Силикатные материалы и изделия

В естественных условиях известь твердеет очень медленно, из­делия получаются не очень прочными (1...2МПа), легко размокаю­щими при действии воды, поэтому известь не использовали для полу­чения прочных и водостойких каменных изделий.

Немецкий ученый В. Михаэлис в 1880 г. предложил способ из­готовления мелких изделий из известково-песчаной смеси путем прес­сования и последующей автоклавной обработки. Эти материалы назвали силикатными. После автоклавной обработки изделия полу­чались очень прочными и долговечными. Последующие годы способ изготовления совершенствовался с целью изготовления крупнораз­мерных силикатных изделий. Благодаря разработке новых техноло­гических схем изготовления силикатных изделий, организовано про­изводство крупноразмерных изделий и конструкций с различными свойствами. Большой вклад в разработку технологии производства вне­сли П.И. Боженов, А.В. Волженский, П.П. Будников, Ю.М. Бутт и др.

Рост производства силикатных материалов объясняется тем, что используется дешевое вяжущее (воздушная известь); основное сы­рье — кварцевый песок в больших количествах находится во многих районах; производственный процесс характеризуется сравнительно небольшим расходом топлива и автоматизацией. К числу автоклав­ных силикатных изделий относят силикатный кирпич, крупные си­ликатные блоки, плиты из плотного силикатного бетона, панели пе­рекрытий и стеновые, колонны, балки и др. Силикатные изделия выпускают полнотелыми или облегченными со сквозными или полу­замкнутыми пустотами, с ячеистой структурой конструктивного и те­плоизоляционного назначения.

Силикатный кирпич (ГОСТ 379—95) представляет собой ис­кусственный безобжиговый стеновой строительный материал, изго­товляемый прессованием под большим давлением смеси кварцевого песка, извести и воды и последующим отвердением в автоклаве.

Сырьем для производства служат кварцевые пески (92...94% от массы сухой смеси), воздушная известь (6...8% в расчете на активную СаО) и вода (7...8% по массе сухой смеси).

Кварцевый цесок с зернами размером от 0,2 до 2 мм не должен иметь включений глины, примесей слюды до 0,5%, известь может быть негашеной или гидратной с содержанием не более 5% MgO.

В зависимости от способа гашения извести различают силосный (1-й способ) и барабанный (2-й способ) способы производства силикат­ного кирпича. При силосном способе перемешанная увлажненная смесь извести с песком подается в металлические или железобетон­ные силосы, где выдерживается 1—4 ч в зависимости от скорости га­шения извести. При барабанном способе смесь для гашения поступает во вращающиеся барабаны с подводом пара под давлением до 0,5 МПа, гашение длится 30...40 мин. На рис. 11.1 представлена схе­ма производства силикатного кирпича.

Рис. 28. Схема производства силикатного кирпича

 

Приготовленную сырьевую смесь (влажностью 6...7%) прессуют на прессах под давлением 15...20 МПа. Полученный сырец уклады­вают на вагонетку, которую направляют в автоклав для отвердения (рис. 28).

Быстрое отвердение происходит не только при высокой темпе­ратуре, но и при высокой влажности, поэтому в автоклаве поддержи­вается определенный режим: температура 175...190°С, давление на­сыщенного пара до 0,8 МПа. Весь цикл запаривания длится 10... 14 ч. Под действием высокой температуры и влажности протекает химиче­ская реакция между известью и песком. В результате реакции обра­зуется гидросиликат кальция, цементирующий зерна песка и при­дающий кирпичу высокую прочность.

Взаимодействие компонентов силикатной смеси происходит следующим образом:

 

СаО + SiO₂ + nН₂О = СаО • SiO₂ • пH₂ О.

 

Выгруженный из автоклава кирпич на воздухе продолжает на­бирать прочность, так как происходит процесс карбонизации, способ­ствующий повышению плотности, прочности и водостойкости с обра­зованием прочного углекислого кальция по реакции

 

Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃ + Н₂О.

 

Кирпич и камни силикатные (рис.) изготовляют в форме прямоугольного параллелепипеда размером: кирпич одинарный 250x120x65 мм; кирпич утолщенный 250x120x88; 250x120x138 мм.

Рис. 29 Загрузкакирпича Рис. 30 Кирпичи силикатные и

в автоклав камни с колотой фактурой

 

Одинарный и утолщенный кирпич изготовляют полнотелым и пустотелым, камни только пустотелыми, цвет светло-серый или цветной.

Отверстия в изделиях должны быть несквозными и располо­женными перпендикулярно постели. Толщина наружных стенок пус­тотелых изделий должна быть не менее 10 мм.

По прочности изделия изготовляют марок: 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, по морозостойкости — F15, F25, F35, F50. Марка по морозо­стойкости лицевых изделий должна быть не менее F25.

Водопоглощение изделий должно быть не менее 6%, тепло­проводность — 0,636...0,72 Вт/(м-К).

Кирпич и камни применяют для кладки каменных и армока-менных наружных и внутренних стен зданий и сооружений, а также для их облицовки из лицевых изделий. Хорошо сочетаются с блоками из ячеистого бетона и другими строительными материалами. Из-за низкой водостойкости силикатный кирпич нельзя применять для кладки фундаментов и цоколей зданий ниже гидроизоляционного слоя. Не допускается использование силикатного кирпича для стен бань, прачечных, без специальных мер защиты от увлажнения. В этих случаях применяют силикатный кирпич повышенной морозо­стойкости с маркой F50. Силикатный кирпич не выдерживает дли­тельного воздействия высокой температуры, поэтому его не разреша­ется применять для кладки печей и труб.

