Тема 11. Силікатні вироби автоклавного твердіння
Основи автоклавної технології.
Силікатна цегла.
Силікатні бетони, їх виготовлення, властивості, використання.
У 1880 році вперше встановлено, що при автоклавному твердінні (тиск не нижче 0,8 МПа, температура не нижче 1700С) вапняно-піщаних сумішей отримуються дуже міцні, водостійкі та довговічні вироби. У звичайних умовах пісок у вапняно-піщаних сумішах – інертний і не здатний до хімічної взаємодії з вапном. А в середовищі насиченої пари при вологості 100% і високій температурі кремнезем піску стає хімічно активним і взаємодіє з вапном:
Ca(OH)2 + SiO2 + (n-1)H2O = CaOSiO2nH2O,
утворюючи гідросилікат кальцію – дуже міцну і водостійку речовину.
Бетони з вапняно-піскових сумішей мають ті ж властивості, що і цементні бетони, проте вони дешевші за рахунок економії цементу.
Із вапняно-піщаних сумішей виготовляють великогабаритні вироби для збірного будівництва – блоки, панелі для стін, перекриттів, а також поштучні вироби – силікатна цегла, каміння для стін, силікатні плити для облицювання фасадів.
Сировина
Вапно – мелене (кипілка, пушонка або частково загашене вапно), середньої швидкості гідратації, з незначним виділенням тепла, рівномірно випалене, вміст MgO до 5%, час гашення до 20 хв. Застосування недовипаленого вапна (з певним вмістом вапняку – СаСО3) приведе до перевитрат вапна, але міцність виробу зросте. Перепалене вапно сповільнює швидкість гідратації вапна, у виробах з’являються тріщини, спучування і відколювання частин готового виробу, тому вміст перепаленого вапна недопустимий.
Кварцовий пісок застосовують у немеленому, грубо меленому вигляді, суміші немеленого і тонкомеленого кремнезему SiO2 не нижче 70%. Деякі домішки негативно впливають на якість виробів: слюда (допустимий вміст до 0,5%) знижує міцність виробів; сірчані домішки (вміст до 1%); органічні домішки спучують, знижують міцність виробів; глина (до 10%) знижує якість виробів, проте, коли глина рівномірно розмішана у суміші, то це підвищує легкоукладальність сировинної суміші.
Вода повинна бути чистою, без шкідливих домішок.
Добавки – шлаки, попіл від спалювання сланців та вугілля, вигорілі породи. При твердінні у автоклаві багато шлаків і попелу можуть частково або цілком замінити вапно як в’яжуче. Їх можна використовувати як заповнювачі для виготовлення ніздрюватих бетонів (газосилікатів). Шлак і попіл повинні бути чистими, без сміття, відходів деревини.
Силікатна цегла
Силікатна цегла – штучний невипалюваний стіновий матеріал, виготовлений з суміші кварцового піску та гашеного вапна шляхом пресування та подальшого твердіння в автоклаві під дією пари високого тиску.
Виробництво силікатної цегли включає такі етапи:
Добування і просіювання піску.
Випалення вапна і подрібнення (помел).
Перемішування піску з вапном-кипілкою.
Гашення суміші.
Пресування виробів.
Автоклавне твердіння.
Способи виготовлення (залежно від способу гашення вапняно-піщаної суміші): барабанний, силосний. Барабанний – гашення відбувається в обертальному барабані протягом 35 – 40 хв. за допомогою пари. Силосний – попередньо змішують пісок, вапно, воду і суміш подають у силоси для гашення протягом 7 – 12 годин. Отже, барабанний спосіб в 10 – 15 разів швидший від силосного.
Автоклав – сталевий циліндр діаметром 2 м, завдовжки 20 м. На торцях герметичні кришки. Температура близько 1700С, пара під тиском 0,8МПа протягом 6 – 8 годин (піднімають і знижують тиск протягом 1,5 годин). Цикл запарювання в автоклаві триває протягом 10 – 14 годин. Під дією високої температури і вологості протікає хімічна реакція між вапном та кремнеземом піску з утворенням міцного гідросилікату. Твердіння виробу у автоклаві завершене, міцність продовжує наростати і після запарювання. Частина вапна, що не вступила в реакцію з кремнеземом, реагує з вуглекислим газом повітря, утворюючи міцний вуглекислий кальцій:
Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + Н2О.
