Eigenschaften von Silikatmaterialien. Silikate

SILIKATMATERIALIEN UND -PRODUKTE. Asbestzementprodukte

Mineralische Bindemittel sind noch keine fertigen Baustoffe. Die Haupteigenschaft von Bindemitteln ist die Fähigkeit, nach dem Mischen mit einer bestimmten Menge Wasser auszuhärten.

Die Reaktion, die beim Aushärten von Bindemitteln auftritt, ist hauptsächlich die Hydratationsreaktion, die Zugabe eines Teils des Wassers.

Zusammen mit Zementen werden sie zur Herstellung von Mörtel verwendet. Kalk: Luft und hydraulisch in Form von hydratisiertem Flaum, Kalkbrei oder Milch, sowie in Form von gemahlenem Branntkalk. Kalkteig muss eine Dichte von mindestens 1200 kg/m3 haben und mindestens 30 Gewichtsprozent Kalk enthalten. Kalk für Putz- und Verblendmörtel sollte keine unverlöschten Partikel enthalten, die zu Abplatzungen (Klumpen) in der ausgehärteten Schicht führen können. Dazu wird frisch gelöschter Kalk durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,315 – 0,25 mm gesiebt.

Bauluftkalk CaO– ein Produkt der mäßigen Verbrennung von natürlichem Karbonatgestein bei 900–1300 °C CaCO3 enthält bis zu 8 % Tonverunreinigungen (Kalkstein, Dolomit, Kreide). Die Befeuerung erfolgt in Schächten und Drehrohröfen. Am weitesten verbreitet sind Schachtöfen. Beim Einbrennen von Kalkstein Schachtofen Das im Schacht von oben nach unten bewegte Material durchläuft nacheinander drei Zonen: eine Heizzone (Trocknung der Rohstoffe und Freisetzung flüchtiger Stoffe), eine Brennzone (Zersetzung der Stoffe) und eine Kühlzone. In der Heizzone wird der Kalkstein durch die Wärme, die aus der Verbrennungszone aus gasförmigen Verbrennungsprodukten stammt, auf 900 °C erhitzt. In der Brennzone kommt es zu Brennstoffverbrennung und Kalksteinzersetzung. CaCO3 auf Limette CaO und Kohlendioxid CO2 bei 1000-1200°C. In der Kühlzone wird der gebrannte Kalkstein durch von unten nach oben strömende Kaltluft auf 80–100 °C abgekühlt.

Durch das Brennen geht Kohlendioxid vollständig verloren und es entsteht Klumpen, Branntkalk entsteht in Form von weißen oder weißen Stücken grau. Stückiger Branntkalk ist ein Produkt, aus dem verschiedene Arten von Bauluftkalk gewonnen werden: gemahlener pulverisierter Branntkalk, Kalkpaste.

Bauporenkalk verschiedener Art wird bei der Herstellung von Mauerwerks- und Putzmörtel, minderwertigem Beton (unter lufttrockenen Bedingungen), der Herstellung dichter Silikatprodukte (Ziegel, große Blöcke, Platten) und der Herstellung von Mischbeton verwendet Zemente Die Zugabe von Kalk zu einem Zementmörtel erhöht die Plastizität und Festigkeit sowie die Ergiebigkeit.

Der Aushärtungsprozess von Luftkalk erfolgt größtenteils durch Verkokung unter dem Einfluss von Kohlendioxid in der Luft. Beim Aushärten von Luftkalk entstehen wasserlösliche Verbindungen.

Hydraulischer Kalk wird durch mäßiges Brennen von natürlichem Mergel und Mergelkalkstein bei 900–1100 °C gewonnen. Mergel und Mergelkalkstein, der zur Herstellung von hydraulischem Kalk verwendet wird, enthalten 6 bis 25 % Ton- und Sandverunreinigungen. Seine hydraulischen Eigenschaften werden durch das hydraulische (oder Haupt-)Modul charakterisiert ( M), das das prozentuale Verhältnis des Gehalts an Calciumoxiden zum Gehalt der Summe der Oxide von Silizium, Aluminium und Eisen darstellt. Hydraulischer Kalk ist ein langsam abbindender und langsam erhärtender Stoff. Es wird zur Herstellung von Mörtel, minderwertigem Beton, Leichtbeton und zur Herstellung von Mischbeton verwendet.

Hydraulischer Kalk härtet aus und behält seine Festigkeit sowohl in der Luft als auch im Wasser. IN reine Form hydraulischer Kalk wird nicht verwendet, sondern in der Mischung verwendet. Der Rohstoff zur Herstellung von hydraulischem Kalk hat eine dunklere Farbe als Luftkalk, da er Ton als Verunreinigung enthält.

Kalksandstein. Kalksandmörtel auf Luftkalkbasis sind geringfeste, langsam erhärtende und nicht wasserfeste Werkstoffe.

Der erste, der ein ausreichend wasserdichtes und haltbares Material auf der Basis von Kalk und Sand erhielt, war der deutsche Wissenschaftler W. Michaelis, der 1880 vorschlug, das Kalk-Sand-Gemisch in der Atmosphäre zu verarbeiten gesättigter Dampf bei einer Temperatur von 150...200°C.

Die Entdeckung von Michaelis wurde zur Herstellung sogenannter Silikat-(Kalksand-)Ziegel genutzt. Die moderne Produktion von Kalksandsteinen läuft wie folgt ab. Die Rohstoffmischung, bestehend aus 90...92 % reinem Quarzsand, 8...10 % gemahlenem Branntkalk und einer bestimmten Menge Wasser, wird gründlich gemischt und so lange aufbewahrt, bis der Kalk vollständig gelöscht ist. Aus dieser Mischung wird dann unter hohem Druck (15...20 MPa) Ziegel gepresst, auf Wagen gelegt und zum Aushärten geschickt Autoklaven- dickwandige Stahlflaschen mit einem Durchmesser von bis zu 2 m und einer Länge von bis zu 20 m mit hermetisch verschlossenen Deckeln. In einem Autoklaven in einer Atmosphäre aus gesättigtem Dampf bei einem Druck von 0,8 MPa und einer Temperatur von 180 °C härtet der Ziegel in 8...14 Stunden aus. Der fast fertige Ziegel wird aus dem Autoklaven entnommen, der 10 Jahre lang aufbewahrt wird. . 15 Tage, wodurch die Wasserbeständigkeit und Festigkeit des Ziegels erhöht wird.

Luftkalk wird häufig bei der Herstellung von autoklavierten dichten Zellmaterialien bei einem Druck von 0,8–1,6 MPa und T = 200° in Form von Platten, Blöcken, Bodenelementen und Treppen verwendet.

Die Verarbeitungstemperatur und der Gesamtenergieverbrauch sind bei der Herstellung von Kalksandsteinen deutlich niedriger als bei der Herstellung von keramischen Ziegeln, daher sind Kalksandsteine wirtschaftlicher als keramische.

Die Dichte von gewöhnlichem Kalksandstein ist etwas höher als die von Vollkeramiksteinen. Die Reduzierung der Dichte von Ziegeln und Steinen wird durch das Einformen von Hohlräumen oder das Einbringen poröser Zuschlagstoffe in die Rohstoffmasse erreicht.

Kalksandstein kann wie Keramikziegel je nach Größe sein:

einzel(massiv oder mit porösen Füllstoffen) 250x120 x 65 mm;

verdickt(hohl oder mit porösen Füllstoffen) 250x120x88 mm (das Gewicht verdickter Ziegel sollte nicht mehr als 4,3 kg betragen);

Silikatstein(hohl) 250x120x138 mm. Die Herstellungstechnologie von Kalksandsteinen sorgt für eine höhere Maßhaltigkeit.

Die Farbe des Ziegels reicht von milchig weiß bis hellgrau. Sie produzieren Vormauerziegel mit verbesserten physikalischen und mechanischen Eigenschaften. Sie können mit alkalibeständigen Pigmenten in der Masse oder an den Vorderkanten in blauen, grünlichen, gelben und anderen hellen Farben eingefärbt werden.

Abhängig von der Druck- und Biegefestigkeit werden Kalksandsteine und -steine in acht Klassen eingeteilt: 300; 250; 200; 175; 150; 125; 100 und 75, mit durchschnittlichen Druckfestigkeitswerten von jeweils mindestens 30...7,5 MPa. Die Wasseraufnahme von Kalksandstein beträgt mindestens 6 %. Frostbeständigkeitsklassen für Ziegel und Steine – F50; 35; 25 und 15; Bei Gesichtsprodukten sollte die Frostbeständigkeit mindestens 25 betragen.

Ein wesentlicher Nachteil von Kalksandsteinen im Vergleich zu keramischen Ziegeln ist die geringere Wasserbeständigkeit und Hitzebeständigkeit.

Für die Verlegung von Außen- und Außenbereichen wird Kalksandstein verwendet Innenwände oberirdische Teile Gebäude und Strukturen. Es ist verboten, es in Gebäuden zu verwenden, die Wasser (Fundamente, Keller, Abwasserkanäle usw.) und hohen Temperaturen (Öfen, Schornsteine usw.) ausgesetzt sind.

Derzeit werden großformatige autoklavierte Silikatbetonprodukte für fast alle Elemente von Gebäuden und Konstruktionen für den Fertigbau hergestellt (Paneele, Bodenplatten, Treppenelemente usw.), die dem Stahlbeton nicht nachstehen, werden aus armiertem Silikatbeton hergestellt.

Quarzbetonprodukte können schwer (ähnlich herkömmlichem Beton) und leicht (basierend auf porösen Zuschlagstoffen) oder zellig (Schaum- und Gassilikate) sein. Dieser ungebrannte Ziegel wird durch Trockenpressen einer Mischung aus Luftkalk (5–10 %) und Quarzsand (90–95 %) bei einer Luftfeuchtigkeit von 6–7 % hergestellt. Zur Erhöhung der Festigkeit werden Kalk-Kieselsäure-Mischungen eingesetzt. Ziegelsorten M - 75, 100, 125.150.200.250.

Abmessungen 65x120x250 - eineinhalb oder modular 88x120x250 hohl mit einem Gewicht von nicht mehr als 4,3 kg. Durchschnittliche Dichte 1700–2000 kg/m3. Frostbeständigkeit Mrz-15, 25 und 50. Kalksandstein ist nicht wasserbeständig und nicht beständig gegen aggressives Wasser, nicht feuerbeständig. Nicht zum Verlegen von Öfen und Rohren geeignet. Hergestellt in Autoklaven bei einer Temperatur von 170°C und einem Druck von 4-6 atm.

Kalkbasierte Materialien werden zur Herstellung von Kalksand-, Kalk-Ton- und Kalkasche-Materialien verwendet. Solche Produkte heißen: zementfrei oder auf Silikatbasis. Kalk wird in reiner Form oder gemischt mit Kreide zum Tünchen verwendet.

Einen erheblichen Anteil am Gesamtvolumen hat Kalksandstein Wandmaterialien. Die angegebenen Kosten für den Bau von Wänden aus Kalksandsteinen liegen bei ca. 84 % im Vergleich zu den erforderlichen Kosten bei der Verwendung von keramischen Ziegeln. Der Verbrauch an gleichwertigem Brennstoff und Strom für die Herstellung von Kalksandsteinen ist doppelt so hoch wie der von Keramikziegeln. Um 1.000 Stück zu erhalten. Kalksandstein verbraucht durchschnittlich 4,9 GJ Wärme, die Hälfte davon ist Wärme für die Kalkverbrennung und die andere Hälfte für die Autoklavenverarbeitung und andere technologische Vorgänge.

