Процесс производства автоклавных силикатных изделий при использовании наиболее распространенных видов сырья — извести и песка — складывается в основном из следующих операций: добычи и просева песка с помолом части его (или без помола), обжига известняка (если известь выпускают на силикатном заводе), дроблении извести, помола ее (с песком или без него), смешении немолотого песка с молотой известью или измельченным известково-песчаным вяжущим, гашении полученной смеси (если оно применяется), формования изделий и обработки их паром.
Технологические схемы производства отличаются одна от другой различными условиями гидратации извести. На одних заводах изделия формуют на негашеной извести-кипелке (кипелочный способ), а на других заводах — на гашеной в пушонку извести (гидратный способ). При использовании негашеной извести гашение ее осуществляется в условиях, обеспечивающих использование эффекта гидратационного схватывания и твердения. При применении гашеной извести этот эффект не используется.
Подготовка сырьевых материалов состоит в следующем. Песок с карьерной -влажностью, обычно не превышающей 7-8%, просеивается на виброгрохоте с отверстиями 10 мм. В зимних условиях смерзшийся песок прогревается в приемных бункерах глухим паром. Обожженная известь и гипсовый камень дробятся на щековой дробилке до предельной крупности 20-25 мм.
Известь и песок размалываются совместно или раздельно. При совместном помоле материалы измельчаются по сухому способу, а при раздельном: известь по сухому, а песок по мокрому способу — в виде шлама. Помол осуществляется в двух- или многокамерной шаровой мельнице. При необходимости загасить часть извести при помоле (в случае использования высокоэкзотермичной извести) предусматривается подача воды в смесительный агрегат перед мельницей.
При раздельном помоле известь все же измельчается с добавкой 10-15% просеянного песка, а размол остального количества песка осуществляется мокрым способом с добавкой 40-60% воды. Чтобы предохранить песчаный шлам от расслаивания, допускается добавка в мельницу 1-1,5% извести.
При использовании негашеной извести тонкость помола ее должна быть такова, чтобы удельная поверхность находилась в пределах 4000-5000 см2/г. Песок измельчают до удельной поверхности 2000-2500 см2/г. Размалывать его нужно таким образом, чтобы улучшить гранулометрический состав (что уплотняет изделия), увеличить поверхность песчинок (что усиливает сцепление с цементирующим веществом) и размолоть определенную часть песка более тонко (что позволяет увеличить количество образующегося гидросиликата кальция). Слишком сильное измельчение всей массы песка может оказать отрицательное воздействие, так как при этом значительно увеличится количество гидросиликата кальция за счет кристаллического кварца и станет излишне толстым цементирующий слой, прочность и долговечность которого ниже, чем кристаллического кварца. Цементирующее вещество необходимо в таком количестве, которое позволило бы покрыть все песчинки тонким слоем гидросиликатного клея, заполнить все углубления в поверхности песчинок и имеющиеся в них трещины, а также промежутки между зернами песка.
При производстве плотных силикатных изделий с прочностью до 100-150 кг/см2 можно весь песок применять в немолотом виде. Дозировка извести составляет 5-11% в расчете на активную СаО.
Применение молотой негашеной извести, при овладении методом регулирования скорости ее гидратации, позволяет повысить прочность и морозостойкость изделий. Регулировать (замедлять) скорость гидратации можно путем добавки гипса, поверхностно-активных веществ (например, сульфитно-спиртовой барды) и некоторыми другими способами.
Перемешивают материалы в бетоносмесителях принудительного перемешивания. В начале целесообразно вяжущее в течение 1,5-2 мин перемешивать с 20-30% немолотого песка и со всем количеством воды, а затем вводить в бетоносмеситель остальной песок и продолжать перемешивание до получения однородной смеси. Общее время перемешивания составляет примерно 5-10 мин. Влажность смеси в зависимости от ее состава и качества исходных материалов колеблется в пределах 10-15%.
Чтобы избежать появления в отформованных изделиях опасных внутренних напряжений, нельзя допускать повышения температуры в этих изделиях с момента укладки смеси более чем на 10-20 0C. Для уменьшения внутренних напряжений вводят замедлители гидратации извести, а также добавляют воду в смесь до помола в мельнице.
Описанный способ производства наиболее целесообразен при использовании быстрогасящейся извести, не содержащей пережога, преимущественно при получении пустотелых изделий. В этом случае применяют полупластичную и умеренно жесткую смесь, формуемую с объемной вибрацией.
