До категорії: Матеріали для будівництва

Силікатні матеріали та вироби

Силікатні вироби є штучним кам'яний матеріал, Виготовлений із суміші вапна, піску та води, відформований шляхом пресування під великим тиском і пройшов автоклавну обробку.

У будівництві широкого поширення набули силікатна цегла; силікатний щільний бетон та вироби з нього; пористі силікатні бетони та вироби; силікатний бетон із пористими заповнювачами.

Силікатну цеглу пресують із вапняно-піщаної суміші наступного складу (%): чистий кварцовий пісок 92-94; повітряне вапно 6-8 та вода 7-8. Підготовлену у змішувачах вапняно-піщану масу формують на пресах під тиском 15-20 МПа і запарюють у автоклавах при тиску насиченої пари 0,8 МПа та температурі приблизно 175 °С.

При запарюванні вапно, пісок і вода вступають у реакцію, в результаті якої утворюється гідросилікат кальцію, що цементує масу і надає їй високу міцність. Тривалість циклу автоклавної обробки 10-14 год, а всього процесу виготовлення силікатної цегли 16-18 год, в той час як процес виготовлення звичайної глиняної цеглитриває 5-6 діб.

Силікатна цегла випускається двох видів: одинарна розміром 250 X 120 X 65 мм і модульний розмір 250 X 120 X 88 мм. Об'ємна маса силікатної цегли 1800-1900 кг/м3, морозостійкість не нижче Мрз 15, водопоглинання 8-16% масою. По міцності при стисканні силікатна цегла ділиться на п'ять марок: 75, 100, '25, 150 і 200. По теплопровідності силікатна цегла незначно відрізняється від звичайної-глиняної і цілком замінює останній при кладці стін будь-яких будівель, крім стін, мале високої вологостіабо піддаються впливу високих температур(Пічі, димові труби). За кольором силікатна цегла світло-сіра, але може бути і кольоровою, пофарбованою в масі введенням у неї мінеральних пігментів.

Вироби із щільного силікатного бетону. Дрібнозернистий щільний силікатний бетон – безцементний бетон автоклавного твердінняна основі вапняно-кремнеземистих або вапняно-зольних в'яжучих - одержують за наступною технологічної схеми: частина кварцового піску(8-15%) змішується з негашеним вапном (6-10%) і піддається тонкому помелу в кульових млинах, потім подрібнене вапняно-піщане в'яжуче і звичайний пісок(75-85%) зачиняють водою (7-8%), перемішують в бетонозмішувачах і потім суміш надходить на формувальний стенд. Відформовані вироби запарюють в автоклавах при температурі 175-190° і тиску пари 0,8 і 1,2 МПа.

Вироби із щільного силікатного бетону мають об'ємну масу 1800-2200 кг/м3, морозостійкість 25-50 циклів, міцність при стисканні 10-60 МПа.

Із щільного силікатного бетону виготовляють великі повнотілі. стінові блоки, армовані плитиперекриттів, колони, балки, фундаментні та цокольні блоки, конструкції сходів та перегородок.

Силікатні блоки для зовнішніх стін і стін вологих приміщенняхповинні мати марку не нижче ніж 250.

Вироби із пористого силікатного бетону. За способом утворення пористої структури комірчасті силікатні бетони бувають піносиликатні та газосилікатні.

Основним в'язким для приготування цих бетонів є мелене вапно. Як кремнеземисті компоненти в'яжучого і дрібних заповнювачів використовують мелені піски, вулканічний туф, пемзу, золу-віднесення, трепел, діатоміт, трас, шлаки.

При виготовленні пористих силікатних виробів пластичну вапняно-піщану масу змішують із стійкою піною, прчготовленою з препарату ГК, мильного кореня та ін., або з газоутворювачами - алюмінієвою пудрою, а потім суміш заливають у форми і піддають автоклавній обробці.
Об'ємна маса піносилікатних виробів та газосилікатних виробів 300-1200 кг/м3, міцність при стисканні 1-20 МПа.

За призначенням комірчасті силікатні вироби діляться на теплоізоляційні об'ємною масою до 500 кг/м3 і конструктивно-теплоізоляційні об'ємною масою понад 500 кг/м3.

