3. Бетонополимеры и полимербетоны: состав, свойства, области применения.

Бетонополимер - это материал, который получается в результате пропитки полимерами обычного бетона с последующей полимеризацией смолы в бетоне.

Для пропитки используют такие полимерные смолы как полиэфирные, эпоксидные, полипропилен, полиэтилен, стирол, метилметакрилат и др.

Основные операции при производстве бетонополимера: сушка, вакуумирование, пропитка бетона, полимеризация смолы в бетоне.

По структуре бетонополимер - капилярно-пористое тело, поры которого заполнены полимером. Полимер связывает объемно все составляющие бетона, и поэтому обеспечивает бездефектную структуру материала. Структура бетонополимера зависит как от структуры исходного бетона, так и от свойств полимера.

Бетонополимер имеет высокую прочность на сжатие и растяжение до 200 и 19 МПа соответственно. Наиболее прочные мелкозернистые бетонополимеры. Бетонополимер имеет хорошее сцепление с арматурой, обладает хрупким разрушением.

Недостатком бетонополимера является его высокая стоимость, старение во времени, невысокая предельная температура применения до +150°С.

Это очень стойкий материал в различных агрессивных средах: магнезиальных, сульфатных, щелочных, в растворах кислот (кроме HF), в конц. агрессивных кислотах не стоек (соляная, серная, азотная).

Пропитка гипсобетона, легкого бетона на пористых заполнителях, ячеистого бетона повышает прочность.

При соответствующих технико-экономических обоснованиях этот материал может использоваться для изготовления конструкций, которые будут работать в агрессивных или суровых климатических условиях.

Обычные бетонные трубы, изготавливаемые методом радиального или послойного формования, в результате пропитки могут получить высокую водонепроницаемость и могут быть отнесены к напорным трубам. Применяют для изготовления гидротехнических изделий и т.д.

Полимербетонами называют бетоны, в которых вяжущими служат различные полимерные смолы, а заполнителями являются неорганические материалы - песок, щебень. Для экономии смолы и улучшения свойств полимербетонов в них иногда вводят тонкомолотые наполнители. Для ускорения твердения и улучшения свойств синтетических смол применяют отвердители, пластификаторы и др. специальные добавки.

Наиболее часто для полимербетонов используются термореактивные смолы: фурановые, эпоксидные, полиэфирные. Отвердение полимерного вяжущего осуществляется при обычной температуре, а в некоторых случаях с подогревом.

Для полимербетонов характерно высокая химическая стойкость, прочность (Rсж до 100 МПа, Rизг =50 МПа), повышенная деформативность.

К недостаткам относят:

-ползучесть

- высокий коэффициент температурного расширения

- (для некоторых) большая усадка

- высокая стоимость.

Применяют полимербетон как самостоятельный конструкторский материал для изготовления труб, лотков, ванн, работающих в сильно агрессивной среде и для изоляционных покрытий.

В качестве вяжущих для полимербетонов обычно используют ненасыщенные полиэфирные смолы, которые отверждаются в нормальных условиях в присутствии катализатора.

Полиэфирные смолы получают в результате поликонденсации двухосновных органических кислот и многоатомных спиртов. Обладает высокой прочностью (Rсж 80 МПа) и высокой химической стойкостью. Их недостаток - большая усадка, что обусловлено выделением воды при поликонденсации. Это устраняют при помощи введения наполнителей.

Эпоксидные смолы отверждаются в присутствии катализатора ПЭПА (10-12%), ГМД (до 20%). Изделия на основе эпоксидных смол характеризуются наибольшей прочностью при сжатии (до 100МПа), высокой химической стойкостью, водостойкостью, клеющей способностью.

Недостатки - высокая хрупкость, он устраняется при помощи пластификаторов (дибутилфтолат); высокая стоимость (в 10-15раз дороже, чем обычный бетон).

Фурановые смолы - более дешевый материал. Чаще всего используют мономер ФА, который получили в результате взаимодействия фурфурола и ацетона в щелочной среде. Отвердение происходит в присутствии сульфокислоты в количестве 20-30%. Так как используется кислый отвердитель, надо применять кислотостойкие наполнители и заполнители. Полимербетоны на их основе термостойки, химически стойки, атмосферо- и морозостойки.

