ТЕХНОЛОГИЯ  СИЛИКАТНЫХ АВТОКЛАВНЫХ  МАТЕРИАЛОВ

    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, водо- и морозостойкость. По структуре силикатные автоклавные материалы подразделяются на две классификационные группы: изделия плотной структуры – к ним относятся силикатный кирпич и силикатный бетон и поризованной – 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). До 1992 г. СССР занимал по выпуску силикатного кирпича первое место в мире.

Технологические принципы получения  силикатного кирпича

    Материалами для производства силикатного кирпича  являются воздушная известь и  кварцевый песок. Известь применяется  в виде молотой негашеной, частично загашенной или гашеной гидратной. Она должна быстро гаситься и содержать не более 5 % MgO. Заполнителем служат мелкие и средние кварцевые пески. К пескам для производства силикатного кирпича предъявляются высокие требования по содержанию глинистых и илистых примесей, а также слюды. Эти примеси снижают качество изделия. Могут также в качестве заполнителей использоваться доменные шлаки и золы.

    Сырьевая  шихта для производства силикатного  кирпича представляет собой жесткую смесь, содержащую 92…94 % кварцевого песка и 6…8 % извести (в пересчете на активную СаО) и 9…11 % воды. Существуют две технологии производства силикатного кирпича – барабанная (гашение смеси осуществляется в гасильных барабанах) и силосная (гашение – в силосе). Наиболее распространена силосная технология.

    Вначале производят добычу песка и известняка (мела). Добытый известняк (мел) обжигают до получения извести, которую затем  размалывают в шаровой мельнице совместно с добавкой песка. Выходящее из мельницы известково-песчаное вяжущее, после определения его тонкости помола и активности по суммарному содержанию оксидов кальция и магния, смешивается в определенной пропорции с песком-заполнителем. Полученная в результате известково-песчаная смесь увлажняется и направляется в силос (барабан) на гашение. Увлажненная сырьевая смесь после вылеживания до полного гашения выходит из силоса и направляется в бункер гидравлического пресса. Прессуют кирпич  под  давлением  15…20 МПа на револьверных прессах с вращающимся столом и устроенными в нем формами. Спрессованный кирпич-сырец имеет высокую плотность, что способствует более полному прохождению реакции между известью и кварцевым песком.

    Отформованные кирпичи-сырец снимает со стола  автомат-укладчик, перенося его на вагонетки, на которых по специальным рельсовым путям они направляются в автоклав для твердения. В автоклаве осуществляется гидротермальный синтез гидросиликатов кальция за счет взаимодействия между известью и кварцевым песком в среде насыщенного водяного пара под давлением 0,8…1,2 МПа и температурой 175…203⁰С.

    Примерный химизм взаимодействия:

Ca(OH)₂ + SiO₂ + nH₂O ® CaO×SiO₂×(n+1)H₂O.

    Общая продолжительность гидротермальной  обработки материала – 10…12 ч. После  автоклавирования силикатный кирпич, обретя повышенные значения плотности, прочности и других показателей, отправляется на склад готовой продукции. Технологическая схема выглядит следующим образом:

    Известь ® мельница ® смеситель ® силос ® гидравлический                                   ­   Вода ®­

    Песок  ®   сито «бурат» ®­

пресс ® автомат-укладчик ® вагонетка ® автоклав ® склад 

    Выпускают силикатный кирпич двух видов (мм): одинарный  – 250х120х65 и модульный – 250х120х88. Масса  кирпича – 4,0…4,3 кг. Кирпич производят как полнотелым, так и пустотелым. Как правило, пустотелым выпускают модульный кирпич и силикатные камни (250х120х138 мм). Плотность силикатного кирпича без пустот – 1800…1900 кг/м³, что немного выше, чем у керамического, но значение их теплопроводности практически одинаково (0,7…0,8 Вт/(м×К).

    В зависимости от величины прочности при сжатии и изгибе силикатный кирпич имеет марки: М75; М100; М125; М150; М175; М175; М200; М250; М300. По морозостойкости: F15; F25; F35 и F50. Применяют силикатный кирпич там же, где и керамический, но с некоторыми ограничениями: нельзя его использовать для кладки фундаментов и цоколей зданий из-за низкой водо- и солестойкости. Нельзя его также использовать для кладки труб и печей, т.к. при высокой температуре (более 600⁰С) дегидратируется Са(ОН)₂, разлагаются гидросиликаты и карбонаты, зерна кварцевого песка, расширяясь, вызывают растрескивание кирпича.

    Однако  технико-экономические показатели производства силикатного кирпича превосходят производственные показатели керамического. На производство первого тратится в 2 раза меньше топлива, в 3 раза – электроэнергии, т.к. не требуется операций сушки и обжига, в 2,5 раза меньше трудоемкость производства, значительно меньше и продолжительность производственного цикла. В конечном итоге себестоимость силикатного кирпича оказывается на 30…40 % меньше керамического.

