Силикатный бетон: общая характеристика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Силикатный бетон: общая характеристика

Введение

Силикатный бетон представляет собой бесцементный бетон автоклавного твердения. Вяжущим в нем является смесь извести с тонкомолотым кремнеземистым материалом. В процессе автоклавной обработки известь вступает с кремнеземистым компонентом в химическую реакцию, в результате которой образуются гидросиликаты кальция, скрепляющие зерна заполнителя в прочный монолит. В зависимости от вида кремнеземистого компонента н различают следующие виды вяжущего вещества- известково- м кремнеземистые, состоящие из тонкомолотых извести и песка; и известково-шлаковые, получаемые совместным помолом металлургического или топливного шлака и извести; известково-зольные, и состоящие из тонкомолотой извести и топливных зол; известково-аглопоритовые, получаемые из извести и отходов производства искусственных пористых заполнителей, и известково-белитовые, состоящие из тонкомолотых продуктов низкотемпературного обжига и нзвестково кремнеземистом шихты и песка или белитового (нефелитового) штама и песка Соотношение извести и кремнеземисто- к го компонента составляет от 30:70 до 50:50%.

В качестве мелкого заполнителя применяют природные и дробленые пески, удовлетворяющее стандартным требованиям. В крупнозернистых бетонах используют щебень из плотных горных пород, щебень из гравия или доменного шлака размером не более 20 мм, а также различные пористые заполнители.

Для регулирования свойств вяжущего, бетонной смеси и бетона применяют специальные добавки: гипсовый камень для замедления гидратации извести; триэтаноламин для повышения по молосгюсобности компонентов вяжущего и пластификации бетон- нон смеси; кремнийорганические жидкости ГКЖ-Ю и ГКЖ-И для гидрофобизации и повышения долговечности бетона, супер- с пластификаторы и др.

Технология изготовления силикатобетонных изделий (рис. 8 8) состоит из следующих основных операций: добычи песка и отде. ления крупных фракций; добычи и обжига известняка (если известь производят на силикатном заводе), дробления извести- приготовления известково-песчаного вяжущего путем дозирования извести, песка и гипса и помола их в шаровых мельницах - приготовления силикатобетонной смеси путем смешения немолотого.

Рис. Технологическая схема производства изделий из силикатного бетона: /-- крытый склад извести; 2--питатель; 3-- ленточный конвейер; 4 -- щековая дробилка; 5 -- элеваторы; 6 -- склад песка; 7 -- расходный бункер песка; 8 -- виброгрохот; 9-- склад гипса; 10 -- расходный бункер извести; 11 -- расходный бункер песка; 12 -- расходный бункер гипса; 13 -- бетоносмесительC-37I; 14 -- бункер смеси; 15 -- шаровая мельница СМ-14; 16 -- шнековый питатель; 17--буикер вяжущего; 18 -- склад песка; 19-- расходный бункер песка; 20 -- мерник воды; 21 -- бетоносмеситель С-355; 22 -- расходный буикер силикатобетонной смеси; 23 -- бетоноукладчик; 24 -- пост формовки; 25 -- пост выдержки; 26 -- автоклав

1.Плотные силикатные бетоны и силикальцит

Силикатный бетон (силикат) является правильно подобранной и уплотненной смесью извести или другого бесцементного вяжущего, воды, тонкодисперсного кремнеземистого компонента и песка (или других заполнителей) после ее формования и автоклавной обработки.

Наиболее распространенными материалами для изготовления силикатного бетона являются кальциевая известь со скоростью гашения 10--15 мин, удовлетворяющая требованиям главы, молотый кварцевый песок (добавка к вяжущему) и немолотый песок (заполнитель). В качестве добавок, замедляющих процесс гашения извести, применяются двуводный гипс и сульфитно-спиртовая барда, отвечающие ГОСТ.

Применяемый в качестве кремнеземистого компонента при изготовлении плотных силикатных бетонов чистый кварцевый песок должен содержать (в процентах по весу): кремнезема-- не менее 70, слюды -- не более 0,5, глины и ила -- не более 10. По остальным показателям песок должен удовлетворять требованиям ГОСТ 8736-67.