Bei der Herstellung dieses Materials werden Asche und Schlacke aus Wärmekraftwerken als Bestandteil des Bindemittels bzw. Füllstoffs verwendet. Im ersten Fall erreicht der Ascheverbrauch 500 kg pro 1.000 Stück. Ziegel, im zweiten - 1,5-3,5 Tonnen. Optimales Verhältnis Kalk und Asche in der Zusammensetzung des Bindemittels hängen von der Aktivität der Asche, dem Gehalt an aktivem Calciumoxid im Kalk, der Größe und granulometrischen Zusammensetzung des Sandes und anderen technologischen Faktoren ab. Durch die Einführung von Kohleasche wird der Kalkverbrauch um 10–50 % reduziert, und Schieferasche mit einem Gehalt von (CaO + MgO) bis zu 40–50 % kann Kalk in der Silikatmasse vollständig ersetzen. Asche im Kalk-Asche-Bindemittel ist nicht nur ein aktiver silikatischer Zusatzstoff, sondern trägt auch zur Plastifizierung der Mischung bei und erhöht die Festigkeit des Rohmaterials um das 1,3- bis 1,5-fache, was besonders wichtig ist, um den normalen Betrieb automatischer Stapler sicherzustellen.

Neben Kalksand-Silikatsteinen produzieren sie Kalkschlacke und Kalkasche, bei dem anstelle von Sand teilweise oder vollständig Industrieabfälle verwendet werden: Schlacke und Asche aus Wärmekraftwerken. Die Eigenschaften dieser Ziegelarten ähneln denen von Kalksand.

Kalk-kieselsäurehaltiges Bindemittel bei der Herstellung von Kalksandsteinen wird durch gemeinsames Mahlen von stückigem Branntkalk mit Asche und Quarzsand gewonnen. Der Gesamtgehalt an aktivem CaO und MgO im Bindemittel beträgt 30–40 %, die spezifische Oberfläche beträgt 4000–5000 cm2/g, der Rückstand auf Sieb Nr. 02 beträgt nicht mehr als 2 %. Der optimale Gehalt an Asche und Schlacke in einer Silikatmischung hängt von der Kornzusammensetzung und der Formgebungsmethode ab und steigt mit dem Partikelgrößenmodul und dem Presszyklus.

Kalksandstein unter Zusatz von Asche und Brennstoffschlacke härtet in Autoklaven bei einem Sattdampfdruck von 0,8-1,6 MPa aus. Die empfohlene Einwirkzeit beträgt 4–8 Stunden. Das resultierende Material weist eine bessere Wasser- und Frostbeständigkeit als gewöhnlicher Kalksandstein auf, weist geringere Wasseraufnahme- und Durchlässigkeitswerte auf und verfügt über ein besseres Aussehen. Der Vorteil von Ziegeln aus einer Asche-Silikat-Mischung mit optimaler Zusammensetzung besteht darin, dass sie niedriger sind als bei herkömmlichen Ziegeln durchschnittliche Dichte A=700–1800 kg/m3 gegenüber 1900–2000 kg/m3).

Unter Verwendung der Asche von Wärmekraftwerken wurde poröser Kalksandstein mit folgenden Eigenschaften erhalten: Dichte 1250-1400 kg/m3; Festigkeit 10–17,5 MPa, Porosität 27–28 %, Frostbeständigkeit 15–35 Zyklen.

Durch seinen Einsatz ist es möglich, die Dicke der Außenwände um 20 % und das Gewicht um 40 % zu reduzieren und den Wärmeverbrauch für die Beheizung von Gebäuden deutlich zu reduzieren.

Daher müssen Baustoffe auf Basis von Gips und luftigem Kalk vor Feuchtigkeit geschützt, in trockener Umgebung betrieben oder mit Komponenten zur Erhöhung der Wasserbeständigkeit versehen werden.

Der Wasserverbrauch mineralischer Bindemittel beeinflusst die Eigenschaften der resultierenden Materialien. Der Wasserbedarf wird durch die Wassermenge bestimmt, die erforderlich ist, um eine verarbeitbare Mischung zu erhalten. Wenn nicht genügend Wasser vorhanden ist, wird die Mischung locker, zu viel Wasser führt dazu, dass sich die Masse verteilt. Ein erheblicher Wasseranstieg beeinträchtigt die Eigenschaften von Kunststein – er kann zur Bildung großer Poren, starkem Schrumpfen und einer Verringerung der Festigkeit führen.

Im Jahr 1880 erfand der deutsche Wissenschaftler W. Michaelis ein Verfahren zur Herstellung von Silikatziegeln (Kalksandsteinen). Zu Beginn des 20. Jahrhunderts gab es in Russland bereits fünf Fabriken, die Kalksandstein produzierten.

Bis in die 50er Jahre die einzige Silikatart Autoklavenprodukte es gab Kalksandsteine und kleine Steine aus Porensilikatbeton. Dank der Arbeit russischer Wissenschaftler wurde jedoch zum ersten Mal weltweit die Produktion großformatiger Autoklavenprodukte aus Silikatbeton für den Fertigbau geschaffen. Heutzutage können fast alle Elemente von Gebäuden und Bauwerken (Paneele, Bodenplatten, Treppenelemente usw.) aus bewehrtem Silikatbeton hergestellt werden, der in seinen Eigenschaften dem bewehrten Beton nahezu nicht nachsteht, und das dank der Verwendung lokaler Rohstoffe Materialien und Industrieabfälle sind 15 bis 20 % günstiger als vergleichbare Stahlbetonelemente mit Portlandzement.

Rohstoffe für silikatische Materialien und Produkte

Einer der Hauptbestandteile der Rohstoffmischung, aus der die Produkte hergestellt werden, ist Kalk, der während der Wärme- und Feuchtigkeitsbehandlung chemisch stark mit Kieselsäure reagiert. Deshalb ist der zweite Hauptbestandteil der Rohstoffmischung Quarzsand oder anderes Mineralien Kieselsäure enthaltende Stoffe, beispielsweise Schlacke, Asche etc. Damit die chemische Wechselwirkung besonders intensiv abläuft, wird die Kieselsäurekomponente fein gemahlen. Je feiner der Sand gemahlen wird, desto höher sollte der relative Kalkanteil in der Mischung sein. Als weitere Komponenten können auch Füllstoffe in Form von ungemahlenem Quarzsand, Schlacke, Blähton, Blähperlit usw. eingebracht werden.

Für die moderne Herstellung von Kalksandsteinen wird eine Rohstoffmischung verwendet, die aus 90...95 % Sand, 5...10 % gemahlenem Branntkalk und einer bestimmten Menge Wasser besteht.

3. Allgemeine Technologie zur Herstellung von Silikatmaterialien

Die Technologie zur Herstellung von Silikatprodukten besteht üblicherweise aus folgenden Schritten:
1. Beschaffung der Rohstoffmischung.
2. Pressen von Produkten.
3. Autoklavenverarbeitung von Produkten.
4. Alterung der fertigen Produkte.

Herstellung von Silikatbaustoffen basiert auf der hydrothermischen Synthese von Calciumhydrosilikaten, die in einem Autoklavenreaktor in einer Umgebung aus gesättigtem Wasserdampf bei einem Druck von 0,8–1,3 MPa und einer Temperatur von 175–200 °C durchgeführt wird. Für die hydrothermale Synthese können bei entsprechender Begründung auch andere Autoklavenparameter verwendet werden; die Behandlung kann nicht nur mit Dampf, sondern auch mit einem Dampf-Luft- oder Dampf-Gas-Gemisch oder Wasser erfolgen.

Ein großer Arbeitsaufwand ist bei dieser Produktion die Gewinnung von Kalk für die Rohstoffmischung. Der technologische Prozess der Kalkherstellung umfasst die folgenden Vorgänge: Extraktion Kalkstein in Steinbrüchen, Zerkleinern und Sortieren in Fraktionen, Brennen in Schachtdrehöfen und anderen Öfen, Zerkleinern oder Mahlen von Stückkalk (Herstellung von Branntkalk).
Die Herstellung der Rohstoffmischung erfolgt auf zwei Arten: Trommel und Silo, die sich in der Aufbereitung der Kalk-Sand-Mischung voneinander unterscheiden.

Der Autoklav ist ein horizontal angeordneter Stahlzylinder mit hermetisch verschlossenen Deckeln an den Enden. In einem Autoklaven in einer Sattdampfatmosphäre bei einem Druck von 0,8-1,3 MPa und einer Temperatur von 175-200°C härtet der Ziegel in 8...14 Stunden aus.

Die Festigkeit von Autoklavenmaterialien entsteht durch das Zusammenspiel zweier Prozesse: Strukturbildung, verursacht durch die Synthese von Calciumhydrosilikaten, und Zerstörung, verursacht durch innere Spannungen.

Um innere Spannungen zu reduzieren, wird die Autoklavenbehandlung nach einem bestimmten Regime durchgeführt, einschließlich einer allmählichen Erhöhung des Dampfdrucks für 1,5 bis 2 Stunden, einer isothermen Exposition der Produkte in einem Autoklaven bei einer Temperatur von 175 bis 200 ° C und einem Druck von 0,8 -1,3 MPa für 4–8 Stunden und eine Abnahme des Dampfdrucks für 2–4 Stunden. Nach einer Autoklavenbehandlung für 8–14 Stunden werden Silikatprodukte erhalten.

Der Autoklav ist fast leer fertige Ware, die 10...15 Tage lang zur Karbonisierung von nicht umgesetztem Kalk aufbewahrt werden Kohlendioxid Luft, was zu einer erhöhten Wasserbeständigkeit und Festigkeit der Produkte führt. Die Verarbeitungstemperatur und der Gesamtenergieverbrauch bei der Herstellung von Kalksandsteinen sind deutlich niedriger als bei der Herstellung von keramischen Ziegeln, daher sind Kalksandsteine wirtschaftlich effizienter.

Zu den autoklavierten Silikatprodukten gehören Kalksandsteine, große Silikatblöcke, Platten aus schwerem Silikatbeton, Boden- und Wandpaneele, Säulen, Balken usw. Leichte Zuschlagstoffe ermöglichen es, das Gewicht von Wandpaneelen und anderen Elementen zu reduzieren. Silikatprodukte werden massiv oder leichtgewichtig mit durchgehenden oder halbgeschlossenen Hohlräumen hergestellt. Von besonderer Bedeutung sind Silikate Porenbeton, gefüllt mit gleichmäßig verteilten Luftzellen oder Blasen. Sie können einen strukturellen und wärmeisolierenden Zweck haben, der die Form und Größe der Produkte sowie ihre Qualitätsindikatoren bestimmt.

Silikatmaterialien und autoklavierte Produkte sind künstliche Gebäudekonglomerate auf der Basis von kalkhaltigem, kieselsäurehaltigem (Silikat-)Gestein, die bei der Behandlung im Autoklaven unter Einwirkung von Dampf bei hoher Temperatur und erhöhtem Druck synthetisiert werden. Einer der Hauptbestandteile der Rohstoffmischung, aus der die Produkte hergestellt werden, ist Kalk, der während der Wärme- und Feuchtigkeitsbehandlung chemisch stark mit Kieselsäure reagiert.

Daher ist der zweite Hauptbestandteil der Rohstoffmischung Quarzsand oder andere kieselsäurehaltige mineralische Stoffe wie Schlacke, Asche von Wärmekraftwerken usw. Damit die chemische Wechselwirkung recht intensiv ablaufen kann, wird der Kieselsäureanteil fein zerkleinert Boden. Je feiner der Brechsand ist, desto höher sollte der relative Kalkgehalt in der Mischung sein. Weitere Bestandteile können auch Füllstoffe in Form von ungemahlenem Quarzsand, Schlacke, Blähton, Blähperlit usw. sein. Ein unverzichtbarer Bestandteil aller Mischungen ist Wasser.

