Силикатный кирпич

    Если  гидротермальная обработка изделий  продолжается и после возникновения стабильного гидросиликата, то мелкие частицы новообразований перекристаллизовываются в более крупные. Этот процесс отнюдь не сопровождается ростом прочности изделия. Она при этом может лишь снижаться за счет растворения контактов. Однако поскольку гидросиликатный каркас к этому времени уже весьма плотный и прочный, прочность существенно не снижается. В работе Иппаха было показано, что с увеличением длительности гидротермальной обработки известково-песчаных образцов при 140—200° С от 1—2 до 6 суток прочность либо вообще не снижается, либо снижается незначительно

    Следует отметить, что описанные выше отдельные  стадии механизма твердения силикатных изделии могут накладываться одна на другую как в результате различий в структуре отдельных участков сформованного изделия, так и вследствие образования коллоидной и кристаллической структуры, препятствующей доступу воды внутрь образца и диффузии растворенных веществ.

    Поскольку превращение сырца в монолит  в условиях гидротермальной обработки зависит от возникновения гидросиликатов кальция, прочность изделия во многом будет определяться (при прочих равных условиях) фазовым составом возникающих новообразовании.

    Тейлор  в 1952 г. с помощью рентгеновского анализа обнаружил в легковесном силикатном блоке, запаренном при 183°С, гидросиликаты кальция серии СSН(В). В аналогичных изделиях Калоусек обнаружил СSН(В), то- берморит и ксонотлит Шатава и Шкрдлик нашли в изделиях с объемным весом 0,4—1 г/см³ гиролит. Пепплером [385] было показано, что запаренные при 180° С в течение 6 месяцев прессованные образцы с С/S<1 содержали только ксонотлит. Наши исследования а также работы П. П. Будникова и Н. В. Петровых, Т М. Берковича н др. позволили выяснить, что при гидротермальной обработке образцов с таким количеством окиси кальция, которое обычно присутствует в промышленных изделиях, в зависимости от времени обработки возникают гиндросиликаты с основностью от 2 до 0,8. В начальный период обработки (пока присутствует свободная известь) обычно возникает С₂SН(А). Затем основность новообразовании снижается и последовательно образуются волокнистые гидросиликаты серии СSН(В). В зависимости от температуры обработки и активности кремнеземистого компонента в конце концов стабильными оказываются тоберморит, ксонолит и реже СSН(А). В опытах И. А. Хинта гидросиликаты, возникающие при запаривании известково-песчаных образцов, содержащих не более 9% СаО, имели основность от 0,91 до 1,67.

    Проведенный нами анализ любезно предоставленных  И. А. Хинтом высокопрочных образцов (Rсж = 1500 : 2700 кГ/см²) показал, что они почти наполовину состоят из СSН(В) с С/S~ 1,0. Высокопрочные (R_сж=2100 кГ/см²) прессованные образцы, изученные Тейлором и др, также содержали СSН (В) с С/S = 1,05.

    На  основании этих данных можно полагать, что известково- песчаные изделия  автоклавной обработки могут  быть сцементированы гидросиликатами СSН(В), тоберморитом, ксонотлитом и С₂SН(А). При изготовлении ячеистых изделий или при использовании активного кремнеземистого компонента возможно образование гиролита.

    Даже  в том случае, когда при изготовлении силикатных изделий известь связывается полностью, равновесное состояние не наступает, поскольку время обработки для этого недостаточно Однако и нет нужды стремиться к достижению равновесного состояния. Необходимо лишь получить такое количество гидросиликата, чтобы его было достаточно для связывания частиц песка в единое целое. Кварц более прочен, чем армирующий его кристаллический сросток гидросиликата Поэтому утолщение прослойки новообразований между частицами песка сверх .действительно необходимого для их связывания нежелательно, так как это понижает прочность изделия. В то же время следует добиваться такого фазового состава гндросиликатной связки который обеспечит максимально возможную ее прочность.

