Глава 10. Искусственные каменные материалы на основе минеральных вяжущих веществ

10.1 Силикатные материалы и изделия

Силикатными называют искусственные каменные материалы и изделия, которые получают в результате формования и последующей автоклавной обработки смеси, состоящей из извести, кремнеземистой добавки, песка и воды.

Автоклавная обработка материалов, в том числе и силикатных, основана на гидротермальном синтезе минералов, т.е. при повышенных значениях давления и температуры водяного пара. Впервые гидротермальный метод синтеза минералов был применен в России в середине Х1Х столетия К. Д. Хрущевым. Автоклав представляет собой металлический цилиндр диаметром 2,6…3,6 м при длине 20…30 м с герметически закрывающимися с торцов крышками, оборудованный манометром, предохранительным клапаном и устройством для автоматического контроля за ходом процесса гидротермальной обработки.

Смесь извести, кремнеземистого компонента, песка и воды, хотя и медленно, но способна твердеть и без автоклавной обработки, т.е. на воздухе. Однако в обычных условиях процесс твердения протекает очень медленно (годами), и изделия, в конечном счете, имеют невысокую прочность. При обработке же в автоклаве, где температура насыщенного пара достигает 170^оС и более, а давление – 0,8 МПа и выше, кремнезем (SiO₂) в составе песка приобретает химическую активность по отношению к извести (СаО) с образованием гидросиликатов кальция. Они и цементируют зерна заполнителей в прочный монолит. Прочность силикатных изделий за 12…14 часов автоклавной обработки составляет 50 МПа и выше.

Прочность силикатных изделий зависит от активности извести, соотношения извести и кремнеземистого компонента, его тонкости измельчения и параметров автоклавной обработки (температуры, давления насыщенного пара, длительности автоклавного твердения). Оптимальным будет такое соотношение извести к кремнеземистому компоненту и такая тонкость измельчения, при которых вся известь будет связана в низкоосновные гидросиликаты кальция.

К числу силикатных изделий автоклавного твердения относят силикатный кирпич и камни, плотный и ячеистый силикатные бетоны и другие изделия.

Исходным сырьем для получения кирпича и камней силикатных (СТБ 1228) служат воздушная известь (6…8%), кварцевый песок (92…94%) и небольшая доля добавок. Указанные компоненты тщательно перемешиваются с увлажнением смеси до 7…8 %. Из приготовленной смеси под давлением 15…20 МПа формуют кирпич-сырец, который затем запаривают в автоклаве под действием давления пара 0,8…1,2 МПа и температуры 175^оС. Время запаривания составляет 10…14 часов.

Силикатный кирпич выпускается таких же размеров и марок по прочности, как и керамический. Он может быть сплошным и пустотелым. Однако средняя плотность силикатного кирпича несколько выше, чем керамического и составляет 1800…2000 кг/м³, а, следовательно, выше и теплопроводность. Цвет – светло-серый. Однако при использовании чистого кварцевого песка и щелочестойких пигментов можно получать кирпич голубого, зеленого, желтого, фиолетового и других цветов.

Используется силикатный кирпич как стеновой материал с некоторыми ограничениями в условиях повышенной влажности.

Силикатный бетон плотной структуры (ГОСТ 25214) получают из уплотненной и отвердевшей в автоклаве увлажненной смеси молотой негашеной извести (6…10 %), молотого кварцевого песка (8…15 %) и обычного кварцевого песка или другого заполнителя (70…80 %). Известь и песок размалываются, как правило, вместе. Плотность такого бетона составляет 1800…2400 кг/м³, а прочность – 15…70 МПа и выше. Морозостойкость силикатных бетонов достигает 600 циклов попеременного замораживания и оттаивания без заметных следов разрушения структуры. По основному назначению они подразделяются на конструкционные и специальные, по виду заполнителей – на плотных и пористых, по крупности заполнителя – на мелко- и крупнозернистые.

Из силикатного плотного бетона изготовляют крупные стеновые блоки, панели перекрытий, несущие перегородки, колонны, балки и прогоны, лестничные площадки и марши, фундаментные и цокольные блоки, фасадные плиты и другие армированные изделия.

Ячеистые силикатные бетоны, как и ячеистые цементные в зависимости от способа образования пористой структуры тоже подразделяют на пеносиликаты и газосиликаты, получившие название в странах Европы «Итонг». Получают их из смеси молотых извести и песка, либо золы, шлака и других тонкодисперсных компонентов. Свойства их аналогичны рассмотренным ранее ячеистым бетонам.