PI. Bozhenov weist auf die „technische Synthese“ eines zementären Bindemittels in einem autoklavierten Konglomerat hin, das aus einer Mischung von Hydrosilikaten besteht, und ist der Ansicht, dass chemische Rohstoffe bestimmte Anforderungen erfüllen müssen. Es sollte hochdispers sein mit einer spezifischen Oberfläche des Pulvers im Bereich von 2000-4000 cm2/g, möglichst amorph, glasig.

Chemisch aktive Rohstoffe sorgen nicht nur für die Bildung eines zementierenden Bindemittels im Autoklavenkonglomerat, sondern auch für eine Reihe technologischer Eigenschaften der Rohstoffmischung (Formbarkeit der Produkte, Ebenheit ihrer Oberfläche, Transportfähigkeit usw.). Aber nicht nur chemische und physikalisch-chemische Prozesse beeinflussen die Ausbildung der Struktur und Eigenschaften von Silikatmaterialien während der Autoklavenverarbeitung. A. V. Volzhensky war der erste, der auf die Veränderung der Wärme- und Feuchtigkeitsbedingungen während der Autoklavenverarbeitung und deren Auswirkungen auf die Qualität der Produkte aufmerksam machte. In diesem Zusammenhang wurde beschlossen, drei Phasen der Autoklavenverarbeitung zu unterscheiden: Befüllen des Autoklaven und der Produkte mit Dampf bis zu einem bestimmten Maximaldruck; Dampfabgabe; Entfernen von Produkten aus dem Autoklaven.

Die für Baustoffe notwendigen Eigenschaften erhalten die Produkte nach der Autoklavenbehandlung, bei der ein neuer kalkhaltiger Kieselzement mit seinen charakteristischen Neubildungen von Calcium- und Magnesiumhydrosilikaten sowie wasserfreien Silikaten entsteht.

Bildung von Mikro- und Makrostruktur Silikatprodukt in einem Autoklaven erfolgt in verschiedenen Verarbeitungsstufen. Der Mechanismus der Aushärtung von Kalksand-Rohmaterial zu einem steinähnlichen Zustand drückt sich darin aus, dass zunächst eine kalk-silikatische zementartige Substanz als Produkt entsteht chemische Wechselwirkung Hauptkomponenten in der Mischung unter Bedingungen von erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur.

Nach einer der Theorien (P.P. Budnikova, Yu.M. Butta usw.) erfolgt die Bildung einer zementartigen Substanz durch die vorläufige Auflösung von Kalk in Wasser. Da die Löslichkeit von Kalk mit steigender Temperatur abnimmt, wird die Lösung allmählich gesättigt. Doch mit steigender Temperatur nimmt die Löslichkeit feindisperser Kieselsäure zu. Beispielsweise erhöht sich bei einer Temperaturerhöhung von 80 auf 120 °C die Löslichkeit von Kieselsäure (nach Kennedy) um fast das Dreifache. Daher interagieren Kalk und Kieselsäure bei einer Temperatur von 120–130 °C in Lösung und bilden gelartige Calciumhydrosilikate. Wenn die Temperatur weiter ansteigt, werden die Neubildungen größer, es bilden sich Keime und eine kristalline Phase und dann kommt es zu kristallinen Verwachsungen.

Bei einem Überschuss an Kalk entstehen relativ grobkristalline dibasische Calciumhydrosilikate vom Typ C2SH und C2SH2 und nach vollständiger Kalkbindung und im Prozess der Rekristallisation stabilere mikrokristalline niedrigbasische Calciumhydrosilikate vom Typ CSH und C5S6H5 (das ist Bermorit). Die Kristallisation erfolgt um Quarzkörner und im intergranularen Raum; geht mit der Verschmelzung kristalliner Neubildungen zu einem Gerüst mit dessen weiterer Verstärkung und Verschmutzung einher.

Voller Zyklus Autoklavenverarbeitung, laut P.I. Bozhenov besteht aus fünf Phasen:

Dampfeinlass und Temperatureinstellung auf 100°C;
weitere Erhöhung der Mediumstemperatur und des Dampfdrucks auf das vorgesehene Maximum; isothermes Halten bei konstantem Druck (je höher der Druck, desto kürzer der Autoklavenmodus);
eine langsame und allmähliche Erhöhung der Geschwindigkeit der Reduzierung des Dampfdrucks auf Atmosphärendruck und der Temperatur auf 100 °C;
Endkühlung der Produkte im Autoklaven oder nach dem Entladen aus dem Autoklaven.

Das optimale Regime, d.h. die besten Bedingungen hinsichtlich Dampfdruck, Temperatur und Dauer aller Verarbeitungsstufen, wird durch die Art des Rohmaterials bestimmt, wobei aus wirtschaftlichen Gründen immer ein schneller Druckanstieg und langsamer Druckabbau angestrebt wird.

Von großem Nutzen bei der Gestaltung der Struktur und Eigenschaften von Silikatsteinen und -materialien sind die in Mischungen eingebrachten Zusatzstoffe, die als Beschleuniger für die Bildung von Calcium- oder Magnesiumhydrosilikaten, die Kristallisation neuer Formationen und als Modifikatoren von Eigenschaften und Struktur wirken. Im Allgemeinen wird die Zusammensetzung von Silikatsteinen von niedrigbasischen Calciumhydrosilikaten dominiert, die eine feinnadelige oder schuppige mikrokristalline Struktur aufweisen. CSH und Tobermorit C5S6H. In kalkhaltigen Mischungen führt die Synthese zur Bildung von Hillebrandit 2CaO Si02 H20 ( d.h. C2SH).

Einer anderen Theorie zufolge erfolgt die Bildung der Mikrostruktur des Bindemittels nicht durch die Auflösung von Kalk und Kieselsäure, sondern in der festen Phase unter dem Einfluss des Prozesses der Selbstdiffusion von Molekülen unter Bedingungen einer wässrigen Umgebung und erhöhter Temperatur . Es gibt auch eine dritte Theorie (A. V. Satalkin, P. G. Komokhov usw.), die die Bildung einer Bindemittelmikrostruktur als Ergebnis von Reaktionen in der flüssigen und festen Phase zulässt.

Die Untersuchungen von Silikatsteinen und Silikatkonglomeraten am Beispiel von Fein- und Grobkornbeton zeigten, dass deren Eigenschaften bei optimalem Gefüge vollständig den allgemeinen Gesetzmäßigkeiten der ISC unterliegen.

Neben silikatischen Rohstoffen können bei der Herstellung von Autoklavenprodukten auch übliche quarzarme Rohstoffe verwendet werden – Feldspat-, Ton-, Karbonatsande sowie Schlacken und andere industrielle Nebenprodukte. Mineralien aus quarzarmen Rohstoffen werden, nachdem sie sich unter Autoklavierungsbedingungen aufgelöst haben, zu aktiven Bestandteilen, deren Löslichkeit Quarz in nichts nachsteht. Ihre Aktivität hängt von der Größe der Radien der in ihrer Zusammensetzung enthaltenen Anionen und Kationen ab. Im Autoklaven entsteht ein neues Bindemittel (nichtbrennendes Salz-Schlacke-Bindemittel), das bessere Eigenschaften als das kalkhaltige Bindemittel aufweist Aushärtung im Autoklaven. Es besteht aus niedrigbasischen, schwach kristallisierten Calciumhydrosilikaten und in Gegenwart von Aluminiumionen aus hochbasischen Calciumhydrosilikaten.

Klassifizierung und Arten von Silikatmaterialien

Silikatmaterialien gehören zur Gruppe der künstlichen Steinmaterialien auf Bindemittelbasis.

Allgemeine Informationen zu Kunststeinmaterialien auf Bindemittelbasis

Klassifizierungskriterien, nach denen zementäre Materialien unterschieden werden:

1. Je nach Bindemittelart werden Produkte auf Basis von Zement, Kalk, Gips etc. unterschieden.
2. Abhängig von der Produktionsmethode werden die Bedingungen für die Aushärtung solcher Materialien bestimmt: natürliche Aushärtung, Dämpfen, Autoklavenverarbeitung.

Als Füllstoffe für die Herstellung von Kunststeinprodukten werden verschiedene Materialien verwendet: Sand, Blähton und andere poröse Füllstoffe, Sägemehl und -späne sowie ein spezieller verstärkender Füllstoff – Asbest.

Zu den wichtigsten Kunststeinmaterialien und -produkten gehören:
1. Kalksandstein
2. Quarzbetonprodukte:
2.1. Schwere Silikatbetonprodukte ähnlich herkömmlichem Beton
2.2. Leichte Silikatbetonprodukte auf Basis poröser oder zelliger Zuschlagstoffe (Schaum- und Gassilikate)
3. Gips und Gipsbetonprodukte
4. Mauersteine aus Leicht- und Porenbeton
5. Holzbeton
6. Zementspanplatten und Asbestzementprodukte

Im Gegensatz zu Keramik werden Werkstoffe auf Basis mineralischer Bindemittel durch natürliche Härtung oder Wärmebehandlung bei Temperaturen bis 200 °C gewonnen. Somit ist der Energieverbrauch für die Herstellung von Produkten mit mineralischen Bindemitteln, selbst unter Berücksichtigung des Energieverbrauchs für die Gewinnung des Bindemittels selbst, geringer als für die Herstellung von Keramik. Keramische Materialien sind jedoch langlebiger und beständiger gegenüber Wasser, aggressiven Lösungen und hohen Temperaturen.

Arten von Hohlprodukten aus Silikatmaterialien gemäß GOST 379-95 Silikatziegel und -steine

Abbildung A1 – Stein (Ziegel) 14-fach hohl (Lochdurchmesser 30 – 32 mm, Hohlraum 28 – 31 %)

Abbildung A2 - Stein (Ziegel) 11-hohl (Lochdurchmesser 27 - 32 mm, Hohlheit 22 - 25 %)

Abbildung A3 – 3-Hohlstein (Lochdurchmesser 52 mm, Hohlraum 15 %)

LISTE DER IN DER PRODUKTION VERWENDETEN MATERIALIEN
SILIKATPRODUKTE

Name des Materials	Regulierungsdokument
1 Sand zur Herstellung von Silikatprodukten
2 Baukalk	GOST 9197-77
3 Belitschlamm (Nephelin).	Nach aktuellen behördlichen Unterlagen
4 Flugasche aus Wärmekraftwerken	9 Trockene Polyvinylbutyrolfarbe P-VL, P-VL-212, Redoxside, Phthalocyoningrün, dampfdurchlässige Lacke, Silikonlacke KO-174 verschiedene Farben, Organosilikatzusammensetzungen usw.	Dasselbe

Klassifizierung von Silikatmaterialien

Die Klassifizierung von Silikatmaterialien ist in Schema 1 dargestellt:

Schema 1. Klassifizierung von Silikatmaterialien

Hergestellt aus natürlichen Silikatmaterialien Verkleidungsfliesen und Bausteine.

Künstliche Silikatmaterialien sind weitaus häufigere Baumaterialien. Die Rohstoffe für die Herstellung künstlicher Silikatmaterialien sind natürliche Mineralien wie Quarzsand, Ton, Feldspat und Kalkstein. Als Rohstoffe werden auch Abfälle aus verschiedenen Industrien verwendet (Abb. 2):

Reis. 2. Rohstoffe zur Herstellung von Silikatmaterialien

Die Herstellung von Silikatmaterialien bildet die Silikatindustrie. Betrachten wir die Essenz der Herstellung von Zement, Keramik und Glas.

