ИСКУССТВЕННЫЕ КАМЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

я

В дорожном хозяйстве применяются различные искусственные каменные строительные материалы, используемые для возведения зданий и сооружений промышленно-гражданского назначения.

Такие материалы можно разделить на три группы: необжиговые, обжиговые и изделия из силикатных расплавов.

Необжиговые строительные материалы и изделия

К необжиговым строительным материалам относятся:

• ? автоклавные силикатные материалы на основе извести;
• ? гипсовые и гипсобетонные изделия;
• ? асбестоцементные материалы и изделия;
• ? строительные растворы.

Автоклавные силикатные материалы на основе извести

Автоклавные силикатные материалы — искусственные каменные материалы на основе известково-кремнеземистого вяжущего, твердеющего при повышенном давлении и температуре.

Основным компонентом сырьевой смеси, из которой получают силикатные материалы, является известь (СаО), легко вступающая в реакцию с кремнеземом (Si0₂) при усиленной термовлажностной обработке. Для производства силикатных материалов рекомендуется применять быстрогасящуюся известь с суммарным содержанием активных оксидов кальция и магния (активностью) более 70 %, при этом содержание MgO не должно превышать 5 %.

Наряду с известью, в автоклавной технологии возможно применение портландцемента, цементов с добавкой молотого песка, малоактивных белитовых цементов, которые повышают морозостойкость силикатных изделий.

Вторым компонентом сырьевой смеси является кварцевый песок (иногда доменные шлаки, топливные золы, содержащие кремнезем). Кварцевый песок и другие кремнеземистые компоненты тонко измельчают (до удельной поверхности

1500...3000 см²/г).

Кроме известково-кремнеземистого вяжущего, в состав силикатных материалов могут быть введены заполнители в виде немолотого кварцевого песка, шлака, керамзита, вспученного перлита.

К автоклавным силикатным материалам относят:

• ? силикатные бетоны;
• ? силикатный кирпич;
• ? известково-шлаковый и известково-зольный кирпич;
• ? стеновые изделия из ячеистого и пеносиликатного бетонов.

Изделия из силикатных материалов приобретают требуемые свойства после автоклавной обработки: постепенного подъема давления пара и температуры в течение 1,5...2 ч, изотермической выдержки изделия в автоклаве при температуре 175...200 °С и давлении 0,8...1,6 МПа в течение 4...8 ч и снижении давления в течение 2...4 ч. Общая длительность обработки 8... 14 ч. В результате формируется новый известково-кремнеземистый цемент, состоящий из гидросиликатов кальция различного состава.

При автоклавной обработке происходит реакция между гидроксидом кальция и кремнеземистым компонентом:

В результате такой реакции синтезируется цементирующее вещество — гидросиликат кальция, связывающий зерна песка или другого заполнителя в прочный водостойкий каменный материал.

Автоклав для гидротермального синтеза представляет собой цилиндрический горизонтальный сварной сосуд, гер-

Рис. 6.1. Загрузка силикатного кирпича в автоклав

метически закрываемый сферическими крышками (диаметр

2...3,6 м, длина 19...30 м) (рис. 6.1).

Силикатные бетоны, (как и цементные) могут быть:

• ? тяжелыми (заполнитель — песок и щебень);
• ? легкими (заполнители пористые — керамзит, вспученный перлит, аглопорит);
• ? ячеистыми.

В силикатном бетоне используют известково-кремнеземистое вяжущее, состоящее из воздушной извести и тонкого измельченного кварцевого песка (золы, молотого доменного шлака и др.).

Прочность известково-кремнеземистого вяжущего зависит:

• ? от активности извести;
• ? соотношения CaO/Si0₂;
• ? тонкости измельчения песка;
• ? параметров автоклавной обработки.

Технология изготовления бетонных и железобетонных изделий включает:

• 1) приготовление известково-кремнеземистого вяжущего;
• 2) подготовку и перемешивание силикатобетонной смеси;
• 3) формование изделий;
• 4) автоклавную обработку.

