Матеріали на основі вапна (силікатні вироби)

Виробництво силікатних будівельних матеріалів базується на гидротермальном синтезі гідросилікатів кальцію, який здійсню-ється в реакторі-автоклаві в середовищі насиченої водяної пари тиском 0,8-1,3 МПа і температурою 175-200 ° С. Для гідро-термального синтезу можна використовувати при належному обгрунтувати вання інші параметри автоклавізаціі, застосовувати обробку не тільки парою, але і пароповітряної або парогазової сумішшю, водою.

Силікатні автоклавні матеріали - це безцементні матеріали та вироби (силікатні бетони, силікатна цегла, каміння, блоки), приготовлені з сировинної суміші, що містить вапно (гашене або мелене негашене), кварцовий пісок і воду, кото-які утворюють в процесі автоклавної обробки гідросилікати кальцію:

Са (ОН) 2 + Si02 + mH20 = Ca0Si02 / iH20.

В умовах автоклавної обробки можна отримати різні гідросилікати кальцію в залежності від складу вихідної суміші: Тоберморі 5Ca0 6Si02 5H20, слабо закристалізовувалися гідросилікати: (0,8-1,5) Ca0 Si02 H20 - і (1,5-2) Ca0 Si02 H20. У високо-коізвесткових сумішах синтезується Гіллебранда 2Ca0Si02H20.

Автоклав представля-ет собою горизонтально розташований сталевий циліндр з герметично закриваються з торців кришками (рис. 9.3).

Діаметр автоклава - 2,6-3,6 м, довжина - 21- 30 м. Автоклав забезпечений манометром, показую-щим тиск пара, і Рис. 9.3. Завантаження в автоклав запобіжним кла-
паном, автоматично відкривається при підвищенні тиску вище граничного. У нижній частині автоклава укладено рейки, по яких пересуваються завантажені в автоклав вагонетки з виро-ліямі. Автоклав обладнаний пристроями для автоматичного контролю та управління режимом автоклавної обробки. Для зменшення тепловтрат автоклав покритий шаром теплоізоляції.

Після завантаження автоклав закривають і в нього поступово впус-кают насичений пар. Висока температура при наявності в бетоні води в крапельно-рідкому стані створює сприятливі умови для хімічної взаємодії між гідроксидом кальцію і кремнеземом.

Міцність автоклавних матеріалів формується в результаті взаємодії двох процесів: структуроутворення, обумовлений-ного синтезом гідросилікатів кальцію, і деструкції, обумовлений-ний внутрішньою напругою.

Для зниження внутрішніх напружень автоклавную обробку проводять за певним режиму, що включає поступовий підйом тиску пара протягом 1,5-2 ч, ізотермічну витримку виробів в автоклаві при температурі 175-200 ° С і тиску 0,8 1,3 МПа протягом 4 -8 ч і зниження тиску пара протягом 2-4 ч. Після автоклавної обробки тривалістю 8-14 год отримують силікатні вироби.

Силікатні бетони, як і цементні, можуть бути важкими (заповнювач - пісок і щебінь або пісок і піщано-гравійна суміш), легкими (наповнювачі пористі - керамзит, спучений перліт, аглопорит і ін.) І ніздрюватими.

У силикатном бетоні застосовують вапняно-кремнеземистого в'язкого, до складу якого входять повітряна вапно і тонкомоло-тий кварцовий пісок (замість піску застосовують золу, мелений до-менний шлак). Міцність вапняно-кремнеземистого в'яжучого залежить від активності вапна, співвідношення CaO / SiC> 2, тонкощі через мельченной піску і параметрів автоклавної обробки (температури і тиску насиченої пари, тривалості автоклавного тверде-ня). Оптимальним буде таке співвідношення CaO / Si02 і така тон-кістка помелу піску, при яких вся СаО буде пов'язана в нізкоос-новні гідросилікати кальцію (рис. 9.4).

Виготовлення бетонних та залізо бетонних виробів вклю-чає приготування вапняно-кремнеземистого в'яжучого, приготування і гомогенізацію сі-лікатнобетонной суміші, формо-вання виробів, автоклавную об-робітку. В процесі автоклави - зації між усіма компонента-ми бетону мають місце химиче-ські взаємодії.

j! ____________ и ___________ й й

Мал. 9.4. Вплив тонкощі помелу і змісту кварцового піску на міцність силікатного бетону:

1 - питома поверхня Молот-го піску 1500 см / г; 2 - те ж 2500 см2 / г; 3 - те ж, 4500 см2 / г

Заповнювач (особливо кварцовий пісок) бере участь в синтезі новоутворень, подвер-гаясь змін на глибину до 15 мкм.

Важкий силікатний бетон щільністю 1800-2500 кг / м3, з міцністю 15-80 МПа примі-няют для виготовлення збірних бетонних та залізобетонних конструкцій, в тому числі предваритель-но напружених.

