Изготовление изделий из силикатного бетона в закрытых формах —
Автоклавный метод производства силикатных материалов получил широкое признание работников промышленности благодаря тому, что дает возможность интенсивнее других известных способов вести процесс тепловлажностной обработки изделий, поднимая температуру нагрева их в присутствии воды до 180° и выше. Несмотря на очевидные преимущества, этот метод имеет и ряд недостатков. К ним прежде всего относятся сравнительная сложность оборудования, его большая металлоемкость, низкий коэффициент заполнения автоклавов.
В этой связи значительный интерес представляет проблема изготовления строительных деталей в герметизированных формах, которые дают возможность производить термическую обработку изделий не менее интенсивно, чем в автоклавах и вместе с тем лишены присущих им недостатков. В последние годы разрабатывались предложения об изготовлении строительных деталей в герметизированных формах, но они не получили практического осуществления ввиду того, что не удалось найти рациональных конструктивных решений таких установок.
В 1956 г. нами в лаборатории легких бетонов Научно-исследовательского института строительной техники Академии архитектуры СССР были начаты экспериментальные работы по изготовлению крупноразмерных изделий в герметизированных формах. Эти исследования продолжаются в настоящее время лабораторией бетонного и железобетонного домостроения НИИ жилища АСиА СССР (руководитель канд. техн наук 10. Б. Манфред) совместно с лабораторией перекрытий и полов НИИ строительной физики и ограждающих конструкций (руководитель канд. техн. наук Н. Я. Спивак).
Основной целью этих работ было выяснение интенсивности физико-химических процессов твердения силикатного бетона прн прогреве в герметизированных формах и изыскание способа ускорения этих процессов с одновременным снижением давления насыщенного пара внутри формы. Работая над этими проблемами, мы стремились найти принципиальные решения конструкций, которые обеспечили бы полную герметизацию внутренней формующей полости при условии формования крупноразмерных изделий с последующим быстрым прогревом их до 200—300°.
Технологические исследования велись на опытных образцах размером 10х10х10 см в форме, показанной на рис. 1.
Для изготовления образцов использовалась шихта следующего состава: 15% молотой негашеной извести Домодедовского завода удельной поверхностью 4900 см2/г: 75% рядового песка Люберецкого месторождения; 10% тонкомолотого песка удельной поверхностью 2700 см2/г и 14% воды (к весу сухой смеси). Химический состав шихты характеризуется данными табл 1 (в %)
Образцы, подвергавшиеся обработке в герметизированных формах при режиме 1,5—5—1,5 часа и максимальном давлении насыщенного пара внутри формы 8 кг/см2, обладали пределом прочности при сжатии 240—321 кг/см2. Одновременно в автоклаве при аналогичном режиме обрабатывались 3 контрольных образца размером 7x7X7 см. При испытаниях прочность их оказалась на 30—40% ниже результатов, полученных с применением герметизированных форм (в пересчете на образцы одного размера).
Таким образом, установлено, что при термообработке силикатных бетонов в герметизированных формах качество материала улучшается, прочность значительно возрастает.
При проведении дальнейших опытов была поставлена задача найти наиболее экономичный способ интенсификации физико-химических процессов монолитизации известково-песчаной смеси, который позволил бы максимально сократить срок термообработки изделий. Решая эту задачу, мы при нагреве образцов в течение 3 час. до 200° получили в герметизированной форме материал с пределом прочности при сжатии 150—198 кг/см2 (табл. 2).
Как и в первом случае, были изготовлены контрольные образцы размером 7x7x7 см, которые одновременно обрабатывались в автоклаве. Образцы, находившиеся в автоклаве в течение 3 час. при давлении 4 атм, рассыпались во время распалубки вследствие того, что не набрали достаточной прочности. Другие же образцы, обрабатывавшиеся в течение 3 час. при 15 ати, разрушились из-за быстрого подъема и сброса давления.
Для повышения температуры гидротермальных реакций с выключением параллельного роста давления при автоклавной обработке проф. А. В. Волжеиский рекомендует использовать понижение упругости пара растворителя -пои растворении в нем веществ типа NaO и т. п.