Рис. 11.1. Схема барабанного способу виготовлення силікатної цегли: 1 – склад вапна; 2 – дробарка; 3 – млини; 4 – сепаратор; 5 – бункер меленого вапна; 6 – вага; 7 – шнек; 8 – барабан для сортування піску; 9 – гасильний барабан; 10 – бігуни для перемішування і подрібнення маси; 11 – прес; 12 – автоклав
Цегла виготовляється одинарна (250 х 120 х 65), потовщена (250 х 120 х 138); модульна (250 х 120 х 88) густина 1800 – 1900 кг/м3, маса однієї цеглини до 4,3 кг; суцільна або порожниста густиною до 1400 кг/м3. Марка цегли за міцністю М100, 125, 150, 200, 250; за морозостійкістю F15 і вище. Водопоглинання цегли до 16%, коефіцієнт теплопровідності 0,71 – 0,87 Вт/мК. Застосовують цеглу для кладки стін поряд з глиняною цеглою, проте не застосовують її для фундаментів, цоколів, стін нижче гідроізоляційного шару. Не допускається застосування силікатної цегли для будівель з вологим режимом роботи без спеціального захисту від зволоження, в умовах високих температур (печі, труби), бо відбувається дегідратація гідросилікату кальцію, і гідрату окису кальцію і цегла руйнується. Перевагою виготовлення силікатної цегли є те, що вона за собівартістю дешевша від глиняної на 25 – 35%, на її виробництво потрібно в 2 рази менше пального, в 3 рази менше електроенергії, в 2,5 рази менша трудомісткість виробництва.
Вапняно-попелова цегла та вапняно-шлакова цегла – це різновиди силікатної цегли, але з дещо кращими теплоізоляційними властивостями, з меншою середньою густиною, бо в них замінено важкий кварцовий пісок на шлак чи попіл. Для виготовлення вапняно-шлакової цегли використовують 3 – 12% вапна і 88 – 97% шлаку; для вапняно-попелової цегли – 20 – 25% вапна, 75 – 80% попелу. Зола (попіл) отримується як відходи при спалюванні кам’яного вугілля, бурого вугілля чи іншого палива на котельних ТЕС, ГРЕС. Попіл утворюється в топках і найменші частинки виносяться з газами у димоходи, вловлюються золовловлювачами і подаються у золовідвали з утворенням так званої “золи-уносу”. У такій золі є 5% СаО, вона сама з водою не тверде, тому додають ще вапно, або цемент і автоклавне твердіння забезпечує необхідну міцність виробу. При спалюванні деяких горючих сланців утворюється попіл з вмістом до 15% СаО. Ці золи можуть тверднути без добавок вапна. Цегла з такого попелу називається сланцезольна (сланцепопелова). Процес виробництва такої цегли аналогічний до виробництва силікатної. Розміри 250 х 120 х 140 мм, густина 1400 – 1600 кг/м3, коефіцієнт теплопровідності 0,6 – 0,7 Вт/мК, марки М25, 50, 75. Застосовують для мурування стін заввишки до 3-х поверхів, для верхніх поверхів висотних будівель.
Силікатні бетони отримують в результаті автоклавного твердіння раціонально підібраної суміші вапняно-кремнеземистої в’яжучої речовини та заповнювачів. Класифікують їх за густиною, за крупністю заповнювачів, за видом заповнювачів, структурою, пластичністю суміші, призначенням. Переважно використовують дрібнозернисті силікатні бетони. Основні технологічні етапи:
Приготування вапняно-кремнеземистої суміші.
Дозування компонентів.
Перемішування бетонної суміші.
Формування виробів.
Твердіння у автоклаві.
Властивості силікатних бетонів близькі до властивостей цементних бетонів. Застосовують їх для виготовлення звичайних та попередньо напружених залізобетонних конструкцій, стінових блоків, панелей настилів, панелей перекриття. стійкість силікатних бетонів у воді дещо нижча, ніж цементних. Підвищити водостійкість можна додатковою обробкою бітумом, за допомогою карбонізації, покриттям кремнійорганічними водовідштовхувальними речовинами; створенням водостійкої гідросилікатної зв’язки з малорозчинних силікатів кальцію з доменним шлаком.
Силікальцит – різновид силікатних бетонів. Особливість його виготовлення полягає у перемішуванні вапна і піску в швидкісному дезінтеграторі. Це дає змогу рівномірно розмішати компоненти, збільшити зчеплення, при якому зросте міцність, морозостійкість.