    Двухосновный гидросиликат С₂SН(А) придает изделиям меньшую прочность. Это соединение легко кристаллизуется, и его крупные призматические кристаллы плохо срастаются друг с другом. Волокнистые гидросиликаты по сравнению с С₂SН(А) обладают более высокой прочностью.

    Е. Е. Сегалова считает, что следует  различать два этапа образования  кристаллического сростка: формирование сростка и его обрастание. По мере перехода исходных компонентов в  новообразования пресыщение раствора падает и наступает момент, когда  образование новых зародышей  кристаллизации становится невозможным; невозможно и срастание еще не сросшихся кристаллов. Происходит лишь рост возникших кристаллов, в том  числе составляющих сросток, обрастает  кристаллический сросток (каркас), он уплотняется и упрочняется. Однако чрезмерно затянувшееся обрастание сростка может привести к развитию в нем внутренних напряжении, к  его разбуханию и разрушению. Должно существовать оптимальное соотношение  между количеством вещества, которое  расходуется на формирование и обрастание сростка. В этом случае прочность  сростка будет максимальной. Надо отметить, что если формирование сростка  идет при чрезмерно высоком пресыщении, то он будет состоять из очень мелких кристаллов и прочность его будет понижена. Кроме того, если сросток формируется слишком долго (медленно уменьшается пресыщение), то на обрастание сростка остается мало исходного вещества и он получается чрезмерно пористым и недостаточно прочным.

    Следовательно, процесс твердения (образования  сростка) определяется степенью пресыщения раствора и скоростью ее изменения. Максимально возможная величина пресыщения зависит от растворимости  исходных компонентов (активности и  дисперсности кремнезема и извести), а скорость падения пресыщения определяется скоростью перехода в раствор  исходных компонентов (зависящей главным  образом от величины их поверхности) и скоростью связывания компонентов  в новообразования, выкристаллизовывающиеся  из раствора.  

    Увеличение  дисперсности извести и кремнезема влияет на их взаимодействие и твердение  известково-песчаных изделий. Возрастает растворимость компонентов, а с  увеличением поверхности растворения  повышается его скорость. Оба эти  фактора приводят к ускорению  взаимодействия. Однако для получения  максимально прочного сростка новообразований  нельзя беспредельно увеличивать дисперсность.

    Существует  некоторая оптимальная ее величина, при которой достигается оптимальное  пресыщение раствора, необходимое для  получения прочного кристаллического сростка.

    Измельчение до той или иной степени дисперсности части или всего количества песка, применяемого для производства известково-песчаных изделий, является одним из основных способов повышения прочности этих изделий до прочности бетонных деталей. Добиться этого можно как помолом  всего количества песка в дезинтеграторе, шаровой мельнице или других помольных  аппаратах, так и смешением немолотого песка с определенным количеством  молотого песка, измельченного в  том или другом аппарате.

    Повышение растворимости извести путем  увеличения ее дисперсности в ряде случаев имеет не меньшее значение, чем измельчение песка. Опыты  показывают, что, увеличивая дисперсность Са(ОН)₂ путем гашения извести при 100°С или варкой смеси СаО и песка, можно повысить прочность автоклавных силикатных изделий примерно на 50 %. Положительный эффект применения в технологии производства кипелки вместо пушонки объясняется тем, что в первом случае получается более дисперсная Са(ОН)₂.

    При производстве автоклавных известково-песчаных материалов необходимо стремиться к  тому, чтобы в кратчайший срок связать  с песком в новообразования возможно больше извести.

    Наличие в изделиях свободной извести, снижает  их прочность, во-первых, потому, что  в присутствии свободной извести  обычно образуется малопрочный C₂SH (А), во-вторых, потому, что прочность кристаллического сростка Са(ОН)₂ ниже, чем прочность гидросиликатов.  

    Степень связывания извести зависит от ряда факторов: вида исходных материалов; степени  их дисперсности, режима автоклавной  обработки, введения различных интенсификаторов процесса твердения, тщательности смешения исходных материалов, степени их уплотнения при формовании, количества воды в  свежесформованном изделии и  т. д.

