Лекція 6. Штучні кам’яні необпалені вироби
Технологія виробництва сучасних неорганічних теплоізоляційних матеріалів
План
1. Автоклавні матеріали.
2. Матеріали на основі магнезіальних зв’язних матеріалів.
3. Технологія виробництва силікатної цегли.
4. Технологія виробництва мінерального волокна.
5. Мінераловатні жорсткі плити, скорлупи, сегменти.
6. Керамзіт, перліт, вермикуліт, шунгізіт, піноскло.
Автоклавні матеріали
Виробництво автоклавних будівельних матеріалів базується на гідротермальному синтезі гідросилікатів кальцію, який здійснюється в реакторі-автоклаві в середовищі насиченої водяної пари 0,8-1,3 МПа і температурою 175-200°С. Для гідротермального синтезу можна використовувати при належному обґрунтуванні інші параметри автоклавізаціі, застосовувати обробку не тільки парою, але і пароповітряною або парогазовою сумішшю.
Силікатні автоклавні матеріали - це безцементні мате ріали та вироби (силікатні бетони, силікатна цегла, камені, блоки), приготовлені з сировинної суміші, що містить вапно (гашене або мелене негашене), кварцевий пісок і воду, яка утворює в процесі автоклавної обробки гідросилікати кальцію:
Са(ОН)2 SiО2 +Н2О = СаО • SiО2 • Н2О
В умовах автоклавної обробки можна отримати різні гідросилікати кальцію в залежності від складу вихідної суміші: тоберморіт 5CaO-6SiО25H2О, слабо за кристалізовані гідросилікати: (0,8-1,5) CaO-SiО2-H2О-CSH (I) і (1, 5-2) СаО SiО2H2О-CSH (II). У високовапняних сумішах синтезується гіллебрандіт 2CaO-SiО2H2О.
Автоклав являє собою горизонтально розташований сталевий циліндр, який герметично закривається з торців (рис. 1). Діаметр автоклава - 2,6-3,6 м, довжина - 21 - 30 м. Автоклав забезпечений манометром, що показує тиск і запобіжним клапаном автоматично відкривається при тиску вище граничного. У нижній частині автоклава укладено рейки, по яких пересуваються завантажені в автоклав вагонетки з виробами. Автоклав обладнаний пристроями для автоматичного контролю та управління режимом автоклавної обробки. Для зменшення тепловтрат покритий шаром теплоізоляції.
Після завантаження автоклав закривають і в нього поступово впускають насичений пар. Висока температура при наявності води в крапельно-рідкому стані створює сприятливі умови хімічної взаємодії між гідратом окису кальцію і кремнеземом.
Рис. 1. Автоклав
Теорія автоклавної обробки виробів силікатної цегли
За П. І. Боженовим автоклавна обробка складається з чотирьох етапів.
Перший етап початку впуску пари до встановлення в автоклаві температури 100°С. На цій стадії нагрівання спостерігається великий температурний перепад між поверхнею і серединою виробів, що досягає 30-50°С і що може викликати значні температурні напруги і появу тріщин
Другий етап - від початку підйому тиску пари до досягнення максимального тиску в автоклаві - супроводжується підвищенням температури від 100°С до максимальної. Пар під тиском проникає в пори виробів і конденсується в них, температурний перепад скорочується до 3-5°С
Третій етап - витримка виробів при постійних тиску і температурі; чим вище тиск і температура, тим коротше тривалість автоклавізаціі. Іноді третя стадія має, так званий, «піковий» режим.
Четвертий етап починається з моменту зниження тиску пари і температури, яке необхідно проводити поступово. На цьому етапі внутрішні напруги у виробах виникають внаслідок різниці температури і тиску в матеріалі і в автоклаві.
Матеріали на основі магнезіальних зв’язних матеріалів.
Силікатні бетони, як і цементні, можуть бути важкими (заповнювач - пісок і щебінь або пісок і піщано-гравійна суміш), легкими (заповнювачі пористі - керамзит, спучений перліт, аглопорит тощо) і ніздрюватими.
У силікатному бетоні застосовують вапняно-кремнеземисте в’яжуче, до складу якого входять повітряне вапно і тонкомолотий кварцевий пісок (замість піску застосовують золу ТЕС, мелений доменний шлак). Міцність вапняно-кремнеземистого в'яжучого залежить від активності вапна, співвідношення СаО/МgО, тонкості подрібнення піску і параметрів автоклавної обробки (температури і тиску насиченої пари, тривалості автоклавного зміцнення). Оптимальним буде таке співвідношення CaO/SiО2 і така товщина помелу піску, при яких вся СаО буде зв'язана в низькоосновні гідросилікати кальцію.
Виготовлення бетонних і залізобетонних виробів включає приготування вапняно-кремнеземистого в'яжучого, приготування і гомогенізацію силікатобетонної суміші, формування виробів, автоклавну обробку. У процесі автоклавізаціі між усіма компонентами бетону мають місце хімічні взаємодії. Заповнювач (особливо кварцевий пісок) бере участь у синтезі новоутворень при розмірі зерен до 15 мкм.
Важкий силікатний бетон об'ємною масою 1800-2500 кг/м3 з марками по міцності 150-400 застосовують для виготовлення збірних бетонних та залізобетонних конструкцій, у тому числі попередньо напружених.
Технологія виробництва силікатної цегли
Силікатна цегла виготовляється з жорсткої суміші кварцевого піску (92-94%), вапна (6-8%, враховуючи на активну СаО) і води (7-9%) шляхом пресування під тиском (15-20 МПа) і з наступним твердінням в автоклаві.
Колір силікатної цегли світло-сірий, але вона може бути любого кольору в залежності від добавок. Випускають цеглу двох видів: одинарну 250×120×65 мм і модульну 250×120×88 мм. Модульну цеглу виготовляють з порожнечами, щоб маса однієї цеглини не перевищувала 4,3 кг.
Залежно від межі міцності при стисненні і вигині силікатна цегла має марки: 100, 125, 150, 200 і 250.
Об'ємна маса силікатної цегли (без порожнеч)- близько 1900 кг/м3, тобто вона трохи важче звичайної глиняної цегли. Водопоглинання лицьової силікатної цегли не перевищує 14%, а рядової - 16%. Марки за морозостійкістю для лицьової цегли: Мрз25, Мрз35, Мрз50; для рядової - Мрз 15
Силікатна цегла, як і глиняна, застосовується для несучих стін будівель. Не рекомендується її застосовувати для цоколів будівель через недостатню водостійкость. Для кладки труб і печей силікатну цеглу не використовують, тому що при високій температурі дегідратується Са(ОН)2, розкладається СаСОз і гідросилікати кальцію, а зерна кварцевого піску при 600°С розширюються і викликають розтріскування цегли.
На виробництво силікатної цегли витрачається менше тепла, оскільки не потрібна сушка і високотемпературний випал, тому вона на 30-40% дешевше глиняної цегли.