Наполнители и заполнители применяют с целью уменьшения расхода полимер связующего, и, соответственно, стойкости, снижения усадки, ползучести, температурных деформаций, для регулирования плотности и прочности.

Наполнители и заполнители должны удовлетворять следующим требованиям:

1. высокая адгезия полимера к поверхности заполнителя

1. совместимость наполнителя и заполнителя с отвердителями и катализаторами. Отвердителями могут быть кислоты, перекиси, щелочи, поэтому заполнитель должен

быть устойчив в этих средах.

Количество заполнителя влияет на прочность полимербетона. При низком содержании заполнителя (5-10%) прочность снижается, так как заполнитель нарушает структуру смолы. При большом расходе заполнителя (более 100%) прочность снижается, так как частицы не полностью покрыты связующим.

Целесообразно использовать полимербетон для покрытий по бетону и железобетону, но для этого надо использовать смолы, твердеющие в щелочной среде.

4. Строительная известь. Сырьё и основы технологии производства. Свойства извести и контроль ее качества. Твердение воздушной извести, виды изготавливаемых из неё строительных материалов и изделий.

Строительную известь получают путем обжига (до удаления углекислоты) из кальциево-магнезиальных г.п., мела, известняка, доломита и т.д.

В зависимости от условий твердения различают

-строительную известь воздушную, обеспечивающую твердение растворов и бетонов, и сохранение ими прочности в воздушно-сухих условиях;

-гидравлическую, обеспечивающую твердение, как на воздухе, так и в воде.

Воздушная известь по виду основного оксида бывает кальциевая, магнезиальная доломитовая. Гидравлическую известь и зависимости от её свойств делят на комовую и порошкообразную; порошкообразную делят на молотую и гидратную (пушенка), которую получают путем гашения извести водой. Строительную негашеную известь по времени гашения делят на быстрогасящуюся и среднегасящуюся - не более 35 мин. медленногасящуюся - более 25 мин. Воздушную известь делят на негашеную и гидратную (гашеную). Виды строительной воздушной извести:

Известь негашеная комовая представляет собой смесь кусков различной величины. Известь негашеная молотая это порошковидный продукт тонкого измельчения комовой извести. Гидратная известь - высокодисперсный сухой порошок, получаемый путем гашения комовой или молотой негашеной извести таким количеством воды, которая обеспечивает переход оксидов кальция и магния в их гидраты. Гидратная известь состоит из гидроксида кальция Са(ОН)₂, гидроксида магния Mg(OН)₂ и небольшого количества примесей. Известковое тесто- это тестообразный продукт, получаемый при гашении комовой или молотой извести избытком воды, и состоящий главным образом из Са(ОН)₂ и механически перемешанной воды.

Сырьем для производства служат карбонатные породы - известняк, мел. известняк-ракушечник, известковый туф и др., содержащие в основном СаСОз (чаще известняки и мел). Их качество зависит от структуры, количества примесей и равномерности распределения их в массе сырья. По химическому составу карбонатные породы делят на 7 классов. Из сырья классов А и Б получают жирную и тощую маломагнезиальную известь. отличающуюся пластичностью; из классов Д и Е- доломитовую, из класса Ж -гидравлическую известь.

Технология производства известковых вяжущих включает операции: добычу сырья, подготовку сырья к обжигу (дробление, классификация), обжиг, превращение продукта обжига в порошок путем гашения или помола, упаковки. Технологическая схема производства комовой негашеной извести:

1 - Вагон с известняком; 2 - эскалатор; 3 - автосамосвал; 4,9,12 - бункера; 5 -питатель; 6 - щековая дробилка; 7,10 – транспортеры; 8 - сито; 11 - цилиндрическое сито; 13 - вагонетки; 14 – подъемник; 15 - шахтная печь.

Добывают сырье открытым способом, взрывом или прямой экскавацией с погрузкой породы на транспортные средства. Величина кусков поступающих на обжиг, определяется типом печи.

Загруженный в шахтную печь известняк имеет размеры 60...200 мм. При обжиге во вращающихся печах применяют фракции 5…20 мм, поэтому сырьё подвергают дроблению. Прочные известняки дробят на щековых дробилках, губчатых вальцах. В зависимости от размеров исходных кусков известняка и заданной фракции дробление может быть одно- и двухступенчатым по открытому и замкнутому циклам. Дробление, рассев и сортировку известняка лучше делать в карьере, т.к. это удешевляет транспортирование и упрощает производство.

