Вяжущие для автоклавных строительных материалов. Учебное пособие

запасом кинетической свободной энергии, способность конденсироваться без химического взаимодействия в водостойкие тела при возникновении контактов между ними.” По предложенной В.Д. Глуховским теории конденсации дисперсные вещества любого уровня нестабильности обладают конденсационной способностью, которая снижается с уменьшением свободной энергии тела. Всякая конденсация подразумевает укрупнение частиц вещества.

На примере дисперсных продуктов разной степени гидратации безводных силикатов были выделены две группы: вяжущие высокоосновные, легко гидратирующиеся в естественных условиях и низкоосновные образования, гидратация которых в этих условиях протекает медленно. К первому вяжущему относится гидратированный в дисперсном состоянии портландцемент, который содержится, в частности, в отходах производства асбестоцементных изделий и является носителем контактно-конденсационных свойств. Во вторую группу входят белитсодержащие шламы, высококальциевые золошлаковые смеси и другие, медленная гидратация которых протекает в процессе последующего хранения и наличия влаги.

Примером проявления и длительного сохранения контактноконденсационных свойств являются низкоосновные гидросиликаты кальция. Для получения качественного вяжущего необходимо синтезировать гидросиликат кальция при условиях полного связывания оксида кальция. Для этого приемлемо использовать аморфный кремнезем (опока) и стекловидные породы (вулканическое стекло, горелая порода). Содержание кремнезема в гидросиликатах кальция выше стехиометрического соотношения с целью создания каркаса типа микробетона будет способствовать синтезу прочности. Мокрый помол с последующей сушкой дисперсных продуктов или их пропариванием и автоклавированием с целью ускорения процесса образования дисперсных гидросиликатов кальция с последующим прессованием позволили получить водостойкий камень достаточно высокой прочности. Некоторые показатели свойств вяжущего, такие как его прочность и количество связанного оксида кальция приведены в табл. 37.

За счет уплотнения макрочастиц дисперсной системы одного и того же химического состава можно получить камень с различными физико-механическими свойствами. Так, увеличение давления прессования образцов от 20 МПа до 100 МПа способствует росту прочности.

Используя принцип контактно-конденсационного твердения можно получать различные смешанные вяжущие с широким многообразием состава и свойств получаемых материалов. Эти вяжущие отли-

121

чаются от известных (классических) вяжущих его полной водостойкостью сразу после прессования. По этой технологии можно получить силикатный кирпич без автоклавной обработки (табл. 38).

Т а б л и ц а 3 7

Активность вяжущего контактно-конденсационного твердения

приготовление вяжущего, основанное на синтезе дисперсных гидросиликатов кальция в нестабильном состоянии; подготовка заполнителя и формование изделий. Используемые при этом заполнители должны быть «активными» и представлять собой либо вещество аморфной или

122

нестабильной кристаллической структуры, либо кристаллические вещества, покрытые слоями аморфизованных силикатов. Завершением технологического процесса является сушка изделий. Образцы силикатного кирпича характеризуются следующими физикомеханическими характеристиками.

Основываясь на приведенных данных получения высокопрочных вяжущих и силикатного кирпича, можно придти к выводу, что принципы эффекта упорядочения структуры силикатных веществ, основывающиеся на общей теории диспергации и конденсации, являются основой для создания новых строительных материалов различного спектра назначения, отличающиеся повышенной прочностью и низкой теплопроводностью.

5. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ АВТОКЛАВНОГО ТВЕРДЕНИЯ И ИХ СВОЙСТВА

Производство силикатных автоклавных материалов, базирующееся на повсеместно распространенном сырье и требующее относительно небольших затрат топливно-энергетических ресурсов, находит все более широкое развитие. Предприятия отличаются сравнительно малой материало - и энергоемкостью среди других строительных материалов аналогичного назначения. Ассортимент выпускаемой продукции широк. Это силикатный кирпич, ячеистые изделия и плотные силикатные бетоны различных плотностей и размеров. Высокие тех- нико-экономические показатели производства, возможность использования различных сырьевых материалов и отходов промышленности обеспечивают более низкую себестоимость автоклавных материалов в сравнении с другими аналогичными по свойствам материалами (табл.