Теплоізоляційні комірчасті силікати знаходять застосування як утеплювачі, а з конструктивно-теплоізоляційних силікатів виготовляють зовнішні стінові блоки та панелі, а також комплексні плити покриттів будівлі.

Вироби із силікатного бетону на пористих заповнювачів. Як в'яжучий силікатний бетон на пористих заповнювачах використовують тонкомолоті вапняно-кремнеземисті суміші, а великими заповнювачами служать керамзит, пемза, поризовані шлаки та інші пористі легкі природні і штучні матеріалиу вигляді гравію та щебеню. Після автоклавної обробки такі бетони набувають міцності при стисканні від 3,5 до 20 МПа при об'ємній масі від 500 до 1800 кг/м3 і з них виготовляють в основному блоки і панелі зовнішніх стін житлових і громадських будівель.

- Силікатні матеріалита вироби

Силікатними матеріалами називаються матеріали із сумішей або сплавів силікатів, полісилікатів та алюмосилікатів. Силікати – це сполуки різних елементівз кремнеземом(оксидом кремнію), у яких грає роль кислоти. Структурним елементом силікатів є тетраедрична ортогрупа -4 з атомом кремнію Si +4 і атомами кисню О -2 у вершинах тетраедра з ребрами довжиною 0,26нм. Тетраедри в силікатах з'єднані через загальні кисневі вершини в кремнієві комплекси у вигляді замкнутих кілець, ланцюжків, сіток та шарів. В алюмосилікатах, крім силікатних тетраедрів, містяться тетраедри [AlO 4] -5 c ат. Al +3.

До складу складних силікатів входять ще катіони: Na +, K + . ,Cl-,SO 4 - 2, а так само вода.

Більшість силікатів відрізняються тугоплавкістю та вогнетривкістю, температура плавлення їх коливається від 770 до 2130 0 С. Хім. Склад силікатов прийнято виражати у вигляді формул, сост. Зі символів їх молекул, складених у порядку зростання їх валентності, або з формул їх оксидів: польовий шпат K 2 Al 2 Si 6 O 16 .

Усі силікати поділяються на природні (мінерали) і синтетичні (силікатні матеріали) Синтетичні поділяються на: в'яжучі речовини, кераміку, безсилікатні матеріали, скла, ситалі. Природні силікативик. У разл. Областях народного господарства: В технологічних процесах, заснованих на випаленні та плавці (глина, кварцит, польовий шпат та ін); у процесах гідротермальної обробки (азбест, слюда тощо); у будівництві; у металургійних процесах.

Сировиною для виробництва силікатних матеріалів служать природні мінерали (кварцовий пісок, глини, польовий шпат, вапняк), промислові продукти (карбонат натрію, бура, оксиди та солі розл. металів) та відходи (шлаки, шлами, зола).

У виробництві силікатних матеріалів використовуються типові технологічні процеси, що з близькістю фізико-математичних основ їх отримання. Схема стадій:

Сировина-підготовка шихти-формування виробу із шихти-сушіння вид. - Високо темпер. Обробка – матеріал.

Підготовка шихти потрібна для забезпечення високої ефективностінаступних процесів високотемпературної підготовки та складається із звичайних механічних операцій підготовки твердої сировини: подрібнення, класифікації, сушіння, змішування компонентів.

Операція формування повинна забезпечити виготовлення виробу даної форми та розмірів, з урахуванням зміни їх у наступних операціях сушіння та високотемпературної обробки. Формування включає зволоження шихти, надання матеріалу певної форми.

Сушіння проводиться для збереження виробом наданої йому форми перед та під час операції високотемпературної обробки, яка є заключною стадією виробництва силікатних матеріалів. Високотемпературна обробка полягає в випаленні або варінні шихти (вироби). Процеси високомолекулярної обробки: 1) видалення води, спершу фізичної, потім кристалізаційної; 2) кальцинування, тобто виділення з компонентів шихти води і CO 2 .; B2O3mAl2O3,Fe2O3 та основні оксиди:Na 2 O,K 2 O,CaO,MgO, що вступають в реакцію один з одним; 4) спікання компонентів шихти. Воно може протікати у тб. Фазі, при температурі нижче за температуру плавлення, або в рідкій фазі, при температурі вище температури плавлення. У другому випадку, внаслідок процесу дифузії швидкість процесу вища; 5) охолодження маси з утворенням кристалічної та аморфної фаз.