Обжиг сырья ведут в шахтных или вращающихся печах. Полученный при обжиге полупродукт - комовую негашеную известь транспортируют на склад для отгрузки или подвергают измельчению, при этом получают молотую негашеную известь.

Помол идет в шаровых одно- и многокамерных мельницах. Как правило, его ведут по замкнутому циклу. Крупные фракции из сепаратора направляют на вторичное измельчение, мелкие на склад готовой продукции.

Технология производства гашеной извести (пушенка) складывается из дробления комовой, ее гашения, силосования продукта гашения, отсева непогасившихся частиц, помола и их смешивания с гашеной известью.

Обжиг карбонатосодержащих пород - основная операция при производстве воздушной извести, при которой известняк или мел декарбонизируетея в известь СаСО₃ ⁼ СаО+СО₂. Температура обжига карбонатов 1000 - 1200 'С. Продолжительность обжига определяется размером кусков обжигаемого продукта.

Основную массу извести получают в шахтных печах. Известняк в печь загружают сверху. По мере выгрузки извести материал опускается вниз, на встречу пускают поток горячих газов. В печи различают 3 зоны: зона подогрева, обжига и охлаждения.

В зоне подогрева, в верхней части печи (900°С ) известняк подсушивается, подогревается, в ней выгорают органические примеси. В зоне обжига (900 - 1300 °С) проходит разложение СаСО₃. В нижней части - зоне охлаждения известь охлаждается поступающим снизу воздухом с 900 °С до 50... 100°С.

Вращающиеся печи обеспечивают компактную технологическую схему, позволяют автоматизировать производство и снизить капитальные затраты на строительство с их помощью получают известь высокого качества. Производительность их 400 - 500 т/год (в 2-4 раза меньше, чем у шахтных). Вращающиеся печи рекомендуют для обжига сырья фракции 5 20 мм и мягких карбонатных пород.

Гашение особый технологический процесс, используемый только в производстве извести и протекает по следующей реакции СаО+Н₂О=Са(ОН)₂. При гашении выделяется значительное количество теплоты: 1160 кДж на 1кг СаО. Выделяющаяся теплота вызывает изменение извести. Для гашения в тесто широко применяют механизированный способ по схеме: складирование комовой извести гашение с получением известкового молока отстаивание молока для получения теста.

Гидравлическая известь продукт умеренного обжига при 900 -1100 °С известняков, содержащих 6 - 20 % глинистых примесей. При их обжиге после разложения углекислого кальция часть образующегося СаО соединяется в твердом состоянии с SiO₂; AI₂О₃; Fе₂О₃;.. содержащиеся в минералах глины, образуя силикаты 2CaO-SiO₂, алюминаты СаОAI₂О₃, и ферриты кальция 2CaOFe₂O₃, обладающие способностью твердеть не только на воздухе, но и в воде. Т.к. в гидравлической извести содержится в значительном количестве СаО_своб., то она как и воздушная известь гасится при действии воды, причем, чем больше содержание СаО_своб., тем меньше её способность к гидравлическому твердению.

Строительную гидравлическую известь выпускают в виде тонкоизмельченного порошка. Для производства необходимо применять известняки с равномерным распределением глинистых, песчаных и др. включений, т.к. от этого в значительной степени зависит качество получаемого продукта.

Свойства извести:

р_ист негашеной извести 3.1 ...3.3 г/см³ и увеличивается с повышением t обжига:

p_ср = 900 - 1300 кг/м³ - для молотой извести;

p_ср = 400 – 700 кг/м³ - для гидратной извести.

Известковое тесто - пластичная масса белого цвета р = 1300 -1400 кг/м³.

