Силикатные, гипсовые и асбоцементные материалы относятся к безобжиговым изделиям и составляют значительную группу строительных материалов из искусственного камня.

Силикатный кирпич. Материалами для изготовления силикатного кирпича являются чистый кварцевый песок (92 - 95%), воздушная известь (5 - 8%) и вода (около 7%) . Кварцевый песок в производстве силикатного кирпича применяют немолотый или в виде сме­си немолотого и молотого. Допускаются равномерно распределённые глинистые примеси в количестве не более 10%. При таком содержании они несколько повышают удобоукладываемость смеси. Крупные включения глины в песке не допускаются.

Силикатный кирпич изготавливают путем прессования смеси под давлением 15-20МПа с последующим пропариванием в автоклаве под давлением 0,8МПа и температуре 174 о С в течении 6-8 часов. Давление плавно поднимают и снижают. Длительность процесса 10-14 часов.

Этот строительный материал по своей форме, размерам и основному назначению не отличаются от глиняного кирпича. Теплоизоляционные качества стен из силикатного и керамического кирпича практически равны, водо-, морозо- и огнестойкость меньше. Морозостойкость М рз -15циклов. Его нельзя использовать для кладки фундаментов, цоколей, наружных стен, помещений с высокой влажностью воздуха, а также для кладки печей. Себестоимость силикатного кирпича на 25…35% ниже, чем керамического.

Кроме силикатного кирпича таким же способом изготовляют золосиликатный (зольный) кирпич, в нём частично или целиком песок заменён золой топлива. Этот кирпич легче силикатного и имеет более низкую теплопроводность. По прочности и стойкости зольный кирпич ус­тупает силикатному. Применяют зольный кирпич для возведения кладки стен зданий малой этажности (до трёх этажей), а также для стен верхних этажей многоэтажных зданий.

Крупноразмерные изделия из силикатного бетона. Силикатным бето­ном называют затвердевшую в автоклаве уплотнённую смесь, состоя­щую из кварцевого песка (70 - 80%), молотого песка (8-15%) и молотой негашеной извести (6 - 10%). Из силикатного бетона маркой не ниже М-150, с при­менением тепловлажностной обработки в автоклаве, изготовляют круп­ные стеновые блоки внутренних несущих стен, панели перекрытий и несу­щих перегородок, ступени, плиты, балки. Элементы, работающие на из­гиб, армируют стержнями и сетками.

Минеральные вяжущие вещества

Минеральные вяжущие вещества получают путем обжига в печах природных каменных материалов (известняка гипса, ангидрита, доломита, магнезита). Куски полученные после обжига, путем помола превращаются в тонкий порошок. Чем меньше размер зерен после помола, тем выше активность вяжущего. Вяжущие вещества при смешивании с водой способны переходить из жидкого (тестообразного) в камневидное состояние.

Вяжущие вещества делятся на две группы:

Воздушные вяжущие вещества, способные твердеть и длительно сохранять свою проч­ность только на воздухе, во влажных условиях они снижают или теряют прочность.

Гидравлические вяжущие вещества, твердеют и длительно сохраняют свою проч­ность не только на воздухе, но и в воде. В отличии от воздушных они имеют более высокую прочность, поэтому шире применяются в строительстве.

К воздушным вяжущим веществам относятся: воздушная известь, гип­совые вяжущие, магнезиальные вяжущие и жидкое (растворимое) стекло. К гидравлическим вяжущим относятся: гидравлическая известь, романцемент, портландцемент и его разновидности.

Вяжущие вещества широко применяются в строительстве для изготов­ления строительных растворов, бетонов, бетонных и железобетонных из­делий.

Кирпичная и каменная кладки, бетон были известны человечеству ещё в доисторические времена, до изобретения им вяжущих веществ. Взамен вяжущих применялось пластическое глиняное тесто, которое, высыхая, превращалось в камнеподобный материал. Так как между глиной и водой никаких химических реакций не протекает, то высохшая и окаменевшая глина под действием воды может снова размокнуть и потерять прочность и связанность. В сухом климате или в условиях, исключающих увлажне­ние, глиняное тесто и в настоящее время используется как заменитель вя­жущих. В наше время глиняные растворы применяются при кладке печей и возведения стен зданий в сухом климате.

