Глава 11. Искусственные каменные материалы и изделия на основе минеральных вяжущих веществ

§ 64. Силикатные материалы и изделия

Кроме рассмотренных выше растворов, бетонов, железебетонных изделий в номенклатуру искусственных каменных необожженных материалов и изделий на осно­ве минеральных вяжущих входят асбестоцементные, гип­совые и гипсобетонные, силикатные (на основе извести) и магнезиальные материалы и изделия. Получают их так же, как и бетонные изделия, формованием и последую­щим твердением растворных и бетонных смесей на основе соответствующих вяжущих веществ и заполнителей (квар­цевого песка, шлака, золы, пемзы, опилок и т. д.). Обла­сти применения, определяемые свойствами этих матери­алов, 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.

Способ изготовления мелких камней путем прессования извест­ково-песчаной смеси и последующей автоклавной обработки был предложен в 1880 г. немецким ученым В: Михаэлисом. В течение по­следних трех десятилетий этот способ совершенствовали с целыо из­готовления крупноразмерных силикатных изделий.

Быстрый рост производства силикатных изделий в нашей стране можно объяснить наличием во многих районах основного сырья — кварцевого песка, использованием в качестве вяжущего дешевой воз­душной извести, сравнительно небольшим расходом топлива, а также возможностью полной механизации и автоматизации производствен­ных процессов. По объему производства силикатных изделий СССР занимает первое место в мире.

Большой вклад в разработку технологии производства, изучение твердения и свойств силикатных автоклавных материалов и изделий внесли А. В. Волженский, Ю. М. Бутт, П. П. Будников, П. И. Бо­женов и другие советские ученые.

В настоящее время выпускают большое количество разнообраз­ных силикатных изделий как плотной, так и ячеистой структуры (силикатный кирпич, панели, блоки и др.).

Силикатный кирпич — искусственый каменный мате­риал, изготовляемый из смеси кварцевого песка и изве­сти путем прессования под большим давлением и после­дующего твердения в автоклаве. Исходными материала­ми являются воздушная известь — б—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 более распростра­ненной силосной схеме известь совместно с песком гасят в силосах в течение 4—8 ч. По барабанной — известь совместно с песком гасят во вращающихся барабанах с подводом пара под давлением до 0,5 МПа (изб.), благо­даря чему процесс гашения длится 30—40 мин.

Погашенная тем или иным способом масса поступа­ет в лопастную мешалку или бегуны для дополнительно­го увлажнения, перемешивания и измельчения комков. Из подготовленной массы прессуют на прессах под дав­лением 15—20 МПа сырец, который укладывают на ва­гонетки и направляют в автоклавы для запаривания под давлением насыщенного пара 0,8 МПа (изб.) при темпе­ратуре около 175°С (рис. 74). Длительность цикла запа­ривания 10—14 ч. Цель запаривания — ускорение реак­ции между песком и известью, в результате которой об­разуется гидросиликат кальция, цементирующий зерна песка и придающий кирпичу высокую прочность. Взаи­модействие компонентов силикатной смеси протекает по реакции

i()-|-Si02+«H20 = Ca0Si02+(n+i)H20.

Прочность силикатного кирпича растет в течение не­которого времени и после выгрузки из автоклава (на воздухе). Эго обусловлено его высыханием, а также тем, что не вступившая в реакцию с кремнеземом Са(ОН)2 реагирует с С0₂ воздуха: Са(0Н)2+С02 = СаС0з+Н20, образуя углекислый кальций.

Силикатный кирпич выпускают двух видов: одинарный размером 250X120X65 мм и модульный размером ‘.':>0Х 120X88 мм. Модульный кирпич изготовляют с тех­нологическими пустотами, замкнутыми с одной стороны. 11,14 г кирпича светло-серый, но он может быть и цветным I 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. Плот-

ность его несколько выше, чем у керамического кирпи­ча,— 1800—1900 кг/м³, теплопроводность 0,82—0,87 Вт/ /(м-°С). В зависимости от предела прочности при сжа­тии и изгибе силикатный кирпич изготовляют шести ма­рок: 75, 100, 125, 150, 200 и 250. Морозостойкость сили­катного кирпича не ниже Мрз 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.).