Zementproduktion

Das silikatische Bindemittel ist Portlandzement, der im Alltag einfach Zement genannt wird. Die Zusammensetzung von Zement kann anhand der folgenden Formel wiedergegeben werden: .

Die Zementproduktion umfasst zwei Hauptphasen: 1. Klinkerproduktion; 2. Klinkermahlen. Die wichtigsten Rohstoffe für die Zementherstellung sind Ton, Kalkstein und Kreide.

Kalkstein und Kreide enthalten Calciumcarbonat (CaCO3). Ton ist ein Alumosilikat. Beim Brennen einer Mischung aus Kreide, Kalkstein und Ton verdunstet zunächst Wasser, dann zersetzen sich Kalziumkarbonat und Verunreinigungen:

Im Endstadium kommt es zum Sintern von Calcium-, Aluminium- und Siliziumoxiden zu einer homogenen festen Masse – Klinker. Beim Zerkleinern von Klinker entsteht ein Pulver, das Portlandzement genannt wird.

Der Aushärtungsprozess von Zement erklärt sich aus der Tatsache, dass die in seiner Zusammensetzung enthaltenen Alumosilikate mit Wasser reagieren und eine felsige Masse bilden.

Wenn Zement mit Wasser und Flusssand vermischt wird, entsteht ein Zementmörtel. Mischung Zementmörtel Mit Kies entsteht Beton. Betonkonstruktionen sind noch langlebiger, wenn ein Rahmen aus Eisenstangen in den Beton eingebettet wird. Solch Baumaterial Stahlbeton genannt.

Keramikproduktion

Die wichtigsten Rohstoffe für die Produktion Keramikprodukte ist Ton. Die Herstellung dieser Produkte basiert auf der Eigenschaft von Ton, mit einer geringen Menge Wasser vermischt eine plastische Masse zu bilden. Dieser Masse kann jede beliebige Form gegeben werden, die nach dem Trocknen erhalten bleibt und durch Brennen bei hoher Temperatur fixiert wird.

Keramikprodukte werden in poröses – Fayence, Ziegel, feuerfestes – und gesintertes – Porzellan unterteilt. Produkte aus Steingut und Porzellan werden speziell mit Glasur beschichtet. Dazu wird nach dem Brennen eine Mischung aus Quarzsand und Feldspat auf die Oberfläche des Produkts aufgetragen und anschließend erneut gebrannt. Oft wird vor dem Glasieren ein Design auf das Geschirr aufgebracht.

Glasproduktion

Die Rohstoffe für die Herstellung von gewöhnlichem Glas sind reiner Quarzsand, Soda und Kalkstein. Diese Substanzen werden gründlich gemischt und einer starken Erhitzung (bis zu 1500 ° C) ausgesetzt. Die resultierenden Natrium- und Calciumsilikate werden mit überschüssigem Flusssand gesintert:

Glas ist kein einzelner Stoff, sondern eine Legierung aus mehreren Stoffen. Die ungefähre Zusammensetzung von gewöhnlichem Glas kann durch die Formel ausgedrückt werden . Wenn Natriumcarbonat durch Kaliumcarbonat ersetzt wird, erhält man ein feuerfesteres Glas (chemisch).

Werden Kali (Kaliumcarbonat), Blei(II)-oxid und Flusssand als Rohstoffe verwendet, wird Kristallglas gewonnen. Dieses Glas bricht das Licht stark und wird daher in der Optik für Linsen und Prismen verwendet. Daraus werden auch Kristallglaswaren hergestellt.

Um farbige Gläser zu erhalten, werden dem Rohmaterial Oxide zugesetzt. verschiedene Metalle. Durch Zugabe von Kobalt(II)-oxid entsteht blaues Glas. Chrom(III)-oxid verleiht dem Glas eine grüne Farbe, während Kupfer(II)-oxid ihm eine blaugrüne Farbe verleiht.

Referenzen

→ Baustoffkunde

Allgemeine Informationen zu Silikatmaterialien

Silikatmaterialien und autoklavierte Produkte sind künstliche Baukonglomerate auf der Basis von kalkhaltigem, kieselsäurehaltigem (Silikat-)Gestein, die bei der Behandlung im Autoklaven unter Einwirkung von Dampf bei hoher Temperatur und erhöhtem Druck synthetisiert werden. Einer der Hauptbestandteile der Rohstoffmischung, aus der die Produkte hergestellt werden, ist Kalk, der während der Wärme- und Feuchtigkeitsbehandlung chemisch stark mit Kieselsäure reagiert. Daher ist der zweite Hauptbestandteil der Rohstoffmischung Quarzsand oder andere kieselsäurehaltige mineralische Stoffe wie Schlacke, Asche von Wärmekraftwerken usw. Damit die chemische Wechselwirkung recht intensiv ablaufen kann, wird der Kieselsäureanteil fein zerkleinert Boden. Je feiner der Brechsand ist, desto höher sollte der relative Kalkgehalt in der Mischung sein. Weitere Bestandteile können auch Füllstoffe in Form von ungemahlenem Quarzsand, Schlacke, Blähton, Blähperlit usw. sein. Ein unverzichtbarer Bestandteil aller Mischungen ist Wasser.

Zu den autoklavierten Silikatprodukten gehören Kalksandsteine, große Silikatblöcke, Platten aus schwerem Silikatbeton, Boden- und Wandpaneele, Säulen, Balken usw. Leichte Zuschlagstoffe ermöglichen es, das Gewicht von Wandpaneelen und anderen Elementen zu reduzieren. Silikatprodukte werden massiv oder leichtgewichtig mit durchgehenden oder halbgeschlossenen Hohlräumen hergestellt. Von besonderer Bedeutung sind Silikatporenbetone, die mit gleichmäßig verteilten Luftzellen bzw. Blasen gefüllt sind. Sie können einen strukturellen und wärmeisolierenden Zweck haben, der die Form und Größe der Produkte sowie ihre Qualitätsindikatoren bestimmt.

Die Möglichkeit, ein steinähnliches Produkt in einem Autoklaven zu formen, wurde Ende des 19. Jahrhunderts eingeführt, aber die Massenproduktion von Silikatprodukten, Teilen und Strukturen, insbesondere Beton, wurde in unserem Land erstmals organisiert. Die Technologie für ihre Herstellung ist mechanisiert und weitgehend automatisiert, was im Vergleich zu Zementmaterialien und -produkten günstigere Produkte gewährleistet. Effektive Forschung in dieser Richtung wurde von P.I. durchgeführt. Bozhenov, A.V. Volzhensky, P.P. Budnikov, Yu.M. Buttom et al. Es wurde gezeigt, dass die Autoklavenbehandlung die stabilsten niedrigbasischen Hydrosilikate mit einem CaOiSiCh-Verhältnis im Bereich von 0,8–1,2 erzeugt, obwohl in Zwischenstadien der Verfestigung auch höherbasische chemische Verbindungen möglich sind. PI. Bozhenov weist auf die „technische Synthese“ eines zementären Bindemittels in einem autoklavierten Konglomerat hin, das aus einer Mischung von Hydrosilikaten besteht, und ist der Ansicht, dass chemische Rohstoffe bestimmte Anforderungen erfüllen müssen. Es sollte hochdispers sein mit einer spezifischen Oberfläche des Pulvers im Bereich von 2000-4000 cm2/g, möglichst amorph, glasig. Chemisch aktive Rohstoffe sorgen nicht nur für die Bildung eines zementierenden Bindemittels im Autoklavenkonglomerat, sondern auch für eine Reihe technologischer Eigenschaften der Rohstoffmischung (Formbarkeit der Produkte, Ebenheit ihrer Oberfläche, Transportfähigkeit usw.). Aber nicht nur chemische und physikalisch-chemische Prozesse beeinflussen die Ausbildung der Struktur und Eigenschaften von Silikatmaterialien während der Autoklavenverarbeitung. A. V. Volzhensky war der erste, der auf die Veränderung der Wärme- und Feuchtigkeitsbedingungen während der Autoklavenverarbeitung und deren Auswirkungen auf die Qualität der Produkte aufmerksam machte. In diesem Zusammenhang wurde beschlossen, drei Phasen der Autoklavenverarbeitung zu unterscheiden: Befüllen des Autoklaven und der Produkte mit Dampf bis zu einem bestimmten Maximaldruck; Dampfabgabe; Entfernen von Produkten aus dem Autoklaven.

Der gesamte Zyklus der Autoklavenbehandlung ist laut P.I. Bozheno-va besteht aus fünf Schritten: Dampfeinlass und Temperatureinstellung auf 100 °C; weitere Erhöhung der Mediumstemperatur und des Dampfdrucks auf das vorgesehene Maximum; isothermes Halten bei konstantem Druck (je höher der Druck, desto kürzer der Autoklaviermodus); eine langsame und allmähliche Erhöhung der Geschwindigkeit der Reduzierung des Dampfdrucks auf Atmosphärendruck und der Temperatur auf 100 °C; Endkühlung der Produkte im Autoklaven oder nach dem Entladen aus dem Autoklaven. Das optimale Regime, d.h. die besten Bedingungen hinsichtlich Dampfdruck, Temperatur und Dauer aller Verarbeitungsstufen, wird durch die Art des Rohmaterials bestimmt, wobei aus wirtschaftlichen Gründen immer ein schneller Druckanstieg und langsamer Druckabbau angestrebt wird.

Die Bildung der Mikro- und Makrostruktur eines Silikatprodukts im Autoklaven erfolgt in verschiedenen Verarbeitungsstufen. Der Mechanismus der Aushärtung von Kalksand-Rohmaterial zu einem steinähnlichen Zustand drückt sich darin aus, dass zunächst eine kalk-silikatische Zementsubstanz als Produkt der chemischen Wechselwirkung der Hauptkomponenten in der Mischung unter Bedingungen erhöhter Drücke entsteht und Temperaturen. Nach einer der Theorien (P.P. Budnikova, Yu.M. Butta usw.) erfolgt die Bildung einer zementartigen Substanz durch die vorläufige Auflösung von Kalk in Wasser. Da die Löslichkeit von Kalk mit steigender Temperatur abnimmt, wird die Lösung allmählich gesättigt. Doch mit steigender Temperatur nimmt die Löslichkeit feindisperser Kieselsäure zu. Beispielsweise erhöht sich bei einer Temperaturerhöhung von 80 auf 120 °C die Löslichkeit von Kieselsäure (nach Kennedy) um fast das Dreifache. Daher interagieren Kalk und Kieselsäure bei einer Temperatur von 120–130 °C in Lösung und bilden gelartige Calciumhydrosilikate. Wenn die Temperatur weiter ansteigt, werden die Neubildungen größer, es bilden sich Keime und eine kristalline Phase und dann kommt es zu kristallinen Verwachsungen. Bei einem Überschuss an Kalk entstehen relativ grobkristalline dibasische Calciumhydrosilikate vom Typ C2SH und C2SH2 und nach vollständiger Kalkbindung und im Prozess der Rekristallisation stabilere mikrokristalline niedrigbasische Calciumhydrosilikate vom Typ CSH und C5S6H5 (das ist Bermorit). Die Kristallisation erfolgt um Quarzkörner und im intergranularen Raum; geht mit der Verschmelzung kristalliner Neubildungen zu einem Gerüst mit dessen weiterer Verstärkung und Verschmutzung einher.

Von großem Nutzen bei der Gestaltung der Struktur und Eigenschaften von Silikatsteinen und -materialien sind die in Mischungen eingebrachten Zusatzstoffe, die als Beschleuniger für die Bildung von Calcium- oder Magnesiumhydrosilikaten, die Kristallisation neuer Formationen und als Modifikatoren von Eigenschaften und Struktur wirken. Im Allgemeinen wird die Zusammensetzung von Silikatsteinen von niedrigbasischen Calciumhydrosilikaten dominiert, die eine feinnadelige oder schuppige mikrokristalline Struktur aufweisen (CSH) und Tobermorit (C5S6H5). In kalkhaltigen Gemischen führt die Synthese zur Bildung von Hillebrandit 2CaO SiO2 H20 (d. h. C2SH).

