Силікатні матеріали йвироби

ТЕМА 11. ШТУЧНІ КАМ'ЯНІ МАТЕРІАЛИ Й ВИРОБИ НА ОСНОВІ МІНЕРАЛЬНИХ В'ЯЖУЧИХ РЕЧОВИН

Крім розглянутих вище розчинів, бетонів, залізобетонних виробів у номенклатуру штучних кам'яних необпалених матеріалів і виробів на основі мінеральних в’яжучих входять азбестоцементні, гіпсові й гіпсобетонні, силікатні (на основі вапна) і магнезіальні матеріали й вироби. Одержують їх так само, як і бетонні вироби, формуванням і наступним твердінням розчинних і бетонних сумішей на основі відповідних в'яжучих речовин і заповнювачів (кварцового піску, шлаків, золи, пемзи, ошурок і т.д.). Область застосування, обумовлені властивостями цих матеріалів, надзвичайно великі – від несучих і огороджувальних конструкцій, до обробки будинків і споруд.

Силікатні вироби одержують у результаті формування й наступної автоклавної обробки суміші вапна або інших в’яжучих речовин на її основі, тонкодисперсних кремнеземистих добавок, піску й води.

Спосіб виготовлення дрібних каменів шляхом пресування вапняково-піщаної суміші й наступної автоклавної обробки був запропонований в 1880 р. німецьким ученим В. Михаэлисом. Протягом останніх трьох десятиліть цей спосіб удосконалювали з метою виготовлення крупноразмерних силікатних виробів.

Швидке зростання виробництва силікатних виробів у нашій країні можна пояснити наявністю в багатьох районах основної сировини - кварцового піску, використанням у якості в’яжучого дешевого повітряного вапна, порівняно невеликою витратою палива, а також можливістю повної механізації й автоматизації виробничих процесів. За обсягом виробництва силікатних виробів СРСР посідає перше місце у світі.

Великий внесок у розробку технології виробництва, вивчення твердіння й властивостей силікатних автоклавних матеріалів і виробів внесли А. В. Волженский, Ю. М. Бутт, П. П. Будников, П. И. Боженов і інші радянські вчені.

У цей час випускають велику кількість різноманітних силікатних виробів як щільної, так і ніздрюватої структури (силікатна цегла, панелі, блоки й ін.).

Силікатна цегла — штучний кам'яний матеріал, виготовлений з суміші кварцового піску й вапна шляхом пресування під великим тиском і наступним твердінням в автоклаві. Вихідними матеріалами є повітряне вапно - 6-8% в розрахунку на СаO, кварцовий пісок 92-94 % і вода -7-8 % за масою сухої суміші.

Існують дві схеми виробництва силікатної цегли: силосна й барабанна. За більше розповсюдженою силосною схемою вапно разом з піском гасять у силосах протягом 4-8 год. По барабанній - вапно разом з піском гасять в обертових барабанах з підведенням пари під тиском до 0,5 МПа, завдяки чому процес гасіння триває 30-40 хв.

Погашена тим або іншим способом маса надходить у лопатеву мішалку або бігуни для додаткового зволоження, перемішування й подрібнення грудок. З підготовленої маси пресують на пресах під тиском 15—20 МПа сирець, що укладають на вагонетки й направляють в автоклави для запарювання під тиском насиченої пари 0,8 МПа при температурі близько 175°С (мал. 74). Тривалість циклу запарювання 10—14 год. Ціль запарювання — прискорення реакції між піском і вапном, у результаті якої утвориться гідросилікат кальцію, що цементує зерна піску й надає цеглі високу міцність. Взаємодія компонентів силікатної суміші протікає по реакції

СаО+5SiO₂+nН₂O = СаO SiO₂+(n+1)Н₂O.

Міцність силікатної цегли росте протягом деякого часу й після вивантаження з автоклава (на повітрі). Це зумовлено його висиханням, а також тим, що не вступивша в реакцію із кремнеземом Са(OН)₂ реагує із CO₂ повітря:

Са(OН)₂+CO₂ = СаСO₃+Н₂O,

утворюючи вуглекислий кальцій.

Силікатну цеглу випускають двох видів: одинарний розміром 250´120´65 мм і модульний розміром 250´120´88 мм. Модульну цеглу виготовляють із технологічними порожнечами, замкнутими з однієї сторони. Колір цегли ясно-сірий, але він може бути й кольоровим за рахунок введення до складу суміші лугостійких мінеральних пігментів.

Завдяки пресуванню під великим тиском і відсутності усадкових явищ розміри силікатної цегли витримані більш точно, ніж у глиняного. Щільність його трохи вища, ніж у керамічної цегли, — 1800—1900 кг/м³, теплопровідність 0,82—0,87 Вт/ /(м-м-°З). Залежно від межі міцності при стиску й вигині силікатну цеглу виготовляють шести марок: 75, 100, 125, 150, 200 і 250. Морозостійкість силікатної цегли не нижче Мрз 15, водопоглинання 8- 16 % по масі.

