Технология стеновых материалов. Методические указания

3 Лабораторная работа № 3

Подбор состава сырьевой смеси для изготовления силикатного кирпича

3.1 Общие положения

Силикатный кирпич изготовляется на основе смеси, состоящей из песка и из-

вестково-кремнеземистого вяжущего, способом полусухого прессования и после-

дующей автоклавной обработки. Пески, как правило, используются кварцевые, но могут быть использованы кварцево-полевошпатные (содержат от 10 % до 20 % по-

левых шпатов), а также алюмосиликатные промышленные отходы - металлургиче-

ские и топливные шлаки, отсевы дробления горных пород.

Известково-кремнеземистое вяжущее получают путем совместного тонкого помола воздушной извести и кварцевого либо кварцево-полевошпатного песков, а

также вышеназванных промышленных отходов. В качестве кремнеземистого ком-

понента вяжущего могут быть использованы также суглинки, содержащие до 50 %

свободного тонкодисперсного кремнезема.

Наилучшие эксплуатационные характеристики силикатного кирпича получа-

ются при использовании вяжущего состава СаО:SiO2 =0,6-0,7, обеспечивающего наличие в цементирующей связке как высоко-, так и низкоосновных гидросиликатов кальция. Первые придают высокую стойкость изделиям при замораживании и кар-

бонизации, а вторые - высокую начальную прочность и стойкость в агрессивных средах.

Скорость образования гидросиликатов кальция в условиях автоклавной обра-

ботки возрастает с увеличением тонкости помола вяжущего и особенно кремнезе-

мистого компонента. Но повышение тонкости помола вяжущего связано со сниже-

нием производительности мельниц и повышением удельного расхода электроэнер-

гии. Поэтому тонкость помола вяжущего на основе извести и кварцевого песка ог-

раничивают удельной поверхностью от 4500 до 5000 см2/г, а на основе извести и

51

суглинка – от 5500 до 6000 см2/г. Такая тонкость измельчения вяжущего обеспечи-

вает удельную поверхность кремнеземистого компонента на уровне 2000 см2/г, ко-

торая обеспечивает высокую реакционную способность вяжущего.

При подборе состава силикатной смеси следует определить оптимальное зна-

чение удельной поверхности кремнеземистого компонента [19].

3.2 Материалы и оборудование

Известь негашеная комовая.

Песок кварцевый либо кварцево-полевошпатный.

Мельница шаровая.

Гасильный термоизолированный аппарат.

Чаша металлическая сферическая.

Мастерок круглый.

Весы технические и разновесы.

Прибор для определения удельной поверхности материалов.

Кислота соляная, раствор 1:3.

Электроплитка.

Вытяжной шкаф.

Воронка фильтровальная.

Бумага фильтровальная.

Шкаф сушильный.

Набор cит для определения зернового состава заполнителей.

Пресс-форма.

Пресс гидравлический с усилием прессования 10 т.

Эксикатор. .

Печь муфельная.

Тигли фарфоровые.

52

3.3 Проектирование состава силикатной смеси

Проектирование состава силикатной смеси ведется из условия получения кир-

пича заданной прочности.

Как правило на заводах силикатного кирпича в качестве сырья используют не-

гашеную известь, содержащую от 65 % до 75 % активной СаО, и кварцевый песок с содержанием от 90 % до 95 % SiO2. Поэтому для обеспечения оптимального соот-

ношения между СаО и SiO2 (смотри п.3.1) готовят вяжущее с соотношением вало-

вой извести и молотого песка равным И:К=1:1. Увеличение в вяжущем содержания извести ведет к перерасходу вяжущего. Так при И:К=1,5:1, удельный расход извес-

ти возрастает на 20 %, а прочность при этом снижается от 5 % до 7 %. Подобная закономерность справедлива для кварцево-полевошпатных песков, но прочность кирпича на их основе на величину от 15 % до 25 % ниже, чем на кварцевом песке,

Зависимость между прочностью полнотелого силикатного кирпича и вяжуще-

водным отношением Ц/В выражается уравнениями

где R - предел прочности при сжатии кирпича, МПа.

Для кварцевых песков принимают

а для кварцево-полевошпатных

Поскольку обычно задаются необходимостью получения кирпича оп-

ределенной прочности, то формулы 32 и 33 преобразуются в другую форму:

для смесей на основе кварцевых песков

53

для смесей на основе кварцево-полевошпатных песков

При проектировании состава силикатной смеси исходят не только из условия получения кирпича заданной прочности, но и из условия получения сырца доста-

точной прочности – от 0,35 до 0,5 МПа, т.к. при низкой прочности последнего будет наблюдаться его разрушение в процессе укладки на вагонетки и транспортировании.

Поэтому, несмотря на максимальную прочность кирпича при формовании его из смеси влажностью от 4,5 % до 5,5 %, реальная формовочная влажность смеси со-

ставляет от 5 % до 7 % - для полнотелого и от 4,5 % до 6 % - для пустотелого кир-

пича, что обеспечивает и необходимую прочность сырцу, и высокую прочность кирпичу.