Виробництво кераміки.Керамічні матеріали – полікристалічні матеріали та вироби з них, одержані спіканням глин та їх сумішей з мінеральними добавками, а також оксидів металів та інших тугоплавких сполук. Класифікація: За складом - кисневмісні (силікатні), безкисневі (карбідні, нітридні, боридні, силіцидні); Застосування: будівельні, вогнетриви, тонка кераміка, спец. Кераміка; за ступенем спікання - пористі (цегла, вогнетриви, санфаянс), спеклі (порцеляна, спеціальна кераміка); за станом поверхні- глазуровані та неглазуровані. Сировина для виробництва повинна мати властивість спекаемости- властивість порошкоподібного матеріалу утворювати при нагріванні полікристалічне тіло-черепок. Сировина-глини.кварцовий пісок, карбонати кальцію та магнію.

Технологічний процес виробництва цегли-2 варіанти: пластичний метод і напівсухий. Шихта, що містить 40-50% глини, 50% піску і до 5% оксиду заліза, надходить на пресування у стрічковий прес (пластич. метод) або в механічний прес, робіт. під тиском 10-25 мПа(напівсухий метод.). Сформовану цеглу направляють на сушіння в тунельну сушарку і потім на випал при температурі 900-1000 0 С.

Формування пластичним способом проводять на стрічковому пресі. Він складається з 1. завантажувальної лійки; 2. вальців; 3.шнек;. При просуванні маси до мундштука 4. преса відбувається її додаткове перемішування та ущільнення. З зволожувача 5. для змочування мундштуку подають воду, що грає роль змащення. Глинисту масу у вигляді стрічки 6. ріжуть на цеглу за допомогою різальної машини. 7. опорні ролики.

Схема виробництва цегли напівсухим способом:

Вогнетривами називають неметалеві матеріали, що характеризуються підвищеною вогнетривкістю, тобто здатністю протистояти впливу високих температур. 2. Динасові вогнетриви-сост. Не менш ніж на 95% з оксиду кремнію; 3. напівкислі-до 70-80% оксиду кремнію та 15-25% оксиду алюмінію. 3.Шамотні вогнетриви - до 50-70% оксиду кремнію і до 46% оксиду алюмінію. Вогнетривкі до 1750 0 С.

Схема та рівняння.

4. Високоглиноземисті вогнетриви – понад 45% оксиду алюмінію.

5. магнезитові - як основа оксид магнію. Вогнетривкі до 2500 0 С.

CaCO 3 +MgCO 3 = MgO+CaO+ 2CO 2

6.корундові вогнетриви; 7.Карборундові-сост. З карбіду кремнію;7. цирконієві та торієві;8.вуглецеві.

Силікатними матеріалами та виробами називаються необпалені матеріали та вироби на основі мінеральних в'яжучих - азбестоцементні, гіпсові та гіпсобетонні, силікатні (на основі вапна) та магнезіальні із заповнювачами (кварцовим піском, шлаком, золою, пемзою, тирсою тощо). Області застосування їх надзвичайно великі - від несучих та огороджувальних конструкцій до оздоблення будівель та споруд.

Силікатні вироби отримують в результаті формування та подальшої автоклавної обробки суміші вапна або інших в'яжучих речовин на її основі тонкодисперсних кремнеземистих добавок, піску і води.

Силікатна цегла - штучний кам'яний матеріал, що виготовляється із суміші кварцового піску і вапна шляхом пресування під великим тиском і подальшого твердіння в автоклаві. Вихідними матеріалами є повітряне вапно – 6-8% у розрахунку на СаО, кварцовий пісок – 92-94% та вода – 7-8% за масою сухої суміші.

Існують дві схеми виробництва силікатної цегли: силосна та барабанна. За силосною схемою вапно, спільно з піском, гасять у силосах протягом 4-8 год. За барабанною схемою вапно, спільно з піском, гасять у барабанах, що обертаються, з підведенням пари під надлишковим тискомдо 0,5 МПа завдяки чому процес гасіння триває 30-40 хв.