Смеси силикатного бетона могут приготовляться по двум технологическим схемам: «кипелочной» -- при которой полностью или частично отсутствует предварительное (до формования изделий) гашение извести, или «гидратной» -- с законченным процессом гашения. Изготовление изделий из силикатного бетона по кипелочной схеме состоит из следующих основных операций: дозирования и измельчения в шаровых мельницах известково-песчаного вяжущего '(песок и известь в соотношении 1:1); дозирования и приготовления силикатно-бетонной смеси; формования изделий и запаривания их в автоклавах.

При формовании изделий процесс гашения извести происходит в уплотненном материале в металлических формах; повышение температуры смеси вызывает дополнительное уплотнение бетона в изделиях. По такой схеме работает, например, Калининский завод железобетонных изделий.

По технологической схеме с законченным процессом гидратации извести дробленая известь смешивается в определенных соотношениях с песком естественной влажности.

В процессе смешивания происходит подсушка песка за счет гашения 20--25% -ной окиси кальция. Полученное вяжущее смешивают в заданной пропорции с песком-заполнителем и водой. Далее смесь подвергают силосованию до полной гидратации извести и затем увлажняют, формуют и подвергают автоклавной обработке. По такой схеме работает, например, Московский Краснопресненский комбинат стройматериалов.

Следует иметь в виду, что силикатные изделия, изготовленные на молотой извести-кипелке, имеют заметно лучшие показатели по прочности и морозостойкости, чем изготовленные на извести-пушонке. Однако молотая известь-кипелка обладает некоторыми свойствами, затрудняющими производство силикатных изделий, а именно быстрое схватывание-смесей (примерно 5 мин) и интенсивная гидратация извести влагой воздуха, в результате чего имеет место быстрая потеря ее активности в период складирования и транспортировки, а также замедленное гашение пережженных частиц, которые могут вызвать, местные внутренние напряжения в уже затвердевшем материале.

Учитывая эти технологические особенности, -которыми не обладают известковое тесто и< смеси из него, а также то, что процесс гидратации в смесях с погасившейся известью происходит без резких изотермических реакций, ряд исследователей рекомендуют применять для изготовления силикатных бетонов смесь молотой негашеной извести с известковым тестом, которое, кроме того, стоит дешевле-молотой негашеной извести.

Указаниями (Л. 16] установлено, что кипелочная схема производства силикатных изделий обязательно должна применяться для следующих стеновых элементов и условий их работы:

элементов стен помещений, в которых воздух имеет влажность выше нормальной;

панелей и блоков наружных стен подвалов,, цоколей, а также для карнизных и других специальных блоков. При этом объемный вес силиката должен быть не менее 1800 кг/м3,. а марка -- не ниже 250;

панелей и блоков, находящихся под усиленным атмосферным воздействием. При этом объемный вес силиката должен быть не менее 1 900 кг/м3, а марка не ниже 300.

Силикатный бетон может изготовляться тех же марок, что и бетон на портландцементе. Нормативное сопротивление растяжению силикатного бетона марок 200--400 составляет 16--25 кГ/'см2; модуль упругости силикатных бетонов ниже, чем бетонов на портландцементе; морозостойкость -- до 50 циклов.

Плотные силикатные бетоны с меньшей прочностью обладают и меньшей морозостойкостью. Для повышения морозостойкости и долговечности силикатного бетона практикуется введение в его состав портландцемента в количестве до 100 кг/м3.

При изготовлении изделий из плотного силикатного бетона установлено, что высокоактивная известь, содержащая 80--90% окиси кальция, быстро гасится, что приводит к схватыванию смеси при транспортировке ее в формы и возникновению усадочных трещин в изделиях. При применении менее активной извести, содержащей 60--70% окиси кальция, и при соотношении извести и песка 1 : 1 качество изделий улучшается; однако и при активности известково-песчаной смеси ~30% смесь получается чрезмерно жесткой. Практика показала, что при активности извести в 40--50% (частично загашенной во время транспортировки) также возможно получать изделия вполне удовлетворительного качества. Оптимальная активность известково-песчаной смеси находится в пределах 18--22%.