39).

Т а б л и ц а 39

Сравнительные показатели стен, выполненных из различных материалов

123

Вопросы повышения качества изделий автоклавного твердения и эффективности предприятий являются насущными до настоящего времени. Решение этих вопросов возможно при снижении материало – и энергоемкости изделий при совершенствовании технологического процесса их производства.

5.1. Ячеистые изделия

Ячеистобетонные изделия – это особо легкие изделия с большим

ность на порядок ниже, чем тяжелые бетоны и цементно-песчаные растворы. Ячеистые бетоны классифицируются [41] по плотности и назначению на:

стью 2,5 …15 МПа.

В качестве сырьевых компонентов при производстве автоклавных ячеистых бетонов используют смеси:

-цемента с кварцевым песком, при этом часть песка измельчается;

-молотой негашеной извести с измельченным или частично неизмельченным (в зависимости от плотности изделий) кварцевым песком;

-цемента, извести и песка в различных соотношениях, зависящих также от плотности изделий.

Часть приведенных компонентов смеси может быть заменена отходами производств – золой или шлаками, что приводит к сокращению

124

расхода традиционных вяжущих материалов – извести и портландцемента.

Требования к цементу по содержанию минералов: алита (С3S) более 50 %, алюминатов кальция (С3А) 5 …8 %. Начало схватывания цемента – не позднее чем через 2 ч. Чаще всего в производстве ячеистых изделий используется портландцемент марки 400.

Требования к извести. Для приготовления автоклавных ячеистых изделий применяют известь не ниже 3-его сорта - с содержанием активных СаО и МqО не менее 70 %, МqО – не более 5 %. Известь должна быть измельчена до удельной поверхности не ниже 350 …400 м2/кг.

В производстве изделий ячеистой структуры используются кварцевые пески с содержанием кварца не менее 70 %, глинистых примесей – не более 5 %, щелочей – не более 2,7 %, сернистых соединений – не более 2 % и минералов слюды – не более 0,5 % [7].

Зола-уноса должна содержать кремнезема не менее 40 %, несгоревших остатков угля – не более 5 %. Тонко дисперсная зола (пыль) дополнительно не измельчается, более крупные зерна подлежат измельчению вместе с другими компонентами вяжущего до удельной поверхности 200 … 300 м2/кг.

Для образования ячеистой структуры изделий газообразователи – тонко дисперсную алюминиевую пудру с содержанием активного алюминия 82 % либо пенообразователи. Для снятия предварительно нанесенной пленки парафина пудра перед подачей в технологический процесс отмывается в горячем мыльном растворе и подается в виде суспензии.

Создание ячеистой структуры путем газовыделения основывается на свойствах отдельных веществ при химическом взаимодействии со средой выделять газообразные продукты. Так, в смесях, содержащих известь и алюминиевую пудру, протекает следующая реакция с выделением водорода, который вспучивает сырьевую массу:

3Са(ОН)2 + 2 Аl + 6 Н2О = 3 СаО·Аl2О3·6 Н2О + 3 Н2 ↑.

Получение хорошей ячеистой структуры с равномерно распределенными порами требует, чтобы наиболее интенсивный процесс газовыделения совпадал с началом нарастания структурной прочности. Преждевременное и интенсивное выделение газа приводит к осадке массы в силу незначительной ее первоначальной прочности. И наоборот, задержка газовыделения приведет к нарушениям структуры изделия, которая на тот момент имела исходную прочность. Чтобы исключить нарушения структуры формуемых изделий, в случае использования быстро гасящейся извести для замедления скорости ее гашения в смесь добавляют двуводный гипс. Получаемая ячеистая структура

125

должна характеризоваться равномерно распределенными мелкими порами правильной шаровидной формы.

