Глава 4. Искусственные каменные материалы и изделия на основе неорганических вяжущих

§ 4.1. Силикатные материалы и изделия

Силикатные материалы представляют собой большую группу искусственных каменных материалов конгломератной структуры, получаемых в результате автоклавного твердения уплотненных известково-кремнезеистых смесей с заполнителем или без него. Известь может применяться в виде негашеной молотой извести СаО или гидратной извести Са(ОН)₂. В качестве кремчеземистого компонента преимущественно используется природный кварцевый песок (SiO₂>50%).

Основой процесса твердения силикатных материалов является химическое взаимодействие извести с кремнеземом в присутствии воды и образование гидросиликатов кальция различной основности:

nCa(OH)₂ + SiO₂ + (m - n) H₂O = nCaOSiO₂mH₂O

при n = 0,8…2,0 и m = 0,5…2,5.

В обычных температурно-влажностных условиях этот процесс происходит очень медленно (например, в известковых строительных растворах). Значительное ускорение взаимодействия извести с кремнеземом (до 1000 раз) достигается путем запариваниясиликатных изделий в автоклаве при избточном давлении насыщенного водяного пара 0,9…1,6 МПа и высокой температуре 175…200 °С. В результате твердения образуется искусственный камень, в котором зерна заполнителя сцементированы главным образом низкоосновными силикатами кальция. Прочность такого камня превышает прочность известкового строительного раствора примерно в 20 раз.

Силикатные бетоны относятся к бетонам автоклавного твердения, получаемым на основе известково-кремнеземистого вяжущего.

Известково-кремнеземистое (силикатное) вяжущее представляет собой гомогенную смесь извести с тонкомолотым кварцевым песком. Его получают путем совместного помола извести с кварцевым песком или тщательного смешивания извести с тонкомолотым кварцевым песком. Кварцевый песок в силикатном вяжущем может быть частично или полностью заменен молотыми металлургическими шлаками, топливной сланцевой или угольной золой, нефелиновым шламом и некоторыми другими отходами промышленности, содержащими силикат кальция.

Активность силикатного вяжущего можно регулировать путем изменения степени измельчения песка и выбора оптимального соотношения извести и песка (СаО:SiO₂) в смеси, при котором вся известь в процессе твердения бетона будет связана в гидросиликат кальция. Чем выше удельная поверхность тонкомолотого песка, тем большее количество извести будет связано им.

Плотные мелкозернистые силикатные бетоны получили наибольшее распространение. Они имеют следующий состав сухих компонентов по массе: известь молотая негашеная (в пересчете на активную СаО) 6…10%, молотый кварцевый песок 8…15% и природный (кварцевый или кварцево-полевошпатный) песок заполнитель 70…80%. Количество воды определяется требуемой удобоукладываемостью и ориентировочно составляет 8…12% от массы сухих компонентов.

По прочности при сжатии, изгибе и растяжении эти бетоны не уступают цементным. В зависимости от активности силикатного вяжущего, степени уплотнения и режима автоклавной обработки можно получить различные классы силикатных плотных бетонов по прочности В5, В7,5, В10, В12.5, В15, В20, В25, ВЗО, В35, В40 (марки М75-М450). При оптимальном составе и количестве силикатного вяжущего, сильном уплотнении бетонной смеси и оптимальном режиме автоклавной обработки могут быть получены высокомарочные силикатные бетоны классов В45, В50, В55, В60 (марки М500…М700).

По своим деформативным свойствам силикатные бетоны существенно отличаются от цементных. Модуль упругости плотных силикатных бетонов в 1,5…2,5 раза ниже, чем у цементного бетона. В то же время максимальное значение показателя ползучести в два-четыре раза меньше, чем у цементного. Поэтому в конструкциях, находящихся преимущественно под постоянной нагрузкой, суммарные деформации в этих видах бетона оказываются практически одинаковыми.

Ячеистые силикатные бетоны получают из смеси силикатного вяжущего и воды. По своей структуре и способам ее образования они аналогичны цементным ячеистым бетонам и подразделяются на газосиликаты и пеносиликаты.

Газосиликат получают вспучиванием силикатной смеси оптимальной пластичной консистенции путем введения в нее газообразователя (алюминиевой пудры, пергидроля и др.), пеносиликат — путем смешивания силикатной смеси с заранее приготовленной устойчивой пеной. Полученные ячеистые структуры газосиликата и пеносиликата после схватывания твердеют в автоклаве.