Силикатные изделия

Силикатные изделия - это искусственные камни, образованные в результате схватывания и твердения однородных смесей, в составе которых присутствуют кварцевый песок, известь и вода, взятые в строго определенных пропорциях. К ним причисляют: силикатный кирпич, силикальцитные изделия, силикатные блоки, фасадные плиты, известково-песчаные карбонизированные плиты и другие изделия строительного назначения, используемые в основном для  наземного строительства.

Величина предела прочности при сжатии известково-песчаных карбонизированных плит варьируется от 20 до 40 кГ/см2, фасадных плит - 150-300 кГ/см2, ячеистых теплоизоляционных изделий - 7-75 кГ/см2, силикатных блоков- 100-150 кГ/см2, силикатного кирпича - 60-150 кГ/см2 и силикальцитных изделий до 1200 кГ/см2 (10-1 МПа).

Водопоглощение этих камней, касающееся массы сухого изделия, колеблется в пределах от 8 до 16%, морозостойкость определяется 15-кратным попеременным замораживанием при  температуре -15º С и оттаиванием при температуре +15º С.

Основная масса силикатных смесей - это кварцевые пески. Они должны быть средней и мелкой зернистости, правильного гранулометрического состава для обеспечения максимальной плотности смеси; форма зерен должна быть остроганной и угловатой с широкоразвитой шероховатой поверхностью. Обогащение песка от вредных примесей осуществляется преимущественно посредством его просеивания  на барабанных или качающихся ситах. В очень редких случаях песок промывают.

В качестве вяжущего вещества применяется комовая известь. Подготовка комовой извести включает в себя процесс сортировки, дробления и помола. Тонкость помола, определяется остатком на сите № 02, который должен быть не более 1-2%, а на сите № 008 - не более 15- 20%, Тонкий помол извести позволяет ускорить гашение, а также обеспечивает равномерное распределение песка в массе и увеличение прочности изделий.

Смеси изготавливают барабанным, силосным и дезинтеграторным способами. Дозировка сырьевых материалов осуществляется  на автоматических весах.

Барабанный способ. Этот способ подразумевает следующие процессы: отдозированные материалы загружаются в гасильный барабан, который вращается со скоростью 3 об/мин;  на протяжении 3-5 мин известь смешивается с песком в сухом состоянии, после чего  в барабан поступает пар под давлением 1,5-4 ат. При этом происходит гашение извести  при температуре 127- 151º С. Выгруженная из барабана известково-песчаная смесь перемешивается в смесительных бегунах, где непогасившиеся зерна догашиваются, а смесь приобретает однородность и может применяться  для производства изделий.

Силосный способ. Заранее подготовленный песок и тонкомолотую негашеную известь после необходимой весовой дозировки отправляют в смеситель, куда подается вода. Увлажненную известково-песчаную массу загружают в силосные башни - вертикально зафиксированные металлические или железобетонные цилиндры высотой 8-10 м и диаметром 3,5- 4 м. В силосах смесь содержится примерно  6-9 ч. На протяжении этого периода времени известь гасится. После известково-песчаная масса подвергается перемешиванию  и догашивается в смесительных бегунах. Далее ее отправляют  на формование изделий.

Дезинтеграторный способ. Дезинтеграторный способ заключается в том, что известково-песчаную смесь изготавливают на гидратной извести (пушонке). Ее смешивают в дезинтеграторах при малых (500-600 об/мин) оборотах корзин. При этом дезинтегратор выступает в качестве смесительного аппарата, невзирая на то, что часть песка измельчают и активизируют. Оптимальная влажность смеси должна быть не более 8%.

Чтобы получить высокопрочные известково-песчаные силикальцитные изделия,  количество извести в смеси увеличивают до 25- 30%. В то же время можно применять  гашеную и негашеную известь. Известь и необходимое для нее количество песка размалывают в тех же дезинтеграторах при повышенном числе оборотов корзин (до 1450 об/мин), что приводит к измельчению песка до размеров удельной поверхности, достигающих  3000 см2/г.

