирующим подачу воздуха в пневмоцилиндры.

5.2 Прессование сырца

На качество кирпича и в основном на его прочность наиболее существенно влияет давление, которому подвергается силикатная масса во время прессования. В результате прессования происходит уплотнение силикатной массы. Тщательно уплотнить сырец - значит довести до минимума свободное пространство между частицами песка, сблизив их настолько, чтобы они разделялись друг от друга только тончайшим слоем вяжущего вещества. Такое сближение зерен песка при дальнейшей водо-тепловой обработке кирпича-сырца в автоклаве обеспечивает получение плотного и прочного конгломерата.

На Белгородском комбинате строительных материалов 9 прессов СМ - 816 и два пресса СМС - 152, которые работают под давлением 20 Мпа. Производительность пресса - 2680 штук условного кирпича за 1 час.

В момент прессования силикатной массы возникают силы сопротивления сжатию со стороны зерен песка, препятствующие максимальному сближению зерен. Сила трения массы о стенки формы и зерен друг о друга преодолевается путем применения давления. Поэтому давление должно распределяться равномерно по всей площади прессуемого изделия. Прессование необходимо вести только до известного предела, так как при увеличении давления выше предельного в массе появляются упругие деформации, которые исчезают после снятия давления и ведут к разрушению сырца. Поэтому нельзя повышать давление до появления деформаций.

Существенное значение имеет скорость, с которой производится давление. Так, например, ударное быстрое приложение усилия вызывает не уплотнение, а разрушение структуры изделия. Поэтому для преодоления внутренних сил трения давление должно прикладываться плавно с постепенным увеличением. Рабочее давление в прессах применяется равным 150 - 200 кг/см 2 .

На нормальную работу пресса, а следовательно, на получение кирпича хорошего качества большое влияние оказывает содержание влаги в силикатной массе. В оптимальных условиях прессования кирпича влажность массы должна составлять б - 7% от веса сухого вещества и постоянно контролироваться. Увеличение влажности выше оптимальной не дает возможности спрессовать сырец, снять его со стола пресса и уложить на вагонетку; уменьшение влажности приводит к тому, что спрессованный сырец трудно снять со стола пресса: он разламывается под действием собственного веса. Кроме того, недостаточное содержание влаги в сырце лишает известь необходимой пластичности, обеспечивающей связь между отдельными зернами песка.

Процесс прессования кирпича складывается из следующих основных операций: наполнения прессовых коробок массой, прессования сырца, выталкивания сырца на поверхность стола, снятия сырца со стола, укладки сырца на запарочные вагонетки.

Силикатная масса, приготовленная в силосах, передается при помощи транспортерной ленты в бункер над пресс-мешалкой пресса. Подача массы в пресс-мешалку должна так регулироваться, чтобы она занимала примерно 3 / 4 объема пресс-мешалки. Если поступающая масса имеет более низкую влажность, чем требуется, доувлажнение ее производится в пресс-мешалке, вокруг стенок которой укладывается водопроводная труба с мелкими отверстиями по ее длине, направленными вниз.

Сила струи поступающей по трубке воды регулируется прессовщиком при помощи вентиля. Увлажненная масса ножами пресс-мешалки при вращении их подается в прессовые коробки через отверстия в дне пресс-мешалки. При повороте стола пресса коробки, наполненные массой, перемещаются на определенный угол и занимают положение между прессующим поршнем и верхней стороной плитки контрштампа. Под давлением поршень постепенно поднимается и производится прессование сырца.

В момент прессования стол пресса останавливается, а ножи пресс-мешалки вращаются и заполняют массой следующую пару прессовых коробок. После прессования стол пресса поворачивается так, чтобы штампы пресса вместе с сырцом подошли к выталкивающему поршню. Сырец выталкивается поршнем в вертикальном направлении; верхняя пластина штампа при выталкивании выходит из прессовых коробок на 3 - 5 мм выше уровня стола. Затем выталкивающий поршень опускается вниз в первоначальное положение. После снятия пары кирпичей двумя съемщиками-прессовщиками стол поворачивается и штампы подводятся под механическую щетку для очистки.

Верхние пластины очищаются от налипшей массы, штампы опускаются на величину наполнения прессовых коробок и цикл начинается снова.

Силикатный кирпич по размерам должен отвечать требованиям ГОСТ 379 - 53; в случае отклонения от установленных размеров сырец считается браком.