Воздушная известь. Строительную воздушную известь получают путем обжига при температуре 1000-1200 о С известняков или других горных пород, содержащих углекислый кальций. На строительство известь поступает в виде кусков белого или серого цвета(комовая известь или кипелка). Негашеная известь химически соединяется с водой и образует гашеную (гидратную) известь. При гашении ограниченным количеством воды известь распадается, образуя тонкий порошок, называемый пушонкой. При большом количестве воды образуется известковое тесто. Известь применяют для приготовления строительных раство­ров, в производстве известково-пуццолановых вяжущих, для изготовления силикатного кирпича, силикатных и пеносиликатных изделий, шлакобе­тонных блоков, а также в качестве покрасочных составов. Существенный недостаток воздушной извести – невысокая прочность и малая стойкость во влажных условиях.

Строительный гипс (алебастр) получают путем обжига природного гипсового камня с последующим размолом в тонкий порошок. В зависимости от тонкости помола и прочности строительный гипс делится на три сорта марок 35, 45, 55. Стро­ительныйгипс применяют для изготовления стеновых панелей, плит и кам­ней для внутренних перегородок зданий, сухой штукатурки, архитектурно-отделочных деталей. Гипсовые вяжущие вещества применяются в виде гипсового теста в кладочных и штукатурных растворах, бетонах, производ­стве теплоизоляционных материалов, искусственного мрамора и других декоративных изделий. По пределу прочности на сжатие гипсовые вяжу­щие вещества делятся на четыре марки: 50,100, 150,200 . При воздействии влаги прочность затвердевшего гипса значительно снижается, поэтому его применяют в помещениях с влажностью до 60%.

Ma гнезиальные вяжущие. Различают два вида магнезиальных вяжу­щих - каустический магнезит и каустический доломит. Применяют магне­зиальные вяжущие для изготовления бесшовных ксилолитовых полов, пе­регородочных плит, плит для облицовки стен, а также ступеней и теплоизо­ляционныхизделий и т. п.

Растворимое (жидкое) стекло. Растворимое стекло представляет собой калиевый или натриевый силикат. Натриевое жидкое стекло используется для приготовления кислотоупорного цемента, огнезащитных красок и об­мазок, для закрепления (силикатизации) фунтов, защиты природных ка­менных материалов.

Портландцемент. Является важнейшим гидравлическим вяжущим ве­ществом. Его выпуск составляет около 80% от выпуска всех вяжущих. Высокая прочность, способность быстро твердеть на воздухе и в воде, относительно низкая стоимость сделали портландцемент самым рас­пространённым вяжущим. Его применяют для изготовления бетонных и железобетон­ных конструкций, для строительных растворов высокой прочности. Сырьем для портландцемента служат природные ископаемые – мергеля или смесь из 73% известняка, 25% глины, 2% гипса. Размолотое сырье обжигают и производят помол спекшейся смеси – клинкера в тонкий порошок. Порошок, затворенный водой, образует тесто, которое быстро твердеет в течение первых трех суток и твердение в основном заканчивается на 28 сутки, достигая марочной прочности. При благоприятных условиях прочность бетона на портландцементе продолжает возрастать и может в 2-3 раза превысить марочную (28-суточную). Нормальные условия твердения – это 15 о С и влажная атмосфера. При 0 о С и ниже тесто замерзает, и прочность не увеличивается. Прочность характеризуется маркой. Марку устанавливают по пределу прочности при изгибе и сжатии образцов в виде брусков из цементного раствора состава 1:3 с водой через 28 суток после изготовления. Выпускают портландцемент марок 300, 400, 500 и 600. Хранить цемент в сухом месте не более 6 месяцев. Портландцемент не рекомендуется применять для конструкций,которые будут подвергаться действию напора морской, минеральной или пресной воды.

Технология пр-ва силикатных изделий автоклавного твердения

При смешивании возд извести с кварцевым песком и водой получают стр-ный р-р, который твердеет при обычных условиях очень медленно. Так как песок в обычных условиях химически инертен.

