ЛЕКЦИЯ 10 Силикатные и асбестоцементные материалы

Силикатный кирпич и силикатные бетоны: сырье принципы изготовления, свойства, особенности применения. Особенности автоклавной обработки силикатных изделий. Сырьевые материалы для изготовления асбестоцементных изделий. Основные виды, свойства и способы производства асбестоцементных изделий.

Силикатный кирпич применяют для кладки стен жилых, гражданских и промышленных зданий, карнизов, цоколей, стен подвалов и фундаментов в сухих грунтах, а также дымоходов. Некоторые сорта кирпича применяют для строительства мостов (ФРГ), железнодорожных туннелей (Швейцария) и промышленных дымовых труб (Голландия). Многие технические свойства силикатного кирпича зависят от применяемого сырья, но они могут меняться в широких пределах при использовании разнообразных технологических приемов. Современный силикатный кирпич имеет прочность от 7,5 до 40 МПа, морозостойкость циклов и имеет различную водостойкость.

Прессованные мелкоштучные силикатные изделия выпускают в виде полнотелого кирпича одинарного, полуторного, двойного и тройного формата (камней) и пустотелых блоков, объем которых составляет 7-12 кирпичей основного формата. Предусматривается выпуск силикатного кирпича двух, трех и более сортов. В зависимости от сорта кирпича предъявляют различные требования по прочности и допускаемым отклонениям размеров. (основной размер 250*120*65 мм, 250*120*88 – утолщенный модульный, 250*120*138- камни). Утолщенный кирпич можно выпускать массой не более 4,3 кг.

К основным техническим свойствам относятся предел прочности при сжатии и изгибе, водопоглощение, влагопроводность, морозостойкость, атмосферостойкость, стойкость в воде и агрессивных средах жаростойкость, теплопроводность, газо-, паро- и звукопроницаемость, усадка, сцепление с раствором. Марка кирпича определяется его средним пределом прочности при сжатии. Пустотелые камни средней плотностью 1000 и 1200 кг/м 3 могут иметь марки 50 и 25. В большинстве стандартов предусмотрено определение прочности кирпича в воздушно- сухом состоянии и лишь в английских стандартах – в водонасыщенном.

Водопоглощение – один из важных показателей качества силикатного кирпича и является функцией его пористости, которая зависит от зернового состава смеси, его формовочной влажности, удельного давления при уплотнении. По ГОСТ водопоглощение силикатного кирпича должно быть не менее 6%. Водопоглощение лицевого силикатного кирпича не превышает 14%, а рядового – 16%. Коэффициент размягчения силикатного кирпича зависит от его макроструктуры, от микроструктуры цементирующего вещества и составляет обычно не менее 0,8. Влагопроводность характеризуется коэффициентом влагопроводности β, который зависит от средней плотности кирпича. При ρср примерно равной 1800 кг/м 3 и различной влажности β имеет следующие значения

Автоклав представляет собой горизонтально расположенный стальной цилиндр с герметически закрывающимися с торцов крышкам). Диаметр автоклава - 2,6-3,6 щ, длина м. Автоклав снабжен манометром, показывающим давление пара, и предохранительным клапаном, автоматически открывающимся при повышении давления выше предельного. В нижней части автоклава уложены рельсы, по которым передвигаются загруженные в автоклав вагонетки с изделиями. Автоклав оборудован устройствами для автоматического контроля и управления режимом автоклавной обработки. Для уменьшения теплопотерь автоклав покрыт слоем теплоизоляции. После загрузки автоклав закрывают и в него постепенно впускают насыщенный пар. Высокая температура при наличии в бетоне воды в капельно-жидком состоянии создает благоприятные условия для хи­мического взаимодействия между гидроксидом кальция и кремнеземом. Прочность автоклавных материалов формируется в результате взаимодействия двух процессов: структурообразования, обусловленного синтезом гидросиликатов кальция, и деструкции, обусловленной внутренними напряжениями. Для снижения внутренних напряжений автоклавную обработку проводят по определенному режиму, включающему постепенный подъем давления пара в течение 1,5-2 ч, изотермическую выдержку изделий в автоклаве при температуре °С и давлении 0,8-1,3 МПа в течение 4-8 ч и снижение давления пара в течение 2-4 ч. После автоклавной обработки продолжительностью 8-14 ч получают силикатные изделия.

Силикатные бетоны Силикатные бетоны, как и цементные, могут быть тяжелыми (заполнитель-песок и щебень или песок и песчано-гравийная смесь), легкими (заполнители пористые - керамзит, вспученный перлит, аглопорит и др.) и ячеистыми. В силикатном бетоне применяют известково- кремнеземистое вяжущее, в состав которого входят воздушная известь и тонкомолотый кварцевый песок (взамен песка применяют золу, молотый доменный шлак).