Плотность прессования сырца достигается исключительно изменением величины наполнения прессовых коробок: чем больше высота наполнения, тем выше плотность сырца и, наоборот, чем меньше высота наполнения коробок, тем ниже плотность сырца. Во время прессования необходимо следить за тем, чтобы сырец получался одинаковой плотности; для этого нужно поддерживать высоту наполнения прессовых коробок одинаковой. Ножи пресс-мешалки должны быть закреплены от дна и стенок на одинаковом расстоянии.

После прессования полученные кирпичи автоматом-укладчиком укладываются на вагонетки, которые транспортируются в автоклавы, где производится тепло-влажная обработка кирпича.

5.3 Процесс автоклавной обработки

Для придания необходимой прочности силикатному кирпичу его обрабатывают насыщенным паром; при этом температурное воздействие сочетается с обязательным наличием в кирпиче-сырце водной среды, которая благоприятствует протеканию реакции образования цементирующих веществ с максимальной интенсивностью. Насыщенный пар используется с температурой 175 0 при соответствующем такой температуре давлении в 8 атм.

Автоклав представляет собой трубу длиной 19м и диаметром 2м, вместимостью 12 вагонеток (V=5965 м 3). Режим работы автоклава:

1,5 час. - подъём пара,

5-6 час. - выдержка,

1-1,5 час. - спуск пара.

В процессе автоклавной обработки, т. е. запаривания кирпича-сырца, различают три стадии.

Первая стадия начинается с момента впуска пара в автоклав и заканчивается при наступлении равенства температур теплоносителя (пара) и обрабатываемых изделий.

Вторая стадия характеризуется постоянством температуры и давления в автоклаве. В это время получают максимальное развитие все те физико-химические процессы, которые способствуют образованию гидросиликата кальция, а следовательно, и твердению обрабатываемых изделий.

Третья стадия начинается с момента прекращения доступа пара в автоклав и включает время остывания изделий в автоклаве до момента выгрузки из него готового кирпича.

В первой стадии запаривания насыщенный пар с температурой 175 0 под давлением 8 атм. впускают в автоклав с сырцом. При этом пар начинает охлаждаться и конденсироваться на кирпиче-сырце и стенках автоклава. После подъема давления пар начинает проникать в мельчайшие поры кирпича и превращается в воду. Следовательно, к воде, введенной при изготовлении силикатной массы, присоединяется вода от конденсации пара. Образовавшийся в порах конденсат растворяет присутствующий в сырце гидрат окиси кальция и другие растворимые вещества, входящие в сырец. Известно, что упругость пара растворов ниже упругости пара чистых растворителей. Поэтому притекающий в автоклав водяной пар будет конденсироваться над растворами извести, стремясь понизить их концентрацию; это дополнительно увлажняет сырец в процессе запаривания. И третьей причиной конденсации пара в порах сырца являются капиллярные свойства материала.

Роль пара при запаривании сводится только к сохранению воды в сырце в условиях высоких температур. При отсутствии пара происходило бы немедленное испарение воды, а следовательно, высыхание материала и полное прекращение реакции образования цементирующего вещества - гидросиликата.

С того момента, как в автоклаве будет достигнута наивысшая температура, т. е. 170 - 200 0 , наступает вторая стадия запаривания. В это время максимальное развитие получают химические и физические реакции, которые ведут к образованию монолита. К этому моменту поры сырца заполнены водным раствором гидрата окиси кальция Са(ОН) 2 , непосредственно сопри- касающимся с кремнеземом SiO 2 песка.

Наличие водной среды и высокой температуры вызывает на поверхности песчинок некоторое растворение кремнезема, образовавшийся раствор вступает в химическую реакцию с образовавшимся в течение первой стадии запаривания водным раствором гидрата окиси кальция и в результате получаются новые вещества - гидросиликаты кальция:

Сначала гидросиликаты находятся в коллоидальном (желеобразном) состоянии, но постепенно выкристаллизовываются и, превращаясь в твердые кристаллы, сращивают песчинки между собой. Кроме того, из насыщенного водного раствора гидрат окиси кальция также выпадает в виде кристаллов и своим процессом кристаллизации участвует в сращивании песчинок.

Таким образом, во второй стадии запаривания образование гидросиликатов кальция и перекристаллизация их и гидрата окиси кальция вызывают постепенное твердение кирпича-сырца.