Силікатна цегла виготовляється з жорсткою суміші кварцового піску (92-94%), вапна (6-8%, вважаючи на активну СаО) і води (7- 9%) шляхом пресування під тиском (15-20 МПа) і подальшого твердіння в автоклаві .

Колір силікатної цегли світло-сірий, але він може бути любо-го кольору шляхом введення до складу суміші щелочестойких пігментів. Випускають цегла двох видів: одинарний 250x120x65 мм і модуль-ний 250x120x88 мм. Модульна цегла виготовляють з пустотами, щоб маса однієї цеглини не перевищувала 4,3 кг.

Залежно від межі міцності при стисненні і вигині сили-катно цегла має марки: 100, 125, 150, 200 і 250.

Щільність силікатної цегли (без пустот) - близько 1800-
1900 кг / м3, т. Е. Він трохи важче звичайного глиняної цегли, теплопровідність - 0,70-0,75 Вт / (м ° С), водопоглинання лицьового силікатної цегли не перевищує 14%, а рядового - 16%. Марки за морозостійкістю для лицьової цегли: 25, 35, 50; для рядового - 15.

Силікатна цегла, як і глиняний, застосовують для несучих стін будівель. Не рекомендується його застосовувати для цоколів будівель через недостатню водостійкості. Для кладки труб і печей сили-катно цегла не використовують, так як при високій температурі де-гідратіруется Са (ОН) 2, розкладаються Сас03 і гідросилікати каль-ція, а зерна кварцового піску при 600 ° С розширюються і викликають розтріскування цегли.

На виробництво силікатної цегли витрачається менше теп-ла, оскільки не потрібні сушка і високотемпературний випал, тому він на 30-40% дешевше глиняної цегли.

Схема виробництва силікатної цегли показана на рис. 9.5.

Комовую вапно-кипелку, що надходить з ізвестеобжіга-котельної печі, сортують, щоб видалити недожог і перевитрата, потім подрібнюють і розмелюють в тонкий порошок. При цьому повітряним се-паратором відокремлюються найбільш тонкі частинки. Підвищення тонко-сти помелу вапна також скорочує її витрата.

Гасити вапно в суміші з піском можна в силосах протягом 8- 9 год (перший спосіб) або, що набагато швидше й інтенсивніше, в гасильну барабанах (другий спосіб). Останній являє собою металевий циліндр, по кінцях має форму усе-чинних конусів, який обертається навколо горизонтальної осі. За допомогою дозуючого апарату пісок дозують за об'ємом, а вапно - по вазі, а потім засипають через герметично закритому-вающий люк в гасильну барабан. Після завантаження барабан вра-відмови від тютюну, впускають пар і гасять вапно під тиском 0,3-0,5 МПа. Перед пресуванням вапняно-піщану суміш перемішують в лопатевої мешалке або на бігуна і додатково зволожують (до 7%).

Пресують цегла на пресах під тиском до 150-200 кг / см2. Застосовувані на заводах преси мають періодично обертається стіл з влаштованими в ньому формами. Пресування проводиться знизу

Мал. 9.S. Схема виробництва силікатної цегли

вгору за допомогою важільного механізму. Спресований цегла - сирець отримує високу щільність, що сприяє більш повно-му проходженню реакції між вапном і кварцовим піском. Продуктивність різних типів пресів, що залежить від їх кон-струкції, коливається в межах 2200-3000 цегли в 1 ч.

Відформовані цеглу знімають зі столу преса, обережно укладають на вагонетки і відправляють в автоклави для твердіння.

Міцність силікатної цегли продовжує підвищуватися і по-сле запарювання його в автоклаві. Це пояснюється тим, що частина з-вести, що не набрала в хімічну взаємодію з кремнеземом, реагує з вуглекислотою повітря, т. Е. Відбувається коксування: Са (ОН) 2 + С02 = Сас03 + Н20.

Міцність, водостійкість і морозостійкість силікатної кир-Піча збільшуються також при його висиханні.

Вапняно-шлаковий і вапняно-зольний цегла

Вапняно-шлаковий цеглу виготовляють з суміші вапна і гранульованого доменного шлаку. Вапна беруть 3-12% по об'єк-йому, шлаку - 88-97%.

При заміні шлаку золою виходить вапняно-зольний кир-піч. Склад суміші: 20-25% вапна і 80-75% золи. Так само як і шлак, зола є дешевою сировиною, що утворюється у великих ко-лічестве після спалювання палива (кам'яного вугілля, бурого вугілля і ін.) В котельнях ТЕЦ, ГРЕС і ін.

У процесі згоряння пилоподібного палива частина вогнищевих ос-татков осідає в топці (зола-шлак), а найдрібніші частинки золи несуться в димоходи, де затримуються золоуловителями, а потім їх транспортують за межі котельні - в золовідвали. Найбільш тонкодисперсні золи називають золами-винесення.