Качество извести характеризуется её активностью, т.е. содержанием в ней СаО и MgO. Чем выше активность, тем лучше вяжущие свойства и меньше расход для приготовления растворов. В зависимости от пластичности продукта различают жирную и тощую известь. Первая быстро гасится, при гашении дает много теплоты, вторая гасится медленно и даст менее пластичное тесто. Важный показатель выход теста при гашении 1кг извести. У высококачественной жирной извести выход теста 2,5 - 3.5 л/кг, у тощей 1.8 - 2.4 л/кг. Известковые растворы - воздухостойкие материалы, но во влажных условиях размокают, теряя прочность. Прочность воздушной извести не нормируется стандартом. У гидратной извести – пушенки и известкового теста она 0.5 - 1 МПа, а у молотой негашеной 1- 5 МПа.

Молотая негашеная известь заметно отличается от гашеной извести. Она схватывается за 30 - 60 мин, а гашеная за несколько суток. Растворы на ней удобоукладываемы при значительно меньшем количестве воды. Молотая негашеная известь химически связывает воду значительно быстрее и в большем количестве, чем др. вяжущие. Изделия из нее отличается большей плотностью и поэтому более водостойкие.

Твердение известковых вяжущих происходит в результате испарения воды и кристаллизации Са(ОН)₂. При потере влаги мельчайшие частицы Ca(OН)₂ сближаются между собой и срастаются, образуя известковый каркас. По мере испарения воды кристаллов становится все больше, они переплетаются, превращаясь в прочный кристаллический сросток. Одновременно происходит карбонизация Са(ОН)₂ за счет поглощения СО₂ из воздуха: Са(ОН)₂ + СО₂ +nН₂О = СаСО₃ + (n +1 )Н₂О.

Это приводит к уплотнению, упрочнению структуры и повышению водостойкости изделий. Твердеет гашеная известь медленно, прочность растворов невысока.

Из строительной воздушной извести изготовляют растворы, предназначенные для наземной кладки частей зданий и штукатурок, работающих в воздушно-сухих условиях: бетоны низких марок для конструкций, эксплуатируемых в воздушно-сухих условиях: плотные ячеистые силикаты (автоклавные) изделия, в т.ч. крупные блоки и панели, легкобетонные камни, теплоизоляционные и др. материалы автоклавного твердения; смешанные гидравлические вяжущие (известково-шлаковые, известково-пуццолановые цементы), известковые окрасочные составы.

5. Гидратация и твердение известково-кремнеземистых вяжущих. Физико-химические основы процессов твердения известково-песчаных вяжущих. Обоснование содержания извести и песка в смеси, температуры запарки изделий.

В зависимости от вида извести и условий, в которых происходит ее твердение, различают три типа твердения: карбонатное, гидратное и гидросиликатное.

Карбонатным твердением называют процесс постепенного затвердевания растворных или бетонных смесей, изготовленных на гашеной извести, при воздействии на них углекислоты. Твердение при этом обусловлено одновременным протеканием двух процессов: кристаллизации гидроксида кальция из насыщенного водного раствора и образования карбоната кальция.

При испарении воды из раствора гелевидная масса известкового теста уплотняется и упрочняется. Кристаллики образующегося карбоната срастаются друг с другом, с частичками Са(ОН)₂ и песка, обусловливая твердение. Объем твердой фазы увеличивается, что приводит к дополнительному уплотнению и упрочнению, твердеющего раствора. Испарение влаги и карбонизация растворов протекают очень медленно. Последняя захватывает преимущественно поверхностные слои, что объясняется малой концентрацией С0₂ в воздухе (0,03 %) и большой плотностью пленки образующегося карбоната, сильно затрудняющей дальнейшее проникание углекислоты к внутренним слоям раствора. Известь применяют в виде растворов и бетонов с соотношением известкового теста и заполнителя в пределах 1 : 3—1 : 5 по объему. Введение надлежащего количества заполнителей важно не только с экономической, но и с технической точки зрения, так как оно способствует улучшению процессов карбонизации и высыхания материала. Последнее особенно важно, поскольку при карбонизации выделяется влага, избыточное накопление которой сопровождается замедлением этого процесса. Обычно карбонизация наиболее интенсивна при влажности растворов и бетонов 5—8 %. Наличие жесткого каркаса из наполнителей в растворах и бетонах способствует также резкому уменьшению усадочных деформаций при их высыхании. Прочность при сжатии растворов и бетонов на гашеной извести при твердении в обычных условиях в течение месяца достигает небольших значений порядка 0,5— 1 МПа. При длительном твердении в течение многих десятков (а иногда и сотен) лет прочность возрастает до 5—7 МПа. Это обусловливается иногда не только большой степенью карбонизации раствора или бетона, но и некоторым взаимодействием кремнеземистых (в частности, кварцевого песка) и карбонатных заполнителей с гидроксидом кальция. При введении в известковые растворы или бетоны тонко измельченного кварцевого песка происходит заметное взаимодействие между известью и кремнеземом даже при обычных температурах 10—20. °С, что способствует ускорению твердения и достижению более высокой прочности.