Третья стадия запаривания протекает с момента прекращения доступа пара в автоклав, т. е. начинается падение температуры в автоклаве, быстрое или медленное в зависимости от изоляции стенок автоклава и наличия перепуска пара. Происходит снижение температуры изделия и обеднение его водой, т. е. вода испаряется и повышается концентрация раствора, находящегося в порах. С повышением концентрации гидрата окиси кальция и снижением температуры цементирующего вещества силикаты кальция становятся более основными, и это продолжается до тех пор, пока кирпич не будет выгружен из автоклава. В результате усиливается твердение гидросиликатов кальция и, следовательно, повышается прочность силикатного кирпича. Одновременно пленки цементирующего вещества сильней обогащаются выпадающим из раствора гидратом окиси кальция.

Механическая прочность силикатного кирпича, выгруженного из автоклава, ниже той, которую он приобретает при последующем выдерживании его на воздухе. Это объясняется происходящей карбонизацией гидрата окиси кальция за счет углекислоты воздуха по формуле

Са(ОН) 2 +СаСО 2 =СаСО 3 +Н 2 О

Таким образом, полный технологический цикл запаривания кирпича в автоклаве состоит из операций очистки и загрузки автоклава, закрывания и закрепления крышек, перепуска пара; впуска острого пара, выдержки под давлением, второго перепуска, выпуска пара в атмосферу, открывания крышек и выгрузки автоклава. Совокупность всех перечисленных операций составляет цикл работы автоклава, который равен 10 - 13 час.

Запаривание кирпича в автоклавах требует строгого соблюдения температурного режима: равномерного нагревания, выдержки под давлением и такого же равномерного охлаждения. Нарушение температурного режима приводит к браку.

Для контроля за режимом запаривания на автоклавах установлены манометры и самопишущие дифманометры, снабженные часовым механизмом, записывающим на барограмме полный цикл запаривания кирпича.

Из автоклава силикатный кирпич поступает на склад.

Список литературы

ГОСТ 379 - 95 «Кирпич и камни силикатные. ТУ»

Строева Е. Эволюция силикатного кирпича/журнал «Ардис» №2(34) Санкт - Петербург 2007

Павленко В.И., Тушева И.С. Радиационный мониторинг производства извести и силикатного кирпича/ Строительные материалы, №4 - М., 2001.

Воронин В.П., Заровнятных В.А. Эффективный силикатный кирпич на основе золы ТЭС и порошкообразной извести/ Строительные материалы, №8 - М., 2000.

Вахнин М.П., А.А. Анищенко Производство силикатного кирпича. - М.,1989

http://www.vserinki.ru

http://www.silikat.nnov.ru

http://www.veskirpich.ru

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Технологическая схема производства силикатного кирпича. Расчет удельного расхода сырьевых материалов. Процентное содержание пустот в кирпиче. Расчет потребности воды на изготовление силикатной смеси. Формование и автоклавирование силикатного камня.

курсовая работа , добавлен 09.01.2013


Состав силикатного кирпича, способы его производства. Классификация силикатного кирпича, его основные технические характеристики, особенности применения, транспортировка и хранение. Гипсовые и гипсобетонные изделия. Древесно-цементные материалы.

презентация , добавлен 23.01.2017


Технологическая линия производства силикатного кирпича методом полусухого прессования. Назначение и сущность процесса сортировки материалов. Принцип работы грохота. Расчет параметров колебаний короба грохота. Эксплуатация и ремонт оборудования.

курсовая работа , добавлен 08.06.2015


Номенклатура и технологическая схема изготовления силикатного кирпича. Требования к оборудованию. Характеристика сырья, полуфабрикатов, вспомогательных материалов. Типовая карта контроля техпроцесса. Влияние отходов производства на окружающую среду.

курсовая работа , добавлен 22.02.2015


Подготовка к строительству завода силикатного кирпича в Иваново-Вознесенске. Определение стоимости строительства завода. Исследование качественных характеристик песка. Преимущество силикатного кирпича перед красным. Техническое оснащение предприятия.

реферат , добавлен 02.11.2010


Характеристика района строительства. Объемно-планировочное и конструктивное решение проекта двухэтажного жилого дома. Применение силикатного кирпича при возведении наружных стен и перегородок. Наружная и внутренняя отделка, инженерное оборудование дома.

курсовая работа , добавлен 24.11.2014


Технологический процесс производства керамического кирпича. Механизация процессов вскрыши карьера и добычи глины. Формовка сырца, процесс сушки, обжиг кирпича. Применение туннельной печи для обжига кирпича. Внедрение автоматизированной системы управления.