Так, например, при необходимости получения полнотелого кирпича прочно-

стью 15 МПа из массы Wср =6,5 % на основе кварцевого песка сначала рассчитыва-

ют Ц/В

Остальное 13-6,5=6,5 % приходится на кремнеземистый компонент вяжущего. 54

При проектировании состава силикатной смеси для изготовления пустототе-

лого кирпича и камней необходимо учитывать снижение их прочности в сравнении с полнотелым кирпичом. Это снижение прочности необходимо компенсировать по-

вышением прочности силикатного камня, т.е. для получения пустотелых изделий заданной марки необходимы смеси, обеспечивающие получение полнотелого кир-

пича повышенной марки. Изменение предела прочности при сжатии кирпича в зави-

симости от степени его пустотности приведено на рисунке 5.

Рисунок – 5 Зависимость предела прочности при сжатии кирпича от его пустотности

Например, если заданная прочность пустотелого кирпича с пустотностью 18 %

должна составлять 15 МПа, то состав смеси следует рассчитывать как для полноте-

лого кирпича прочностью 15:0,7=21,4 МПа.

При использовании кварцевого песка

55

и для формовочной влажности смеси 5,5 %

Таким образом, расход вяжущего и формовочной смеси в сравнении с расхо-

дом для полнотелого кирпича возрос на 1,1%, но удельный расход в связи с пустот-

ление того же вида сплошных изделий марки 150.

3.4 Уточнение составов вяжущих и силикатных смесей

В связи с большим разнообразием минералогического и гранулометрического составов вяжущего, а также химического состава извести, компоненты силикатной смеси чаще всего не отвечают условиям, принятым при проектировании смеси. По-

этому, как правило, возникает необходимость уточнения состава силикатной смеси.

На первом этапе этой работы следует уточнить состав вяжущего. С этой це-

лью задаются несколькими составами, близкими к рекомендуемым в разделе 3.1.

Так для кварцевого песка оптимальным является состав И:К=1:1. Наряду с ним це-

лесообразно принять близкие к нему составы И:К=1,5:1 и 1:1,5, а в качестве кон-

трольного состава - И:К=1:0, т.е. одну известь (на некоторых заводах получают кирпич удовлетворительного качества на чисто известковом вяжущем).

Компоненты вяжущего (негашеная известь и песок) смешивают в заданном соотношении и размалывают до удельной поверхности от 4500 до 5000 см2/г. Затем

25 % вяжущего каждого состава смешивают с 75 % песка, увлажняют и гасят в теп-

лоизолированном сосуде. Далее смеси тщательно перетиpaют и при удельном дав-

лении 18 МПа определяют максимальную молекулярную влагоемкость.

Под максимальной молекулярной влагоемкостью понимают относительное количество влаги, остающейся в диске диаметром 50 мм и толщиной от 2 до 3 мм из силикатной смеси после его обжатия в пакетах, содержащих от 5 до 10 слоев фильт-

ровальной бумаги, на гидравлическом прессе.

56

Затем смеси на вяжущих разных составов доводят до максимальной молеку-

лярной влагоемкости и формуют по 6 образцов диаметром и высотой 50 мм при удельном давлении 20 МПа. По три образца из каждой серии сразу после формова-

ния испытывают на прочность при сжатии, а остальные переносят в эксикаторы, на дно которых налита вода. Затем образцы из эксикатора запаривают в автоклаве. Об-

разцы после запаривания испытывают на сжатие, после чего выбирают опти-

мальный состав вяжущего. Он должен сочетать достаточную прочность сырья и за-

паренных образцов при возможно меньшем расходе извести.

При подборе состава вяжущего на основе нетрадиционного кремнеземистого компонента, например, промышленного отхода - шлак, зола и т.п., оптимальный его состав подбирается по такой же методике, но число проверяемых составов уве-

личивают; опробуют трехкомпонентные составы вяжущих с применением кремне-

земистой составляющей и обязательно сравнивают с известково-кремнеземистым вяжущим.

Следующим этапом подбора состава силикатной смеси является определение соотношения между вяжущим и заполнителем. Критериями оптимизации являются заданная прочность сырца и кирпича. Для определения состава силикатной смеси составляют описанным выше способом шихты из 10, 15, 20 и 25 % выбранного ра-

нее вяжущего оптимального состава и соответственно 90, 85, 80 и 75 % песка.

Проводят гашение, затем определяют максимальную молекулярную влагоемкость каждой смеси; при этой влажности формуют сырец и испытывают свежесформован-

ные и запаренные образцы.

По результатам испытаний строят график зависимости прочности запаренных образцов oт водо-вяжущего отношения (рисунок 6а). По этому графику находят Ц/В, при котором получается заданная прочность кирпича, а по соответствующей формовочной влажности - необходимое содержание вяжущего в силикатной смеси.

Одновременно по графику зависимости прочности сырца от содержания вяжущего в смеси (рисунок 6б) проверяют соответствует ли она заданной.