Силикатные бетоны , как и цементные, могут быть тяжелыми (заполнители плотные - песок и щебень или песчано-гравийная смесь), легкими (заполнители пористые - керамзит, вспученный перлит, аглопорит и др.) и ячеистыми (заполнителем служат пузырьки воздуха, равномерно распределенные в объеме изде­лия).

Вяжущим в силикатном бетоне является тонкомолотая известково-кремнеземистая смесь - известково-кремнеземистое вя­жущее, способное при затворении водой в процессе тепловлаж-ностной обработки в автоклаве образовывать высокопрочный искусственный камень.

В качестве кремнеземистого компонента применяют молотый кварцевый песок, металлургические (главным образом домен­ные) шлаки, золы ТЭЦ. Кремнеземистый компонент (тонкомо­лотый песок) оказывает большое влияние на формирование свойств силикатных бетонов. Так, с возрастанием дисперсности частиц молотого песка повышаются прочность, морозостойкость и другие свойства силикатных материалов.

С увеличением тонкости помола песка повышается относи­тельное содержание СаО в смеси вяжущего до тех пор, пока содержание активной СаО обеспечивает возможность связыва­ния ее во время автоклавной обработки имеющимся песком в ннзкооснбвные гидросиликаты кальция.

Автоклавная обработка - последняя и самая важная стад Ия производства силикатных изделий. В автоклаве происходи сложные процессы превращения исходной, уложенной и уплот­ненной силикатобетонной смеси в прочные изделия разной плот­ности,- формы и назначения. В настоящее время выпускаются автоклавы диаметром 2,6 и 3,6 м, длиной 20...30 и 40 м. Как изложено выше, автоклав представляет собой цилиндрический горизонтальный сварной сосуд (котел) с герметически закры­вающимися с торцов сферическими крышками. Котел имеет манометр, показывающий давление пара, и предохранительный клапан, автоматически открывающийся при повышении в котле давления выше предельного. В нижней части автоклава уложены рельсы, по которым передвигаются загружаемые в автоклав вагонетки с изделиями. Автоклавы оборудованы траверсными путями с передаточными тележками - электромостами для за­грузки и выгрузки вагонеток и устройствами для автоматиче­ского контроля и управления режимом автоклавной обработки. Для уменьшения теплопотерь в окружающее пространство по­верхность автоклава и всех паропроводов покрывают слоем теплоизоляции. Применяют тупиковые или проходные автоклавы. Автоклавы оборудованы магистралями для выпуска насыщенно­го пара, перепуска отработавшего пара в другой автоклав, в атмосферу, утилизатор и для конденсатоотвода.

После загрузки автоклава крышку закрывают и в него медлен­но и равномерно впускают насыщенный пар. Автоклавная обра­ботка является наиболее эффективным средством ускорения твердения бетона. Высокие температуры при наличии в обраба­тываемом бетоне воды в капельно-жидком состоянии создают благоприятные условия для химического взаимодействия между гидратом оксида кальция и кремнеземом с образованием основ­ного цементирующего вещества - гидросиликатов кальция.

Весь цикл автоклавной обработки (по данным проф. П. И. Бо-женова) условно делится на пять этапов: 1 -от начала впуска пара до установления в автоклаве температуры 100 °С; 2 - по­вышение температуры среды и давления пара до назначенного минимума; 3 - изотермическая выдержка при максимальном давлении и температуре; 4 - снижение давления до атмосфер­ного, температуры до 100 °С; 5 - период постепенного остыва­ния изделий от 100 до 18...20 °С либо в автоклаве, либо после выгрузки их из автоклава.

Прочность силикатного бетона при сжатии, изгибе и растяже­нии, деформативные свойства, сцепление с арматурой обеспечи­вают одинаковую несущую способность конструкций из силикат­ного и цементного бетона при одинаковых их размерах и степени армирования. Поэтому силикатный бетон можно использовать для армированных и предварительно напряженных конструкций, что ставит его в один ряд с цементным бетоном.

Из плотных силикатных бетонов изготовляют несущие конст­рукции для жилищного, промышленного и сельского строитель­ства: панели внутренних стен и перекрытий, лестничные марши и площадки, балки, прогоны и колонны, карнизные плиты и т. д. В последнее время тяжелые силикатные бетоны применяют для изготовления таких высокопрочных изделий, как прессованный безасбестовый шифер, напряженно-армированные силикатобе-тонные железнодорожные шпалы, армированные силикатобетон-ные тюбинги для отделки туннелей метро и для шахтного строи­тельства (бетон прочностью 60 МПа и более).