Оптимальное влагосодержание силикатной смеси составляет 10--.12%. Важно, чтобы температура воды для затворения силиката не превышала 20--25° С (особенно при быстро-гасящейся извести). При более высокой температуре (например, 40--50° С) наблюдались случаи гидратации и схватывания смеси до укладки ее в формы

Весовой состав смеси для силикатного бетона одного объемного веса колеблется в значительных пределах в зависимости от активности извести, крупности песка.

Отсутствие в смеси плотного силикатного бетона крупного заполнителя и высокая жесткость смесей вызывают необходимость интенсивного вибрирования отформованного изделия на вибростоле с вибропригрузом и вибро-вкладышами. Такое интенсивное уплотнение позволяет обеспечивать высокую прочность и хорошие поверхности изделий. Применявшееся некоторое время вибротрамбование силикатных изделий оказалось малоэффективным на практике.

Тепловлажностная обработка изделий из плотных силикатных бетонов производится в автоклавах при давлении 8--12 ат.

Весь цикл обработки делится на три периода: подъем температуры и давления, выдерживание при наибольшем давлении и спуск давления. Вследствие того что в автоклавах применяются значительные давления, вызывающие изменение состояния воды в изделиях, необходимо устанавливать такие режимы, при которых эти изменения происходят плавно, без нарушения структуры изделий как при повышении, так и при снижении давления. Режим тепловой обработки обычно обозначается тремя слагаемыми: 4 + 8 + 6, обозначающими последовательно число часов подъема, выдержки и спуска давления.

Исследованиями установлено, что давление 8 аг в автоклаве не обеспечивает полного использования потенциальных возможностей силикатных вяжущих -- часть извести не связывается с кремнеземом. При более высоких давлениях в автоклавах прочность силикатного бетона увеличивается. Для каждого вяжущего имеется свое оптимальное давление, при котором сокращается время автоклавной обработки при высокой прочности изделий. Исследования, проведенные в ЛИСИ '[Л. 2], показали, что при одинаковом содержании извести (8%.) в смесях силикатных бетонов, но при различной тонкости измельчения песка максимальная прочность получалась при давлении 15--25 ат.

Перед запариванием в автоклавах свеже-отформованный силикатный бетон выдерживается при температуре ~ 15° С. Время выдерживания определяется для каждых материала и условий производства.

Известны примеры изготовления бесцементных стеновых блоков на известково-песчаном или известково-шлаковом и известково-зольном тонкоизмельченном вяжущем при естественном твердении и тепловлажностной обработке в пропарочных камерах. По данным ВНИИНСМ, стеновые блоки после твердения в естественных условиях при температуре 10-- 20° С в течение 4--5 суток или после про- парки при температуре выше 80° С в течение 16--24 ч имели пределы прочности при сжатии: в блоках на известково-песчаном вяжущем с расходом его 250--350 кг/ж3-- 15-- 25 кГ/см2 (после естественного твердения) и 25--30 КГ/CAI2 (пропаренных); в блоках на :известково-шлаковых или известково-зольных цементах с расходом 250--350 кг/м3 -- 25-- '35 кГ/см2 (после естественного твердения) и 35--50„кГ/см2 (пропаренных).

Дезинтеграторы -- аппараты, состоящие из -двух вращающихся в закрытом коробе в противоположных направлениях дисков,., на которых закреплены концентрично в 2---3 ряда .цилиндрические стальные пальцы. При вращении пальцы одного диска проходят между рядами пальцев другого.

Зерна песка, попадая в дезинтегратор, ударяются о движущиеся.с большой скоростью пальцы и, по некоторым данным, измельчаются, не истираясь, а разбиваясь, становятся угловатыми и трещиноватыми; удельная поверхность песка при этом увеличивается, поступающая в дезинтегратор известь обволакивает измельченные зерна песка.

Для приготовления силикальцита должна применяться известь первого сорта. Обычно применяется известь-пушонка. Пригодны пески любого гранулометрического состава, содержащие не менее 70% кремнезема. Обработка песка в дезинтеграторе позволяет применять влажные пески без их предварительной подсушки, а также песок, смерзшийся в комья.

