Вопрос 9. Что представляют собой автоклавные силикатные материалы? Технология их получения, разновидности

Силикатные автоклавные материалы – это такие композиты, процесс твердения (набора прочности) которых происходит при повышенных значениях температуры и давления в среде насыщенного водяного пара. Обработка автоклавных силикатных композитов паром повышенного давления происходит в герметично закрываемых аппаратах – автоклавах. Сам процесс называется гидротермальной (автоклавной) обработкой. В результате получаются изделия, характеризующиеся высокими физико-механическими свойствами. В основе получения таких материалов и изделий лежит реакция взаимодействия известково-песчаного или известково-цементно-песчаного вяжущего с песком или другим кремнеземсодержащим компонентом, в результате которой получаются гидросиликаты кальция различной основности. Они и обеспечивают изделиям такие свойства, как высокая прочность, водостойкость и морозостойкость. Автоклавными силикатными изделиями называют изделия, изготовляемые из смеси извести и мелкозернистых материалов (песка, золы-уноса, шлаков, лессовидных суглинков), процесс твердения которых происходит в автоклавах под давлением пара 8-12 атмосфер.

Силикатные (автокл а вные) матери а лы, материалы и изделия автоклавного твердения, строительные материалы и изделия, получаемые из смеси извести и кварцевого песка и твердеющие при повышенной температуре и давлении. В процессе изготовления автоклавных материалов подвергаются термической обработке ("запариванию") в автоклавах при t 175—200°С насыщенным водяным паром под давлением 0,9—1,6 Мн/м² (9—16 кгс/см²) в течение 8—16 ч. В результате физико-химического взаимодействия компонентов (извести, песка и воды) образуются гидросиликаты кальция, обусловливающие твердение и монолитность материала. Способ изготовления автоклавного силикатного кирпича из смеси (по массе) извести (8—10%) и кварцевого песка (90—92%) впервые был предложен немецким учёным В. Михаэлисом в 1880 году.

По структуре силикатные автоклавные материалы подразделяются на две классификационные группы: изделия плотной структуры – к ним относятся силикатный кирпич и силикатный бетон и поризованной структуры – их представляют ячеистые бетоны. В 1880 г. немецкий инженер В. Михаэлис предложил способ изготовления искусственных известково-песчаных камней из массы, содержащей гидратную известь и песок под воздействием пара высокого давления. Он положил тем самым основу производства строительных материалов гидротермальным способом. Первые заводы в России по выпуску силикатного кирпича начали строить в 1890 г (через 10 лет после изобретения Михаэлиса).

Вместо извести в производстве силикатных изделий могут быть применены нефелиновое вяжущее, известково-шлаковые и известково-песчаные цементы. Иногда к известково-песчаным смесям, предназначенным для высокопрочных автоклавных бетонов, добавляют в небольших количествах цемент. В состав силикатных масс могут входить легкие заполнители: шлак, керамзит, вспученный перлит, опилки. Такие добавки повышают трещиностойкость изделий.

Автоклавным способом можно получить неармированные и армированные изделия плотной, ячеистой и пористой структур способами виброформования, литья, проката. Эти изделия имеют объемную массу 300-2000 кг/м³, предел прочности при сжатии (5-1000)*10⁵ н/м², водопоглощение 15-80%, температуростойкость 500-600° С, морозостойкость 5-100 циклов, коэффициент линейного расширения 0,000005-0,000008. При этом расход извести или другого местного вяжущего на 1 м3 изделия равен 150-200 кг, что значительно ниже потребности в цементе для получения обычного бетона такой же прочности.

Автоклавные изделия могут быть цветными, офактуренными. Бесцементные бетоны имеют высокие технические и экономические показатели. Их можно применять наравне с железобетоном в жилищном, промышленном и специальном строительстве. Особое значение имеют силикатные ячеистые конструктивные и теплоизоляционные изделия. Распространенность сырья для силикатного бетона позволяет организовать производство изделий из него почти повсеместно.