Коррозия арматуры в силикатном бетоне зависит от плот­ности бетона и условий службы конструкций; при нормальном режиме эксплуатации сооружений арматура в плотном силикат­ном бетоне не корродирует. При влажном и переменном режимах эксплуатации в конструкциях из плотного силикатного бетона арматуру необходимо защищать антикоррозионными обмазками.

Силикатный бетон на пористых заполнителях - новый вид легкого бетона. Твердение его происходит в автоклавах. Вяжу-Щие для этих бетонов применяют те же, что и для плотных силикатных бетонов, а заполнителями служат пористые заполни­тели: керамзит, вспученный перлит, аглопорит, шлаковая пемза

Силикатный кирпич

Силикатный кирпич по своей форме, размерам и основному назначению не отличается от керамического кирпича (см. гл. 3). Материалами для изготовления силикатного кирпича являются воздушная известь и кварцевый песок. Известь применяют в ви­де молотой негашеной, частично загашенной или гашеной гид-ратной. Известь должна характеризоваться быстрым гашением и не должна содержать более 5% MgO. Пережог замедляет скорость гашения извести и даже вызывает появление в изделиях трещин, вспучиваний и других дефектов, поэтому для производ­ства автоклавных силикатных изделий известь не должна содер­жать пережога

Кварцевый песок в производстве силикатных из­делий применяют немолотый или в виде смеси немолотого и тон­комолотого, а также грубомолотого с содержанием кремнезема не менее 70%. Наличие примесей в песке отрицательно влияет на качество изделий: слюда понижает прочность, и ее содержа­ние в песке не должно превышать 0,5%; органические примеси вызывают вспучивание и также понижают прочность; содержа­ние в песке сернистых примесей ограничивается до 1 % в пере­счете на SO 3 . Равномерно распределенные глинистые примеси допускаются в количестве не более 10%; они даже несколько повышают удобоукладываемость смеси. Крупные включения гли­ны в песке не допускаются, так как снижают качество изделий. Состав известково-песчаной-смеси для изготовления силикатного Кирпича следующий: 92...95% чистого кварцевого песка, 5...8% воздушной извести и примерно 7% воды.

Производство силикатного кирпича ведут двумя способами: барабанным и силосным, - отличающимися приготовлением из­вестково-песчаной смеси.

При барабанном способе (рис. 8. 6) песок и тонкомолотая Негашеная известь, получаемая измельчением в шаровой мельни­це комовой извести, поступают в отдельные бункера над гасиль­ным барабаном. Из бункеров песок, дозируемый по объему, а известь - по массе, периодически загружаются в гасильный ба­рабан. Последний герметически закрывают и в течение 3...5 мин производят перемешивание сухих материалов. При подаче остро­го пара под давлением 0,15...0,2 МПа происходит гашение извести при непрерывно вращающемся барабане. Процесс гашения извести длится до 40 мин.

При силосном способе предварительно перемешанную и ув­лажненную массу направляют для гашения в силосы. Гашение в силосах происходит 7...12 ч, т.е. в 10...15 раз больше, чем в барабанах, что является существенным недостатком силосного способа. Хорошо загашенную в барабане или силосе известково-песчаную массу подают в лопастный смеситель или на бегуны для дополнительного увлажнения и перемешивания и далее на прессование. Прессование кирпича производят на механических прессах под давлением до 15...20 МПа, обеспечивающим получе­ние плотного и прочного кирпича. Отформованный сырец укла­дывают на вагонетку, которую направляют в автоклав для твер­дения.

