20. Силикатные материалы и изделия. Общие сведения. Понятие об автоклавной технологии и физико-химических процессах, происходящих при твердении известково-кремнеземистых смесей

Силикатными называют искусственные каменные материалы и изделия, получаемые в результате формования и последующей тепловлажностной обработки в автоклавах смесей, состоящих из известково-кремнеземистых вяжущих, заполнителей (кварцевого песка, шлака и др.) и воды. Такие композиции, хотя медленно, образуют камень и при твердении на воздухе, но получаемый материал имеет невысокую прочность (1...2 МПа). В этом случае взаимодействие Са(ОН)г извести и SiQ2 песка протекает очень медленно и практически не сказывается на прочности камня. Однако, как было установлено в 1880 г. немецким ученым В. Михаэлисом, твердение уплотненной смеси извести с кварцевым песком резко ускоряется, если эту смесь подвергнуть тепловлажностной обработке в автоклаве, где температура насыщенного пара достигает 170°С и более, а давление — 0,8 МПа и выше. В этих условиях SiO2 песка приобретает химическую активность и между ним и известью происходит энергичное химическое взаимодействие с образованием гидросиликатов кальция, цементирующих зерна песка в прочный монолит.

Особенностью автоклавного производства силикатобетонных изделий является возможность получения изделий различной плотности и прочности при одних и тех же исходных материалах и процессах их подготовки по технологическим схемам, в своей основе аналогичным при производстве бетонных и железобетонных изделий.

Производство силикатных изделий обычно складывается из следующих операций: приготовления известково-кремнеземистой смеси, приготовления и гомогенизации силикатобетонной смеси, формования изделий, твердения изделий в автоклавах в среде насыщенного водяного пара при давлении 0,9...1,6 МПа и температуре 175...200°С.

Некоторые технологические переделы в зависимости от исходного сырья и вида выпускаемых изделий могут изменяться или дополняться другими операциями. Например, в производстве силикатного кирпича иногда отсутствует операция помола известково-кремнеземистой смеси, но необходима операция гашения извести в смеси с песком, которую осуществляют в специальных сило-сах или в гасильном барабане. При изготовлении ячеистых силикатно-бетонных изделий процесс приготовления смеси дополняется приготовлением устойчивой пены или суспензии газообразователя и их смешиванием с известково-песчаной смесью.

Выбор способа формования изделий зависит от удобоукладываемости силикатно-бетонной смеси. При изготовлении силикатного кирпича и мелких блоков используют жесткие смеси с влажностью 8... 10 %. Такие смеси формуют на специальных прессах под давлением 15... 20 МПа. Для формования силикатно-бетонных изделий из смесей с большой пластичностью применяют вибрирование или вибрирование с пригрузом. Очень пластичные смеси, например, при изготовлении пеносиликатных или газосиликатных изделий укладывают без принудительного уплотнения или кратковременным вибрированием.

Последняя и самая важная стадия производственного процесса — твердение силикатно-бетонных изделий — осуществляется в автоклавах. Автоклав представляет собой горизонтально расположенный стальной цилиндр диаметром 2 м и более, длиной 20...30 м, с торцов герметически закрытый крышками (8.1). В нижней части автоклава уложены рельсы, по которым передвигаются загружаемые в него вагонетки с изделиями.

21. Силикатный кирпич: получение, свойства, применение. Технико-экономическое преимущество силикатного кирпича по сравнению с керамическим. Известково-шлаковый и известково-зольный кирпич. Состав, свойства, применение

Силикатный кирпич в отличие от керамического достаточно молодой строительный материал, но успел довольно основательно закрепиться на рынке строительных материалов. Благодаря его сравнительно низкой стоимости, он зачастую используется на строительных площадках городского строительства в качестве самостоятельного строительного материала или в сочетании с другими.

Производство силикатного кирпича

За счет автоклавной обработки смесь из песка и извести приобретает свойства камня. Песок для изготовления силикатного кирпича должен быть чистым, потому что различные примеси могут уменьшить прочность изделия.

На начальном этапе производства силикатного кирпича песчано-известковая смесь прессуется в кирпич-сырец. Существует два способа полусухого прессования силикатного кирпича.

Барабанный способ является более быстрым и рациональным. Гашение извести при таком способе происходит в специальных герметичных барабанах. Второй способ прессования силикатного кирпича проходит в специальных установках – силосах, отсюда его название силосный.

После прессования готовый кирпич-сырец помещают в автоклав. В результате температурной обработки и высокого давления получают готовый к использованию очень прочный, водонепроницаемый и долговечный силикатный кирпич.

По своим техническим характеристикам силикатный кирпич уступает керамическому. Он более теплопроводный, менее влагостойкий, поэтому спектр его применения гораздо уже. Но при этом силикатный кирпич обладает хорошими звукоизоляционными свойствами и более экономичным способом производства.

Применение силикатного кирпича в строительстве

Силикатный кирпич применяют для строительства несущих стен и перегородок выше цокольного этажа в помещениях с пониженной влажностью. Из него не делают фундаменты и печи.

Силикатный кирпич бывает полнотелый и пустотелый. Пустотелый вариант обладает лучшими теплоизоляционными качествами и меньше по весу, но полнотелый используют гораздо чаще.