Тяжелый силикатный бетон плотностью 1800...2500 км³ и прочностью 15... 18 МПа применяют для изготовления сборных бетонных и железобетонных конструкций, в том числе предварительно напряженных. Высокопрочные силикатные бетоны могут иметь прочность до 80 МПа. Морозостойкость силикатного бетона при вибрационном уплотнении достигает 200 циклов и более.

Наибольшее распространение получили следующие марки плотного силикатного бетона: М150; М200; М250; М300; М400 и М500.

Из плотных силикатных бетонов изготовляют крупные стеновые блоки внутренних несущих стен, панели перекрытий и несущих перегородок, плиты и другие детали для сборного, промышленного, гражданского и сельскохозяйственного строительства.

Ячеистые силикатные бетоны изготовляют путем введения в известково-кремнеземистое вяжущее газообразующей добавки (газобетон) или пены (пенобетон). В качестве газооб- разователя используют водную суспензию алюминиевой пудры, пенообразователя — клееканифольные, смолосапониновые и другие вещества.

Газобетонную смесь готовят в гидродинамическом или вибрационном смесителе, пенобетонную — в двухбарабанном смесителе. В одном барабане приготавливают пену, в другом — раствор из вяжущего и воды. После этого пена выгружается в барабан с раствором и перемешивается, затем силикатобетонная смесь выливается в раздаточный бункер, а затем — в формы изделия.

Отформованные изделия после выдержки в течение 6...8 ч направляют в автоклавы для твердения.

В зависимости от назначения ячеистые бетоны подразделяют:

• ? на конструкционные
• (р₀ = 900... 1200 кг/м³, #_сж = 7,5... 15 МПа);
• ? теплоизоляционно-конструкционные
• (р₀ = 500...900 кг/м³, Д_сж = 2,5...7,5 МПа);
• ? теплоизоляционные (р₀ < 500 кг/м³, R_C3K < 2,5 МПа).

Силикатный кирпич представляет собой искусственный

безобжиговый стеновой строительный материал, получаемый из жесткой увлажненной сырьевой смеси, состоящей из извести и кварцевого песка, путем ее прессования и твердения в автоклаве.

• 280
• 6. Искусственные каменные материалы

Рис. 6.2. Типовая схема производства силикатного кирпича:

• 1 — печь для обжига извести; 2 — дробилка; 3 — вертикальный ковшовый конвейер; 4 — ленточный конвейер; 5,12 — тарельчатые питатели (дозаторы); 6 — мельница для помола извести с песком; 7 — винтовой питатель; 8 — двухкамерный пневмонасос; 9 — смеситель; 10 — ленточный реверсивный конвейер; 11 — силосы (реакторы); 13 — стержневой смеситель; 14 — пресс; 15 — автомат-укладчик 16 — вагонетка; 17 — автоклав; 18 — электропередаточная тележка;
• 19 — установка по очистке платформы автоклавных вагонеток

В состав сырьевой смеси входят:

• ? известь (6...8 %, считая на активный СаО);
• ? кварцевый песок (92...94 %);
• ? вода (7...9 %).

Технологический процесс производства силикатного кирпича включает следующие операции (рис. 6.2):

• 1) добыча и подача песка;
• 2) дробление и помол негашеной извести;
• 3) смешивание песка с молотой известью;
• 4) гашение смеси извести с песком;
• 5) дополнительное перемешивание и увлажнение смеси (до 7...9 % воды);
• 6) прессование кирпича-сырца;
• 7) запаривание кирпича-сырца в автоклаве.

В зависимости от способа гашения извести в смеси с песком различают силосный и барабанный виды производства силикатного кирпича. При более распространенном силосном способе перемешанная увлажненная смесь извести и песка выдерживается 8...9 ч в бункерах-силосах. Гасить известь в смеси с песком можно также в гасильном барабане, который представляет собой металлический цилиндр, по концам имеющий форму усеченных конусов, вращающихся вокруг горизонтальной оси. Песок дозируют по объему, а известь — по весу. После загрузки барабан вращают, впуская пар, и гасят известь под давлением 0,3...0,5 МПа. Перед прессованием известково-песчаную смесь перемешивают в лопастной мешалке или на бегунах и дополнительно увлажняют (до 7 %).

