Силикатные бетоны: характеристики, способы получения, применение

Силикатные бетоны в отличие от обычных получают на основе известково-кремнеземистых вяжущих автоклавного твердения. Для силикатных бетонов приемлема та же классификация, что и для обычных - по структурным признакам и назначению.
Распространение силикатных материалов началось с 1880 г., когда В.Михаэлисом был предложен силикатный кирпич. Основополагающей идеей получения силикатных материалов является твердение известково-кремнеземистых композиций в результате синтеза гидросиликатов при повышенных значениях температуры и давления водяного пара. При твердении портландцемента гидросиликаты и другие гидратные новообразования образуются при нормальных значениях температуры и давления в результате реакций гидратации высокоактивных клинкерных минералов. Близость состава цементирующих соединений у портландцементного и силикатного бетонов во многом определяет и близость свойств этих материалов.
Основными исходными материалами силикатных бетонов являются воздушная известь и кварцевый песок. Качественные показатели сырьевых материалов должны обеспечивать их высокую пеакционную способность. Решающее влияние на скорость реакций и кинетику формирования структуры силикатного бетона оказывает химический и минералогический состав известково-песчаной смеси, а также ее дисперсность.
Реакционная способность извести зависит в основном от содержания активного оксида кальция, размеров кристаллов СаО, содержания МдО. С повышением температуры обжига известняков увеличивается размер кристаллов СаО и замедляется скорость гашения. Существенное влияние оказывает микроструктура карбонатных пород. С уменьшением размера кристаллов кальцита и увеличением их плотности быстрее в процессе обжига укрупняются образующиеся кристаллы СаО.
Возможно применение двух основных схем производства силикатного бетона - "гидратной" и "кипелочной", отличающихся условиями гидратации извести. При гидратной схеме известь гасится после смешивания с песком в гасильном барабане или в силосах. При «кипелочной» схеме реализуется гидратационное твердение известково-песчаной смеси. Эта схема предусматривает совместное тонкое измельчение негашеной извести с частью кварцевого песка и последующее смешивание этого тонкодисперсного автоклавного вяжущего с остальным песком как заполнителем и водой для получения пластичной удобоукладываемой известково-песчаной смеси. Гидроксид кальция, образующийся при гашении в условиях «кипелочной» схемы, характеризуется более высокой дисперсностью. Прочность, плотность и долговечность силикатного бетона в условиях «кипелочной» схемы выше, чем при применении предварительно загашенной извести («гидратная» схема).
Регулирование процесса гидратации извести достигается за счет введения растворов некоторых электролитов, ускоряющих скорость гашения, а также за счет добавок ПАВ, замедляющих реакцию гидратации СаО.
Для изготовления силикатных бетонов применяют кварцевые пески, содержащие не менее 75-80% 5Ю2. Большинство примесей в песке являются инертными включениями и не участвуют в образовании гидросиликатной связки. Нежелательны примеси в песке карбонатов и слюды. Имеются данные, что при наличии в песке 2,5% слюды прочность силикатного бетона падает почти на 30%, а при 5% слюды - на 50%.
Лучшими макроструктурой и физико-механическими свойствами обладают бетоны, изготовленные из песков с минимальным объемом межзерновых пустот. Для молотого песка оптимальные размеры фракций 10-50 мкм.
Растворимость кремнезема возрастает с повышением температуры, достигая максимума (0,1%) при ЗЗО'С. При этом возрастает концентрация насыщенного раствора и ускоряется образование гидросиликатов.
Тонкомолотое известково-песчаное вяжущее, имеющее, как правило, высокую активность (25-35% активных СаО+МgО) может быть заменено известково-шлаковым или зольным вяжущим значительно меньшей активности по содержанию активных оксидов кальция и магния (10-15%). При этом достигается сокращение количества извести в смеси примерно в 2-3 раза.
Аналогичный эффект может быть получен при замене части извести другими высококальциевыми отходами, например, белито-вым шламом.
При наличии в извести более 5% пережженных частиц, в состав известково-кремнеземистого вяжущего целесообразно вводить высокодисперсные активные минеральные добавки (трепел, опока, обожженная глина, перлит и др.).
Твердение силикатных бетонов происходит при тепловлажнос-тной обработке в автоклавах насыщенным паром под давлением 0,9-1,6 МПа, что соответствует температурам 174,5-200'С.
Основные положения теории автоклавной обработки извест-ково-кремнеземистых материалов разработаны П.И.Боженовым, Ю.М.Буттом, А.В.Волженским, К.Э.Горяйновым, П.Г.Комоховым, А.В.Саталкиным и рядом других исследователей.