Die optimale Struktur des Silikatmaterials wird mit einer bestimmten Menge Kalk-Kieselsäure-Zement und einem Mindestverhältnis seiner Phasenkomponenten gebildet. In einem frisch zubereiteten Konglomerat ist das Dispersionsmedium (c) Kalkpaste (It) und die gemahlene silikatische Komponente (Sand) (PM) fungiert als feste dispergierte Phase (f). Die Aktivität (Festigkeit) eines Kalk-Silikat-Bindemittels mit optimaler Struktur nach der Autoklavenbehandlung hängt wie andere Eigenschaften des Silikatmaterials vom Wert des Th:Pm-Verhältnisses (nach Gewicht) ab. Die Ergebnisse experimenteller Studien haben gezeigt, dass die Grenzen der Druckfestigkeit, der Zugfestigkeit beim Biegen, der durchschnittlichen Dichte und anderer Indikatoren für die Eigenschaften von Silikatstein bei R MPa bei einem bestimmten Mindestverhältnis c7f = I^ extreme Werte annehmen./ Uhr (Abb. 9.28). In voller Übereinstimmung mit Formel (3.4) ist die Festigkeit des Silikatkonglomerats Rc = R*lxy, wobei R* die Festigkeit des autoklavierten Silikatsteins mit optimaler Struktur ist; ^ x = ШПм: И7ПМ = – 8/5* – das Verhältnis der durchschnittlichen Dicken der Kalkleimfilme im Konglomeratbindemittel und im Bindemittel mit optimaler Struktur; Der n-Exponent hängt von der Qualität der Ausgangsmaterialien ab.

Neben silikatischen Rohstoffen können bei der Herstellung von Autoklavenprodukten auch übliche quarzarme Rohstoffe verwendet werden – Feldspat-, Ton-, Karbonatsande sowie Schlacken und andere industrielle Nebenprodukte. Mineralien aus quarzarmen Rohstoffen werden, nachdem sie sich unter Autoklavierungsbedingungen aufgelöst haben, zu aktiven Bestandteilen, deren Löslichkeit Quarz in nichts nachsteht. Ihre Aktivität hängt von der Größe der Radien der in ihrer Zusammensetzung enthaltenen Anionen und Kationen ab. Im Autoklaven entsteht ein neues Bindemittel (nichtbrennendes Salz-Schlacke-Bindemittel), dessen Eigenschaften der kalkhaltig-silikatischen Autoklavhärtung überlegen sind. Es besteht aus niedrigbasischen, schwach kristallisierten Calciumhydrosilikaten und in Gegenwart von Aluminiumionen aus hochbasischen Calciumhydrosilikaten.

Die größte Menge in der Erdkruste (Lithosphäre) enthält freies Siliziumanhydrid oder Siliciumdioxid Si0 2. Es kommt in den meisten Mineralien in Form von Silikaten vor -> chemische Verbindungen mit basischen Oxiden. Freie, natürlich vorkommende kristalline Kieselsäure kommt in Form von Quarz vor, einem der häufigsten Mineralien in der Erdkruste. Seine Kristalle haben die Form sechseckiger Prismen mit sechseckigen Pyramiden an den Enden (Grundflächen). Quarz ist normalerweise undurchsichtig, häufiger ist er weiß, milchig. Quarz hat keine Spaltung, sein Bruch ist muschelförmig, er hat einen fettigen Glanz; Es verbindet sich bei normalen Temperaturen nicht mit Alkalien und wird durch Säuren (außer Flusssäure) nicht zerstört. Quarz hat ein spezifisches Gewicht von 2,65 und eine Härte von 7 auf der Härteskala. Quarz hat eine hohe Druckfestigkeit (ca. 20.000 kg/cm2) und eine gute Abriebfestigkeit. Beim Erhitzen auf eine Temperatur von 575 °C geht Quarz von der β-Modifikation in die α-Modifikation (Hochtemperatur) über und nimmt dabei abrupt an Volumen um etwa 1,5 % zu. Bei einer Temperatur von 870°C beginnt es sich in Tridymit umzuwandeln ( spezifisches Gewicht 2.26), das deutlich an Volumen zunimmt (das Tridymit-Mineral kristallisiert in Form dünner sechseckiger Plättchen). Diese Änderungen im Volumen von Quarz bei hohe Temperaturen müssen bei der Herstellung von feuerfesten Quarzsandprodukten berücksichtigt werden. Bei einer Temperatur von 1710° C geht Quarz in einen flüssigen Zustand über. Durch schnelles Abkühlen der geschmolzenen Masse (Schmelze) entsteht Quarzglas – amorphe Kieselsäure mit einem spezifischen Gewicht von 2,3.

In der Natur hat das Mineral Opal eine amorphe Struktur, bei der es sich um ein Siliciumdioxidhydrat (Si0 2 *nH 2 0) handelt. Amorphes Siliciumdioxid ist aktiv und kann sich bei normalen Temperaturen mit Kalk verbinden, während kristallines Siliciumdioxid (Quarz) diese Fähigkeit nur unter dem Einfluss von Hochdruckdampf (in einem Autoklaven) oder während der Fusion erlangt.

GRUPPE VON ALUMINOSILIKATEN

Aluminiumoxid A1 2 O 3 nimmt nach Siliziumoxid in der Erdkruste den zweiten Platz ein. Freie Tonerde kommt in der Natur in den Mineralien Korund und anderen aluminiumhaltigen Mineralien vor.

Korund ist eines der härtesten Mineralien. Es wird zur Herstellung hochfeuerfester Materialien verwendet und ist ein wertvolles Schleifmittel.

Ein anderer Aluminiumhaltiges Material- Diasporen - stellt Aluminiumoxidmonohydrat A1203 dar. H20 und enthält 85 % A1203. Diaspor ist Teil von Bauxit – fein verteilt Felsen oft rot oder violett, reich an Aluminiumoxid (40 bis 80 %) und wird als Rohstoff für die Herstellung von Tonerdezement verwendet.

Aluminiumoxid kommt normalerweise in Form chemischer Verbindungen mit Siliziumdioxid und anderen Oxiden vor, die als Alumosilikate bezeichnet werden. Die häufigsten Alumosilikate in der Erdkruste sind Feldspäte, die gewichtsmäßig mehr als die Hälfte der Gesamtmasse der Lithosphäre ausmachen. Zur gleichen Mineralgruppe gehören Glimmer und Kaolinite.

GRUPPE EISEN-MAGNESIANISCHER SILIKATE

Mineralien dieser Gruppe haben eine dunkle Farbe und werden daher oft als dunkel gefärbte Mineralien bezeichnet. Ihr spezifisches Gewicht ist größer als das anderer Silikate, die Härte liegt im Bereich von 5,5–7,5; sie haben eine erhebliche Viskosität. Mit einem großen Anteil davon in Gesteinen geben sie letztere ab dunkle Farbe und höhere Viskosität, d. h. erhöhte Schlagfestigkeit. Die häufigsten gesteinsbildenden Mineralien der Eisen-Magnesium-Gruppe sind Pyroxene, Amphibole und Olivin.

GRUPPE VON CARBONATEN

Die häufigsten gesteinsbildenden Mineralien in Sedimentgesteinen sind Karbonatminerale, die wichtigsten davon sind Calcit, Magnesit und Dolomit.

Calcit oder kristalliner Kalkspat CaC0 3 ist eines der häufigsten Mineralien in der Erdkruste. Es spaltet sich leicht entlang der Spaltungsebenen in drei Richtungen, hat ein spezifisches Gewicht von 2,7 und eine Härte von 3. Calcit ist in schwer löslich sauberes Wasser(0,03 g in 1 l), seine Löslichkeit steigt jedoch stark an, wenn das Wasser aggressives Kohlendioxid CO 2 enthält, da saures Calciumcarbonat Ca(HC0 3) 2 entsteht, dessen Löslichkeit fast 100-mal höher ist als die von Calcit.

Magnesit MgC0 3 kommt meist in Form erdiger oder dichter Aggregate mit kryptokristalliner Struktur vor. Es ist schwerer und härter als Calcit.

Dolomit CaC0 3 -MgC0 3 physikalische Eigenschaftenähnelt Calcit, ist jedoch härter und fester und in Wasser noch weniger löslich.

Gruppe von Sulfaten

Sulfatmineralien (Sulfate) kommen wie Carbonate häufig in Sedimentgesteinen vor; Die wichtigsten davon sind Gips und Anhydrit.

Gips CaS0 4 *2H 2 0 ist ein typisches Mineral von Sedimentgesteinen. Seine Struktur ist kristallin, teilweise feinkörnig, die Kristalle sind lamellar, säulenförmig, nadelförmig und faserig. Gips kommt hauptsächlich in Form fester körniger, faseriger und dichter Gesteine zusammen mit Tonen, Schiefern, Steinsalzen und Anhydrit vor. Gips hat Weiß, manchmal transparent oder mit Verunreinigungen gefärbt verschiedene Farben. Sein spezifisches Gewicht beträgt 2,3, die Härte 2.

Gips löst sich relativ leicht in Wasser bei einer Temperatur von 32–41 °C, seine Löslichkeit ist 75-mal höher als die von Calcit.

Anhydrit CaS0 4 hat ein spezifisches Gewicht von 2,8–3, eine Härte von 3–3,5; Von Aussehen sieht aus wie Gips. Es kommt in Schichten und Adern zusammen mit Gips und Steinsalz vor. Unter dem Einfluss von Wasser verwandelt sich Anhydrit allmählich in Gips und sein Volumen nimmt zu.

STEINE CHEMISCHEN URSPRUNGS

Magnesit MgC03 wird zur Herstellung von feuerfesten und Magnesium senkenden Materialien – kaustischem Magnesit – verwendet.

Dolomit besteht hauptsächlich aus dem gleichnamigen Mineral CaC03 MgC03. Die Eigenschaften von Dolomiten ähneln denen dichter Kalksteine, manchmal haben sie sogar noch mehr hohe Qualitäten. Sie werden als Bausteine und Schotter für Beton sowie zur Herstellung von feuerbeständigen Materialien und Bindemitteln (ätzender Dolomit) verwendet. Dolomiten sind weit verbreitet.

Gips CaS0 4 *2H 2 Q, bestehend aus dem gleichnamigen Mineral, wird hauptsächlich zur Herstellung von Gipsbindemitteln und als Zusatzstoff bei der Herstellung von Portlandzement verwendet.

Anhydrit CaS0 4, bestehend aus einem gleichnamigen Mineral, wird zur Gewinnung von Bindemitteln sowie zur Herstellung von Platten für verwendet Innenfutter. Äußerlich unterscheidet sich Anhydrit nicht merklich von Gips und kommt meist zusammen mit diesem vor.

Kalktuffsteine entstanden durch die Ausfällung von CaCO 3 aus kalten und heißen unterirdischen Kohlendioxidwässern. Sehr poröse Kalktuffe werden als Material für dekorative Gebäude (Grotten usw.) und als Rohstoff für die Herstellung von Korbwaren verwendet, dichte Tuffsteine mit kleinen, gleichmäßig verteilten Poren und einer Druckfestigkeit von bis zu 800 kg/cm 2 – z Außenverkleidung Gebäude

BETON. GRUNDLEGENDE INFORMATIONEN ÜBER BETON

Beton ist ein Kunststein, der durch Aushärten einer rational ausgewählten Mischung aus Bindemittel, Wasser und Zuschlagstoffen (Sand und Schotter oder Kies) gewonnen wird. Die Mischung dieser Materialien vor dem Aushärten wird Betonmischung genannt.