Гидратным твердением называют процесс постепенного превращения в твердое камневидное тело известковых растворных и бетонных смесей на молотой негашеной извести в результате взаимодействия такой извести с водой и образования гидроксида кальция. Эффект твердения обусловливается взаимным сцеплением и срастанием образующихся субмикроскопических частичек гидроксида кальция. От них зависит и физико-механическая прочность всей системы, состоящей из гидратирующегося вяжущего, воды, заполнителя и воздушных пор.

При длительном хранении растворов и бетонов, изготовленных на молотой негашеной извести, в сухих условиях на воздухе наблюдается их упрочнение за счет испарения воды и перехода гидроксида кальция в устойчивый карбонат кальция под действием углекислоты. Гидросиликатным твердением называют процесс превращения известково-кремнеземистых смесей в твердое камневидное тело, обусловленный образованием гидросиликатов кальция при тепловлажностной обработке в автоклавах насыщенным паром под давлением 0,9— 1,6 МПа, что соответствует температуре 174,5—200 °С.

Высокая температура автоклавной обработки при наличии в обрабатываемом материале воды в жидком- состоянии способствует резкому ускорению химического взаимодействия гидроксида кальция с кварцевым песком или каким-либо другим кремнеземистым компонентом (суглинок, трепел, зола, шлак, керамзит и др.)- Известково-песчаные (силикатные) мелкозернистые бетоны получают из смесей извести (8—12 %) и кварцевого песка (88-92%).

При автоклавной обработке в результате взаимодействия извести с кремнеземом образуются значительные количества гидросиликата кальция, обеспечивающие высокую прочность и долговечность изделий. Через 6—12 ч автоклавной обработки получают известково-песчаные изделия прочностью при сжатии 30—50 МПа и более.

Некоторые из основных положений теории автоклавной обработки нзвестково-кремнеземистых материалов разработаны А. В. Волженским в 1932—1935 гг. Согласно этой теории, автоклавная обработка состоит из трех стадий. Первая включает период с момента впуска пара в автоклав до достижения заданной температуры обрабатываемых изделий. Вторая характеризуется постоянством температуры и заданного давления пара в автоклаве. При этом максимальное развитие получают все те химические и физико-химические процессы, которые обусловливают возникновение цементирующих новообразований и твердение известково-песчаных или бетонных изделии. Третья начинается с момента прекращения доступа пара в автоклав и включает время остывания изделий в нем до их извлечения. Пар, впускаемый в автоклав с отформованными изделиями, охлаждается и конденсируется от соприкосновения с ними и холодными стенками котла. До создания в автоклаве давления пара конденсат образуется преимущественно на гранях изделий, но при постепенном подъеме давления пар начинает проникать в мельчайшие поры материала и превращаться в воду. Таким образом, к воде, введенной при изготовлении изделия, присоединяется еще вода от конденсации пара. Вода в порах растворяет присутствующий здесь гидроксид кальция и другие растворимые вещества, входящие в состав изделия, что также способствует конденсации пара (закон Ф. Рауля), поэтому при обработке изделий паром низкого или высокого давления образование цементирующих веществ протекает в присутствии воды в жидком состоянии. Роль пара при запаривании сводится только к сохранению жидкой воды в материале в условиях повышенных и высоких температур. В отсутствие пара вода испарялась бы, материал высыхал и полностью бы прекращались реакции, связанные с образованием цементирующих веществ.

На первой стадии тепловлажностной обработки наблюдается разница температур пара и запариваемого изделия, обусловливающая в последнем значительные напряжения, как термические, так и вызываемые расширяющимися воздухом и водой в порах изделия. Чем больше изделие, чем меньше теплопроводность и выше пористость материалов (например, ячеистых бетонов), тем значительнее термические и иные напряжения при прочих равных условиях.