Силикатные бетоны — большая группа бесцементных бетонов автоклавного твердения, получаемых на основе и шестково-песчаного, известково-зольного и других известково-кремнеземистых вяжущих, кроме того, в качестве нижущего используют молотые доменные шлаки.

Силикатные бетоны могут быть плотного и пористого « троения. Плотный мелкозернистый силикатный бетон — разновидность тяжелого бетона, но в отличие от него в состав силикатного бетона не входит крупный заполни­тель (гравий или щебень). Структура силикатного бето­на более однородна, а стоимость значительно ниже.

Изделия из плотного силикатного бетона изготовляют по следующей технологической схеме: дробление комо- ной негашеной извести; приготовление известково-песча­ного вяжущего путем дозирования и помола извести, песка и гипса в шаровой мельнице; приготовление сили­катобетонной смеси смешением немолотого песка с из­мельченным известково-песчаным вяжущим и водой в бетоносмесителях с принудительным перемешиванием, формование изделий и их выдерживание, твердение от­формованных изделий в автоклавах при температуре насыщенного пара 174—191 °С, что соответствует давле­нию 0,8—1,2 МПа.

Плотность изделий из силикатного плотного бетона 1800—2200 кг/м³. Прочность его при сжатии колеблется в довольно широких пределах и зависит от состава сме­си, режима автоклавной обработки и других факторов. Так, силикатные бетоны автоклавного твердения при рас­ходе извести 8—11 % по массе твердых компонентов и уплотнении вибрированием приобретают прочность 15— 30 МПа. Однако при добавлении 15—30 % тонкомолото­го кварцевого песка их прочность при сжатии может быть увеличена в 2—3 раза, что составит 40—60 МПа. Водостойкость силикатного бетона удовлетворительная, снижение прочности при полном водонасыщении 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.

Вяжущие для легких силикатных бетонов те же, что и для плотных, но в качестве заполнителей используют керамзит, гранулированный шлак, шлаковую пемзу и другие пористые материалы в виде гравия и щебня.

По назначению легкие силикатные бетоны разделяют на конструкционные плотностью 1400—1800 кг/м³, конст­рукционно-теплоизоляционные плотностью 500—1400 кг/м³ и теплоизоляционные—менее 500 кг/м³, тепло­проводностью 0,5—0,7 Вт/(м-°С).

Прочность при сжатии легких силикатных бетонов составляет от 3,5 до 20 МПа (20 МПа у конструкцион­ных бетонов). Водопоглощение их зависит от плотности и колеблется от 12 до 30 % (по объему), морозостойкость 15—50 циклов.

Из легких силикатных бетонов на пористых заполни­телях изготовляют блоки и панели наружных стен жи­лых зданий.

V Ячеистые силикатные бетоны в зависимости от спо­соба образования пористой структуры разделяют на пе- но- и газосиликаты. Их получают при автоклавной обра­ботке известково-песчаной пластичной смеси, в состав которой вводят устойчивую пену (пеносиликат) или алю­миниевую пудру и другие газообразователи (газосн- ликат).

Плотность изделий из ячеистых силикатных бетонов 300—1200 кг/м³, прочность 1—20 МПа, теплопровод­ность 0,09—0,4 Вт/(м-°С).

По назначению ячеистые силикатные изделия также делят на теплоизоляционные, конструкционно-теплоизо­ляционные и конструкционные.

Теплоизоляционные ячеистые силикатные изделия плотностью 300—500 кг/м³ служат хорошим утеплителем для железобетонных, асбестоцементных и других слоис­тых панелей, чердачных перекрытий, камер холодильных установок, а также в виде скорлуп и коробов для утеп­ления теплопроводов и др. Конструкционно-теплоизоля- ционные пено- и газосиликаты плотностью 500— 800 кг/м³ и прочностью 2,5—7,5 МПа применяют для из­готовления армированных крупноразмерных изделий для наружных и внутренних стен. Конструкционные пено- и газосиликаты плотностью 800—1200 кг/м³ и прочностью 7,5—20 МПа целесообразны для армированных конструк­ций покрытий промышленных зданий, междуэтажных и чердачных перекрытий жилых зданий, несущих перего­родок и др.

Изделия из силикатобетона не рекомендуются для конструкций, подверженных значительному увлажнению (фундаментов, цоколей, подоконников, карнизов и др.)