Цех по производству газосиликата

В этой связи лимитирующей стадией процессов зародышеобразования  и роста кристаллов новой фазы является растворимость  кремнеземистого  компонента, определяющая интенсивность  процессов структурообразования и динамику роста прочности силикатного камня.

Для интенсификации процессов  структурообразования, с целью получения  высокопрочного силикатного камня  в технически приемлемые сроки, технология силикатных материалов в качестве основных технологи-ческих переделов включает помол песка и гидротермальное твердение при повышенной температуре паровоздушной среды в специальных сосудах-автоклавах.

Под структурой силикатного  камня понимается совокупность особен-ностей строения твердой фазы силикатных материалов, обусловленная размерами, формой, пространственным расположением и взаимодействием отдельных твердых составляющих.

Структура силикатного  камня является важнейшим диагностическим  и классификационным признаком, определяющим наряду со структурой порового пространства физико-механические свойства и эксплуатационные показатели силикатных материалов.

Качество структурного силикатного камня тесно связано  с технологи-ческими параметрами  производства, обуславливающий механизм и кинетику гидротермальных реакций формирования структуры цементирующих новообразований.

Для оценки качества структуры силикатного  камня бетона нами предложен показатель степени омоноличивания структуры - , который связан с технологическими параметрами и принятыми структурными характеристиками следующей зависимостью:

  ,                                                           (2)

Где К – коэффициент, характеризующий  гомогенность сырьевой шихты, принимается  равным: для совместного помола – 1,2; для раздельно – 1;

Cн – концентрация цементирующих новообразований, характеризующая полноту реакций образований гидросиликатов кальция;

С/S (CaO/SiO2) – основность синтезируемых новообразований;

  - показатель, учитывающий влияние  содержания активной СаО в составе сырьевой шихты (А) на величину коэффициента раздвижки зерен, происходящей в результате разрыхления структуры при гидротации извести;

П – пустотность песка в долях  единицы, определяемая по формуле:

,                                                                    (3)

Где - насыпная плотность песка во влажном состоянии в зависимости от принятой технологии изготовления ячеистого бетона (литьевой или вибрационной) в насыпной или вибрационном состоянии, кг/м³;

 – истинная плотность зерен  песка, равная 2,65 г/см³. 

Между показателем  и прочностью на сжатие силикатного камня с послеавтоклавной влажностью, приведенной к кг/м³ ( ), установлена следующая зависимость:

,                                                  (4)

Где - коэффициент, характеризующий плотность цементирующего вещества и его когезию и принимается равным при литьевой технологии – 0,9, при вибрационной – 1;

- активность (прочность) цементирующего вещества с послеавтоклавной влажностью, МПа.

В зависимости от фазового и морфологического состава синтезируемых  новообразований величина имеет значения: при использовании известково-песчаного вяжущего 40-60 МПа, для смешанного вяжущего, содержащего 10% ПЦ, 35-50 МПа.

Валовое содержание цементирующего вещества по отношению к объему непрореагируещего  песка может быть принято за характеристику вида цементации силикатного камня. В связи с чем, аналогично классификации типов структур обломочных осадочных пород, для которых характерно наличие кристаллического материала и связующего «цемента», структура силикатного камня может быть представлена и охарактеризована одним из трех видов цементации – контактной, поровой и базальтной.

Для характеристики вида цементации нами предложен показатель цементации - , который равен отношению объема цементирующего вещества ( ), пронизанного сетью капиллярных пор ( ), к объему непрореагировавшего кремнеземистого компонента ( ):

,                                                                     (5)

Величина  определяется по следующей формуле:

,                             (6)

Где - истинная плотность силикатного камня, г/см³;

- объем капиллярных пор в  долях единицы;

 и  - соответственно содержание общего и связанного в гидросиликаты кальция кремнезема, определяемого по данным химического анализа;

- истинная плотность кремнеземистого  компонента для песка, равная 2,65 г/см³.

Для перечисленных видов  цементации имеет следующие значения: контактный - ; поровый - ; базальтный - .

Вид цементации оказывает  решающее влияние на трещиностойкость силикатного камня. Между коэффициентом  трещиностойкости ( ) и показателем вида цементации ( ) установлена следующая зависимость:

,                                                       (7)

На основе приведенной  зависимости представляется возможным  определить значения показателя цементации - , при которых обеспечивается получение материалов и изделий с гарантированной трещиностойкостью.

Прочностные и деформативные показатели силикатных материалов, а также их стойкость к воздействию внешних агрессивных факторов – воды, мороза, углекислого газа, воздуха и высоких температур, во многом зависит от фазового и морфологического состава синтезируемых в гидротермальных условиях цементирующих новообразований.

Из более чем 20 синтезированных  в настоящее время гидросиликатов кальция наиболее важное практическое значение имеют гидрат α- , CSH(I), CSH(II) тоберморит 1,13 нм и в силикатных материалах специального назначения ксонолит. См.табл.1.3

Вместе с этим надо помнить, что большинство из указанных  фаз являются промежуточными, а получение  в промышленных условиях силикатных строительных материалов с мономинеральной  структурой цементирующего вещества практически невозможно. В реальных силикатных системах мы сталкиваемся с полиминеральным фазовым составом цементирующих новообразований. В связи с этим заключение о рациональной структуре, как правило, содержит рекомендации по качественному и количественному соотношению гидросиликатных фаз.