Рис. 74. Завантаження силікатної цегли в автоклав

Області застосування силікатної цегли такі ж, як і керамічної цегли. Однак він не рекомендується для кладки фундаментів і стін в умовах високої вологості, тому що вплив ґрунтових і стічних вод викликає його руйнування. Не можна використовувати силікатну цеглу в конструкціях, підданих дії високих температур (у печах, димарях і т.п.).

Силікатні бетони — більша група безцементних бетонів автоклавного твердіння, одержуваних на основі вапняково-піщаного й інших вапняково-кремнеземистих в’яжучих, крім того, у якості в’яжучих використовують мелені доменні шлаки.

Силікатні бетони можуть бути щільної й пористої будови.

Щільний дрібнозернистий силікатний бетон — різновид важкого бетону, але на відміну від нього до складу силікатного бетону не входить великий заповнювач (гравій або щебені). Структура силікатного бетону більше однорідна, а вартість значно нижча.

Вироби із щільного силікатного бетону виготовляють по наступній технологічній схемі: подрібнення суміші негашеного вапна; готування вапняково-піщаного в’яжучого шляхом дозування й помолу вапна, піску й гіпсу в кульовому млині; готування силікатобетонної суміші змішуванням немеленого піску зі здрібненим вапняно-піщаним в'яжучим і водою в бетонозмішувачах із примусовим перемішуванням, формування виробів і їхнє витримування, твердіння відформованих виробів в автоклавах при температурі насиченої пари 174—191 °С, що відповідає тиску 0,8—1,2 МПа.

Щільність виробів із силікатного щільного бетону 1800—2200 кг/м³. Міцність його при стиску коливається в досить широких межах і залежить від сполуки суміші, режиму автоклавної обробки й інших факторів. Так, силікатні бетони автоклавного твердіння при витраті вапна 8-11 % по масі твердих компонентів і ущільненні вібруванням здобувають міцність 15- 30 МПа. Проте при додаванні 15-30 % тонкомолотого кварцового піску їхня міцність при стиску може бути збільшена в 2-3 рази, що складе 40-60 МПа. Водостійкість силікатного бетону задовільна, зниження міцності при повному водонасиченні не перевищує 25 %. Морозостійкість 25-50 циклів, а при добавці портландцементу вона підвищується до 100 циклів.

Із щільного силікатного бетону виконують великі стінові блоки зовнішніх стін із щілинними порожнечами й внутрішніми несучими стінами, панелі й плити перекриттів, колони, балки й прогони, сходові площадки й марші, цокольні блоки й інші армовані вироби.

В’яжучі для легких силікатних бетонів ті ж, що й для щільних, але як заповнювачі використовують керамзит, гранульовані шлаки, жужільну пемзу й інші пористі матеріали у вигляді гравію й щебенів.

За призначенням легкі силікатні бетони поділяють на конструкційні, щільністю 1400—1800 кг/м³, конструкційно-теплоізоляційні щільністю 500—1400 кг/м³ і теплоізоляційні - менше 500 кг/м³, теплопровідністю 0,5—0,7 Вт/(м´°С).

Міцність при стиску легких силікатних бетонів становить від 3,5 до 20 МПа (20 МПа в конструкційних бетонів). Водопоглинення їх залежить від щільності й коливається від 12 до 30 % (по об'єму), морозостійкість 15-50 циклів.

З легких силікатних бетонів на пористих заповнювачах виготовляють блоки й панелі зовнішніх стін житлових будинків.

Ніздрюваті силікатні бетони залежно від способу утворення пористої структури розділяють на піно- і газосилікати. Їх одержують при автоклавній обробці вапняно-піщаної пластичної суміші, до складу якої вводять стійку піну (піносилікат) або алюмінієву пудру й інші газоутворювачі (газосилікат).

Щільність виробів з ніздрюватих силікатних бетонів 300—1200 кг/м³, міцність 1—20 МПа, теплопровідність 0,09—0,4 Вт/(м´°С).

За призначенням ніздрюваті силікатні вироби також ділять на теплоізоляційні, конструкційно-теплоізоляційні й конструкційні.

Теплоізоляційні ніздрюваті силікатні вироби щільністю 300—500 кг/м³ служать гарним утеплювачем для залізобетонних, азбестоцементних і інших панелей, горищних перекриттів, камер холодильних установок, а також у вигляді шкарлуп і коробів для утеплення теплопроводів і ін. Конструкційно-теплоізоляційні піно-; і газосилікати щільністю 500— 800 кг/м³ і міцністю 2,5—7,5 МПа застосовують для виготовлення армованих крупнорозмірних виробів для зовнішніх і внутрішніх стін. Конструкційні піно- і газосилікати щільністю 800—1200 кг/м³ і міцністю 7,5—20 МПа доцільні для армованих конструкцій покриттів промислових будівель, міжповерхових і горищних перекриттів житлових будівель, несучих перегородок і ін.

Вироби із силікатобетону не рекомендуються для конструкцій, підданих значному зволоженню (фундаментів, цоколів, підвіконників, карнизів і ін.).