Автоклав представляет собой стальной цилиндр диаметром 2 м и более, длиной до 20 м, с торцов герметически закрываю­щийся крышками (рис. 8. 7). С повышением температуры уско­ряется реакция между известью и песком, и при температуре 174 °С она протекает в течение 8... 10 ч. Быстрое твердение про­исходит не только при высокой температуре, до и высокой влаж­ности, для этого в автоклав пускают пар давлением до 0,8 МПа и это давление выдерживают 6...8 ч. Давление пара поднимают и снижают в течение 1,5 ч. Цикл запаривания продолжает* 10... 14 ч. Я

Под действием высокой температуры и влажности происходи химическая реакция между известью и кремнеземом. Образующиеся в результате реакции гидросиликаты срастаются с зернами песка в прочный камень. Однако твердение силикатного кип. пича на этом не прекращается, а продолжается после запарива­ния. Часть извести, вступившей в химическое взаимодействие с кремнеземом песка, реагирует с углекислотой воздуха, образуя прочный углекислый кальций по уравнению

Са (ОН) 2 + СО 2 = СаСОз + Н 2 О

Силикатный кирпич выпускают размером 250 X 120Х 65 мм, марок 75, 100, 125, 150, 200, 250 и 300, водопоглощением 8... 16%," теплопроводностью 0,70...0,75 Вт/(м-°С), плотностью свыше 1650 кг/м 3 - несколько выше, чем плотность керамического кир­пича; морозостойкостью F15. Теплоизоляционные качества стен из силикатного кирпича и керамического практически равны.

Применяют силикатный кирпич так же, где и керамический, но с некоторыми ограничениями. Нельзя применять силикатный кирпич для кладки фундаментов и цоколей, так как ои менее водостоек, а также для кладки печей и дымовый труб, так как при длительном воздействии высокой температуры происходит дегидратация гидросиликата кальция и гидрата оксида, кальция, которые связывают зерна песка, и кирпич разрушается.

По технико-экономическим показателям силикатный кирпич превосходит керамический. На его производство требуется в 2 раза меньше топлива, в 3 раза меньше электроэнергии, в 2,5 раза меньше трудоемкости производства; в конечном итоге себестоимость силикатного кирпича оказывается на 25...35% ниже, чем керамического.

К силикатным материалам автоклавного твердения относятся материалы, получение которых основано на гидротермальном синтезе минеральной смеси (основное сырье, вяжущее вещество и заполнители), осуществляемом при повышенных значениях давления (до 1,5 МПа) и температуры (174...200 °С) водяного пара.

В качестве основных сырьевых компонентов для материалов автоклавного твердения применяют преимущественно известково-песчаные смеси и промышленные отходы - доменные шлаки, топливные золы, нефелиновый шлам и др. Наиболее распространены известково-песчаные {силикатные) материалы.

Основным вяжущим компонентом материалов автоклавного твердения является известь. Для производства силикатных изделий рекомендуется применение быстрогасящейся извести с суммарным содержанием активных оксидов кальция и магния более 70%. При этом содержание MgO должно быть не более 5%. Наряду с известью возможно применение портландцемента, в частности в производстве ячеистых бетонов. Применение портландцемента способствует повышению морозостойкости изделий.

Наиболее распространенный заполнитель силикатных материалов - кварцевые пески. При применении полевошпатовых и карбонатных песков физико-механические свойства изделий ухудшаются.

При тепловой обработке основных сырьевых компонентов в автоклавах идет взаимодействие между гидрооксидом кальция, кремнеземом и водой, сопровождающееся образованием труднорастворимых продуктов реакции - гидросиликатов кальция:

а Са(ОН) 2 + Si0 2 + (n-а )Н 2 0 → a CaO . Si0 2 . n H20,

причем величина коэффициента а определяется соотношением концентраций СаО и Si0 2 в жидкой фазе.

Высокую реакционную способность при автоклавной обра­ботке имеют аморфные и стеклообразные сырьевые материалы. К ним относятся вулканические эффузивные горные породы, гранули­рованные шлаки, топливные золы и др.

Интенсификация твердения и улучшение основных свойств ав­токлавных материалов достигаются применением высокодисперсных сырьевых материалов. При изготовлении высокопрочных известково-песчаных изделий негашеную известь размалывают с песком до удельной поверхности 3000...5000 см 2 /г и используют как вяжущее.

По назначению изделия из силикатных материалов различают­ся на конструкционные и теплоизоляционные изделия, а по форме изго­товления - на штучные и крупноразмерные изделия.

По объему выпуска изделий из материалов автоклавного твер­дения ведущее место занимает силикатный кирпич, а за ним - стено­вые изделия из плотного и ячеистого бетонов.

