53

ЛЕКЦІЯ 5. ШТУЧНІ КАМ'ЯНІ БЕЗВИПАЛЮВАЛЬНІ МАТЕРІАЛИ ТА ВИРОБИ.

5.1. Загальні відомості.

Для виготовлення матеріалів та виробів на безцементних в'яжучих не потрібно застосовувати клінкерні в'яжучі (портландцемент, його різновиди чи спеціальні цементи). Будівельні матеріали та вироби на безцементних в'яжучих набувають каменеподібного стану внаслідок затвердіння в'яжучого при звичайній чи невисокій (до 200 °С) температурі. До цієї групи належать матеріали та вироби на основі вапняних, гіпсових, азбестоцементних, магнезіальних в'яжучих чи розчинного скла. З них найпоширенішими є матеріали та вироби на основі вапняних і гіпсових в'яжучих.

5.2. Технологія матеріалів та виробів на основі вапняних в'яжучих.

Сировиною для виготовлення цих матеріалів і виробів є будівельне вапно чи в'яжучі, які містять його, а також заповнювачі, що містять кремнезем. Виробництво їх грунтується на гідротермальному синтезі гідросилікатів кальцію, здійснюваному в автоклаві при підвищених значеннях тиску й температури водяної пари. Тому такі матеріали й вироби дістали назву автоклавних силікатних.

Як в'яжуче для автоклавних силікатних матеріалів звичайно використовують повітряне кальцієве негашене вапно, яке містить не менш як 70 % активних СаО + MgO і не більш як 5% MgO, а також замість вапна застосовують вапняно-піщане в'яжуче, виготовлене одночасним помелом грудкового негашеного вапна та кварцового піску.

При виготовленні автоклавних силікатних матеріалів та виробів можуть використовуватися також в'яжучі, які містять вапно. Їх виготовляють одночасним помелом негашеного вапна та гранульованого шлаку чи активних мінеральних добавок. Можна також використовувати білітоий (нефеліновий) шлам.

Як заповнювачі автоклавних силікатних матеріалів найчастіше використовують кварцові піски. Можна застосовувати також польовошпатні та карбонатні піски. Значно рідше застосовують гравійно-піщані суміші, а також пористі заповнювачі (керамзит, аглопорит, шлакову пемзу, спучений перліт тощо).

Добавки, що застосовуються у виробництві автоклавних силікатних матеріалів та виробів, призначаються для регулювання властивостей формувальних сумішей та готової продукції. Це можуть бути ущільнювальні (тонкодисперсні мінеральні порошки), укрупнювальні (крупніші за зерновим складом заповнювачі), пластифікуючі, пороутворювальні добавки, а також пігменти, що надають виробам забарвлення й декоративних властивостей.

Сучасна технологія виготовлення матеріалів та виробів на вапняних в'яжучих передбачає виконання таких технологічних операцій: виготовлення в'яжучого та формувальної вапняно-кремнеземистої суміші, формування виробів, твердіння їх у середовищі насиченої водяної пари в автоклавах при тиску 0,8...1,6 МПа й температурі 175...200 °С. Залежно від виду виробів, що випускаються, технологія може передбачати додаткові операції (наприклад, гашення вапняно-кремнеземистої суміші, приготування пороутворювальної суміші тощо).

Спосіб формування виробів вибирають залежно від легкоукладальності вапняно-кремнеземистих сумішей. Це може бути метод лиття в спеціальних формах, віброформування без довантаження та з довантаженням, пресування, екструзія.

Найважливішою технологічною операцією є твердіння відформованих виробів у автоклавах. Автоклав (рис. 23) — це циліндрична горизонтально розміщена зварна посудина діаметром 2,0 чи 3,6 м і завдовжки 17...40 м, яка герметично закривається з торців кришками за допомогою спеціального механізму.

При автоклавній обробці відбувається реакція взаємодії між гідроксидом кальцію та кремнеземистим компонентом за схемою:

nСа (ОН)₂ + SiO₂ + т H₂O  nСаО  SiO₂ (т + 1) Н₂О.

Гідросилікати кальцію, утворювані при цьому, являють собою цементуючу речовину різного складу, яка зв'язує зерна заповнювача в міцний і водостійкий штучний кам'яний матеріал.

Звичайно підіймання тиску пари в автоклаві до максимального триває 1,5...2,0 год, Ізотермічне витримування при температурі 175...200 °С — 8...14 год, зниження тиску пари й температури — 2...4 год. Таким чином, увесь цикл автоклавної обробки становить 12...18 год.

Номенклатура виробів (рис. 24, 25) з вапняно-кремнеземистих сумішей: штучні стінові вироби — силікатна цегла й каміння; великорозмірні вироби для збірного будівництва — блоки й панелі для стін і перекриттів з важкого й легкого силікатного бетону.

Силікатну цеглу й каміння виготовляють способом пресування зволоженої суміші з піску та інших дрібних заповнювачів, що містять кремнезем, і вапна або інших в'яжучих, що містять його, із застосуванням добавок чи без них з наступним твердінням під дією пари в автоклаві.

Вапняно-піщана маса для виготовлення силікатної цегли й каміння містить 92...94 % кварцового піску, б...8 % повітряного вапна (у перерахунку на активний СаО) та 5...9 % води.