Как только достигаются наивысшие температуры запаривания, не превышающие обычно 174,5—200 °С (0,9— 1,6 МПа), наступает вторая стадия запаривания. В это время преобладают все те процессы, которые ведут к образованию монолита и начинаются еще во время нагревания изделия паром. К этому моменту его поры в достаточной степени заполнены раствором гидроксида кальция, непосредственно соприкасающимся с кремнеземистыми компонентами. Таким образом, в рассматриваемых условиях взаимодействие между гидроксидом кальция,и кремнеземом, а также гидратация каких-либо компонентов изделия протекают при наличии воды в жидкой фазе.

При взаимодействии кварца с известью в реакцию в первую очередь вступают гндроксильные ионы, образующиеся при растворении Са(ОН)₂ в воде. Они гидратируют молекулы SiО₂ и делают их способными к последующим реакциям с ионом кальция. Можно полагать, что под влиянием ионов ОН происходит разрыв связей —SiO—SiO— в тетраэдрах кремнезема и образование групп H==SiOH, которые в последующем взаимодействуют с ионами кальция с образованием гидросиликатов кальция.

Сначала при наличии насыщенного раствора гидроксида кальция в известково-песчаных смесях, подвергаемых тепловой обработке при 174,5—200 °С, образуется двухосновный гидросиликат кальция состава (1,8—2,4) CaO'Si0₂-(l—1,25) Н₂0. В дальнейшем с увеличением температуры и длительности тепловлажностной обработки, сопровождающимся снижением концентрации гидроксида кальция в растворе и увеличением растворимости кремнезема, возникают условия для образования менее основных гидросиликатов кальция. Преимущественно возникают гидроснликаты группы С—S—Н (I), по X. Тейлору, или, по Р. Боггу, CSH (В), химического состава, меняющегося в пределах (0,8—1,5) CaO-Si02- (0,5—2)Н20. Они кристаллизуются в виде тончайших слоистых пластинок, которые при повышенном значении отношения CaO-Si02 свертываются в удлиненные трубки, имеющие вид волокон или игл длиной' до 0,5—1 мкм.

Длительная тепловая обработка способствует образованию хорошо выраженных кристаллов тоберморита, имеющего состав 5CaO-6Si02-5H20(C₅S₆H₅). Новообразования такого состава получаются при изготовлении строительных изделий из известково-песчаных бетонов в промышленных условиях при продолжительности изотермической выдержки под давлением пара 0,9—1,6 МПа от 4 до 8 ч.

Образующиеся малорастворимые низкоосновные гидросиликаты кальция выпадают в виде исключительно-дисперсных субмикроскопических коллоидальных осадков. Последние возникают преимущественно на поверхностях песчинок, окаймляя их по контуру. В процессе запаривания каемки на песчинках утолщаются за счет образования все новых и новых слоев гидросиликатов кальция. При этом новообразования соединяются в одну общую своеобразную сетку, связывающую все частички песка. В связи с этим целесообразно уплотнение при формовании изделий с помощью вибрации, прессования и др.

Кристаллы гидросиликатов кальция вначале образуются в коллоидном состоянии и неразличимы даже в оптическом микроскопе, но при наличии водной среды и в условиях высокой температуры с течением времени переходят в более крупные кристаллические образования. К концу запаривания гидросиликаты кальция, а также другие возникшие цементирующие вещества в зависимости от возраста будут иметь различную структуру: образовавшиеся в начале запаривания успеют в какой-то степени перекристаллизоваться, возникшие же на последней стадии запаривания будут еще находиться в виде тонкодисперсных субмикроскопических частичек.

При тепловлажностной обработке в автоклавах прочность известково-песчаных изделий вначале возрастает, достигает некоторого максимума, а затем при длительном запаривании снижается. Это явление характерно для изделий и и а других вяжущих веществах. Причиной прекращения роста прочности и ее падения следует считать затухание процессов возникновения новообразований и структурные изменения, происходящие в пленках новообразований.