    Расход  извести может быть сокращен путем  рационального подбора зернового  состава сырьевой смеси, выбора оптимального режима автоклавной обработки и  за счет введения в состав сырьевой смеси активных тонкодисперсных  добавок и ускорителей процесса твердения. Значительная часть извести  может быть заменена малоактивными  доменными (отвальными и гpaнулированными), мартеновскими, ваграночными и другими  металлургическими шлаками.

    Рост  температуры гидротермальной обработки  ускоряет взаимодействие извести и  кремнезема. Это объясняется тем, что ускоряется растворение кварца и увеличивается его растворимость, что приводит к большей концентрации SiO₂ в жидкой фазе.

    Повышается  также подвижность растворенных компонентов и ускоряется процесс  их диффузии через коллоидную структуру  и кристаллический сросток новообразований. Наряду с этим ускоряется химическая реакция, так как увеличивается  число активных соударений растворенных компонентов. Следует отметить, что, хотя скорость растворения извести  растет с повышением температуры, растворимость  ее падает, и это должно замедлять  процесс. Однако, по-видимому, факторы, ускоряющие процесс образования  гидросиликатов кальция, значительно  сильнее эффекта этого замедления.

    Повышать  давление пара, а следовательно, и  температуру в автоклавах целесообразно  лишь до определенного предела (примерно 11-17 атм., 183-203 ⁰C). Для каждого состава шихты имеется своя оптимальная величина давления (и соответственно время выдержки) в автоклаве, при которых обеспечивается полнота реакции образования гидросиликата кальция и его кристаллизация.

    Дальнейшее  повышение давления (а также увеличение времени выдержки при этом давлении) сверх оптимальных значений может  вызвать чрезмерный рост кристаллов, что, по-видимому, повлечет за собой  возникновение менее желательной  структуры цементирующего вещества. Эта структура характеризуется  меньшим количеством и большими размерами кристаллов, значительно  слабее переплетающихся и связанных  друг с другом, чем структура, представленная значительно большим количеством  меньших по размерам кристаллов, как  это наблюдается при оптимальном  режиме водотепловой обработки.

    Процесс автоклавного твердения известково-песчаных изделий можно интенсифицировать, вводя в состав известково-песчаной массы добавки, ускоряющие процесс  образования цементирующего вещества, увеличивающие общее содержание его в изделии или содействующие  кристаллизации возникающих новообразований.

    Первая  группа добавок включает большое  количество хорошо растворимых в  воде соединений, которые, находясь в  растворе, ускоряют реакцию взаимодействия извести с кремнеземом в условиях водотепловой обработки. К этой группе относятся гидраты окисей калия  и натрия, сернокислые, углекислые и  хлористые. их соединения, образующие при взаимодействии с Са(ОН)₂ те же гидраты, а также силикат натрия и ряд других веществ.

    Химические  ускорители процесса образования гидросиликата  кальция вводятся в силикатную массу  в небольших количествах (обычно до 0,5%). Следует отметить, что введение повышенных количеств этих добавок  может вызвать отрицательные  явления, например появление выцветов.

    Вторая  группа интенсификаторов твердения  представляет собой активные тонкодисперсные  добавки, вводящие в состав известково-песчаной массы тонкодисперсные кремнезем, глинозем или окись железа, а также  их соединения. Эти вещества в процессе водотепловой обработки изделий  вступают в химическое взаимодействие с гидратом окиси кальция, вследствие чего общее содержание цементирующего вещества в изделии увеличивается. Кроме того, активные тонкодисперсные  добавки в силу своей высокой  дисперсности заполняют пустоты  между зернами песка. В результате повышается плотность (объемный вес) изделий. Вводится этих добавок больше, чем  ускорителей твердения (от 3 до 30%).

Список  литературы

1. Бутт Ю. М., Рашкович Л. Н.  «Твердения вяжущих при повышенных температурах», Москва 1965г.
2. Сулименко Л. М. «Общая технология силикатов», Москва 2004г.
3. Боженов П. И. «Технология автоклавных материалов»