Силикатный кирпич представляет собой искусственный безоб­жиговый стеновой строительный материал, изготовленный прессова­нием из смеси кварцевого песка (90...92 %) и гашеной извести (8... 10 %) с последующим твердением в автоклаве.

В составе сырьевой смеси для получения силикатного кирпича содержание извести колеблется от 7 до 10 % в пересчете на активную роль СаО. Для повышения прочности силикатного кирпича в качест­ва вяжущего компонента применяют тонкомолотые известково-кремнеземистые, известково-шлаковые и известково-зольные смеси.

При производстве силикатного кирпича наиболее желательны кваревые пески с зернами размером 0,2...2 мм, имеющие минималь­ное количество пустот. Содержание глинистых примесей допускается не более 10 %, так как при большем содержании глинистых увеличивается водопоглощение, снижается прочность и морозостойкость кирпича. Наличие органических примесей в сырьевой смеси для про­изводства кирпича снижает его прочность и может привести к обра­зованию трещин за счет выделения газов при автоклавном твердении.

Силикатный кирпич применяют наряду с керамическим кирпичом для кладки каменных и армировано-каменных наружных и внутренних конструкций в надземной части зданий с нормальным и влажным режимом эксплуатации. Вследствие более низкой стойкости к воде и к растворенным в ней веществам силикатный кирпич в отличие от керамического нельзя применять для кладки фундаментов и цоколей зданий ниже гидроизоляционного слоя. Не допускается использовать силикатный кирпич для стен зданий с мокрым режимом эксплуатации (бань, прачечных и др.) без специальных мер защиты стен от увлажнения. Не разрешается использовать для кладки печей, труб, т.к. он не выдерживает длительного воздействия высокой температуры.

Силикатным бетоном называют затвердевшую в автоклаве уплотненную смесь, состоящую из кварцевого песка (70…80%), молотого песка (8…15%) и молотой негашеной извести (6…10%). Для него характерна более низкая коррозионная стойкость арматуры, что обусловлено слабой щелочностью среды. Стойкость арматуры надежно обеспечивается при влажности воздуха 60%. Как и цементные, силикатные бетоны классифицируются в зависимости от плотности, особенностей структуры, максимальной крупности и вида заполнителей, а также области применения.

Силикатными материалами называются материалы из смесей или сплавов силикатов, полисиликатов и алюмосиликатов. Они представляют широко распространенную группу твердофазных материалов, то есть веществ, обладающих совокупностью свойств, которые определяют то или иное их практическое применение (И.В. Тананаев). Так как главным в этом определении материала является признак его применимости, то к группе силикатных материалов относят и некоторые бессиликатные системы, применяемые для тех же целей, что и собственно силикаты.

Силикаты – это соединения различных элементов с кремнеземом (оксидом кремния), в которых он играет роль кислоты. Структурным элементом силикатов является тетраэдрическая ортогруппа 4- с атомом кремния Si 4+ в центре и атомами кислорода O 2- в вершинах тетраэдра, с ребрами длиной 2.6·10 -10 м (0.26 нм). Тетраэдры в силикатах соединены через общие кислородные вершины в кремнекислородные комплексы различной сложности в виде замкнутых колец, цепочек, сеток и слоев. В алюмосиликатах, помимо силикатных тетраэдров, содержатся тетраэдры состава [ AlO 4 ] 5- с атомами алюминия Al 3+ , образующие с силикатными тетраэдрами алюминий-кремний-кислородные комплексы.

В состав сложных силикатов помимо иона Si 4+ входят: катионы: Na + , K + , Са 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , B 3+ , Cr 3+ , Fe 3+ , Al 3+ , Ti 4+ и анионы: О 2 2- , ОН - , F - , Cl - , SO 4 2- , а также вода. Последняя может находиться в составе силикатов в виде конституционной, входящей в кристаллическую решетку в форме ОН - , кристаллизационной Н 2 O и физической, абсорбированной силикатом.

Свойства силикатов зависят от их состава, строения кристаллической решетки, природы сил, действующих между ионами, и, в значительной степени определяются высоким значением энергии связи между атомами кремния и кислорода, которая составляет 450–490 кДж/моль. (Для связи С–О энергия составляет 314 кДж/моль). Большинство силикатов отличаются тугоплавкостью и огнеупорностью, температура плавления их колеблется от 770 до 2130 о С. Твердость силикатов лежит в пределах от 1 до 6-7 ед. по шкале Мооса.