В ряде случаев, при неоптимальной гранулометрии песка, прочность сырца получается ниже требуемой. В этом случае гранулометрия смеси может быть улуч-

57

При отсутствии разнозернистых песков можно при размоле вяжущего исполь-

зовать вместо кварцевого песка суглинок, содержащий обычно от 20 % до 25 % гли-

нистых коллоидных частиц, обеспечивающих наряду с известью высокую микрока-

пиллярную пористость и прочность сырцу. Другим вариантом является ввод укруп-

няющих добавок размером от 0,6 до 5 мм в количестве от 5 % до 10 % и более.

58

Список использованных источников

1 ГОСТ 3226-93. Глины формовочные огнеупорные. Общие технические ус-

ловия. Взамен ГОСТ 3226-77 в части формовочных глин. Введен 1995-01-01. М.:

ИПК Издательство стандартов, 2001. - 9 с.

2 ГОСТ 2642.3-97. Огнеупоры и огнеупорное сырье. Методы определения оксида кремния (IV). Взамен ГОСТ 2642.3-86. Введен 2000-07-01. М.: ИПК Изда-

тельство стандартов, 2000. – 15 с.

3 ГОСТ 21216.3-93. Сырье глинистое. Методы определения свободного диок-

сида кремния. Взамен ГОСТ 21216.3-81. Введен 1995-01-01. М.: ИПК Издательство стандартов, 1995. – 6 с.

4 ГОСТ 2642.4-97. Огнеупоры и огнеупорное сырье. Метод определения ок-

сида алюминия. Взамен ГОСТ 2642.4-86. Введен 2000-07-01. М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. – 16 с.

5 ГОСТ 2642.6-97. Огнеупоры и огнеупорное сырье. Методы определения ок-

сида титана (IV). Взамен ГОСТ 2642.6-86. Введен 2000-07-01. М.: ИПК Издательст-

во стандартов, 2000. - 8 с.

6 ГОСТ 2642.7-97. Огнеупоры и огнеупорное сырье. Методы определения ок-

сида кальция. Взамен ГОСТ 2642.7-86. Введен 2000-07-01. М.: ИПК Издательство стандартов, 2002. – 11 с.

7 ГОСТ 2642.8-97. Огнеупоры и огнеупорное сырье. Методы определения ок-

сида магния. Взамен ГОСТ 2642.8-86. Введен 2000-07-01. М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. – 11 с.

8 ГОСТ 3594.4-77. Глины формовочные. Методы определения содержания се-

ры. Взамен ГОСТ 3594-62. Введен 1979-01-01. М.: ИПК Издательство стандартов,

2000. – 6 с.

9 ГОСТ 2642.5-97. Огнеупоры и огнеупорное сырье. Метод определения ок-

сида железа (III). Взамен ГОСТ 2642.5-86. Введен 2000-07-01. М.: ИПК Издательст-

во стандартов, 2000. – 11 с.

59

10 ГОСТ 2642.11-97. Материалы и изделия огнеупорные. Методы определе-

ния окисей калия и натрия. Взамен ГОСТ 2642.11-86. Введен 2000-07-01. М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. – 7 с.

11 ГОСТ 21216.1-93. Сырье глинистое. Метод определения пластичности.

Взамен ГОСТ 21216.1-81. Введен 1995-01-01. М.: ИПК Издательство стандартов,

1995. – 7 с.

12 ГОСТ 9169-75. Сырье глинистое для керамической промышленности.

Классификация. Взамен ГОСТ 9169-59. Введен 1976-07-01. М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. – 7 с.

13 ГОСТ 21216.2-93. Сырье глинистое. Метод определения тонкодисперсных фракций. Взамен ГОСТ 21216.2-81. Введен 1995-01-01. М.: ИПК Издательство стан-

дартов, 1995. – 8 с.

14ГОСТ 21216.4-93. Сырье глинистое. Метод определения крупнозернистых включений. Взамен ГОСТ 21216.4-81. Введен 1995-01-01. М.: ИПК Издательство стандартов, 1995. – 6 с.

15Книгина, Г.И. Лабораторные работы по технологии строительной керами-

ки и искусственных пористых заполнителей : учебн. пособие для вузов / Г.И. Кни-

гина, З.Н. Вершинина З.Н., Л.Н. Тацки – М.: Высшая школа, 1977. – 208 с.

16 ГОСТ 21216.11-93. Сырье глинистое. Метод определения огнеупорности легкоплавких глин. Взамен ГОСТ 21216.11-81. Введен 1995-01-01. М.: ИПК Изда-

тельство стандартов, 1995. – 6 с.

17 ГОСТ 7025-91. Кирпич и камни керамические и силикатные. Методы оп-

ределения водопоглощения, плотности и контроля морозостойкости. – Введ. с

01.07.91 – М.: Изд-во стандартов, 1991 – 16 с.

18 ГОСТ 530-2007. Кирпич и камень керамические. Технические условия.

Взамен ГОСТ 530-95, ГОСТ 7484-78. Введ. 2008-03-01. - М.: Стандартинформ, 2007

– 37 с.

19 Типовой технологический регламент на технологический процесс произ-

водства силикатного кирпича ТТР 21-21-12-87. – Таллин: НИПИсиликатобетон,

1987 – 85 с.

60