Увлажнение смесей может производиться в дезинтеграторах, что упрощает технологическую линию. Вода подается или путем предварительного смачивания песка, или через форсунку -- в смесь песка и извести.

Производительность дезинтеграторов зависит от количества и размеров пальцев и расстояния между ними. На тонкость помола влияет число оборотов дисков дезинтеграторов.

В дезинтеграторе приготовляется песчано-известковая смесь, имеющая удельную поверхность 350--400 см2/г.

Приготовление плотной силикальцитной смеси после обработки в дезинтеграторах без добавления воды производится в растворомешалках, в которых смесь увлажняется до 16--18%; перемешивание производится в течение 5--6. мин, после чего смесь выгружается в форму или промежуточную емкость.

Плотный силикальцит уплотняется с помощью вибрирования. Блоки из плотного силикальцита (например, для цоколей стен)уплотняются в течение 70--75 сек на вибростолах при амплитуде 0,4--0,5 мм и числеколебаний 3 000 в минуту. После уплотнения изделия подвергаются термовлажностной обработке в автоклавах [Л. 16, 17].

При изготовлении армосиликатных панелей установлены следующие положения по тепловлажностной обработке:

Отформованные изделия до их загрузки в автоклав выдерживаются в течение 4--8 ч. При медленно гасящейся извести или при вяжущих грубого помола срок выдержки увеличивается до 10--12 ч. При выдержке менее 4 ч изделия имеют рыхлую структуру, а при излишней длительности выдержки в изделиях появляются усадочные трещины. Изделия через 4--5 ч приобретают прочность, достаточную для их перемещения в автоклав.

Вследствие гашения извести силикатная смесь расширяется более, чем бетонная, поэтому жесткость форм, особенно бортов, должна быть повышенной.

В армосиликатных изделиях (отбракованных плитах), хранившихся на открытом воздухе полтора года, не обнаружено сколь-нибудь повышенной коррозии металла. Незначительная коррозия металла обнаружена только на арматуре плит, подвергавшихся непосредственному воздействию воды (верхний и нижний ряды плит в штабелях), поэтому на заводе при изготовлении плит для внутренний ограждений помещений с относительной влажностью воздуха менее 75% никаких мер по противокоррозионной защите арматуры, не принималось [Л. 4].

На Московском Краснопресненском комбинате строительных материалов изготовляются многопустотные блоки внутренних стен. Состав и показатели их приведены в табл. 4-3. На комбинате разработан и внедрен эффективный способ формования силикатных строительных элементов методом вибросилового проката [Л. 11].

По этому методу после укладки силикатной массы в форму включают вибраторы, производящие ее первичное уплотнение. Далее форма передвигается под обжимные, валки прокатного стана, где изделия, подвергаются двусторонней вибрации с одновременным обжатием, эквивалентным давлению валков 400 кГ/см2. Вибрация формы и валков осуществляется вибраторами С-485 с частотой 3 000 колебаний в минуту и амплитудой 0,6--1,3 мм.

Изделия и, в частности, внутренние стеновые панели изготовлялись из силикатной массы с активностью 6%.

Изделия, полученные методом вибросилового проката, можно запаривать в автоклаве на поддонах без бортоснастки.

Полученные этим методом изделия имеют хороший внешний вид и показатели выше, чем при уплотнении на виброплощадках. Объемный вес материала 2 100-2 150 кг/ж3 и предел прочности при сжатии 250--290 кГ/см\

На Волгоградском комбинате силикатных стройматериалов выпускаются силикатные облицовочные плиты по следующей технологии:

смесь песка и извести в соотношении 1 : 1 размалывается в шаровой мельнице типа СМ-14 до удельной поверхности 4 000--4 500 см2/г;

полученное вяжущее транспортируется специально оборудованной автомашиной к приемным бункерам армоскликатного завода, сюда же из карьера подается песок, используемый в качестве заполнителя; составляющие дозируются из расчета содержания в смеси 7,5-- 8% извести, 20--25% молотого и 70--75% карьерного песка;

отмеренные материалы перемешиваются в течение 2--3 мин в мешалке СМ-290 емкостью 1 500 л, затем смесь влажностью около 14% с помощью массоукладчика подается в формы. Тепловлажностная обработка изделий производится в автоклавах при 8 ат по режиму 4 + 8+2 ч [Л. 1].