При производстве сплошных изделий, формуемых при более сильном уплотнении жестких и особо жестких смесей, в схему производства вносятся изменения, обусловливающие гашение большей части извести до укладки смеси в формы. В этом случае можно использовать более медленно гасящуюся известь, которая, однако, также не должна содержать пережога. Приготовленную смесь извести, песка и воды выдерживают перед укладкой в формы на пластинчатом транспортере, на котором она подается в бетонораздатчик, или в запасных бункерах с ворошителями. Продолжительность предварительного выдерживания смеси определяется временем подъема температуры в ней до максимальной. Обычно она составляет 15-20 мин. После этого смесь подают в мешалку типа вальцов или бегунов для вторичного перемешивания в течение 2-3 мин до полного растирания комков и приобретения требуемой подвижности. При этом способе производства нет необходимости добавлять замедлители скорости гидратации извести и не требуется, предварительно частично ее загашивать.
Гидратный способ производства силикатных изделий отличается от кипелочного тем, что полученная в смесительном агрегате смесь извести, измельченного и неизмельченного песка, а также небольшого количества воды (влажность смеси до 6-8%) поступает в силосы или гасильные барабаны, где известь полностью загашивается до формования. Загашенная масса с влажностью 3-4% подается в бетоносмеситель принудительного действия, лопастную мешалку или бегуны, где вновь перемешивается с дополнительным количеством воды. Это необходимо для получения массы требуемой подвижности и однородности и разминания комков. Затем смесь поступает в бетоноукладчик для загрузки в формы. Вместо указанных мешалок массу целесообразно, по предложению И. А. Хинта, обрабатывать в смесительном корзинчатом дезинтеграторе со скоростью вращения корзины 480 и выше оборотов в минуту. В дезинтеграторе комки гашеной извести и встречающейся в песке глины измельчаются (распушиваются) в порошок и смешиваются с основной массой материала, что делает структуру кирпича более однородной, повышает его прочность и уменьшает расход извести.
Корзинчатый дезинтегратор применяют и для помола песка, однако число оборотов корзин при этом доходит до 1450 в минуту, что значительно увеличивает износ пальцев дезинтеграторных корзин. Для повышения срока службы пальцы делают из отбеленного чугуна. В дезинтеграторе размалывают более грубо весь песок (до удельной поверхности 250-650 см2/г). Известь гасится без песка и обрабатывается с песком в дезинтеграторе. Такой способ производства разработан И. А. Хинтом. Получаемые при этом изделия называют силикальцитными.
Силикатный кирпич изготовляют только по гидратному способу, панели, блоки и другие крупноразмерные изделия можно изготовлять как по гидратному, так и по кипелочному способу. Гидратный способ целесообразен при производстве пустотелых и сплошных изделий, формуемых с сильным уплотнением из жестких и особо жестких смесей, особенно при содержании в извести пережога.
Формовать известково-песчаные изделия можно различными способами: вибрированием, прессованием, центрифугированием, литьем и некоторыми другими.
Силикатный (известково-песчаный) кирпич прессуется на рычажных прессах под давлением 150-200 кг/см2. Влажность прессуемой силикатной массы 5-8%.
Крупноразмерные известково-песчаные детали не прессуют, так как это потребовало бы применения прессов огромной мощности. Наиболее простым является формование изделий методом литья, требующего, однако, большого количества воды (25%и более). При этом получается пластичная масса, легко укладывающаяся в формы, но готовые изделия менее прочны.
Для формования крупногабаритных известково-песчаных изделий чаще при меняют метод вибрирования на виброплощадках и виброустановках. При этом методе формования уплотняемой массе сообщаются малые по величине, но очень частые толчки, приводящие все частицы массы в колебательное движение. Благодаря этому трение и сцепление между зернами песка и извести резко уменьшаются, вязкость массы снижается, и она в период вибрации приобретает подвижность — текучесть, свойственную жидкости. В результате частицы массы располагаются наиболее компактно, а воздух и отделяющаяся вода вытесняются на поверхность формуемого изделия.
Оптимальный режим вибрирования выбирается в зависимости от гранулометрического состава песка, количества извести и тонкости ее измельчения, а также влажности массы. Амплитуда колебаний 0,5-0,8 мм, а частота обычно составляет 2800-3000 колебаний в минуту, причем желательно увеличенные частоты колебаний для жестких смесей до 6000-7000 в минуту. Длительность вибрирования 2-5 мин. При уплотнении целесообразна статическая пригрузкав пределах 26-50 г/см2 или вибропригрузка, например с частотой колебаний 1400 в мин.