К числу автоклавных силикатных изделий относится: силикатный кирпич, крупные силикатные блоки разного назначения, панели и другие виды изделий.

Силикатный кирпич – это кирпич, получаемый прессованием под давлением (150-250)*10⁵ н/м² тщательно приготовленных смесей, состоящих из извести, песка и воды, с последующей обработкой сырца в автоклаве под давлением пара 8-12 атмосфер в течение 12-14 часов. Силикатный кирпич выпускают полнотелым и облегченным со сквозными или полузамкнутыми пустотами и размером, принятым для глиняного кирпича - 250 X 120 (65-88) мм.

По прочности при сжатии силикатный кирпич выпускают следующих марок: 75, 100, 125, 150, 200 и 250. Модульный кирпич толщиной 88 мм следует изготовлять облегченным (массой не более 4 кг) за счет пустот.
Кирпич марки 75 можно применять в малоэтажном строительстве. Лицевой силикатный кирпич изготовляют марки 125 и выше. Водопоглощение силикатного кирпича должно быть не более 14% -для лицевого, 16% -для рядового. Марка кирпича по морозостойкости в насыщенном водой состоянии должна быть не ниже 25 для лицевого кирпича и 15 для рядового кирпича.

Объемная масса силикатного кирпича 1750-1900 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,7-0,87 вт/м град. Применяют силикатный кирпич в строительстве наряду с глиняным, но с некоторыми ограничениями - не допускается без специальных защитных мер кладка из силикатного кирпича зданий с влажным режимом при эксплуатации, кладка печей и труб. Последнее ограничение вызвано тем, что при длительном воздействии температур выше 500° С возможно разрушение образовавшихся в кирпиче силикатов.

Разновидностью силикатного является битуминизированный кирпич, применяемый для устройства дорожных покрытий, кладки фундаментов и облицовки в сырых местах.

Кроме известково-песчаного кирпича, автоклавным способом изготовляют также известково-зольные и известково-шлаковые кирпичи. Они имеют меньшую объемную массу и меньшую теплопроводность.

Силикатный кирпич - материал малоиндустриальный. Условия процесса производства разрешают получать из силикатных масс непосредственно крупногабаритные изделия. Особо важно то, что технология производства позволяет улучшать теплофизические свойства материалов путем химической поризации массы в формах до автоклавной обработки, что имеет существенное значение для ограждающих конструкций и др. Силикатный кирпич значительно дешевле керамического за счет сокращения топливоемкости и продолжительности технологического цикла изготовления. Показатели водостойкости и морозостойкости силикатных материалов несколько ниже, чем у цементных бетонов, что исключает их применение для конструкций, работающих во влажной среде (гидротехническое строительство и др.).Автоклавная технология дает возможность на основе общего исходного сырья получать широкий ассортимент силикатных материалов, изделий, что обеспечивает возможность изготовления комплектов конструкций для индустриального строительства. Сырьевая база для производства силикатов значительно шире, чем для бетонных и керамических изделий. В качестве заполнителей в силикатах применяют широко распространенные пески, а также шлаки и золы металлургических предприятий и ТЭЦ. Их использование позволяет дополнительно снизить расход вяжущих и стоимость изделий.

Силикатный бетон. Номенклатура изделий из плотного силикатного бетона обширна. Из него изготовляют пустотелые стеновые блоки объемной массой 1400-1500 кг/м3, полнотелые блоки для фундаментов (обработанные битумными материалами), блоки внутренних несущих стен, колонны, балки, панели перекрытий, лестничные марши и площадки, подоконные доски, трубы. Такие изделия изготовляют из плотного силикатного бетона марки не ниже 150. Элементы, работающие на изгиб, армируют. При изготовлении стеновых элементов с целью понижения объемной массы возможна добавка легких заполнителей. При добавке 80-100 кг цемента на 1 м3 массы можно изготовлять сборные элементы для фундаментов без обработки битумом и т. д. Крупногабаритные изделия изготовляют литьем в формах из пластичных масс либо виброформованием с пригрузом из жестких масс. От выбранного способа формования зависят объемная масса и прочность изделий. Так, при виброформовании с пригрузом изготовляют прочные тяжелые конструктивные изделия с объемной массой 2000 кг/м³, при литье - облегченные и легкие.