. Средние нормы расхода материалов для выпуска изделий ячеистой структуры по вибротехнологии приведены в табл.40. Прочность ячеистой структуры зависит от ее плотности – чем выше плотность, тем выше будут значения прочности.

Т а б л и ц а 40

Расход материалов для некоторых изделий ячеистой структуры

126

Продолжение таблицы 40

Газошлакобетон

На процесс образования пористой структуры существенное влияние оказывает количество используемой воды. Увеличение водотвердого отношения приводит к замедлению нарастания вязкости массы по причине медленного процесса гидратации вяжущих компонентов. Это приводит к выделению пузырьков газа и выходу их на поверхность изделия, в результате чего смесь оседает. Поэтому необходимо стремиться к получению массива с мелкими порами, обладающими значительной прочностью и малой деформируемостью. Получение оптимальной ячеистой структуры зависит от выбора вяжущих материалов, их расхода, расхода порообразователя и технологических параметров производства

Плотность ячеистой структуры, независимо от применяемого вяжущего, обусловлена главным образом количеством вводимого газообразователя. Существует прямая зависимость, согласно которой увеличение дозировки алюминиевой пудры приводит к уменьшению плотности бетона. Расход алюминиевой пудры для газобетона плотностью 350, 500, 600, 700 и 800 кг/м3 при использовании известковопесчаного вяжущего составляет: 690, 535, 470, 360 и 300 г на 1 м3. При использовании цементно-известкового вяжущего расходы меньше на

10 … 15 %.

Водотвердое отношение раствора для приготовления газобетона выбирается, исходя из двух принципов. С одной стороны раствор должен обладать необходимой подвижностью, с другой стороны он должен иметь достаточную способность удерживать газ и обладать определенной структурной прочностью. Кроме этого, выбор водотвердого отношения необходимо сочетать с задаваемой плотностью изделий. Практически эта величина выбирается опытным путем и зависит главным образом от качества сырьевых компонентов (активность извести, сроки и температура ее гашения, тонина помола компонентов вяжущего, количественное соотношение, использование добавок и т. д.).

127

Средние показатели прочности изделий ячеистой структуры со-

- теплоизоляционные плотностью 370-420 кг/м3 – 1,05 МПа. Повышение механических свойств газобетона наблюдается при

применении вибротехнологии при формовании изделий. При этом происходит равномерное распределение пор при большой однородности их размеров. Прочность ячеистого материала возрастает при этом почти в 2-2,5 раза при равной плотности.

Существуют принципиальные технологические методы общей оптимизации структуры ячеистого бетона, приводящие к существенному улучшению их свойств и интенсификации технологического процесса. Сводятся они в основном к следующим общим положениям: повышение гомогенности распределения компонентов в исходных смесях и снижению седиментационных явлений в поризуемых и твердеющих массах;

-улучшение условий формования пористой структуры и снижение дефектов поризации;

-повышение плотности межпоровых перегородок;

-снижение тепломассградиентов на стадии «вызревания» и тепловлажностной обработки;

-создание условий для формирования силикатного камня с улучшенными характеристиками.

Выполнение этих положений будет способствовать повышению качества изделий ячеистой структуры.

5.2.Плотные силикатные бетоны

Внашей стране впервые разработана технология изготовления плотного силикатного бетона на основе извести и песка. Изделия из такого бетона полностью заменяют аналогичные изделия их цементного бетона [41]. Производство 1 м3 силикатного бетона позволяет вы-

свободить 300 … 400 кг портландцемента, 0,9 … 1 м3 щебня или гравия. Расход обжигового материала – извести как компонента вяжущего в 2 раза меньше, чем цемента. По сравнению с получением цементного бетона с учетом использования топлива и электроэнергии на производство цемента, извести, щебня, добычу песка и на технологические нужды при изготовлении 1 м3 изделий из плотного силикатного бетона экономится до 40 кг условного топлива и 15 кВт·час электроэнергии.