Sand- und Schotterkörner bilden das Steingerüst aus Beton. Danach bildete sich Zementleim Schließung Betonmischung mit Wasser, umhüllt die Sand- und Schotterkörner, füllt die Lücken zwischen ihnen und übernimmt zunächst die Aufgabe, die Zuschlagstoffe zu schmieren, der Betonmischung Beweglichkeit (Fließfähigkeit) zu verleihen und anschließend beim Aushärten die Körner zu binden Zuschlagstoffe, die einen Kunststein bilden - Beton. Beton kombiniert mit Stahlverstärkung Stahlbeton genannt.

KLASSIFIZIERUNG VON BETON

Beton wird wie folgt klassifiziert die Hauptmerkmale: Volumengewicht, Bindemittelart, Festigkeit, Frostbeständigkeit und Verwendungszweck.

Die Hauptklassifizierung basiert auf dem Volumengewicht. Beton wird unterteilt in besonders schweren Beton mit einem Raumgewicht von mehr als 2500 g/m3, schweren Beton mit einem Raumgewicht von 1800 bis einschließlich 2500 kg/m3 und leichten Beton mit einem Raumgewicht von 500 bis einschließlich 1800 kg/m3 und extra -leicht – mit einem Volumengewicht von weniger als 500 kg/m3.

Abhängig von der Größtgröße der verwendeten Gesteinskörnungen wird zwischen Feinbeton mit einer Gesteinskörnung bis 10 mm und Grobbeton mit der größten Gesteinskörnung von 10–150 mm unterschieden.

Die wichtigsten Indikatoren für die Qualität von Beton sind seine Festigkeit und Haltbarkeit. Basierend auf der Druckfestigkeit werden Betone in die Klassen R in kg/cm2 eingeteilt. Schwere Betone auf Basis von Zementen und gewöhnlichen dichten Zuschlagstoffen haben die Güteklassen 100–600, extraschwere Betone 100–200 und Leichtbetone poröse Aggregate 25–300, Porenbeton 25–200, dichter Silikatbeton 100–400 und hitzebeständiger Beton 100–400.

Die Dauerhaftigkeit von Beton wird anhand des Grades der Frostbeständigkeit beurteilt. Basierend auf diesem Indikator wird Beton in Frostbeständigkeitsklassen Mrz eingeteilt: für Schwerbeton Mrz 50–300 und für Leichtbeton Mrz 10–200. Anhand der Art des Bindemittels wird Beton unterschieden: Zement, hergestellt mit hydraulischen Bindemitteln – Portlandzement und seine Sorten;

Silikat – auf Kalkbindemitteln in Kombination mit Silikat- oder Aluminatkomponenten;

Gips – Verwendung von Gips-Anhydrit-Bindemitteln; Betone auf organischen Bindemitteln.

Schwerbeton wird aus Zement und herkömmlichen dichten Zuschlagstoffen hergestellt, Leichtbeton aus Zement unter Verwendung natürlicher oder künstlicher poröser Zuschlagstoffe. Eine Art Leichtbeton ist Porenbeton, bei dem es sich um eine ausgehärtete Mischung aus Bindemittel, Wasser, feinverteilter Kieselsäurekomponente und einem Treibmittel handelt. Es zeichnet sich durch eine hohe Porosität (bis zu 80-90 %) mit gleichmäßig verteilten kleinen Poren aus. Silikatbeton wird aus einer Mischung aus Kalk und Quarzsand hergestellt und anschließend in einem Autoklaven bei einem Druck von 9–16 atm (g) und einer Temperatur von 174,5–200 °C ausgehärtet.

Beton kann je nach Verwendungszweck folgender Art sein:

normal - für Beton und Stahlbeton tragende Strukturen Gebäude und Bauwerke (Säulen, Balken, Platten);

hydraulisch – für Dämme, Schleusen, Kanalauskleidung usw.;

für Gebäude und leichte Böden;

für Böden und Straßenbeläge und Fundamente;

besonderer Zweck: säurebeständig, hitzebeständig, extra schwer für biologischen Schutz.

Letztere werden aus Zement mit speziellen Zuschlagstoffen mit hohem Volumengewicht hergestellt.

Zement

Zur Herstellung von Schwerbeton werden gewöhnlicher Portlandzement, plastifizierter und hydrophober, Portlandzement mit hydraulischen Zusätzen, Portlandhüttenzement usw. verwendet. Die Eigenschaften dieser Zemente und die Anforderungen an sie werden im vierten Kapitel dargelegt.

Wasser mischen

Zum Schalen Betonmischungen und Bewässerung von Beton wird Wasser verwendet, das keine schädlichen Verunreinigungen enthält, die die normale Aushärtung des Betons beeinträchtigen – Säuren, Sulfate, Fette, Pflanzenöle, Zucker usw. Sumpf- und Abwasser sowie mit schädlichen Verunreinigungen verunreinigtes Wasser und Der pH-Wert sollte nicht unter 4 liegen und der Sulfatgehalt (berechnet als SO3) mehr als 0,27 % betragen. Meer- und andere mineralsalzhaltige Wässer dürfen nur verwendet werden, wenn der Gesamtsalzgehalt 2 % nicht überschreitet. Die Eignung von Wasser für Beton ist nachgewiesen chemische Analyse und Vergleichstests zur Festigkeit von Betonproben, die damit und mit sauberem Trinkwasser hergestellt und im Alter von 28 Tagen getestet wurden. wenn es darin gelagert wird normale Bedingungen. Wasser gilt als geeignet, wenn damit aufbereitete Proben mindestens eine geringere Festigkeit aufweisen als mit sauberem Trinkwasser zubereitete Proben.

Sand

Sand ist ein lockeres Gemisch aus Körnern mit einer Partikelgröße von 0,14 bis 5 mm, das durch die natürliche Zerstörung massiver Gesteine oder deren Zerkleinerung entsteht (Natursande). Neben natürlichen Sanden werden auch künstliche Sande verwendet, die durch Zerkleinern oder Granulieren von Hütten- und Brennstoffschlacken oder speziell aufbereiteten Materialien – Blähton, Agloporit usw. – gewonnen werden. Es können fraktionierte und unfraktionierte Sande verwendet werden.

Grobes Aggregat

Als grober Zuschlagstoff für schwerer Beton Es werden Kies oder Schotter aus Gesteinen verwendet, seltener Schlacke und Ziegelschotter.

Kies ist eine Ansammlung von Körnern mit einer Größe von 5-70 (150) mm, die durch die natürliche Zerstörung von Gesteinen entstanden sind. Das Kieskorn hat eine abgerundete Form und eine glatte Oberfläche. Für -Beton sind niedrig gerundete, zerkleinerte Körner am vorteilhaftesten, schlimmer sind eiförmige (abgerundete) und noch schlimmer sind lamellenförmige und nadelförmige Körner, die die Festigkeit des Betons verringern. Der Gehalt an Lamellen- und Nadelkörnern im Kies darf nicht mehr als 15 % und an Körnern aus schwachem (porösem) Gestein nicht mehr als 10 % betragen. Je nach Korngröße wird Kies in die Fraktionen 5-10, 10-20, 20-40 und 40-70 mm eingeteilt.

Häufig kommt neben Sand auch Kies vor. Wenn der Kies 25–40 % Sand enthält, spricht man von einer Sand-Kies-Mischung.

Schotter entsteht durch Zerkleinern von massiven Steinen, Kies, Felsbrocken oder anderen Steinen künstliche Steine in 5-70 mm große Stücke schneiden. Zur Herstellung von Beton werden üblicherweise Schotter verwendet, der durch Zerkleinern von dichtem Gestein gewonnen wird, Schotter aus Kies und Schotter aus Hochöfen und Herdschlacke.

GRUNDLEGENDE EIGENSCHAFTEN VON BETONMISCHUNG UND BETON

Schwerer Beton wird am häufigsten aus Portlandzement hergestellt. Quarzsand und Kies oder Schotter aus dichtem Gestein. Beton muss bis zu einem bestimmten Datum die vorgesehene Festigkeit erreichen und andere Eigenschaften aufweisen, die dem Zweck des herzustellenden Bauwerks entsprechen (Wasserbeständigkeit, Frostbeständigkeit, Dichte usw.). Darüber hinaus ist eine gewisse Beweglichkeit der Betonmischung erforderlich, die den anerkannten Methoden ihrer Verlegung entspricht.

Jede dieser Komponenten beeinflusst die viskoplastischen Eigenschaften der Mischung. Wenn man also den Anteil an Zuschlagstoffen erhöht, wird die Mischung steifer; wenn Zementleim plastischer und flüssiger ist. Beeinflusst die Eigenschaften der Betonmischung und die Viskosität des Zementleims erheblich. Je mehr Wasser im Zementleim enthalten ist, desto plastischer ist der Teig und desto plastischer ist dementsprechend auch die Betonmischung.

Eine der Haupteigenschaften einer Betonmischung ist die Thixotropie – die Fähigkeit, sich unter periodischer Wiederholung zu verflüssigen mechanische Einflüsse(z. B. Vibration) und verdicken sich wieder, wenn dieser Effekt aufhört. Der Mechanismus der thixotropen Verflüssigung besteht darin, dass beim Vibrieren die Kräfte der inneren Reibung und Adhäsion zwischen den Partikeln abnehmen und die Betonmischung flüssig wird. Diese Eigenschaft wird häufig beim Verlegen und Verdichten von Betonmischungen genutzt.

Abbildung 9.1. Bestimmung der Mobilität plastischer Betonmischungen durch Kegelsetzung (OC):

1 Stützen, 2 Griffe, 3 Kegelform, 4 Betonmischung.

Verarbeitbarkeit – verallgemeinert technische Spezifikationen Viskoplastische Eigenschaften der Betonmischung. Unter Verarbeitbarkeit versteht man die Fähigkeit einer Betonmischung, unter dem Einfluss bestimmter Techniken und Mechanismen problemlos in eine Form zu passen und ohne Delaminierung verdichtet zu werden. Die Verarbeitbarkeit von Mischungen wird je nach Konsistenz anhand der Beweglichkeit oder Steifigkeit beurteilt.

Als Merkmal der Verarbeitbarkeit von Kunststoffmischungen, die sich unter dem Einfluss ihres Eigengewichts verformen können, dient die Beweglichkeit. Der Einbruch ist durch die Setzung eines Standardkegels gekennzeichnet, der aus der zu prüfenden Betonmischung gebildet wird. Dazu wird eine auf einer horizontalen Fläche installierte Metallkegelform in drei Schichten mit Betonmischung gefüllt und jede Schicht mit einem Bajonett verdichtet. Die überschüssige Mischung wird abgeschnitten, die Kegelform entfernt und die Setzung des Kegels aus der Betonmischung gemessen – OK (Abb. 9.1), deren Wert (in Zentimetern) als Indikator für die Mobilität dient.