При производстве известково-песчаных материалов применять молотую негашеную известь целесообразно для изделий с пластично деформирующейся в первый период после сформования структурой (сравнительно менее уплотненных). В таких изделиях при гидратации молотой извести не появляется трещин, так как наблюдающееся при этом увеличение объема воспринимается этой структурой (имеющей свободные объемы, компенсирующие расширение извести). При этом не возникает вредных внутренних напряжений и изделия лишь уплотняются, При применении молотой негашеной извести уменьшается водоизвестковое отношение, что повышает прочность этих изделий. Кроме того, при последующей гидратации негашеной извести часть добавленной воды будет связываться известью, образуя гидрат окиси кальция. Следует отметить, что возникающий в уже отформованных изделиях гидрат окиси кальция более активно взаимодействует с кремнеземом, чем образовавшийся ранее в гашеной извести гидрат окиси кальция.
В сильно уплотненных изделиях с пластично не деформирующейся в первый период после сформования структурой молотая негашеная известь вследствие расширения при гидратации вызывает появление вредных напряжений, сопровождающихся возникновением трещин. Поэтому с нарастанием степени уплотнения и применяют разработанные П. М. Зильберфарб мероприятия по частичному гашению извести. Это — совместный помол извести с влажным песком, предварительное выдерживание известково-песчаной смеси или сочетание этих двух способов, а также применение для затворения смесей подогретой воды.
Расход извести на изготовление известково-песчаных автоклавных строительных деталей составляет 175-250 кг на 1м3 изделия в плотном теле, т. е. он меньше, чем расход цемента (250-350 кг на 1м3 изделий) на производство обычных (неавтоклавных) бетонных и железобетонных строительных деталей. Это объясняется следующим. Известь в автоклавных изделиях — лишь один из исходных компонентов вяжущего образующегося при взаимодействии извести и кремнезема песка. В результате общая масса цементирующего вещества значительно больше количества введенной извести, так как в реакцию вовлекается определенная часть песка, которая тем больше, чем выше его удельная поверхность. При взаимодействии с зернами песка поверхность песчинок оказывается изъеденной и сцепление их с цементирующим веществом значительно сильнее, чем сцепление мелких и крупных заполнителей с цементирующим веществом в обычном бетоне. При автоклавном твердении известково-песчаных изделий, как и при твердении, цемента, образуются гидросиликаты кальция.
Диаметр применяемых в производстве силикатного кирпича автоклавов 2 м, а длина 17-20 м. При запаривании крупноразмерных известково-песчаных изделий коэффициент заполнения обычных автоклавов диаметром в 2 м значительно уменьшается. Поэтому для обработки этих изделий применяют автоклавы больших размеров с диаметром 2,6 и 3,6 м. Примерные режимы запаривания изделий из плотного силикатного бетона: подъем давления пара до 9 атм 1,5-2 ч; выдержка при этом давлении 8-9 ч; спуск давления 2,5-3 ч или подъем давления до 13 атм 2 ч; выдержка при этом давлении 6 ч; спуск давления 3 ч, Наличие в крупноразмерных изделиях пустот улучшает условия запаривания и повышает теплоизоляционные свойства изделий.
Крупноразмерные силикатобетонные конструктивные детали, сформованные методом вибрирования, обладают прочностью при сжатии в пределах 150-400 кг/см2. Их объемный вес 1800-2100 кг/м3. При силовом вибропрокате силикатных изделий на стане конструкции В. Н. Рябченко и Л. А. Непомнящего, когда двухсторонняя вибрация совмещается с сильным обжатием, удается получить изделия с еще более высоким объемным весом (до 2300 кг/м3) и прочностью (до 600 кг/см2).
Крупноразмерные силикатные изделия выдерживают более 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Прочность сцепления с круглой арматурой 30-40 кг/см2. Нормативные (расчетные) модули упругости силикатобетона при сжатии — 110000-210000 кг/см2.
СиликатныЙ (известково-песчаный) кирпич имеет форму прямоугольного параллелепипеда размером 250х120×65 мм. В зависимости от прочности силикатный кирпич делится (по ГОСТ 379-53) на три марки: 150, 100 и 75. Марка кирпича соответствует пределу его прочности при сжатии в кг/см2.
Автоклавные силикатобетонные изделия можно применять для строительства многоэтажных жилых, промышленных и общественных зданий наряду с обычными бетонными и железобетонными изделиями на цементе и обыкновенным глиняным (красным) кирпичом. Не рекомендуется лишь употреблять известково-песчаные автоклавные изделия для фундаментов, находящихся в грунтовых и сточных водах, содержащих углекислоту, так как она разрушает их (вследствие образования кислого углекислого кальция).