Технология  ячеистого бетона

    Ячеистые  бетоны – искусственные каменные материалы с равномерно распределенными порами в виде сферических ячеек диаметром 1…3 мм. Общая  пористость  ячеистобетонных  изделий  достигает  80…85 % по объему. Ячеистая (поризованная) структура достигается введением в смесь газообразующей добавки или технической пены. В первом случае материал называется газобетоном, во втором – пенобетоном. Ячеистобетонные изделия различают также по способу обработки – автоклавного и безавтоклавного твердения. В качестве вяжущего для автоклавного ячеистого бетона используется известково-песчаное или известково-цементно-песчаное вяжущее, для безавтоклавного – цемент. В качестве кремнеземистого компонента в обоих случаях применяются кварцевые пески, в качестве газообразователя – алюминиевая пудра, в качестве пенообразователя – клееканифольные, смолосапониновые и другие вещества. Для регулирования процесса структурообразования, нарастания пластической прочности и ускоренного твердения применяются специальные химические добавки: гипс, сода, сульфанол и др.

    Технология  производства ячеистого бетона сводится к следующему: кварцевый песок размалывают мокрым способом и применяют в качестве песчаного шлама. Измельчение увеличивает удельную поверхность кремнеземистого компонента до 250 м²/кг и повышает его химическую активность. Затем в полученный песчаный шлам добавляют вяжущее, полученное в свою очередь совместным помолом исходных компонентов (извести, цемента, песка). Соотношение между кремнеземистым компонентом и вяжущим устанавливают опытным путем. При перемешивании материалов в смесителе получается исходная смесь – тесто, состоящее из вяжущего, кремнеземистого компонента и воды. Вспучивание теста может осуществляться двумя способами:

    1-м  – химическим – в этом случае в тесто вводят газообразующую добавку – алюминиевую пудру, и в смеси происходит химическая реакция, сопровождающиеся выделением газа:

3Ca(OH)₂ + 2Al + 6 H₂O ® 3H₂­ + 3CaO×Al₂O₃×6H₂O;

    2-м  – механическим, заключающимся в  том, что тесто смешивают с отдельно приготовленной устойчивой пеной.

    Существует  два способа производства ячеистых бетонов: литьевой и вибрационный. Наиболее распространена в нашей стране литьевая технология. Она предусматривает отливку изделий в отдельных формах из текучих смесей, содержащих 50…60 % воды (В/Т = 0,4…0,6). Применяемые материалы – вяжущее (состав которого указан выше), песчаный шлам и добавки дозируют и подают в самоходный газобетоносмеситель, где смесь перемешивается в течение 4…6 минут, затем туда вливают заранее подготовленную водную суспензию алюминиевой пудры и по окончании последующего перемешивания полученную газобетонную смесь заливают в металлические формы на определенную высоту с таким расчетом, чтобы после вспучивания формы были заполнены доверху. В форме смесь выдерживается до полного созревания (окончания реакции газовыделения). В процессе созревания смесь вспучивается, увеличивается в объеме, при этом наблюдается образование «горбушки».

    «Горбушку»  после схватывания смеси срезают  проволочными струнами резательной  машины. Для ускорения газообразования, а также процессов схватывания  и твердения применяют «горячие»  смеси на подогретой воде в момент заливки в формы около 40…50⁰С. На той же резательной машине производят разрезку массива (после снятия бортоснастки) на блоки определенных размеров. Далее изделия направляются в автоклав, где подвергаются гидротермальной обработке при тех же параметрах, что и при обработке силикатного кирпича.

    На  газообразующую способность смеси  влияет ряд факторов. Основной из них – начальная вязкость, текучесть смеси, ее температура, скорость образования структуры, активность алюминиевой пудры и ее количество, химический состав среды.

    Достоинства литьевого способа: простота и удобство, минимум энергозатрат. Недостатки: жидкотекучие смеси, формуемые по литьевой технологии, обладают недостаточной газоудерживающей способностью, что вызывает неравномерность образования пор по сечению массива и как следствие – ухудшение структуры ячеистого бетона. При использовании этой технологии изделия твердеют медленно и после автоклавной обработки имеют повышенную влажность и пониженную трещиностойкость.

Технологическая схема производства ячеистого 
бетона литьевым способом

    Известь ® приемный бункер ® мельница ® бункер вяжущего

    Цемент ® с разделительными ® сухого                           ¯

     Песок   ® ячейками                  ® помола                   дозатор   

        ¯                        ¯

    мельница  мокрого помола ® насос ® дозатор ® газобетоносмеситель          ­

     Вода            Вода сульфанол  

           ¯ ¯       

    Алюминиевая пудра ® дозатор ® смеситель   ®  дозатор ®

    газобетоносмеситель ® форма ® пост вызревания ® резательная машина ® автоклав ® склад.