При змішуванні з водою золи трохи тверднуть, однак при добав-ках вапна або портландцементу вони активізуються, а запарівая-ня суміші в автоклавах дає можливість отримувати з них вироби достатньої міцності.

При спалюванні деяких горючих сланців (наприклад, середньо волзьких) утворюються золи, що містять окису кальцію 15% і більше, які мають здатність твердіти без добавок вапна. Цегла з цих зол називають сланці-зол'ним.

Використання шлаків і зол дуже вигідно, тому що при цьому знижується вартість будівельних матеріалів.

Вапняно-шлаковий і вапняно-зольний цеглу формують на тих же пресах, які застосовують при виробництві силикатно-го цегли, і запарюють в автоклавах.

Щільність шлакового і зольного цегли - 1400-1600 кг / м3, теплопровідність - 0,5-0,6 Вт / (м ° С). За межі міцності при стисненні шлаковий і зольний цеглу поділяють на три марки: 75, 50 і 25. Морозостійкість вапняно-шлакового цегли така ж, як і силікатної, а вапняно-зольного - нижче.

Вапняно-шлаковий і вапняно-зольний цеглу застосо- ють для зведення стін будівель висотою не більше трьох поверхів і для кладки верхніх поверхів багатоповерхових будинків.

Вироби з пеносіліката та інших пористих матеріалів

Пеносіліката - це штучний кам'яний матеріал вічка-стій структури, який виходить в результаті затвердіння пластичної вапняно-піщаної суміші, змішаної з технічної піною.

Матеріал, отриманий змішуванням того ж розчину з газооб - разователей (алюмінієвою пудрою, пергідролем і ін.), Називають газосиликатом.

Для виробництва пеносіліката рекомендується застосовувати моло-ту вапно-кипелку, що містить активний СаО не менше 70%. Чим вище активність вапна і тонше помел, тим менше її потрібно для приготування пеносіліката. Зазвичай вапна беруть 15-20% від ваги сухої суміші. Крім кварцового піску, як заповнювачі можна використовувати доменний гранульований шлак, золу елек-тростанцій, маршалит, трепел, діатоміт та інші наповнювачі, со-тримають велику кількість кремнезему.

В процесі виробництва пеносіліката вапно і заповнювач піддають спільному або роздільному помолу. При роздільному помелі компонентів вапно і заповнювач подрібнюють в трубних, кульових млинах, а при спільному помелі - у дезинтеграторах. Пісок спочатку подрібнюють в них з гашеним вапном, якій беруть 25-30% від загальної кількості введеної вапна, а іншу частину вапна додають у вигляді меленого вапна-кипелки.

Подальший етап виробництва пеносілікатних виробів заклю-чає в приготуванні ячеистой суміші. Порожнисту суміш приготов-ляють шляхом змішування вапняно-піщаного розчину з стійкості-виття піною в пенобетономешалки.

Готову ячеистую суміш виливають з змішувального барабана пенобетономешалки в бункер, а потім розливають у форми, відпо-ціалу профілю і розмірам майбутнього виробу. Після 6-8 часо-виття витримки (часткового затвердіння) форми з напівзатверділому сумішшю транспортують в автоклави для запарювання.

Пеносілікатние вироби виготовляють щільністю від 300 до 1200 кг / м3 і міцністю в межах 0,4-20 МПа.

З теплоізоляційного пеносіліката виготовляють термовкла-дихай, які використовують для утеплення стін; плити, шкаралупи і короба - для огорожі теплопроводів і інші теплоізоляційні-ні вироби. Для кладки несучих стін одно-, двоповерхових будівель застосовують дрібні офактурені неармовані блоки щільно-стю 600-700 кг / м3.

Для захисту блоків від атмосферних впливів в процесі екс-плуатації зовнішня поверхня виробів покривається облицювальн-ним шаром з цементно-піщаного розчину товщиною 2-3 см, кото-рий укладається на дно форми перед заливанням ячеистой суміші.

Конструктивно-теплоізоляційний піно - і газосилікат примі-няют тепер також для виготовлення великорозмірних виробів для зовнішніх і внутрішніх стін, покриттів промислових споруд-ний, міжповерхових і горищних перекриттів житлових будівель, перего-родокі і ін.

Для покриттів промислових будівель виготовляють армопеносі - лікатние і армогазосілікатние прямокутні плити.

Армопеносілікатние плити в порівнянні зі звичайними залізо-бетонними не потрібно теплоізолювати і в той же час вони дос-таточно міцні і довговічні. Укладають їх по залізобетонних чи металевих прогонів, а зверху покривають гідроізоляційн-ними рулонними матеріалами.

Щільність пеносіліката 900-1100 кг / м3, межа міцності його при стисненні 6-10 МПа (гл. X, § 8).