Прессование кирпича производят на механических прессах под давлением 15... 20 МПа, после чего прочность кирпича-сырца должна быть не ниже 0,3 МПа.

Отформованный кирпич-сырец укладывают в вагонетки, которые подают в автоклав (см. рис. 6.1).

Выгруженный из автоклава кирпич выдерживают

10.. . 15 сут. на воздухе для карбонизации извести, не вступившей в химическое взаимодействие с кремнеземом, по следующей схеме:

Силикатный кирпич обычно светло-серый, но может быть любого цвета вследствие введения в состав смеси щелочестойких пигментов.

Выпускают кирпич двух видов: одинарный (250x120x65) мм и модульный (250 х 120 х 88 мм) с пустотами, благодаря которым масса одного кирпича не превышает 4,3 кг.

В зависимости от предела прочности на сжатие и изгиб силикатный кирпич имеет марки: 100, 125, 150, 200, 250.

Плотность силикатного кирпича (без пустот) около

1800.. . 1900 кг/м³, т.е. он тяжелее обыкновенного глиняного кирпича, теплопроводность 0,70...0,75 Вт/(м • °С), водопогло- щение лицевого кирпича не превышает 14 %, рядового — 16 %.

Марки по морозостойкости для лицевого кирпича: М_рз25, 35, 50; для рядового — М_рз15.

Силикатный кирпич, как и глиняный, применяют для возведения несущих стен зданий. Не рекомендуется его использовать для устройства цоколей из-за недостаточной водостойкости, а также для укладки труб и печей, так как при высокой температуре Са(ОН)₂ дегидратируется, СаС0₃ и гидросиликаты кальция разлагаются, а зерна кварцевого песка при 573 °С расширяются в результате полиморфного превращения кварца в другую разновидность, что вызывает растрескивание кирпича.

На производство силикатного кирпича расходуется меньше тепла, чем на производство глиняного, поскольку не требуются сушка и высокотемпературный обжиг, поэтому он дешевле на 30...40 %.

Известково-шлаковый кирпич изготовляют из смеси извести (3...12 % по объему) и гранулированного доменного шлака (88...97 %). При замене шлака золой получается известково- зольный кирпич. Состав смеси: 20...25 % извести и 75...80 % золы.

Так же как и шлак, зола является дешевым сырьем, образующимся в больших количествах после сжигания топлива (каменного или бурого угля и др.) в котельных ТЭЦ, ГРЭС И др.

При сгорании пылевидного топлива часть очаговых остатков оседает в топке (зола-шлак), а самые мелкие частицы золы уносятся в дымоходы, где задерживаются золоуловителями, а затем их транспортируют в золоотвалы. Наиболее тонкодисперсные золы называют зола-унос. При смешивании с водой золы не твердеют, однако при добавках извести или портландцемента они активизируются, а запаривание смеси в автоклавах дает возможность получать изделия достаточной прочности.

Известково-шлаковый и известково-зольный кирпичи формуют на тех же прессах, что и при производстве силикатного кирпича, и запаривают в автоклавах.

Плотность шлакового и зольного кирпичей 1400... 1600 кг/м³, коэффициент теплопроводности 0,5...0,6 Вт/(м • К). По пределу прочности на сжатие шлаковый и зольный кирпичи разделяют на три марки: 75, 50 и 25. Морозостойкость известково-шлакового кирпича такая же, как и силикатного, а известково-зольного — ниже.

Известково-шлаковый и известково-зольный кирпичи применяют для возведения стен зданий высотой не более трех этажей и для кладки верхних этажей многоэтажных зданий.

Изделия из пеносиликата и силикатных ячеистых бетонов. Пеносиликат — искусственный каменный материал ячеистой структуры. Он получается в результате затвердевания пластичной известково-песчаной смеси, смешанной с технической пеной. Если такая смесь смешивается с газообра- зователем (алюминиевой пудрой, пергидролем и др.), то образуемый каменный материал ячеистой структуры называют газосиликатом.