презентация , добавлен 29.03.2016


Вяжущие на основе высококальциевой золы для силикатного кирпича. Химический, гранулометрический состав шлаков от сжигания каменных углей и антрацитов. Классификация зол как сырья для изготовления строительных материалов. Гашение пережога и карбонизация.

реферат , добавлен 28.08.2013


Классификация и основные свойства керамических материалов. Требования к керамическим стеновым матералам и их характеристика. Технические требования к глиняному обыкновенному и пустотелому кирпичу. Кладка наружных и внутренних стен, водопоглощение кирпича.

реферат , добавлен 26.07.2010


Описание свойств керамического кирпича. Характеристика сырья для производства керамического кирпича на базе месторождений пластичной глины с нанесением ангоба. Материальный баланс технологического комплекса по производству керамического кирпича.

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. Именно поэтому вторым основным компонентом сырьевой смеси является кварцевый песок или другие минеральные вещества, содержащие кремнезем, например шлаки, золы ТЭЦ и др. Чтобы химическое взаимодействие проходило достаточно интенсивно, кремнеземистый компонент подвергают тонкому измельчению. Чем более тонким будет измельченный песок, тем выше должно быть относительное содержание извести в смеси. В качестве других компонентов могут быть также введены заполнители в виде немолотого кварцевого песка, шлака, керамзита, вспученного перлита и т. п. Непременным компонентом во всех смесях выступает вода.

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.

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.

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 Ca0:Si02 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 см 2 /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. Волжен- ский 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.

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 авто- клавизации); 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.

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(A) и C2SH2, а после полного связывания извести и в процессе перекристаллизации возникают более устойчивые микрокристаллические низкоосновные гидросиликаты кальция типа CSH(B) 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.

Согласно другой теории, образование микроструктуры вяжущего происходит не через растворение извести и кремнезема, а в твердой фазе под влиянием процесса самодиффузии молекул в условиях 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.

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(B) и тоберморит CsSeHs. В высокоизвестковых смесях в результате синтеза образуется гиллебрандит 2СаО Si0 2 Н2О (т. е. C 2 SH).

Оптимальная структура силикатного материала формируется при определенном количестве известково-кремнеземистого цемента и минимальном соотношении его фазовых составляющих.

Рис. 9.28. Зависимость прочности силикатного камня от соотношения масс известкового теста (Иг) и молотого песка (П м), а также от состава смеси:

1 - 20.80; 2 - 40.60; 3 - 60.40; 4 - 80.20. В числителе количество извести, в знаменателе - количество молотого песка (помола), взятых по массе

Рис. 9.29.

В свежеизготовленном конгломерате дисперсионной средой (с) служит известковое тесто (И т), а в качестве твердой дисперсной фазы (ф) выступает молотый кремнеземистый (песчаный) компонент (П м). Активность (прочность) известково-кремнеземистого вяжущего вещества оптимальной структуры после автоклавной обработки, как и другие свойства силикатного материала, зависит от величины соотношения И т: П м (по массе). Результаты экспериментальных исследований показали, что пределы прочности при сжатии, на растяжение при изгибе, средняя плотность и другие показатели свойств силикатного камня принимают экстремальные значения при некотором минимальном соотношении с7ф = И^/П м (рис. 9.28). В полном соответствии с формулой (3.4) прочность силикатного конгломерата R c = /Г/х, где R* - прочность автоклавного силикатного камня оптимальной структуры; х = Ит/Пм: И7Пм =

1 - 80:20; 2 - 60:40; 3 - 40:60; 4 - 30:70; 5 - 20:80; 6 - 17:83. Составы изготовлялись: 1,2, 3 - с применением керамдора; 4 , 5, 6 - с применением гранитного щебня. Кривые оптимальных структур 1,11 и III относятся к бетону соответственно с применением гранитного щебня, керамдора и только местного карьерного песка

6/5* - отношение усредненных толщин пленок известкового теста соответственно в вяжущем веществе конгломерата и в вяжущем веществе оптимальной структуры; п - показатель степени, зависит от качества исходных материалов.

Выполненные исследования силикатного камня и силикатного конгломерата на примерах бетонов мелко- и крупнозернистых (рис. 9.29) показали, что при оптимальных структурах их свойства полностью подчиняются общим закономерностям ИСК.

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 автоклавирования, 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.