Погашена суміш вапна і піску зволожується, перемішується і пресується під тиском 15-20 МПа, в результаті виходить сирець, який укладають на вагонетки і направляють в автоклави на 10-14 год для запарювання під тиском насиченої пари 0,8 МПа (зб.) при температурі близько 175оС. Міцність силікатної цегли зростає протягом деякого часу і після вивантаження з автоклава (на повітрі).

Силікатну цеглу випускають двох видів: одинарну (розміром 250х120х65 мм) та модульну (розміром 250х120х88 мм). Модульна цегла виготовляють із технологічними порожнечами, замкнутими з одного боку. Колір цегли світло-сірий, але він може бути кольоровим за рахунок введення до складу суміші лужностійких мінеральних пігментів.

Завдяки пресуванню під великим тиском і відсутності усадкових явищ розміри силікатної цегли витримані точніше, ніж у глиняної. Щільність його дещо вища, ніж у керамічної цегли - 1800-1900 кг/м 3 теплопровідність - 0,82 - 0,87 Вт/(м про С). Залежно від межі міцності при стисканні та згинанні силікатну цеглу виготовляють шести марок: 75, 100, 125, 150, 200 і 250. Морозостійкість силікатної цегли не нижче М рз 15, водопоглинання 8-16%.

Області застосування силікатної цегли такі ж, як і керамічної цегли. Однак він не рекомендується для кладки фундаментів та стін в умовах високої вологості, так як вплив грунтових та стін стічних водвикликає його руйнування. Не можна використовувати силікатну цеглу в конструкціях, схильних до дії високих температур (у печах, димових трубахі т. п.).

Силікатними бетонами називають велику групу бетонів автоклавного твердіння, одержуваних на основі вапняно-піщаного, вапняно-зольного або інших вапняно-кремнеземистих в'яжучих. Крім того, як в'яжучий можуть використовувати мелені доменні шлаки.

Щільний дрібнозернистий силікатний бетон, на відміну від важкого бетону, У своєму складі не містить великого заповнювача (гравію або щебеню). Структура силікатного бетону однорідніша, а вартість значно нижча.

Міцність його при стиску коливається в досить широких межах (15-60 МПа) і залежить від складу суміші, режиму автоклавної обробки та інших факторів. Водостійкість силікатного бетону є задовільною. За повного водонасичення зниження їх міцності вбирається у 25%. Морозостійкість – 25-50 циклів, а при додаванні портландцементу вона підвищується до 100 циклів.

З щільного силікатного бетону виконують великі стінові блоки зовнішніх стін з щілинними порожнинами та внутрішніх несучих стін, панелі та плити перекриттів, колони, балки та прогони, сходові майданчикита марші, цокольні блоки та інші армовані вироби.

У легких силікатних бетонах як наповнювачі використовують керамзит, гранульований шлак, шлакову пемзу та інші пористі матеріали у вигляді гравію та щебеню. З легких силікатних бетонів на пористих наповнювачах виготовляють блоки та панелі зовнішніх стін житлових будівель.

Комірчасті силікатні бетони, залежно від способу утворення пористої структури, поділяють на піно-і газосилікати. Їх одержують при автоклавній обробці вапняно-піщаної пластичної суміші, до складу якої вводять стійку піну (піносилікат) або алюмінієву пудру та інші газоутворювачі (газосилікат).

За призначенням легкі та пористі силікатні бетони ділять на: теплоізоляційні, конструкційно-теплоізоляційні та конструкційні.

Силікатними матеріаламиназиваються матеріали із сумішей або сплавів силікатів, полісилікатів та алюмосилікатів. Вони представляють широко поширену групу твердофазних матеріалів, тобто речовин, що мають сукупність властивостей, які визначають те чи інше їх практичне застосування(І.В. Тананаєв). Так як головним у цьому визначенні матеріалу є ознака його застосування, то до групи силікатних матеріалів відносять і деякі безсилікатні системи, що застосовуються для тих же цілей, що і власне силікати.