Силикатный кирпич может быть облицовочным. Благодаря возможному разнообразию цветовой гаммы и гладким поверхностям его удобно использовать в отделке зданий.

Разновидностями силикатного кирпича считают зольный и шлаковый кирпичи. Для изготовления шлакового кирпича используют доменные шлаки, а зольный кирпич получают из смеси золы и извести. Это позволяет снизить стоимость изделий и расширить сырьевую базу.

В отличие от силикатного кирпича шлаковый и зольный кирпичи имеют меньшую массу и хорошие теплоизоляционные свойства.

Силикатный кирпич выпускают различной прочности, каждый вид предназначен для разных типов работ. Если кирпич используется в малоэтажном строительстве, то материал можно взять меньшей прочности и соответственно ниже по стоимости.

Для многоэтажного строительства надо брать силикатный кирпич высокой прочности и морозоустойчивости. Если взять полуторный или двойной кирпич то можно сэкономить, и внешний вид дома будет красивее.

Для того чтобы результат строительства не разочаровал, главное выбрать качественный силикатный кирпич и учитывать его специфику.

Преимущества силикатного кирпича над керамическим: силикатный кирпич обладает лучшей шумоизоляцией вследствие его более высокой плотности по сравнению с керамическим кирпичом.

Силикатный кирпич по сравнению с красным керамическим кирпичом обладает рядом преимуществ:

- Силикатный кирпич имеет меньшую теплопроводность, по сравнению с керамическим кирпичом. А данный факт означает, что при одинаковой толщине стен, дом, построенный из силикатного кирпича, будет "теплее" и экономичнее

- При равном классе прочности он дешевле красного кирпича на 20-30%. Этот факт объясняется его менее энергоемким производством. Весь процесс производства «белого кирпича» длится меньше суток, тогда как для керамического - 5-6 суток

- Силикатный кирпич, за счёт некоторых особенностей технологии его производства, обладает более точной геометрией и более презентабельной поверхностью, а это значит, другой раз не нужна и дополнительна наружная отделка фасада, например, оштукатуривание. - Для кладки стен применяется также силикатный тонированный кирпич, он может быть практически любого цвета, даже чёрного.

- Обладает лучшими звукоизоляционными характеристиками сравнительно с керамическим кирпичом. В современном данный показатель - крайне немаловажен.

Существенными недостатками силикатного кирпича являются более низкие, по сравнительно с керамическим, водостойкость, морозостойкость и огнестойкость. При увеличенной влажности или высоких температурах понижается и прочность силикатного кирпича.

Именно совокупность недостатков и преимуществ силикатного кирпича и определяют область его использования, - это перегородка и стены промышленных и жилых зданий.

Не используется силикатный кирпич для кладки цоколей и фундаментов зданий, - потому что там большая влажность, а также для кладки печей, каминов и труб, - там, где большая температура.

Известково-шлаковый и известково-зольный кирпич

Эти стеновые изделия являются разновидностью силикатного кирпича, но отличаются меньшим объемным весом и лучшими теплоизоляционными свойствами, так как в них тяжелый кварцевый песок заменен пористым легким шлаком в известково-шлаковом или золой в известково-зольном кирпиче.

Для приготовления известково-шлакового кирпича берут 3—12% извести и 88—97% шлака, а для известково-зольного 20—25% извести и 75—80% золы. Так же, как и шлак, зола является дешевым сырьевым материалом, образующимся при сжигании каменного или бурого угля и другого топлива в котельных ТЭС, ГРЭС и т. д. В процессе сгорания пылевидного топлива часть очаговых остатков остается в топке (зола-шлак), а наиболее мелкие частицы уносятся отходящими газами в дымоходы. Здесь большая часть мелких частиц улавливается и задерживается золоуловителями, а затем направляется в золоотвалы. Такая зола называется золой-уносом; по сравнению с остаточной она имеет большую дисперсность, и ее не нужно измельчать. Золы содержат малое количество CaO (до 5%) и при смешивании с водой не твердеют. Но при добавлении извести или портландцемента они активизируются, а последующее запаривание смеси в автоклавах дает возможность получать изделия достаточной прочности.

При сжигании некоторых горючих сланцев образуются золы, содержащие окиси кальция до 15% и более и поэтому способные твердеть без добавок извести. Кирпич из этих зол называют сланце-зольным.

Использование шлаков и зол экономически выгодно, так как расширяется сырьевая база силикатных и других строительных материалов и снижается их стоимость.

Производство известково-шлакового и известково-зольного кирпича аналогично производству силикатного. Формуют его на тех же прессах, что и силикатный, а затем запаривают в автоклавах. Размер кирпича 250x120x140 мм и больше,· объемный вес 1400—1600 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,5—0,6 ккал/м · ч · град. По пределу прочности при сжатии кирпич подразделяют на три марки — 25, 50 и 75; морозостойкость такая же, как и силикатного кирпича.

Применяют известково-шлаковый и известково-зольный кирпич для кладки стен зданий малой этажности (до трех этажей), а также для кладки стен верхних этажей многоэтажных зданий.