Steifigkeit- Merkmale der Verarbeitbarkeit von Betonmischungen, bei denen keine Kegelsetzung beobachtet wird (OK = 0). Sie wird durch die Vibrationszeit (in Sekunden) bestimmt, die zum Nivellieren und Verdichten eines vorgefertigten Betonkegels erforderlich ist spezielles Gerät(Abb. 12.3), das ist ein Metallzylinder mit einem Durchmesser von 240 mm und einer Höhe von 200 mm mit einem Stativ und einer Stange 6 und einer Metallscheibe 4 mit sechs Löchern. Das Gerät wird auf einer Standard-Rüttelplattform 1 befestigt, in die eine Kegelform 3 eingesetzt wird. Der Kegel wird in drei Schichten mit einer Betonmischung gefüllt, wobei jede Schicht 25 Mal mit Bajonetten verschlossen wird. Anschließend wird die Kegelform entfernt und durch Drehen des Stativs die Metallscheibe 4 auf die Oberfläche der Betonmischung abgesenkt. Schalten Sie anschließend den Vibrator ein. Als Indikator für die Härte der Mischung (W) gilt die Zeit, in der sich die Mischung gleichmäßig in der zylindrischen Form 2 verteilt und durch mindestens zwei Löcher der Scheibe Milchbrei freigesetzt wird.

Reis. 9.2. Schema zur Bestimmung der Härte (H) einer Betonmischung:

a - das Gerät in der Ausgangsposition; b – das Gleiche, am Ende der Tests; 1 - Vibrationsplattform; 2 - zylindrische Form; 3- Betonmischung; 4 - Scheibe mit Löchern; 5-Buchse; b - Stab; 7 - Betonmischung nach Vibration

Je nach Verarbeitbarkeit werden starre und flexible Betonmischungen unterschieden (Tabelle 9.1).

Hartbetonmischungen enthalten kleine Menge Wasser und dementsprechend eine geringere Zementmenge im Vergleich zu mobilen Mischungen für Beton gleicher Festigkeit. Starre Mischungen erfordern eine intensive mechanische Verdichtung: längere Vibration, Vibrationsverdichtung usw. Solche Mischungen werden bei der Herstellung von Fertigteilen verwendet Stahlbetonprodukte unter Fabrikbedingungen (zum Beispiel in Wohnungsbaufabriken); Unter Baubedingungen werden starre Mischungen selten verwendet.

Tabelle 9.1. Klassifizierung von Betonmischungen nach Verarbeitbarkeit

Bewegliche Mischungen zeichnen sich durch einen hohen Verbrauch an Wasser und dementsprechend Zement aus. Bei diesen Mischungen handelt es sich um eine dicke Masse, die sich beim Rütteln leicht verflüssigt. Mischungen der Sorten PZ und P4 sind flüssig; Unter dem Einfluss der Schwerkraft füllen sie die Form ohne nennenswerten mechanischen Aufwand. Bewegliche Gemische können mit Betonpumpen durch Rohrleitungen transportiert werden.

Kohäsion ist die Fähigkeit einer Betonmischung, eine homogene Struktur beizubehalten, das heißt, sich beim Transport, beim Verlegen und beim Verdichten nicht zu lösen. Unter mechanischen Einwirkungen auf die Betonmischung wird durch deren thixotrope Verflüssigung ein Teil des Wassers als leichteste Komponente nach oben gedrückt. Grobe Gesteinskörnungen, deren Dichte in der Regel größer ist als die Dichte des Mörtelteils (eine Mischung aus Zement, Sand und Wasser), sinken ab (leichte Gesteinskörnungen (Blähton usw.) können dagegen schwimmen. All dies macht den Beton heterogen und verringert seine Festigkeit und Frostbeständigkeit.

FESTIGKEIT, GÜTE UND BETONKLASSE

Schwerer Beton- der wichtigste strukturelle Baustoff, daher wird der Bewertung seiner Festigkeitseigenschaften große Aufmerksamkeit geschenkt. Die Festigkeitseigenschaften von Beton werden streng nach den Anforderungen der Normen bestimmt. Zur Charakterisierung der Festigkeit von Beton werden mehrere Indikatoren verwendet. Die Heterogenität des Werkstoffs Beton wird im Hauptfestigkeitsmerkmal – der Betonklasse – berücksichtigt.

Stärke. Wie bei allen Steinmaterialien ist die Zugfestigkeit von Beton bei Druck deutlich (10...15-fach) höher als bei Zug und Biegung. Daher arbeitet Beton in Bauwerken in der Regel unter Druck. Wenn man von der Festigkeit von Beton spricht, meint man seine Druckfestigkeit.

Portlandzementbeton gewinnt allmählich an Festigkeit. Bei normalen Temperaturen und konstanter Luftfeuchtigkeit setzt sich das Wachstum der Betonfestigkeit über einen langen Zeitraum fort, die Geschwindigkeit des Festigkeitszuwachses lässt jedoch mit der Zeit nach.

Die Festigkeit von Beton wird üblicherweise anhand des arithmetischen Mittels der Testergebnisse von Proben dieses Betons nach 28 Tagen normaler Aushärtung beurteilt. Hierzu werden Würfelproben mit den Maßen 150 x 150 x 150 mm verwendet, die aus einer Arbeitsbetonmischung hergestellt und bei (20 ± 2) °C an Luft mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von 95 % (oder unter anderen Bedingungen, die die Konservierung gewährleisten) ausgehärtet werden Feuchtigkeit im Beton). Methoden zur Bestimmung der Festigkeit von Beton werden durch die Norm geregelt.

Betonmarke. Basierend auf dem arithmetischen Mittelwert der Betonfestigkeit wird seine Qualität bestimmt – der gerundete Festigkeitswert (und die Rundung geht immer nach unten). Für Schwerbeton gelten folgende Druckfestigkeitsklassen: 50, 75, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700 und 800 kgf/cm2. Verwenden Sie bei der Bezeichnung einer Marke den Index „M“; Beispielsweise bedeutet die Betonsorte M350, dass ihre durchschnittliche Festigkeit mindestens 35 MPa (jedoch nicht mehr als 40) beträgt.

Besonderheit Beton - erhebliche Heterogenität seiner Eigenschaften.

Dies wird durch Schwankungen in der Qualität der Rohstoffe (Sand, grobe Zuschlagstoffe und sogar Zement), Verstöße gegen die Vorschriften für die Herstellung der Betonmischung, ihren Transport und ihre Verlegung erklärt

(Verdichtungsgrad) und Härtungsbedingungen. All dies führt zu Schwankungen in der Festigkeit von Beton derselben Marke. Je höher der Produktionsstandard (bessere Qualität der Materialaufbereitung, Vorbereitung und Verlegung des Betons usw.), desto geringer sind die möglichen Schwankungen in der Festigkeit des Betons. Für den Bauherrn ist es wichtig, Beton nicht nur mit einer vorgegebenen Durchschnittsfestigkeit zu erhalten, sondern auch mit minimalen Abweichungen (insbesondere nach unten) von dieser Festigkeit. Ein Indikator, der mögliche Schwankungen in der Betonqualität berücksichtigt, ist die Betonklasse.

Konkreter Unterricht- Dies ist ein numerisches Merkmal einer seiner Eigenschaften (einschließlich Festigkeit), das mit garantierter Sicherheit akzeptiert wird (normalerweise 0,95). Das bedeutet, dass die durch die Klasse vorgegebene Eigenschaft, beispielsweise die Festigkeit von Beton, in mindestens 95 von 100 Fällen erreicht wird.

Das Konzept der „Betonklasse“ ermöglicht die Zuordnung der Betonfestigkeit unter Berücksichtigung ihrer tatsächlichen oder möglichen Variation. Je geringer die Festigkeitsschwankungen sind, desto höher ist die Betonklasse bei gleicher durchschnittlicher Festigkeit.

GOST 26633-85 legt die folgenden Schwerbetonklassen hinsichtlich der Druckfestigkeit (MPa) fest: 3,5; 5; 7,5; 10; 12,5; 15; 20; 25; 30; 32,5; 40; 45; 50; 55 und 60. Druckfestigkeitsklasse ist angegeben Lateinischer Buchstabe B, rechts davon ist die garantierte Festigkeit in MPa angegeben. Somit hat Beton der Klasse B15 eine Druckfestigkeit von mindestens 15 MPa mit einer garantierten Festigkeit von 0,95.

Die Beziehung zwischen Betonklassen und -qualitäten ist nicht eindeutig und hängt von der Homogenität des Betons ab, die anhand des Variationskoeffizienten bewertet wird. Je niedriger der Variationskoeffizient ist, desto homogener ist der Beton. Mit abnehmendem Variationskoeffizienten nimmt die Betonklasse gleicher Güte deutlich zu. Bei einer Betonsorte M300 und einem Variationskoeffizienten von 18 % ergibt sich also die Betonklasse B15 und bei einem Variationskoeffizienten von 5 % B20, also eine ganze Stufe höher. Dies zeigt, wie wichtig es ist, alles sorgfältig zu befolgen technologische Operationen und Verbesserung der Produktionsstandards. Nur in diesem Fall wird eine hohe Betonhomogenität erreicht und mehr hochklassig seine Festigkeit bei konstantem Zementverbrauch.

Bauvorschriften Es wurde ein Standardvariationskoeffizient der Betonfestigkeit von 13,5 % angenommen, der die Technologie charakterisiert Betonarbeiten als zufriedenstellend.

Die Beziehung zwischen den Betonklassen hinsichtlich der Druckfestigkeit und ihren Qualitäten mit einem Standardvariationskoeffizienten von 13,5 % ist in der Tabelle angegeben. 9.2.

Tabelle 9:2. Das Verhältnis zwischen Güteklassen und Klassen von Schwerbeton nach Festigkeit mit einem Variationskoeffizienten von 13,5 %

Konkreter Unterricht	Nächste Betonmarke	Konkreter Unterricht	Durchschnittliche Festigkeit dieser Klasse, kgf/cm2	Nächste Betonmarke
B3.5	M50	VZO		M400
B5	M75	B35		M450
B7.5.	M100	B40		M550
Um 10	M150	B45		M600
B12.5	M150	B5O		M600
B15	M200	B55		M700
B20	M250	B60		M800
B25	M350

GRUNDLEGENDE EIGENSCHAFTEN VON SCHWERBETON

Zu den Haupteigenschaften von Schwerbeton gehören neben der Festigkeit: Porosität, Verformbarkeit (E-Modul, Kriechen, Schwinden), Wasserdurchlässigkeit, Frostbeständigkeit, thermophysikalische Eigenschaften usw.

Verformbarkeit Beton. Beton verhält sich unter Belastung nicht ideal elastischer Körper(zum Beispiel Glas), sondern als elastisch-viskoplastischer Körper (Abb. 9.3). Bei geringen Spannungen (nicht mehr als 0,2 der Grenzfestigkeit) verformt sich Beton wie ein elastisches Material. Darüber hinaus hängt sein anfänglicher Elastizitätsmodul von der Porosität und Festigkeit ab und beträgt 10 4 MPa für schweren Beton (2,2...3,5) (für hochporösen Porenbeton beträgt der Elastizitätsmodul etwa 10 4 MPa).

Abb.9.3. Spannungskurve Abb. 9.4. Entwicklung von Betonverformungen

in Koordinaten σ - ε in der Zeit: ε initial - anfängliche Verformung des Betons

im Moment des Ladens; ε p - def. kriechen

Bei hohen Belastungen kommt es zu plastischen (Rest-)Verformungen, die durch das Wachstum von Mikrorissen und plastische Verformungen der Gelkomponente des Zementsteins entstehen.

Kriechen- die Tendenz von Beton, die plastischen Verformungen bei längerer statischer Belastung zu verstärken. Das Kriechen von Beton ist auch mit den plastischen Eigenschaften des Zementgels und der Bildung von Mikrorissen verbunden. Im Laufe der Zeit verfällt es (Abb. 9.4). Die absoluten Kriechwerte hängen von vielen Faktoren ab. Besonders aktiv entwickelt sich das Kriechen, wenn Beton eingefüllt wird frühes Alter. Kriechen kann auf zwei Arten bewertet werden: als positiver Prozess, der zur Reduzierung von Spannungen aufgrund von Wärme- und Schrumpfprozessen beiträgt, und als negatives Phänomen, das beispielsweise die Wirkung der Vorspannbewehrung verringert.