Силікати– це сполуки різних елементів із кремнеземом (оксидом кремнію), у яких грає роль кислоти. Структурним елементом силікатів є тетраедрична ортогрупа 4 з атомом кремнію Si 4+ в центрі і атомами кисню O 2 в вершинах тетраедра, з ребрами довжиною 2.6 · 10 -10 м (0.26 нм). Тетраедри в силікатах з'єднані через загальні кисневі вершини в кремнієві комплекси різної складностіу вигляді замкнутих кілець, ланцюжків, сіток та шарів. В алюмосилікатах, крім силікатних тетраедрів, містяться тетраедри складу [AlO 4 ] 5- з атомами алюмінію Al 3+ , що утворюють з силікатними тетраедри алюміній-кремній-кисневі комплекси.

До складу складних силікатів крім іона Si 4+ входять: катіони: Na + , K + , Са 2+ , Mg 2+ , Mn 2+ , B 3+ , Cr 3+ , Fe 3+ , Al 3+ , Ti 4+ і аніони: Про 2 2-, ВІН-, F-, Cl-, SO 4 2-, а також вода. Остання може перебувати у складі силікатів у вигляді конституційної, що входить у кристалічну решітку у формі ВІН - кристалізаційної Н 2 O і фізичної, абсорбованої силікатом.

Властивості силікатів залежать від їх складу, будови кристалічних ґрат, природи сил, що діють між іонами, і значною мірою визначаються високим значенням енергії зв'язку між атомами кремнію і кисню, яка становить 450–490 кДж/моль. (Для зв'язку С–О енергія становить 314 кДж/моль). Більшість силікатів відрізняються тугоплавкістю та вогнетривкістю, температура плавлення їх коливається від 770 до 2130 о С. Твердість силікатів лежить у межах від 1 до 6-7 од. за шкалою Моосу.

Більшість силікатів малогігроскопічні та стійкі до кислот, що широко використовується в різних областяхтехніки та будівництва.

Хімічний складсилікатів прийнято виражати як формул, складених із символів елементів порядку зростання їх валентності, чи з формул їх оксидів у тому порядку. Наприклад, польовий шпат K 2 Al 2 Si 6 O 16 може бути представлений як КАlSi 3 Про 8 або До 2 O·Аl 2 O 3 ·6SiО 2 .

Усі силікати поділяються на природні (мінерали) та синтетичні (силікатні матеріали). Силікати – найпоширеніші хімічні сполукиу корі та мантії 3емлі, становлячи 82 % їх маси, а також у місячних породах та метеоритах. Загальна кількістьприродних відомих силікатів перевищує 1500. За походженням вони діляться на кристалізаційні (вивержені) породи та осадові породи. Природні силікати використовуються як сировина у різних галузях народного господарства:

У технологічних процесах, заснованих на випаленні та плавці (глини, кварцит, польовий шпат та ін.);

У процесах гідротермальної обробки (азбест, слюда та ін.);

У будівництві;

У металургійних процесах.

Силікатні матеріали нараховують велика кількість різних видів, представляють великомасштабний продукт хімічного виробництва та використовуються у багатьох галузях народного господарства. Сировиною для їхнього виробництва служать природні мінерали (кварцовий пісок, глини, польовий шпат, вапняк), промислові продукти (карбонат натрію, бура, сульфат натрію, оксиди та солі різних металів) та відходи (шлаки, шлами, зола).

На рис. 11.1 наведено класифікацію силікатів.

Мал. 11.1. Класифікація силікатів

За масштабами виробництва силікатні матеріали посідають одне з перших місць. У табл. 11.1. представлені дані про виробництво найважливіших видівсилікатних матеріалів у Російській Федерації.

Таблиця 11.1

Виробництво силікатних матеріалів у Російській Федерації

До силікатним матеріалам автоклавного твердіння відносяться матеріали, отримання яких ґрунтується на гідротермальному синтезі мінеральної суміші(основна сировина, в'яжуча речовината заповнювачі), що здійснюється при підвищених значеннях тиску (до 1,5 МПа) та температури (174...200 °С) водяної пари.

Як основні сировинні компоненти для матеріалів автоклавного твердіння застосовують переважно вапняно-піщані суміші та промислові відходи- доменні шлаки, паливні золи, нефеліновий шлам та ін. Найбільш поширені вапняно-піщані (силікатні)матеріали.