Плотный силикатный бетон является разновидностью тяжелого цементного бетона и применяется для несущих конструкций. Ячеистые силикатные бетоны применяют для изготовления наружных ограждающих конструкций, обладающих хорошими теплотехническими свойствами и высокой заводской готовностью.

Производство конструкций из силикатного бетона позволяет заменить цемент известью и снизить расход вяжущего, исключает применение щебня (гравия), что обеспечивает снижение массы и стоимости этих конструкций по сравнению с конструкциями из цементного бетона.

Ячеистые изделия. Газо- или пеносиликатные изделия отличаются от аналогичных цементных материалов неавтоклавного твердения (газо- или пенобетонов) тем, что для их изготовления применяют в основном высокоактивную известь, нефелиновый цемент, воздушную известь, молотую со шлаком, с золой-уносом, гидравлическую известь. Второй компонент ячеистых изделий - молотый песок или природный тонкодисперсный песок (маршалит), лессовидный суглинок, зола-унос. Ячеистые изделия с золой-уносом называют пено-золосиликатами, или газозолосиликатами, со шлаком – газошлакосиликатами. Порообразователями служат пено- и газообразующие вещества, применяемые также для неавтоклавных ячеистых материалов. В основном это алюминиевая пудра. Ячеистые автоклавные материалы в зависимости от объемной массы могут быть теплоизоляционными и конструктивно-теплоизоляционными.

Конструктивно-изоляционные изделия можно армировать. Для предохранения от коррозии арматуру покрывают нитритом натрия или казеино-цементным составом. Из ячеистых масс в автоклавах изготовляют панели стен, перекрытий, перегородочные плиты, термовкладыши, плиты для клееных панелей, стеновые камни, мелкоштучные, акустические плиты (силакпоритовые) и т. д.

Клееные панели изготовляют из мелких плит, склеивая их по-лимерцементным раствором на основе дивинилстирольного латекса.

Склеивать панели рационально в том случае, если автоклавы не позволяют изготовлять крупноразмерные панели. Склеенные панели монтируют через сутки после изготовления. Стеновые камни из ячеистых бетонов в зависимости от размеров делятся на шесть типов (I-VI) и два вида: основные и до-борные. Основные камни имеют объем 24-36 тыс. см³, доборные - 12- 18 тыс. см³, т. е. в 12-18 раз крупнее обычного кирпича. Размеры камней модульные, например, основных - 200 X 198 X 590-290 мм, доборных - 200 X 98 X 590 - 290 мм. Стеновые камни из ячеистых бетонов делятся в зависимости от предела прочности при сжатии на марки: 100, 75, 50, 35, 25, а в зависимости от объемной массы на три класса: А, Б, В с объемными массами в сухом состоянии: класс А - 450-950 кг/м3, класс Б - 951-1050 кг/м3 и класс В - 1051 - 1800 кг/м3.

Отпускная влажность стеновых камней не должна превышать величин: в сухой зоне - 30, в нормальной - 25, во влажной - 20% по весу. Морозостойкость камней для зданий с сухим режимом не должна быть ниже 25 и с влажным - не ниже 35. Линейная усадка камней должна быть не более 0,5 мм/м для автоклавных бетонов и 0,8 мм/м для неавтоклавных. Вес отдельных стеновых камней из ячеистых бетонов при отпуске их с завода не должен превышать 32 кг.

Силакпором называется звукопоглощающий материал на основе легковесного (объемная масса 300-350 кг/м³) ячеистого бетона специальной структуры. Ячеистые автоклавные материалы стойки к огню до температуры 650-700° С, легко обрабатываются инструментами, гвоздятся.