Таблица 1.3

Обозначение, состав и  свойства основных индивидуальных гидросиликатов кальция.

Условное обозначение		Состав	Предел прочности, МПа
по Боггу	по Тейлору		При сжатии	При изгибе
CSH(B)	CSH(I)		50-70	10-20
	CSH(II)		12-22	4-6
Тоберморит	Тоберморит 1,13 нм		15-25	3-5
	Ксонолит		60-80	7-11
	Гидрат		8-20	5-8

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.4.

Физико-технические свойства и стойкость в агрессивных  средах некоторых из основных гидросиликатов кальция.

Свойства гидросиликатов кальция	Название и состав
		Ксонолит		CSH(I)	Тоберморит 11,3 нм
1	2	3		4	5
Плотность, г/см³	2,8	2,51-2,79		2,53	2,44
Форма кристаллов	Призматичес-кие листки, плохо срастаю-щиеся друг с другом	Моноклин-ная призмати-ческая, тонкоигольча-тая		Волокна (при C/S )	Пластинча-тая, ортогональ-ная
Плотность агрегатов  монокристал-лов, г/см³	1-0,87	1-1,04		1,13-1,19	1,06-1,13
Склонность к усадке	Низкая(++)	Средняя(+)		Высокая(--)	Средняя(++)
Стойкость в воде	Удовлетвори-тельная(-)	Хорошая(+)		Хорошая(+)	Хорошая(+)
1	2	3		4	5
В органических растворителях	Низкая(-)	Высокая(+)		Низкая(-)	Высокая(+++)
Длительная в среде  углекислого газа	Хорошая(++)	Хорошая(++)		Очень плохая(---)	Очень хорошая(+++)
Карбонизацион-ное изменение  прочности:
При сжатии	Увеличивает-ся в 4,5 раза	Возрастает в 2,7 раза	Снижается в 1,5-2 раза		Возрастает в 1,4 раза
При изгибе	Возрастает в 1,5 раза	Снижается до 1,5 раза	Снижается в 1,5-2 раза		Снижается до 1,3 раза
Стойкость при нагреве	Теряет прочность при 450-550°С	Высокая стойкость до 1000°С	Устойчив до 500°С		Устойчив до 650°С
Общая оценка и рекомендации по рациональному фазовому составу	В соединении с гидросили-катом CSH(I) образует оп-тимальную структуру.	Предпочти-телен в конструк-циях работающих на изгиб.	В соедине-нии с тобер-моритом образует рациональ-ную структуру		Благоприят-ное ново-образование, в сочетании с CSH(I) при соотношении по обьему =
1	2	3	4		5
					1:1,5 и 1:2  образует оптимальную  структуру цементирую-щего вещества

 

С учетом приведенных  в табл.1.4 данных о свойствах гидросиликатов кальция можно установить рациональное соотношение фаз, обеспечивающее получение  силикатного камня высокой прочности  и эксплуатационной стойкости.

Например, прочность на сжатие и растяжение мономинеральных агрегатов тоберморита в связи с высокой его закристаллизованностью и особенностью морфологии ниже прочности мономинеральных агрегатов CSH(I). Вместе с тем волокнистые и игольчатые гидросиликаты CSH(I) очень чувствительны к изменению влажности окружающей среды, что проявляется в обратимом поглощении ими межслоевой воды, а также подвержены агрессивному воздействию углекислого газа. Именно этим объясняется пониженная воздухостойкость и значительные деформации усадки (влажностной и карбонизационной) силикатных материалов, цементирующее вещество которых представлено гидросиликатами CSH(I). Тоберморит, в свою очередь, лишен этих недостатков и к тому же обладает высокой карбонизационной стойкостью. В связи с этим, цементирующее вещество, представленное на 60-80% своего объема гидросиликатами CSH(I) основностью С/S=0,8-1 и на  30-40% тоберморитом, позволяет получить силикатный камень и соответственно материалы с высокими показателями физико-механических свойств и эксплуатационной стойкости даже в средах с повышенной влажностью (P/Po ) и длительной стойкостью к углекислой агрессии. Указанный состав является оптимальным для силикатных ячеистых бетонов.

Высокоосновные гидросиликаты  , синтезируемые главным образом при пониженных температурах и давлениях автоклавной обработки, ввиду своей невысокой прочности не позволяют получить достаточно прочный силикатный камень. В то же время силикатные материалы, цементирующее вещество которых представлено на 70-80% низкоосновными гидросиликатами CSH(I) и на 20-30% гидросиликатами , имеют удовлетворительные прочностные показатели и карбонизационную стойкость. Связано последнее с упрочнением в процессе карбонизации, частично или полностью компенсирующим снижение прочности CSH(I) при их разложении углекислым газом воздуха.

Таким образом, для получения  силикатного камня с высоким  физико- механическими показателями и эксплуатационной стойкостью необходимо обеспечить синтез цементирующих новообразований, представленных в основной своей массе (на 60-70%) низкоосновными гидросиликатами кальция типа CSH(I) и тоберморитом 11,3 нм.

Перспективным направлением может явиться применение силикатных автоклавных материалов в качестве жаростойких конструкционных и  теплоизоляционных материалов. В этой связи представляет интерес вопрос термостабильности гидросиликатов кальция. Тоберморит 1,13 нм при 300°С превращается в модификацию 1нм, а при температуре 650°С переходит в волластонит с разрушением кристаллической решетки.