Молотый песок в смеси с известью формирует известково-кремнеземистое вяжущее вещество, в составе которого присутствует некоторое количество силикатов кальция, полученных в твердом виде на поверхности зерен молотого песка. Последующее смешивание известково-кремнеземистого вяжущего с песком позволяет получить силикальцитные смеси, которые после автоклавной обработки превращаются в камень повышенной прочности, равной до 1000-1200 кГ/см2, а в некоторых случаях и до 1600 кГ/см2 (10-1 МПа).

По характеру влажности разделяют жесткие, подвижные и льющиеся силикатные смеси. Последние применяют в производстве пено- и газосиликатных теплоизоляционных изделий.

Изделия подвергают формовке при помощи  прессования, вибропрессования, вибрирования, трамбования и литья. Из смесей, влажность которых достигает  8%, чаще всего  прессуют под давлением 150-200 кГ/см2 полнотелый силикатный кирпич (250X120X65 мм), пустотелый полуторный кирпич (250X120X113 мм) и фасадные плиты  (от 296X296X35 до 446X796X35 мм).

Формовка стеновых блоков различного размера пропариваемых и естественного твердения осуществляется на вибропрессовальных установках.

Стеновые крупноразмерные блоки и панели, плиты междуэтажных и чердачных перекрытий, оконные и дверные перемычки, подоконные плиты, ступени и другие строительные детали подвергают формовке  из жестких известково-песчаных смесей, уплотняемых на виброплощадках при частоте около 3000 кол./мин и амплитуде колебания от 0,6 до 0,8 мм в металлических формах. Длительность вибрации составляет около 5 мин. Ячеистые известково-песчаные изделия из пеносиликатных и газосиликатных масс формуют литьем.

Схватывание, твердение и наращивание прочности силикатных изделий чаще всего осуществляется  в процессе автоклавной обработки при температуре 180-190º С под давлением от 8 до 13 ат. Отформованные изделия располагают на автоклавных вагонетках, подвергают выдержке  на воздухе,  а затем направляют  в автоклавы. Автоклавы  - это горизонтальные металлические цилиндры диаметром 2,6-3,6 м, длиной от 20 до 30 м, рассчитанные на внутреннее давление 11 -13 ат. Схватывание, твердение и наращивание прочности известково-песчаных изделий при автоклавной обработке происходит в три последовательных друг за другом стадии.

Первая стадия заключается в том, что пар, поступающий в автоклав, омывает холодные изделия, проникает в поры и конденсируется внутри и снаружи, увеличивая таким образом влажность отформованной известково-песчаной массы. Влага растворяет в себе гидрат окиси кальция и активный кремнезем песка, растворимость которых с увеличением температуры воды до 185-190ºС существенно повышается.

Вторая стадия заключается в установке автоклавы  и поддержании на протяжении всего изотермического процесса постоянной температуры. Растворимость гидрата окиси кальция и кремнезема при этом достигает своего предела; водный раствор этих соединений становится насыщенным, в нем формируются в растворенном виде двухкальциевый силикат, который по мере насыщения раствора кремнеземом превращается в однокальциевый силикат. Силикаты кальция в соединении с водой дают гидросиликаты кальция. Последние в коллоидном состоянии выделяются на поверхности зерен песка, склеивая их между собой.

Третья стадия, которая начинается с прекращения впуска пара, характеризуется падением температуры в автоклаве, а также испарением влаги из изделий, температура которых выше температуры окружающей среды. В результате этого концентрация гидросиликатов кальция и гидрата окиси кальция в оставшейся влаге растет, раствор перенасыщается, и данные соединения выпадают из него в мелкокристаллическом виде, повышая прочность изделий.

Длительность автоклавной обработки известково-песчаных изделий под давлением 9-13 ат составляет для плотных смесей 10-15 ч и для ячеистых бетонов 15-20 ч. После снятия давления для остывания до 40-50º С изделия остаются некоторое время в автоклавах при открытых крышках, а после их выгружают.