Для производства пеносиликата применяют молотую из- весть-кипелку (активный СаО не менее 70 %) в количестве

15...20 % от веса сухой смеси. Кроме кварцевого песка, в качестве заполнителей можно использовать доменный гранулированный шлак, золу-унос и другие заполнители, содержащие большое количество Si0₂.

Тонкость помола известково-песчаной смеси находится в пределах 2900...3200 см²/г.

Технологический процесс производства ячеистых силикатных изделий состоит из следующих операций (рис. 6.3):

• 1) приготовление известково-песчаного вяжущего (количество песка 20...50 % от веса извести);
• 2) измельчение песка;
• 3) приготовление пено- или газобетонной массы;
• 4) формование изделия в металлических формах;
• 5) обработка изделий в автоклаве.

Ячеистые силикатные изделия изготовляют как армированными, так и неармированными. В армированных силикатных бетонах стальная арматура и закладные детали больше подвержены коррозии, чем в цементных бетонах, поэтому их покрывают защитными составами (цементно-казеиновыми, полимерцементными).

Рис. 6.3. Технологическая схема производства пеноблоков на смешанном вяжущем:

I — склад песка; 2 — сушильный барабан; 3 — бункер для сухого песка; 4 — бункер для извести; 5 — шаровая мельница для помола песка;

• 6 — шаровая мельница для совместного помола извести и песка;
• 7 — система шнеков; 8 — бункер для известково-песчаной смеси; 9 — бункер для молотого песка; 10 — элеватор подачи цемента;

II — элеватор подачи молотой извести; 12 — бункер для цемента; 13 — бункер для молотой извести; 14 — весовые дозаторы; 15 — дозатор воды; 16 — дозатор пенообразователя; 17 — пенобетономешал- ка; 18 — подъемник для разлива массы в формы; 19 — вагонетки

с формами; 20 — автоклав

Силикатные изделия из ячеистого бетона подразделяются:

• ? на теплоизоляционные — средней плотностью до 500 кг/м³ и прочностью на сжатие до 2,5 МПа;
• ? конструктивно-теплоизоляционные — средней плотностью 500...800 кг/м³ и прочностью на сжатие 2,5...7,5 МПа;
• ? конструктивные — средней плотностью 850 кг/м³ и прочностью на сжатие 7,5... 15,0 МПа.
• 6.1.2. Гипсовые и гипсобетонные изделия

К таким изделиям относят изделия, изготовленные на основе гипсовых и гипсоцементных вяжущих.

Быстрое твердение гипса и его хорошие формовочные свойства позволяют изготавливать сборные крупноразмерные элементы различного назначения: плиты и панели стен для устройства внутренних перегородок зданий, основания под полы и др. Поскольку плиты и панели на основе гипсовых вяжущих достаточно огнестойки, их часто применяют для огнезащитной облицовки металлических и деревянных конструкций.

Для производства гипсовых и гипсобетонных изделий используют строительный и высокопрочный гипсы, а также гипсошлаковый цемент, который не вызывает коррозии стальной арматуры.

Изделия из гипса подразделяют на гипсовые и гипсобетонные.

Гипсовые изделия изготавливают из гипсового теста, иногда с добавкой молотых органических или минеральных заполнителей.

Гипсобетонные изделия получают из гипсового раствора с легкими и пористыми заполнителями. В качестве органических заполнителей используют молотую бумажную макулатуру, древесные опилки и др., в качестве минеральных — топливные и доменные шлаки, ракушечник, пемзовый и туфовый щебень и др.

Заполнители снижают прочность гипсовых изделий. Поэтому для повышения их прочности уменьшают расход воды, однако при этом требуется применять вибропрессование или трамбование.

Изделия на основе гипса имеют небольшую плотность: гипсовые — 800... 1100 кг/м³, гипсобетонные — 1200... 1500 кг/м³. Прочность изделий — 2,5... 10 МПа. Эти материалы обладают хорошими звуко- и теплоизоляционными свойствами, хорошо обрабатываются и легко окрашиваются.