Рис Влияние тонкости помола и содержания кварцевого песка на прочность силикатного бетона: 1-удельная поверхность молотого песка 1500 см 2 /г; 2 – то же, 2500 см 2 /г; 3 – то же, 4500 см 2 /г 15 2,5 27,5 Содержание молотого песка, %

Прочность известково-кремнеземистого вяжущего зависит от активности извести, соотношения CaO/SiO 2, тонкости измельчения песка и параметров автоклавной обработки (температуры и давления насыщенного пара, длительности автоклавного твердения). Оптимальным будет такое соотношение CaO/SiО 2 и такая тонкость помола песка, при которых вся СаО будет связана в низкоосновные гидросиликаты кальция (рис. 9.4). Изготовление бетонных и железобетонных изделий включает приготовление известково-кремнеземистого вяжущего, приготовление и гомогенизацию силикатнобетонной смеси, формование изделий, автоклавную обработку. В процессе автоклавизации между всеми компонентами бетона имеют место химические взаимодействия. Заполнитель (в особенности кварцевый песок) участвует в синтезе новообразований, подвергаясь изменениям на глубину до 15 мкм. Тяжелый силикатный бетон плотностью кг/м 3 с прочностью МПа применяют для изготовления сборных бетонных и железобетонных конструкций, в том числе предварительно напряженных.

Силикатный кирпич Силикатный кирпич изготовляется из жесткой смеси кварцевого песка (92- 94%), извести (6-8%, считая на активную СаО) и воды (7-9%) путем прессования под давлением (15-20 МПа) и последующего твердения в автоклаве. Цвет силикатного кирпича светло-серый, но он может быть любого цвета путем введения в состав смеси щелочестойких пигментов. Выпускают кирпич двух видов: одинарный 250x120x65 мм и модульный 250x120x88 мм. Модульный кирпич изготовляют с пустотами, чтобы масса одного кирпича не превышала 4,3 кг. В зависимости от предела прочности при сжатии и изгибе силикатный кирпич имеет марки: 100, 125, 150, 200 и 250. Плотность силикатного кирпича (без пустот) - около кг/м 3, т.е. он немного тяжелее обыкновенного глиняного кирпича, теплопроводность - 0,70 - 0,75 Вт/(м°С), водопоглощение лицевого силикатного кирпича не превышает 14%, а рядового - 16%. Марки по морозостойкости для лицевого кирпича: 25, 35, 50; для рядового -15. Силикатный кирпич, как и глиняный, применяют для несущих стен зданий. Не рекомендуется его применять для цоколей зданий из-за недостаточной водостойкости. Для кладки труб и печей силикатный кирпич не используют, так как при высокой температуре дегидратируется Са(ОН) 2, разлагается СаСО 3 и гидросиликаты кальция, а зерна кварцевого песка при 600°С расширяются и вызывают растрескивание кирпича. На производство силикатного кирпича расходуется меньше тепла, поскольку не требуется сушка и высокотемпературный обжиг, поэтому он на 30-40% дешевле глиняного кирпича.

Рис Схема производства силикатного кирпича

Комовую известь-кипелку, поступающую из известеобжигательной печи, сортируют, чтобы удалить недожог и пережог, затем дробят и размалывают в тонкий порошок. При этом воздушным сепаратором отделяются наиболее тонкие частицы. Повышение тонкости помола извести также сокращает ее расход. Гасить известь в смеси с песком можно в силосах в течение 8-9 ч (первый способ) или, что гораздо быстрее и интенсивнее, в гасильных барабанах (второй способ). Последний представляет собой металлический цилиндр, по концам имеющий форму усеченных конусов, который вращается вокруг горизонтальной оси. При помощи дозирующего аппарата песок дозируют по объему, а известь - по весу, а затем засыпают через герметически закрывающийся люк в гасильный барабан. После загрузки барабан вращают, впускают пар и гасят известь под давлением 0,3- 0,5 МПа. Перед прессованием известково-песчаную смесь перемешивают в лопастной мешалке или на бегунах и дополнительно увлажняют (до 7%). Прессуют кирпич на прессах под давлением до кг/см 2. Применяемые на заводах пресса имеют периодически вращающийся стол с устроенными в нем формами. Прессование производится снизу вверх при помощи рычажного механизма. Спрессованный кирпич-сырец получает высокую плотность, что способствует более полному прохождению реакции между известью и кварцевым песком. Производительность различных типов прессов, зависящая от их конструк­ ции, колеблется в пределах кирпичей в 1 ч. Отформованные кирпичи снимают со стола пресса, осторожно укладывают на вагонетки и отправляют в автоклавы для твердения. Прочность силикатного кирпича продолжает повышаться и после запаривания его в автоклаве. Это объясняется тем, что часть извести, не вступившей в химическое взаимодействие с кремнеземом, реагирует с углекислотой воздуха, т.е. происходит карбонизация: Са(ОН) 2 + СО 2 = СаСО 3 + Н 2 О. Прочность, водостойкость и морозостойкость силикатного кирпича увеличиваются также при его высыхании.