Камни силикатные с колотой фактурой (СТБ 1008—95) приме­няют для отделки фасадов зданий и для декоративных элементов ог­раждений индивидуальных садовых домиков и коттеджей (см. рис. 11.3). Камни изготовляют размерами 250x120x44; 250x90x98 мм. Марки прочности М150; М200; морозостойкость F25; F35; F50, плотность камней 1650 кг/м³.

Силикатные бетоны — искусственный камень, состоящий из кварцевого песка (70...80%), молотого песка (8... 15%), комовой нега­шеной извести (6... 10%) и воды, образовавшейся из указанной смеси после затвердевания ее в автоклаве.

Силикатные бетоны могут быть плотного или пористого строения. Их делят на плотные, ячеистые и легкие на пористых заполнителях.

Плотный мелкозернистый силикатный бетон является разно­видностью тяжелого бетона. В отличие от цементного бетона он имеет более однородную структуру, в его состав не входит крупный запол­нитель (гравий или щебень), стоимость его значительно ниже.

Из силикатного бетона изготовляют крупноразмерные изделия по следующей технологии: дробление комовой негашеной извести; приготовление известково-песчаного вяжущего путем дозирования извести, песка и гипса и помола их в шаровых мельницах; приготов­ление силикатобетонной смеси путем смешивания немолотого квар­цевого песка с тонкомолотой известково-песчаной смесью и водой в бетоносмесителях с принудительным перемешиванием; формование изделий; отвердение отформованных изделий в автоклавах при тем­пературе до 180 °С и давлении насыщенного пара 0,8... 1,2 МПа.

Плотность изделий из силикатного бетона 1800...2200 кг/м³, марки прочности М150, 200, 250, 300, 400 и 500. Прочность бетона при сжатии зависит от состава силикатобетонной смеси, режима авто­клавной обработки, способов укладки смеси. Вибрированные крупно­размерные силикатные изделия имеют прочность при сжатии 15...40 МПа, при силовом вибропрокате прочность силикатных изде­лий может достигать 60 МПа. Морозостойкость изделий 25...50 цик­лов, водопоглощение по массе не более 16%, водостойкость удовлетво­рительная. Применяют плотные силикатобетонные изделия для строительства жилых, промышленных и общественных зданий.

Ячеистые силикатные бетоны отличаются малой плотностью и низкой теплопроводностью. В зависимости от способа образования ячеистой структуры их делят на пеносиликаты и газосиликаты. Диа­метр сферических ячеек 1...3 мм.

Ячеистая структура силикатного бетона достигается введением в смесь пенообразователя (пеносиликаты) или газообразующей добав­ки (газосиликаты).

Твердеют ячеистые бетоны в автоклавах. Режимы автоклавной обработки назначают с учетом плотности бетона и массивности изделий.

Плотность изделий из ячеистых силикатных бетонов 300... 1200 кг/м³, прочность 1...20 МПа, морозостойкость: F15; F25; F35; F50; F75; F100, теплопроводность в зависимости от плотности от 0,093 (плотность 300 кг/м³) до 0,26 (плотность 1000 кг/м³) Вт/(м-К) в сухом состоянии, водопоглощение составляет 40...45%.

По назначению ячеистые силикатные изделия также делят на теплоизоляционные, конструкционно-теплоизоляционные и конструк­ционные. Теплоизоляционные ячеистые силикатные изделия плотно­стью 300....500 кг/м³ используют для утепления железобетонных, асбе-стоцементных и других слоистых панелей, чердачных перекрытий, камер холодильного оборудования, а также в виде скорлуп и коробов для утепления трубопроводов. Конструкционно-теплоизоляционные ячеистые силикатные бетоны плотностью 500...800 кг/м³, прочностью 2,5...7,5 МПа применяют для изготовления панелей внутренних не­сущих стен, перегородок.

Конструкционные пено- и газосиликаты плотностью 800... 1200 кг/м³ и прочностью до 20 МПа применяют для армированных конструкций покрытий промышленных зданий, междуэтажных и чердачных перекрытий жилых и общественных зданий, несущих пе­регородок и других изделий.

Изделия и конструкции из ячеистых бетонов по массе, стоимо­сти и капитальным вложениям эффективнее изделий из легких си­ликатных бетонов на пористых заполнителях.

Блоки из ячеистого силикатного бетона стеновые мелкие (ГОСТ 21520—89) изготовляют размерами, мм: 588x150x200; 500x200x300; 588x200x250; 588x200x400; плотностью 500, 600 и 700 кг/м³, прочно­стью при сжатии 2,5...3,5 МПа; класс бетона В2,5; В1,5; морозостой­кость F25, F35; теплопроводность 0,114 Вт/(м-К).

Блоки легко обрабатываются обыкновенными инструментами, пилятся и сверлятся. Кладка из мелких стеновых блоков в 5 раз легче такой же стены из силикатного кирпича, а трудоемкость возведения стен в 2 раза меньше. Способность ячеистого бетона аккумулировать тепло обуславливает повышенную комфортность помещений. Эколо­гически чистый, долговечный и огнестойкий материал. Пять см пено­пласта в стене с газосиликатными блоками заменяет по теплопровод­ности слой газосиликата толщиной 20 см.

Блоки из газосиликата рекомендуется применять для кладки наружных и внутренних стен жилых и общественных зданий.