Предел прочности выпускаемых изделий 200-- 250 кГ/см2, 'морозостойкость свыше '25 циклов.

4. На Минском комбинате крупных бетонных строительных конструкций применяется способ подготовкисиликатной массы с применением дезинтеграторов.

В гасительный барабан загружается 5,5 ж3 песка и 3 000 кг молотой известково-песчаной смеси из 75--80% извести, содержащей 60--65% активной СаО и 20--25% песка; гашение производится в течение 50--60 мин, в том числе 20 мин под давлением; подготовленная масса с влажностью 3--5% подается в дезинтегратор типа Д-5, имеющий 500 об/мин, в котором «разбавляется» песком до содержания активной СаО 6--7% и увлажняется до 4--5%; добавление воды до формовочной влажности смеси в 7--7,5% производится в двухвальной мешалке. Производственники считают, что более целесообразным было бы доувлажнять массу в самом дезинтеграторе при помощи форсунки.

Автоклавные силикатные изделия (блоки) из приготовленной таким образом массы имеют прочность 75--100 кГ/см2 и хороший внешний вид |Л. 15].

Комбинатом Луганскхимстрой совместно с НИИ строительных конструкций были разработаны и внедрены -в практику панельные конструкции из силикатного 'бетона с добавкой тайны ГЛ. 12]. Состав: песка-- 82%, глины --10%, извести--"8%.

При изготовлении применялись: песок карьерной влажности без промывки, содержащий БЮг -- 97%, глинистых и пылевидных частиц -- 4%; глина, содержащая ЭЮг -- 65%, и известь с активностью не ниже 60%; содержание SiO2 в смеси составляло около 86%. Материалы подвергались помолу в шаровой мельнице, после чего через дозатор направлялись в лопастный смеситель, куда ленточным дозатором подавался песок.

Перемешанная и увлажненная масса далее загружалась в силос, где происходило гашение извести, после чего масса подавалась в другой лопастный смеситель, где производилось дополнительное перемешивание и доувлажнение до формовочной влажности массы.

Изделия без арматуры (блоки) формовались в течение 2 мин на виброплощадке при частоте колебаний 3 000 в минуту, амплитуде 0,3 и, а армированные-- на виброформовочной установке с пригрузом. После формовки производилась автоклавная обработка изделий под давлением 8--12 ат в зависимости от размера изделий по режиму (2--3) + (8--10) + + (2--4) я.

Объемный вес силиката 1900 кг/м3. Марка изделия не ниже 200--250.

Коррозии арматуры по трехлетним наблюдениям не выше, чем стали в бетоне на портландцементе.

По данным «Лутанскхимстроя», стоимость изделий на 40--50%' ниже, чем железобетонных [Л. 12].

Исследованиями НИИ по строительству в Ростове-на-Дону установлено, что при изготовлении плотных силикатных бетонов в качестве тонкомолотых кремнеземистых добавок могут быть использованы не только молотый песок, но и суглинок, содержащий свыше 63% SiO2, причем добавка суглинка обеспечивала более высокие прочностные показатели силикатного бетона. Оптимальными по расходу материалов являются составы согласно табл. 4-4. Образцы из силикатного бетона марки 200 при испытании на морозостойкость после 35 циклов замораживания и оттаивания показали хорошую его морозостойкость[Л. 10].

Силикатные бетоны, главным образом мелкозернистые, получают из известково-песчаных смесей, твердеющих в автоклаве. Особенность таких бетонов в том, что песок в них является не только заполнителем, но и компонентом известково-кремнеземистого вяжущего вещества. При высокотемпературной автоклавной обработке химическое взаимодействие извести и минералов песка обеспечивает твердение бетона.

В результате взаимодействия извести с кварцем образуются гидросиликаты кальция. Поэтому для автоклавных силикатных бетонов используют преимущественно кварцевые пески.