Большинство силикатов малогигроскопичны и стойки к кислотам, что широко используется в различных областях техники и строительства.

Химический состав силикатов принято выражать в виде формул, составленных из символов элементов в порядке возрастания их валентности, или из формул их оксидов в том же порядке. Например, полевой шпат K 2 Al 2 Si 6 O 16 может быть представлен как КАlSi 3 О 8 или К 2 O·Аl 2 O 3 ·6SiО 2 .

Все силикаты подразделяются на природные (минералы) и синтетические (силикатные материалы). Силикаты – самые распространенные химические соединения в коре и мантии 3емли, составляя 82 % их массы, а также в лунных породах и метеоритах. Общее число природных известных силикатов превышает 1500. По происхождению они делятся на кристаллизационные (изверженные) породы и осадочные породы. Природные силикаты используются как сырье в различных областях народного хозяйства:

В технологических процессах, основанных на обжиге и плавке (глины, кварцит, полевой шпат и др.);

В процессах гидротермальной обработки (асбест, слюда и др.);

В строительстве;

В металлургических процессах.

Силикатные материалы насчитывают большое количество различных видов, представляют крупномасштабный продукт химического производства и используются во многих областях народного хозяйства. Сырьем для их производства служат природные минералы (кварцевый песок, глины, полевой шпат, известняк), промышленные продукты (карбонат натрия, бура, сульфат натрия, оксиды и соли различных металлов) и отходы (шлаки, шламы, зола).

На рис. 11.1 приведена классификация силикатов.

Рис. 11.1. Классификация силикатов

По масштабам производства силикатные материалы занимают одно из первых мест. В табл. 11.1. представлены данные о производстве важнейших видов силикатных материалов в Российской Федерации.

Таблица 11.1

Производство силикатных материалов в Российской Федерации

Силикатные материалы на основе строительной извести при нормальных условиях твердения имеют малую прочность. Поэтому, в целях повышения их прочности проводят обработку насыщенным водяным паром при 70…100°С при атмосферном давлении (пропаривание) или искусственную карбонизацию.

Состав статьи:

1. Силикатные материалы автоклавного твердения.

2. Силикатный кирпич.

3. Известково-зольный и известково-шлаковый кирпичи.

4. Силикатный бетон

5. Крупноразмерные изделия из силикатного бетона.

Показатели прочности и долговечности силикатных материалов приобретают максимальные значения в условиях гидротермальной обработки в автоклавах в среде насыщенного водяного пара. Гидротермальную обработку (запаривание) проводят под давлением насыщенного водяного пара: 0,8; 1,2 и 1,6 МПа, что соответствует температурам указанной среды 174,5; 190,7 и 203,3°С.

Автоклавные строительные материалы выпускают в виде кирпича, блоков и панелей для наружных и внутренних стен, панелей перекрытий, колонн, лестничных маршей и площадок, балок и других изделий. Их свойства близки к свойствам цементных бетонов, но они отличаются меньшим расходом вяжущих, широким использованием дешевых местных заполнителей и следовательно меньшей стоимостью.

Однако для их производства необходимы автоклавы.

♣ Силикатный кирпич

Крупноразмерные изделия из силикатного бетона

Силикатным бетоном называют затвердевшую в автоклаве уплотненную смесь, состоящую из кварцевого песка (70…80%),
молотого песка (8..15%) и молотой негашеной извести (6… 10%).Плотный силикатный бетон является разновидностью тяжелого бетона.
Силикатные бетоны, как и цементные, могут быть тяжелыми (заполнители плотные - песок и щебень или песчано-гравийная смесь),легкими (заполнители пористые - керамзит, вспученный перлит, аглопорит и др.) и ячеистыми (заполнителем служат пузырьки воздуха, равномерно распределенные в объеме изделия).