128

Вяжущим в силикатном бетоне является измельченная смесь извести и песка. В процессе автоклавной обработки компоненты вяжущего вступают во взаимодействие между собой с образованием гидросиликатов кальция. В качестве вяжущего при производстве плотных силикатных бетонов наряду с известково-песчаным используют из- вестково-зольное, известково-шлаковое и другие виды вяжущего. Компоненты вяжущего подвергаются совместному измельчению, затем вяжущее смешивается с заполнителем, смесь увлажняется, формуются изделия, которые затем подвергаются автоклавной обработке. Процессы твердения силикатного бетона подобны процессам, рассмотренным в предыдущем разделе (раздел 3). Гидросиликаты и другие новообразования, образующиеся в процессе автоклавной обработки, скрепляют зерна заполнителя в прочный монолит. Заполнитель в большей или меньшей степени в зависимости от активности его поверхности, может также вступать в химическую реакцию с компонентами вяжущего, что способствует росту прочности. Прочность плотных силикатных изделий зависит от многих факторов: активности вяжущего и тонкости его помола, качества заполнителя по фракционному составу и форме зерен, режима формования и автоклавирования, и др.

В промышленности выпускаются силикатные бетоны прочно-

Расчет состава силикатного бетона проводится с учетом активности известково-песчаного вяжущего, водотвердого отношения и плотности получаемых изделий. Подробная методика расчета изложена в учебнике Ю.М. Баженова [44].

Из силикатного бетона производят плиты перекрытий, колонны, балки, ограждающие панели, стеновые блоки и другие.

5.3. Силикатный кирпич

Силикатный кирпич относится к числу широко распространенных стеновых материалов. Производство этого кирпича характеризуется относительно высокой степенью механизации и более высоким уровнем производительности труда в сравнении с производством глиняного кирпича. Общий расход топливно-энергетических ресурсов в производстве глиняного кирпича в 1,5 раза больше, чем при производстве силикатного кирпича, что в комплексе отражается на себестоимо-

129

сти продукции – себестоимость глиняного кирпича в 1,5 раза выше. Цикл изготовления силикатного кирпича в среднем в 6 раз короче, удельные капитальные вложения приблизительно в 2 раза ниже.

Процесс производства силикатного кирпича включает следующие операции: добычу сырьевых компонентов, обжиг извести, подготовка сырья, помол вяжущего, приготовление силикатной смеси, формование и автоклавирование кирпича.

Основные физико-механические свойства силикатного кирпича

Заводы по производству силикатного кирпича изготавливают кирпич и камни силикатные согласно ГОСТ 379-95 «Кирпич и камни силикатные» в форме прямоугольного параллепипеда размерами [42]. Основными технологическими переделами при этом будут: приготовление вяжущего, основанное на синтезе дисперсных гидросиликатов кальция в нестабильном состоянии; подготовка заполнителя и формование изделий. Используемые при этом заполнители должны быть «активными» и представлять собой либо вещество аморфной или нестабильной кристаллической структуры, либо кристаллические вещества, покрытые слоями аморфизованных силикатов. Завершением технологического процесса является сушка изделий. Образцы силикатного кирпича характеризуются следующими физико-механическими характеристиками.

потребителем). Одинарный и утолщенный кирпичи изготавливают полнотелыми и пустотелыми, камни только пустотелыми. Рекомендуются следующие виды пустотелых изделий:

-камень (кирпич) 14-пустотный (диаметр отверстий 30-32 мм, пустотность - 28 - 31 %)

-камень (кирпич) 11пустотный (диаметр отверстий 27-32 мм, пустотность - 22 – 25 %)

-кирпич 3-пустотный (диаметр отверстий 52 мм, пустотность –

15 %)

В зависимости от средней плотности полнотелые изделия подразделяют на пористые со средней плотностью до 1500 кг/м3 и плотные со средней плотностью более 1500 кг/м3.

130