Содержание кремнезема в песке должно быть не менее 60%, а желательно более 80%- Он может быть представлен не только кварцем, но и аморфными разновидностями. Последние при этом не представляют такой опасности, как в обычном цементном бетоне (см. гл. 4, 5), поскольку после автоклавной обработки в бетоне не остается свободных щелочей: они полностью связываются кремнеземом.

Реакции с образованием цементирующих гидросиликатов кальция идут при автоклавной обработке на поверхности зерен песка. Поэтому стремятся к увеличению реагирующей поверхности, для чего, как правило, часть песка размалывают или же добавляют к нему мелкие фракции, отличающиеся повышенной удельной поверхностью. В остальном требования к зерновому составу песка аналогичны вышеизложенным.

Форма зерен песка и степень их окатанности не имеют большого значения. Если в цементном бетоне от формы зерен песка и характера их поверхности зависит сцепление с цементным камнем, то в автоклавном силикатном бетоне сцепление обеспечивается в любом случае за счет химического взаимодействия.

Содержание в песке отмучиваемых, в том числе и глинистых, примесей в ряде случаев может доходить до 10... 15%- Это объясняется тем, что в условиях автоклавного твердения глинистые минералы также реагируют с гидроксидом кальция, образуя цементирующие новообразования --гидросиликаты и гидроалюминаты кальция.

Таким образом, некоторые природные кварцевые пески, не удовлетворяющие требованиям стандартов для обычного цементного бетона, пригодны для получения автоклавного силикатного бетона.

Кроме природного песка используют золы и другие кремнеземистые отходы промышленности.

2.Специальные бетоны

силикатный бетон песок

Жаростойкие бетоны (огнеупорность до 1500°С) изготавливаются на основе глиноземистого цемента, шлакопортландцемента и портландцемента, а также растворимое стекло с кремнефтористым натрием, в качестве заполнителя: хромистый железняк, шамот, бой глиняного кирпича, базальт, диабаз.

Кислотостойкие бетоны изготавливаются на основе кислотоупорного кварцевого кремнефтористого цемента, затворенного на растворимом стекле с плотными кислостойкими заполнителями -- кварциты, граниты, керамика 3 фракций (пыль, песок, щебень). Без цемента -- на растворимом стекле с добавлением 15%-ного кремнефтористого натрия и кварцевой пыли.

На 1 м3 бетона: 250 л жидкого стекла удельным весом 1,37 (0,7-1 весовая часть), часть пыли, 1 часть песка и 2 части щебня.

Антирадиационные бетоны подразделяются на тяжелые (с объемным весом более 2,5 т/м3) и гидратные (имеющие в составе большое количество химически связанной воды).Носители связанной воды -- вяжущие (цемент) и заполнители (лимонит, барит, гематит и т. д.).

Силикатный бетон плотной структуры предназначен для конструкций заводского изготовления. Вяжущие: тонкомолотые смеси совместного помола известково-кремнеземистых, известково-шлаковых, известково-зольных, аглопоритовых, керамзитовых.

Заполнители: пески природные, керамзитовые, гравий шунгизитовый, фракции до 20 мм.

Напрягающие бетоны -- на основе напрягающего цемента, для создания предварительного напряжения (самонапряжения бетона) в конструкции в процессе расширения бетона при его твердении, что обеспечивает высокую газо-, водо-, нефтенепрони-цаемость.

Арболит -- бетон на органических заполнителях. Легкий бетон на цементном вяжущем для различных зданий с относительной влажностью не более 60% с органическими заполнителями (измельченная древесина, костра льна, дробленые стебли хлопчатника, костра конопли, рисовая солома).

Бетонополимеры -- бетоны на минеральном вяжущем, пропитанные полимерами с их последующим отверждением, что повышает прочность и химическую стойкость бетона, причем резко. Пропитки: искусственные стеклообразные полимеры (стирол, метилметакрилат и т.д.), битумы, парафины, сера, жидкое стекло.

Бетоны для зимних работ: для твердения на морозе в состав бетона вводят хлористый кальций и хлористый натрий, в зависимости от условий окружающей среды.

Запрещается применять в армированных конструкциях!

1. Размещено на Allbest.ru