Основним в'язким компонентом матеріалів автоклавного твердіння є вапно. Для виробництва силікатних виробів рекомендується застосування вапна, що швидко гаситься, із сумарним вмістом активних оксидів кальцію і магнію більше 70%. При цьому вміст MgO має бути не більше ніж 5%. Поряд із вапном можливе застосування портландцементу, зокрема у виробництві пористих бетонів. Застосування портландцементу сприяє підвищенню морозостійкості виробів.

Найбільш поширений заповнювач силікатних матеріалів – кварцові піски. При застосуванні польовошпатових та карбонатних пісків. фізико-механічні властивостівиробів погіршуються.

При тепловій обробці основних сировинних компонентів в автоклавах йде взаємодія між гідрооксидом кальцію, кремнеземом і водою, що супроводжується утворенням продуктів розчину важкорозчинних - гідросилікатів кальцію:

аСа(ОН) 2 + Si0 2 + ( n-а)Н 2 0 → a CaO. Si0 2 . n H20,

причому величина коефіцієнта авизначається співвідношенням концентрацій СаО та Si0 2 в рідкій фазі.

Високу реакційну здатність при автоклавній обробці мають аморфні та склоподібні сировинні матеріали. До них відносяться вулканічні ефузійні гірські породи, гранульовані шлаки, паливні золи та ін.

Інтенсифікація твердіння та покращення основних властивостей автоклавних матеріалів досягаються застосуванням високодисперсних сировинних матеріалів. При виготовленні високоміцних вапняно-піщаних виробів негашене вапнорозмелюють з піском до питомої поверхні 3000...5000 см 2 /г і використовують як в'яжуче.

За призначенням виробу із силікатних матеріалів різняться на конструкційніі теплоізоляційні вироби,а за формою виготовлення - на штучніі великорозмірні вироби.

За обсягом випуску виробів із матеріалів автоклавного твердіння провідне місце займає силікатна цегла,а за ним - стінові виробиіз щільного та комірчастого бетонів.

Силікатна цеглаявляє собою штучний безвипаловий стіновий будівельний матеріал, Виготовлений пресуванням із суміші кварцового піску (90...92 %) і гашеного вапна (8... 10 %) з наступним твердінням в автоклаві.

У складі сировинної суміші для отримання силікатної цегли вміст вапна коливається від 7 до 10% у перерахунку активну роль СаО. Для підвищення міцності силікатної цегли в якості в'яжучого компонента застосовують тонкомолоті вапняно-кремнеземисті, вапняно-шлакові та вапняно-зольні суміші.

При виробництві силікатної цегли найбільш бажані квареві піски із зернами розміром 0,2...2 мм, що мають мінімальну кількість порожнеч. Вміст глинистих домішок допускається трохи більше 10 %, оскільки за більшому вмісті глинистих збільшується водопоглинання, знижується міцність і морозостійкість цегли. Наявність органічних домішок у сировинній суміші для цегли знижує його міцність і може призвести до утворення тріщин за рахунок виділення газів при автоклавному твердінні.

Силікатну цеглу застосовують поряд з керамічною цеглоюдля кладки кам'яних та армовано-кам'яних зовнішніх та внутрішніх конструкційу надземній частині будівель з нормальним та вологим режимом експлуатації. Внаслідок більш низької стійкості до води та до розчинених у ній речовин силікатну цеглу на відміну від керамічної не можна застосовувати для кладки фундаментів та цоколів будівель нижче за гідроізоляційний шар. Не допускається використовувати силікатну цеглу для стін будівель з мокрим режимомексплуатації (лазень, пралень та ін.) без спеціальних заходів захисту стін від зволоження. Забороняється використовуватиме кладки печей, труб,т.к. він не витримує тривалого впливу високої температури.

Силікатним бетономназивають затверділу в автоклаві ущільнену суміш, що складається з кварцового піску (70...80%), меленого піску (8...15%) і меленого вапна негашеного (6...10%). Для нього характерна нижча корозійна стійкість арматури, що обумовлено слабкою лужністю середовища. Стійкість арматури надійно забезпечується за вологості повітря 60%. Як і цементні, силікатні бетони класифікуються в залежності від щільності, особливостей структури, максимальної крупності та виду заповнювачів, а також сфери застосування.