Schwindung- Größenreduzierungsprozess Betonelemente wenn sie lufttrocken sind. Der Hauptgrund für die Schrumpfung ist die Kompression der Gelkomponente durch Wasserverlust.

Je höher das Volumen des Zementleims im Beton ist, desto höher ist die Schwindung des Betons (Abb. 9.5). Im Durchschnitt beträgt die Schwindung von Schwerbeton 0,3...0,4 mm/m.

Reis. 9.5. Schwindungskurven beim Aushärten an der Luft: 1-Zementstein, 2-Mörtel, 3-Beton

Aufgrund der Betonschrumpfung im Beton und Stahlbetonkonstruktionen Da es zu großen Schrumpfspannungen kommen kann, werden lange Elemente mit Schrumpffugen geschnitten, um die Entstehung von Rissen zu vermeiden. Wenn die Betonschrumpfung in einem 30 m langen Bauwerk 0,3 mm/m beträgt, beträgt die Gesamtschrumpfung 10 mm. Schwindrisse im Beton an der Kontaktstelle zum Zuschlagstoff und im Zementstein selbst können die Frostbeständigkeit verringern und als Quelle für Betonkorrosion dienen.

Porosität. So seltsam es auch erscheinen mag, ein so dicht aussehendes Material weist eine bemerkenswerte Porosität auf. Der Grund für sein Auftreten liegt, wie bereits mehrfach erwähnt, in der überschüssigen Menge an Anmachwasser. Betonmischung danach korrekte Installation ist ein dichter Körper. Beim Aushärten wird ein Teil des Wassers durch die Mineralien des Zementklinkers chemisch gebunden (bei Portlandzement etwa 0,2 Gewichtsprozent Zement), der verbleibende Teil verdunstet nach und nach und hinterlässt Poren. In diesem Fall kann die Porosität von Beton durch die Formel bestimmt werden

P = [(V - ώ C)/1000] 100,

Dabei sind B und C der Verbrauch an Wasser und Zement pro 1 m 3, ώ die Menge an chemisch gebundenem Wasser in Bruchteilen der Zementmasse.

So bindet Zement im Alter von 28 Tagen 17 % seiner Masse an Wasser; Der Wasserverbrauch in diesem Beton beträgt 180 kg und der Zementverbrauch 320 kg. Dann beträgt die Porosität dieses Betons:

P = [(180 – 0,17–320)/1000] 100 = 12,6 %.

Dies ist die Gesamtporosität, einschließlich Gelmikroporen und Kapillarporen (das Volumen der eingeschlossenen Luft wird nicht berücksichtigt). Im Hinblick auf den Einfluss auf die Durchlässigkeit und Frostbeständigkeit von Beton ist die Anzahl der Kapillarporen wichtig. Das relative Volumen solcher Poren kann mit der Formel % berechnet werden:

P k = [(V -2 ώ C)/1000]100

In unserem Fall beträgt die Anzahl der Kapillarporen 7,3 %.

Wasseraufnahme und -durchlässigkeit. Dank seiner kapillarporösen Struktur kann Beton sowohl bei Kontakt mit ihm als auch direkt aus der Luft Feuchtigkeit aufnehmen. Die hygroskopische Feuchtigkeitsaufnahme in Schwerbeton ist unbedeutend, in Leichtbeton (und insbesondere in Porenbeton) kann sie jedoch 7...8 bzw. 20...25 % erreichen. "

Die Wasseraufnahme charakterisiert die Fähigkeit von Beton, Feuchtigkeit im tropfenflüssigen Zustand aufzunehmen; es hängt hauptsächlich von der Beschaffenheit der Poren ab. Je mehr kapillar miteinander verbundene Poren im Beton vorhanden sind, desto größer ist die Wasseraufnahme. Die maximale Wasseraufnahme von Schwerbeton mit dichten Zuschlagstoffen beträgt 4...8 Gew.-% (10...20 Vol.-%). Bei Leicht- und Porenbeton liegt dieser Wert deutlich höher.

Eine hohe Wasseraufnahme wirkt sich negativ auf die Frostbeständigkeit von Beton aus. Um die Wasseraufnahme zu verringern, greifen sie auf die Hydrophobierung von Beton sowie auf die Dampf- und Abdichtung von Bauwerken zurück.

Die Wasserdurchlässigkeit von Beton wird hauptsächlich durch die Durchlässigkeit des Zementsteins und der Kontaktzone „Zementstein – Gesteinskörnung“ bestimmt; Darüber hinaus können Mikrorisse im Zementstein und Mängel in der Haftung der Bewehrung am Beton die Wege für die Flüssigkeitsfiltration durch den Beton sein. Die hohe Wasserdurchlässigkeit von Beton kann zu seiner schnellen Zerstörung durch Korrosion des Zementsteins führen.

Um die Wasserdurchlässigkeit zu verringern, ist der Einsatz von Füllstoffen erforderlich von angemessener Qualität(mit sauberer Oberfläche) und verwenden Sie zusätzlich spezielle Versiegelungszusätze (Flüssigglas, Eisenchlorid) oder Quellzemente. Letztere werden zur Betonabdichtung eingesetzt.

Basierend auf der Wasserbeständigkeit wird Beton in die Klassen W2; W4; W6; W8 und W12. Die Markierung gibt den Wasserdruck (kgf/cm2) an, bei dem eine 15 cm hohe Zylinderprobe bei Standardtests kein Wasser durchlässt.

Frostbeständigkeit- Hauptindikator, was die Haltbarkeit bestimmt Betonkonstruktionen in unserem Klima. Die Frostbeständigkeit von Beton wird durch abwechselndes Einfrieren bei minus (18 ± 2) °C und Auftauen in Wasser bei (18 ± 2) °C beurteilt, wobei Proben des geprüften Betons zuvor mit Wasser gesättigt wurden. Die Dauer eines Zyklus beträgt je nach Probengröße 5...10 Stunden.

Als Frostbeständigkeit wird angenommen größte Zahl„Gefrier-Tau-Zyklen“, denen die Proben standhalten können, ohne dass die Druckfestigkeit um mehr als 5 % im Vergleich zur Festigkeit der Kontrollproben zu Beginn der Tests abnimmt. Es wurden folgende Frostbeständigkeitsklassen für Beton festgelegt: F25, F35, F50, F75, F100...1000. Die Norm sieht auch beschleunigte Prüfverfahren in Salzlösung oder Tiefgefrieren auf minus (50 ± 5) °C vor.

Der Grund für die Zerstörung von Beton unter den betrachteten Bedingungen ist die Kapillarporosität (Abb. 12.16). Wasser dringt durch Kapillaren in den Beton ein und zerstört dort beim Gefrieren nach und nach dessen Struktur. Somit ist Beton, dessen Porosität wir höher berechnet haben, gemäß Abb. 12.16 muss eine Frostbeständigkeit von F150...F200 aufweisen.

Um Beton mit hoher Frostbeständigkeit zu erhalten, muss eine Mindestkapillarporosität (nicht mehr als 6 %) erreicht werden. Dies ist möglich, indem der Wassergehalt in der Betonmischung reduziert wird, was wiederum möglich ist durch:

Harte Betonmischungen, die beim Einbau intensiv verdichtet werden;

Plastifizierende Zusätze, die die Verarbeitbarkeit von Betonmischungen ohne Zugabe von Wasser erhöhen.

Thermophysikalische Eigenschaften.

Die wichtigsten davon sind Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität und Temperaturverformung.

Die Wärmeleitfähigkeit von Schwerbeton ist auch im lufttrockenen Zustand hoch – etwa 1,2–1,5 W/(m K), also 1,5–2 mal höher als die von Ziegeln. Daher ist der Einsatz von Schwerbeton in umschließenden Bauwerken nur in Verbindung mit einer wirksamen Wärmedämmung möglich. Leichtbeton (siehe § 12.7), insbesondere Porenbeton, weist eine geringe Wärmeleitfähigkeit von 0,1...0,5 W/(m·K) auf und wird vorzugsweise in umschließenden Bauwerken eingesetzt.

Die Wärmekapazität von Schwerbeton liegt wie auch bei anderen Steinmaterialien im Bereich von 0,75...0,92 J/(kg K); im Durchschnitt - 0,84 J/(kg K).

Temperaturverformungen. Temperaturkoeffizient der Längenausdehnung von schwerem Beton (10...12) Yu DS1. Dies bedeutet, dass bei einer Erhöhung der Betontemperatur um 50 °C die Ausdehnung etwa 0,5 mm/m beträgt. Um Risse zu vermeiden, werden daher Langzeitkonstruktionen mit Dehnungsfugen geschnitten.

Große Temperaturschwankungen können aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung von groben Gesteinskörnungen und Zementsteinen zu inneren Rissen im Beton führen.

LEICHTBETON

Ein wesentlicher Nachteil des meist schweren Betons ist seine hohe Dichte (2400...2500 kg/m3). Durch die Reduzierung der Betondichte erzielen Bauherren mindestens zwei positive Ergebnisse: Das Gewicht der Gebäudestrukturen wird reduziert; ihre Wärmedämmeigenschaften nehmen zu.

Leichtbeton (zu Beginn des 20. Jahrhunderts als „Warmbeton“ bezeichnet) – Beton mit einer Dichte von weniger als 1800 kg/m3 – ist ein universeller Werkstoff für umschließende und tragende Konstruktionen von Wohn- und Industriegebäuden. Aus ihnen werden die meisten Wandpaneele und -steine, Dachplatten und Mauersteine hergestellt. Der Begriff „Leichtbeton“ vereint eine große Gruppe von Betonen mit unterschiedlicher Zusammensetzung, Struktur und Eigenschaften.

Je nach Verwendungszweck wird Leichtbeton unterteilt in:

strukturell (Festigkeitsklasse - B7,5...B35; Dichte - 1800 kg/m3);

Struktur- und Wärmedämmung (Festigkeitsklasse mindestens ВЗ,0, Dichte -600...1400 kg/m3);

Wärmedämmung - besonders leicht (Dichte< 600 кг/м3).

Basierend auf der Struktur und der Methode zur Erzielung der porösen Struktur wird Leichtbeton in folgende Typen unterteilt:

kontinuierlicher Beton mit porösen Zuschlagstoffen;

Porenbeton, der weder grobe noch feine Zuschlagstoffe enthält und dessen Rolle kleine kugelförmige Poren (Zellen) spielen;

großporig, in dem kein feines Aggregat vorhanden ist, wodurch Hohlräume zwischen den Partikeln des groben Aggregats entstehen.

Für Leichtbeton werden folgende Festigkeitsklassen (MPa) festgelegt: von B2 bis B40. Die Festigkeit von Leichtbeton hängt von der Qualität der Zuschlagstoffe, der Marke und der Menge des verwendeten Zements ab. In diesem Fall ändert sich natürlich auch die Dichte des Betons.

Für Leichtbeton sind 19 Dichteklassen (kg/m3) von D200 bis D2000 festgelegt (im Abstand von 100 kg/m3). Eine reduzierte Dichte von Leichtbeton kann durch porösen Zementstein erreicht werden.

Die Wärmeleitfähigkeit von Leichtbeton hängt von seiner Dichte und Feuchtigkeit ab (Tabelle 9.3). Eine Erhöhung der volumetrischen Luftfeuchtigkeit um 1 % erhöht die Wärmeleitfähigkeit von Beton um 0,015...0,035 W/(m·K).

Tabelle 9.3. Durchschnittliche Wärmeleitfähigkeitswerte von Leichtbeton

Frostbeständigkeit von Leichtbeton, wenn dieser porös ist