В первые часы запаривания рост прочности известково-кремнеземистых изделий обусловливается интенсивным образованием частичек гидросиликатов кальция тончайшей дисперсности, обладающих высокими клеящими (вяжущими) свойствами. С течением времени процесс возникновения гидросиликатов затухает вследствие образования пленок на песчинках, затрудняющих взаимодействие кремнезема и гидроксида кальция. Естественно, что это обстоятельство приводит и к постепенному снижению интенсивности роста прочности системы во времени. Но наряду с образованием высокодисперсных частичек гидросиликатов кальция с самого начала запаривания изделия идет параллельный процесс — увеличиваются размеры ранее образовавшихся частичек, которые превращаются в более крупные кристаллы. Укрупнение частичек гидросиликатов, обусловливающее уменьшение площади контактов между ними, вызывает снижение механических показателей твердеющей системы. С того момента, когда процесс укрупнения частичек вследствие перекристаллизации начинает преобладать над процессом образования новых частичек высокой дисперсности, уже создаются предпосылки не к росту, а к падению прочности изделия. Это подтверждается сопоставлением прочности изделий и удельной поверхности новообразований в образцах из известково-песчаных, цементно-песчаных и шлакопесчаных смесей. При запаривании прочность при сжатии образцов, а также удельная поверхность новообразований вначале возрастают до определенного максимума, зависящего от свойств исходных материалов и температуры тепловой обработки. Дальнейшее запаривание приводит к снижению механической прочности с уменьшением удельной поверхности частичек новообразований вследствие перекристаллизации.

Третья стадия запаривания начинается с момента прекращения доступа пара в автоклав и кончается в момент извлечения изделия из него. При охлаждении автоклава в теле изделий возникает интенсивное парообразование, что при чрезмерно быстром сбросе давления может нарушить структуру цементирующих веществ и понизить прочность изделия. Это обстоятельство надо учитывать при изготовлении изделий методом автоклавной обработки. Кроме механического воздействия пара на изделия в период его нагревания и охлаждения в автоклаве большое влияние оказывают термические напряжения.

При изготовлении известково-кремнеземистых автоклавных материалов успешно применяется молотая негашеная известь, обеспечивающая получение более прочных и долговечных изделий по сравнению с изготовляемыми на гашеной извести. В качестве кремнеземистого компонента используют преимущественно кварцевый песок. Однако целесообразно применение и различных отходов промышленности (золы, шлаки, горелые породы и т.п.). На их основе получают шлакосиликатные, золо-силикатные и тому подобные автоклавные изделия.

Твердение известково-кремнеземистых (в частности, известково-песчаных) изделий в автоклавах интенсифицируют следующими методами:

- увеличивают реагирующую поверхность извести и кремнеземистого компонента (песка). Для этого негашеную известь размалывают совместно с песком в соотношении 1:1 —1:2 по массе до удельной поверхности 3000—5000 см²/г; далее эту смесь, рассматриваемую как вяжущее, вводят в немолотый песок в количестве 15— 30 % массы смеси;

- подвергают изделия тепловлажностной обработке в автоклавах при давлении пара 1,2—1,5 МПа, а следовательно, и при повышенных температурах (190— 200°С). Однако применение пара повышенного давления связано с увеличением стоимости автоклавов и котельных установок и в каждом конкретном случае должно быть экономически обосновано. Вместе с тем ряд исследований показал возможность изготовления автоклавных материалов при пониженных давлениях пара (0,2— 0,6 МПа) с использованием в качестве добавок к основному сырью молотых металлургических и электротермо-фосфорных шлаков, зол, горелых пород, кирпичного боя и т. п.;

- добавляют в известково-песчаные смеси материалы, более интенсивно реагирующие с известью, чем кварцевый песок, например трепел, диатомит, некоторые вулканические породы, керамзит и др.

Известково-песчаные изделия, полученные обработкой паром в автоклавах, при длительном нахождении в воздушной среде подвергаются воздействию углекислоты воздуха. При этом вначале карбонизируется несвязанный гидроксид кальция (если он остается после автоклавной обработки), а затем и оксид кальция, входящий в состав гидросиликатов. Одновременно происходит разложение гидросиликатов с выделением кремнезема. Прочность изделий при этом либо не меняется, либо даже повышается.

Следует отметить, что гидросиликаты, приближающиеся по составу к двухосновным, обеспечивают повышенную долговечность известково-песчаных автоклавных изделий (при их службе в воздушной среде).