Замість піску й частково вапна можна використовувати шлаки й золи, розширюючи цим сировинну базу, скорочуючи витрату вапна й тривалість автоклавної обробки, знижуючи собівартість готової продукції на 15...20 %.

При виробництві силікатної цегли використовують дві схеми: барабанну та силосну.

При барабанній схемі пісок і тонкомелене вапно поступає в гасильний барабан, який герметично закривають. Протягом 3…5 хв. перемішують сухі матеріали, а потім під тиском 0.15…0.2 МПа подають пару. Гасіння вапна в барабані, що неперервно обертається триває 40 хв.

При силосній схемі попередньо підготовлений пісок і тонкомелене негашене вапно направляють у змішувач, куди подають воду. Зволожену вапняно-піщану масу завантажують у силоси і витримують для гасіння 6…9 год. Потім вапняно-піщану суміш додатково перемішують і догашують в змішувальних бігунах. Силосна схема значно простіша, на гасіння вапна не витрачається пара, але тривалість гасіння в силосах майже в 10 разів більша, ніж в барабанах, що є суттєвим техніко-економічним недоліком силосної схеми.

Типову технологічну схему виробництва силікатної цегли та каміння барабанним способом показано на рис. 26. Вона містить такі основні операції: випалювання вапняку й одержання грудкового вапна (можна використовувати привізне вапно); добування й подавання піску; виготовлення вапняно-піщаного в'яжучого; змішування піску з в'яжучим та водою; гашення одержаної суміші; пресування сирцю, запарювання виробів у автоклаві; вивантаження на склад готової продукції.

Зараз переважає силосний спосіб виробництва силікатної цегли та каміння, при якому перемішана зволожена суміш надходить для гашення в силоси або реактори, де витримується до повного гашення протягом 1...4 год залежно від якості й швидкості гашення вапна. Сучаснішими є реактори безперервної дії, тоді як силоси завантажують і розвантажують періодично.

Стандартом передбачено випуск одинарної (250  120  65 мм), потовщеної (250  120  88 мм) силікатної цегли чи порожнистого каміння (250  120  138 мм).

За міцністю силікатну цеглу та каміння поділяють на марки: 300, 250, 200, 150, 125, 100 і 75; при цьому лицьові вироби повинні мати марки: цегла — не менш як 125 і каміння — не менше ніж 100.

Застосовують силікатну цеглу та каміння для будування кам'яних і армокам'яних конструкцій у надземній частині будівель з нормальним та вологим режимами експлуатації. Не можна застосовувати силікатну цеглу для влаштування фундаментів і цоколів будівель. нижче гідроізоляційного шару, які зазнають впливу ґрунтових і стічних вод.

Щільний силікатний бетон є різновидом важкого бетону. Це штучний камінь, утворений внаслідок затвердіння в автоклаві ущільненої суміші вапняно-кремнеземистого в'яжучого, важких мінеральних заповнювачів (піску, щебеню чи гравійно-піщаної суміші) та води.

Застосовують переважно дрібнозернисті силікатні бетони з використанням як заповнювача кварцового піску. Середня густина такого бетону 1800...2500 кг/м³, марки за міцністю від 100 до 400, але можна одержати бетони й вищої міцності при стиску — до 80 МПа.

Технологія виготовлення виробів із щільного силікатного бетону (рис. 27) передбачає приготування бетонної суміші, формування та автоклавну обробку. Силікатобетонну суміш готують за гідратною чи кипілковою схемою. Гідратна схема включає в себе спільний помел піску з гашеним вапном вологістю 2...3 %, а кипілкова — з вапном-кипілкою.

За кипілковою схемою одержують міцніші вироби (завдяки гідратаційному твердінню вапна), але технологія складніша, тому більше поширена гідратна схема.

Із щільного силікатного бетону виготовляють вироби широкої номенклатури для житлового, промислового та сільського будівництва: стінові блоки, панелі внутрішніх стін та перекриттів, об'ємні елементи (блок-кімнати, блок-квартири), сходові марші й площадки, колони, балки, прогони, залізничні шпали (напружено-армовані), тюбінги для тунелів метро й шахтного будівництва тощо.

Вироби із щільного силікатного бетону не рекомендується застосовувати для влаштування фундаментів та інших конструкцій, що працюють в умовах високої вологості.

Легкі силікатні бетони на пористих заповнювачах мають усі переваги легких цементних бетонів, але не потребують застосування дефіцитного цементу. Для їх виготовлення використовують вапняно-кремнеземисте в'яжуче та штучні і природні пористі заповнювачі різних видів: керамзит, аглопорит, шлакову пемзу, спучений перліт, опоку, вулканічний туф тощо,. Технологія таких бетонів істотно не відрізняється від аналогічних цементних, проте обов'язковою умовою є твердіння в автоклавах.

Ніздрюватий силікатний бетон є штучним пористим каменем, який утворюється внаслідок твердіння в автоклаві суміші вапняно-кремнеземистого в'яжучого, кремнеземистого компонента, пороутворювача та води.

Ніздрювата структура силікатного бетону забезпечується введенням у масу пороутворювальних добавок — газо- чи піноутворювачів. Залежно від цього розрізняють газо-та піносилікати.