Известково-шлаковый и известково-зольный кирпич Известково-шлаковый кирпич изготовляют из смеси извести и гранулированного доменного шлака. Извести берут 3-12% по объему, шлака %. При замене шлака золой получается известково-зольный кирпич. Состав смеси: 20-25% извести и 80-75% золы. Так же как и шлак, зола является дешевым сырьем, образующимся в больших ко­личествах после сжигания топлива (каменного угля, бурого угля и др.) в котельных ТЭЦ, ГРЭС и др. В процессе сгорания пылевидного топлива часть очаговых остатков оседает в топке (зола-шлак), а самые мелкие частицы золы уносятся в дымоходы, где задерживаются золоуловителями, а затем их транспортируют за пределы котельной - в золоотвалы. Наиболее тонкодисперсные золы называют золами-уноса. При смешивании с водой золы не твердеют, однако при добавках извести или портландцемента они активизируются, а запаривание смеси в автоклавах дает возможность получать из них изделия достаточной прочности. При сжигании некоторых горючих сланцев образуются золы, содержащие окиси кальция 15% и более, которые имеют способность твердеть без добавок извести. Кирпич из этих зол называют сланце-зольным. Использование шлаков и зол очень выгодно, так как при этом снижается стоимость строительных материалов.

Известково-шлаковый и известково-зольный кирпичи формуют на тех же прессах, которые применяют при производстве силикатного кирпича, и запаривают в автоклавах. Плотность шлакового и зольного кирпичей – кг/м 3, теплопроводность - 0,5-0,6 Вт/(м°С). По пределу прочности при сжатии шлаковый и зольный кирпичи разделяют на три марки: 75, 50 и 25. Морозостойкость известково-шлакового кирпича такая же, как и силикатного, а известково-зольного - ниже. Известково-шлаковый и известково-зольный кирпичи применяют для возведения стен зданий высотой не более трех этажей и для кладки верхних этажей многоэтажных зданий.

Изделия из пеносиликата и других ячеистых материалов Пеносиликат - это искусственный каменный материал ячеистый структуры, который получается в результате затвердевания пластичной известково-песчаной смеси, смешанной с технической пеной. Материал, полученный смешиванием того же раствора с газообразователем (алюминиевой пудрой, пергидролем и др.), называют газосиликатом. Для производства пеносиликата рекомендуется применять молотую известь-кипелку, содержащую активный СаО не менее 70%. Чем выше активность извести и тоньше помол, тем меньше ее требуется для приготовления пеносиликата. Обычно извести берут 15-20% от веса сухой смеси. Кроме кварцевого песка, в качестве заполнителей можно использовать доменный гранулированный шлак, золу электростанций, маршалит, трепел, диатомит и другие заполнители, содержащие большое количество кремнезема. В процессе производства пеносиликата известь и заполнитель подвергают совместному или раздельному помолу. При раздельном помоле компонентов известь и заполнитель измельчают в трубных, шаровых мельницах, а при совместном помоле - в дезинтеграторах. Песок сначала измельчают в них с гашеной известью, которой берут 25-30% от общего количества вводимой извести, а остальную часть извести добавляют в виде молотой извести-кипелки.

Дальнейший этап производства пеносиликатных изделий заключается в приготовлении ячеистой смеси. Ячеистую смесь приготовляют путем смешивания известково-песчаного раствора с устойчивой пе­ной в пенобетономешалках. Готовую ячеистую смесь выливают из смесительного барабана пенобетономешалки в бункер, а затем разливают в формы, соответствующие профилю и размерам будущего изделия. После 6-8 часовой выдержки (частичного отвердения) формы с полузатвердевшей смесью транспортируют в автоклавы для запаривания. Пеносиликатные изделия изготовляют плотностью от 300 до 1200 кг/м 3 и прочностью в пределах 0,4-20 МПа. Из теплоизоляционного пеносиликата изготовляют термовкладыши, которые используют для утепления стен; плиты, скорлупы и короба - для ограждения теплопроводов и другие теплоизоляционные изделия. Для кладки несущих стен одно-, двухэтажных зданий при­меняют мелкие офактуренные неармированные блоки плотностью кг/м 3. Для защиты блоков от атмосферных воздействий в процессе эксплуатации наружная поверхность изделий покрывается облицовочным слоем из цементно-песчаного раствора толщиной 2-3 см, который укладывается на дно формы перед заливкой ячеистой смеси. Конструктивно-теплоизоляционный пено- и газосиликат приме­няют теперь также для изготовления крупноразмерных изделий для наружных и внутренних стен, покрытий промышленных сооружений, междуэтажных и чердачных перекрытий жилых зданий, перегородок и др. Для покрытий промышленных зданий изготовляют армопеносиликатные и армогазосиликатные прямоугольные плиты. Армопеносиликатные плиты по сравнению с обычными железобетонными не требуется теплоизолировать и в то же время они достаточно прочны и долговечны. Укладывают их по железобетонным или металлическим прогонам, а сверху покрывают гидроизоляционными рулонными материалами. Плотность пеносиликата кг/м 3, предел прочности его при сжатии 6-10 МПа