Бетоны наиболее высокой прочности образуются при преобладании в продуктах твердения известково-кремнеземистых смесей гидросиликатов группы СSН(В). Однако имеются данные, что бетоны, цементирующими соединениями в которых служат гидросиликаты СSН(В), а также С5S6Н5, имеют пониженную морозостойкость и повышенные усадочные деформации.
Рост прочности бетонов при автоклавной обработке проходит через максимум и при длительном запаривании начинает снижаться. Увеличение прочности обусловлено интенсивным образованием высокодисперсных гидросиликатных клеящих прослоек на зернах песка. По мере затухания этого процесса идет перекристаллизация - укрупнение частичек гидросиликатов, что приводит куменьшению площади контактов и снижению механических показателей твердеющего материала. По мере образования кристаллического сростка из новых гидросиликатов прочность вновь начинает расти.
Экспериментально показано, что повышать давление пара, а следовательно, и температуру в автоклавах целесообразно лишь до определенной величины (обычно, не более 1,7 МПа). Для каждого состава шихты имеется своя оптимальная величина давления и соответственно время выдержки в автоклаве, обеспечивающие полноту реакции образования гидросиликатов кальция и их кристаллизацию. Дальнейшее повышение давления может вызвать чрезмерный рост кристаллов, что влечет за собой возникновение неблагоприятной структуры цементирующего вещества.
С оптимальными значениями давления и температуры автоклавной обработки связано и оптимальное значение дисперсности известково-кремнеземистого вяжущего, определяющей степень пересыщения раствора, необходимую для получения прочного кристаллического сростка.
Прочность силикатных бетонов изменяется в широких пределах: от 5-10 МПа для легких и до 80-100 МПа для высокопрочных тяжелых бетонов.
Наибольшее распространение получили мелкозернистые силикатные бетоны, заполнителем которых является обычный кварцевый песок.
Соотношение между активным оксидом кальция и молотым песком в вяжущем назначают из условия получения при автоклавной обработке гидросиликатов кальция оптимального состава при минимальном расходе извести.
Модуль упругости силикатного бетона при той же крупности заполнителя имеет существенно (25-30%) меньшее значение по сравнению с модулем упругости равнопрочного цементного бетона нормального твердения. При пониженных значениях модуля упругости, силикатный бетон может иметь существенно меньшую ползучесть, чем цементный. Так, по данным А.В.Щурова, абсолютная величина предельной меры ползучести силикатных бетонов не превышала 1,7, тогда как для обычного цементного бетона она составляла 3,9.
Для автоклавного силикатного бетона характерно несколько пониженное сцепление с арматурой. Если для обычного жесткого бетона на портландцементе отношение прочности сцепления к прочности на сжатие составляет 0,23-0,28, то для силикатного бетона оно равно 0,10-0,22. При применении арматуры периодического профиля сцепление силикатного бетона с арматурой возрастает в 1,5-2,5 раза. В силикатных бетонах более вероятна, чем в цементных, коррозия арматуры, что объясняется меньшей щелочностью среды. Если в цементных бетонах рН = 12-13,5, то в силикатных 9,5-11. Наиболее благоприятные условия для развития коррозии арматуры создаются при недостаточной плотности бетона и эксплуатации его в условиях повышенной влажности (до 75-85%).
Водостойкость силикатных материалов автоклавного твердения изменяется в значительных пределах. Прочность силикатного кирпича в воде может снижаться до 30%, что объясняется его повышенной открытой пористостью, возможным содержанием некоторого количества свободной гидратной извести. Коэффициент размягчения силикатных бетонов в воде колеблется обычно в интервале 0,8-0,9. Наиболее водостойкими являются плотные силикатные бетоны, цементирующая связка которых состоит из гидросиликатов С5Н(В), тоберморита, ксонотлита. Это достигается правильным выбором соотношения СаО и 5Ю2, надлежащей тонкостью помола вяжущего, введением добавок доменного шлака и др. Многие исследователи экспериментально доказали, что водостойкость силикатных бетонов может быть не ниже, чем бетона на портландцементе.
Морозостойкость силикатных бетонов, также как и цементных, определяется в основном структурой порового пространства.
Силикатный бетон, уплотненный вибрированием, имеет обычно морозостойкость 50-100 циклов. При низкой формовочной влажности можно повысить морозостойкость до 150-300 циклов.
Морозостойкость силикатных бетонов с использованием негашеной извести, как правило, выше, чем бетонов, изготовленных по гидратной схеме производства. Последние отличаются повышенной водопотребностью и более низкой плотностью. Также как и для цементных бетонов морозостойкость силикатных бетонов можно существенно повысить, вводя воздухововлекающие добавки.
Разновидностью силикатного бетона является силикальцит. Технология этого материала предложена И.К.Хинтом и отличается тем, что помол и смешивание извести и песка осуществляют в быстроходном дезинтеграторе (с числом оборотов до 1500 в минуту). Таким способом обеспечивают минимальный слой извести между дисперсными кварцевыми частицами и високую прочность материала. Различают силикальцит вибрированный, литой и пеносиликальцит. Прочность силикальцита на сжатие может превышать 100 МПа, он характеризуется высокой морозо- и коррозионной стойкостью.
Область применения в строительстве силикатных бетонов достаточно обширна. Это стеновые, облицовочные, конструктивные, теплоизоляционные изделия, изделия специального назначения -шпалы, тюбинги, пресованные кровельные изделия и др.

Авторы: Л. И. Дворкин, О. Л. Дворкин

• Можно использовать пломбировку бетонного миксера - это будет гарантией того, что в процессе транспортировки он не открывался.
• С нашей помощью вы сможете купить бетон в Чехове, цена за куб которого складывается в ходе торгов между бетонными заводами.
• Детальные данные о цене бетона м500 за куб (его характеристики, круг употребления и месторасположение производств).