Известно, что если в воду ввести едкий натрий, то температура кипения будет повышаться в соответствии с увеличением концентрации раствора NaOH (табл. 3).
Термообработка по новому методу, как отмечает А. В. Волженский в упомянутой выше работе, должна отличаться от запаривания по системе Михаэлиса (обычный автоклавный способ), так как при наличии в порах обрабатываемого материала веществ, обладающих значительной растворимостью, применение насыщенного пара уже нецелесообразно. Использование такого пара приведет лишь к обильной конденсации влаги в порах и уменьшению концентрации раствора.
Широкие перспективы для внедрения в производство нового способа открывают герметизированные установки, так как они позволяют регулировать количество влаги, находящейся в силикатобетонной смеси, путем удаления пара через спускные клапаны. Уменьшение таким путем количества влаги в изделиях позволяет увеличить концентрацию раствора и в результате этого повысить температуру нагрева изделий при одновременном снижении давления насыщенного пара внутри формы.
Проведенные нами опыты подтвердили, что при введении в известково-песчаную смесь на базе молотой негашеной извести легко растворимых щелочных добавок типа NaOH или Na2C03 можно снизить давление внутри формы до НУЛЯ и сократить сроки термообработки до 3—4 час.
При экспериментальных работах производился нагрев бетонной смеси с добавкой 1 % NaOH до 260° при режиме 1,0—1,5—0.5 час. и автоматическом поддерживании избыточного давления внутри формы в 8, б и 2 кг/см2 и Р = 0. Наибольшая прочность образцов получена при давленин 2 кг/см2 (табл. 4).
Приведенные в таблице данные свидетельствуют о том, что при введении в силикатный бетон 1 NaOH можно получить строительные материал, имеющий предел прочности при сжатии до 270 кг/см2 и снизить давление насыщенного пара внутри формы до атмосферного, т. е. производить термообработку известково-песчаных бетонов в закрытых негерметизированных формах.
На основе проведенных исследований был разработан метод изготовления крупноразмерных строительных деталей в закрытых негерметизированных формах. Он заключается в следующем. В форму, состоящую из поддона и крышки, соединенных между собой при помощи затвора, укладывается смесь, состоящая из обычного песка, молотого песка, молотой негашеной извести, воды и добавки типа NaOH или Na2C03.
После виброуплотнения массы, форму закрывают крышкой и смесь прогревается в течение 2,5—4 час. до температуры 200—300°. При этих условиях между компонентами смеси происходит взаимодействие, приводящее к образованию искусственного каменного материала. Реакция между кремнеземом, окисью кальция и щелочной добавкой происходит в присутствии воды при температуре 150—300°, что приводит к интенсификации физико-химических процессов, протекающих между составляющими смеси, и к образованию, в результате реакции, гидросиликатов кальция и отчасти натриевых силикатов.
Известную роль в твердении играет и процесс увеличения объема СаО при гидратации. Окись кальция, гидратируясь, связывает часть воды, находящуюся в смеси, и увеличивает абсолютный объем твердой фазы. Одновременно с этим при гидратации имеет место увеличение объема извести. В результате этих процессов пустоты между твердыми частицами бетонной смеси заполняются новообразованиями и создаются контакты, которые способствуют срастанию частиц в единое мелкозернистое поликристаллическое твердое тело.
Образцы, изготовленные из силикатной смеси с добавкой 1% NaOH или Na2C03, имели коэффициенты размягчения выше 0,91. Это подтверждает их достаточную морозостойкость.
Как показали исследования, при применении гашеной извести изделия в закрытых негерметизированных формах не твердеют. В течение всего цикла термообработки одновременно с подъемом температуры вода испаряется и пар в виде микроскопических пузырьков перемещается по смеси. Вода при прогреве кипит, что препятствует образованию кристаллов и их срастанию между собой. Вновь образовавшиеся вещества обволакивают твердые частицы, не соединяя их.