Вяжущим в силикатном бетоне является тонкомолотая известково-кремнеземистая смесь -известково-кремнеземистое вяжущее, способное при затворении водой в процессе тепловлажностной обработки в автоклаве образовывать высокопрочный искусственный камень. В качестве кремнеземистого компонента применяют молотый кварцевый песок, металлургические (главным образом доменные) шлаки, золы ТЭЦ. Кремнеземистый компонент (тонкомолотый песок) оказывает большое влияние на формирование свойств силикатных бетонов.

Так, с возрастанием дисперсности частиц молотого песка повышаются прочность, морозостойкость и другие свойства силикатных материалов.
С увеличением тонкости помола песка повышается относительное содержание СаО в смеси вяжущего до тех пор, пока содержание активной СаО обеспечивает возможность связывания ее во время автоклавной обработки имеющимся песком в низкоосновные гидросиликаты кальция.

По данным ВНИИСтрома, при удельной поверхности молотого песка 2000…2500 см²/г содержание извести в смеси (в пересчете на СаО) составляет
20…28% от массы известково-кремнеземистого вяжущего, а при удельной поверхности песка более 2500 см2/г оптимальное содержание СаО в смешанном вяжущем может быть повышено до 33%.

Автоклавная обработка - последняя и самая важная стадия производства силикатных изделий. В автоклаве происходят сложные процессы превращения исходной, уложенной и уплотненной силикатобетонной смеси в прочные изделия разной плотности,- формы и назначения. В настоящее время выпускаются автоклавы диаметром 2,6 и 3,6 м, длиной 20…30 и 40 м. Как изложено выше, автоклав представляет собой цилиндрический горизонтальный сварной сосуд (котел) с герметически закрывающимися с торцов сферическими крышками.

Котел имеет манометр, показывающий давление пара, и предохранительный клапан, автоматически открывающийся при повышении в котле давления выше предельного. В нижней части автоклава уложены рельсы, по которым передвигаются загружаемые в автоклав вагонетки с изделиями. Автоклавы оборудованы траверсными путями с передаточными тележками - электромостами для загрузки и выгрузки вагонеток и устройствами для автоматического контроля и управления режимом автоклавной обработки.

Для уменьшения теплопотерь в окружающее пространство поверхность автоклава и всех паропроводов покрывают слоем теплоизоляции. Применяют тупиковые или проходные автоклавы. Автоклавы оборудованы магистралями для выпуска насыщенного пара, перепуска отработавшего пара в другой автоклав, в атмосферу, утилизатор и для конденсатоотвода.

При эксплуатации автоклавов необходимо строго соблюдать «Правила устройства и безопасности эксплуатации сосудов, работающих под давлением».
После загрузки автоклава крышку закрывают и в него медленно и равномерно впускают насыщенный пар. Автоклавная обработка является наиболее эффективным средством ускорения твердения бетона. Высокие температуры при наличии в обрабатываемом бетоне воды в капельно-жидкомсостоянии создают благоприятные условия для химического взаимодействия между гидратом оксида кальция и кремнеземом с образованием основного цементирующего вещества - гидросиликатов кальция.

Весь цикл автоклавной обработки (по данным проф. П. И. Боженова) условно делится на пять этапов: 1 - от начала впуска пара до установления в автоклаве температуры 100 °С; 2 - повышение температуры среды и давления пара до назначенного минимума; 3 - изотермическая выдержка при максимальном давлении и температуре; 4 - снижение давления до атмосферного, температуры до 100 °С; 5 - период постепенного остывания изделий от 100 до 18…20 °С либо в автоклаве, либо после выгрузки их из автоклава.

Качество силикатных изделий автоклавного твердения зависит не только от состава и структуры новообразований, но и от правильного управления физическими явлениями, возникающими на различных этапах автоклавной обработки. При автоклавной обработке кроме физико-химических процессов, обеспечивающих синтез гидросиликатов кальция, имеют место физические процессы, связанные с температурными и влажностными градиентами, определяемые термодинамическими свойствами водяного пара и изменениями физических характеристик в сырьевой смеси, а затем и в образовавшемся искусственном силикатном камне.

В составе силикатного камня преобладают низкоосновные гидросиликаты кальция, имеющие тонкоигольчатое или чешуйчатое микрокристаллическое строение типа CSH(B), и тоберморит. Однако наряду с низкоосновными могут быть и более крупнокристаллические высокоосновные гидросиликаты кальция типа C2SH(A).