Силикатный бетон: виды, характеристики, технология производства

Силикатный бетон относится к группе безцементных бетонных растворов автоклавного твердения, приготовленных на базе известково-кремнеземистых вяжущих в соединении с разнообразными минеральными заполнителями. Качество этого вида бетонов регламентируется ГОСТ 25214-82 и должно соответствовать требованиям и нормам настоящего документа.

Общие сведения и основные характеристики силикатных бетонов

Силикатный бетон — это искусственный строительный материал, в котором главными цементирующими компонентами выступают химические соединения кремнезема и гидрата окиси кальция, содержащиеся в кварцевом песке или дисперсной добавке.

Эти компоненты значительно активизируются с применением автоклавной обработки, когда высокое давление водяного пара обеспечивает присутствие воды в жидком состоянии при повышенных температурах (>100°С).

Силикатные бетоны представлены преимущественно мелкозернистой структурой. Заполнителями для таких растворов могут выступать кварцево-полевошпатные или традиционные кварцевые пески.

По структуре силикатные автоклавные бетоны могут быть:

• плотные тяжелые (заполнитель — кварцевый песок):
• плотные легкие (пористый заполнитель крупной или мелкой фракции)
• пористые бетоны (пеносиликат или газосиликат).

Легкий бетон на основе кремнеземистых компонентов

Легкий бетон изготавливают на пористых заполнителях — керамзите, перлите, шлаковой пемзе и других пористых материалах, применяемых в виде щебня или гравия. В качестве вяжущих используют те же компоненты, что и при изготовлении плотных тяжелых бетонов.

Учитывая плотность материалов и их конструктивные особенности, легкие бетоны подразделяются на три категории:

1. Теплоизоляционные бетоны (плотность до 500 кг/м³; теплопроводность материала — 0,18 Вт/(м-°С)). Применяются для теплоизоляции перекрытий и покрытий общественных и промышленных зданий.
2. Конструкционно-теплоизоляционные силикатные бетоны (плотность материала: 500–1400 кг/м3; теплопроводность изделий — 0,58 Вт/(м-°С). Применяются для производства наружных ограждающих бетонных конструкций (стеновые панели, блоки и др.).
3. Конструкционные легкие бетоны (плотность изделий 1400–1800 кг/м3) применяются для производства армированных силикатобетонных конструкций и сборных железобетонных изделий.

Тяжелые бетоны с кремнеземистыми заполнителями

Тяжелые бетонные растворы, с учетом крупности заполнителя, делятся на мелкозернистые (песчаные) и крупнозернистые. Наиболее распространенными в этой группе считаются песчаные мелкозернистые смеси, состоящие из извести и мелкозернистого кварцевого песка.

Мелкозернистые тяжелые бетоны на кремнеземистых заполнителях, в сравнении с обыкновенными цементными, отличаются более однородной структурой, получаемой в результате плотной химической связи вяжущих и зерен заполнителя. А главный аргумент преимущества таких бетонов — это цена, которая намного ниже, чем у аналогичных по марке, цементных составов.

Силикатные тяжелые бетоны характеризуются плотностью от 1800 до 2200 кг/м³. Прочность растяжению–сжатию составляет 100–600 кг/см^2, и может меняться в зависимости от состава смеси, объемного веса заполнителей и режима автоклавной обработки.

К примеру: бетоны на кремнеземистых заполнителях в период автоклавной обработки с содержанием извести 8–11% от общего объема заполнителя, при укладке смеси способом вибрирования, приобретают прочность равную 100–300 кг/см². А при содержании в растворе15–30% мелкозернистого кварцевого песка, и при качественном уплотнении смеси с оптимальным режимом автоклавной термообработки, прочность того же материала возрастает до 400–600 кг/см².

Пористые легкие бетоны

Материалы из ячеистых (пористых) бетонов делятся на пеносиликатные и газосиликатные. Пеносиликат производится путем смешивания специальной пены и тонкомолотой известково-кремнеземистой смеси с последующей обработкой силикатных изделий в автоклаве.

Для получения газосиликата, смешивают известково-кремнеземистую смесь с алюминиевой пудрой.

Наибольшее распространение получили газосиликатные смеси. При этом, производство газосиликатных изделий, в некоторых случаях, намного выгоднее чем изготовление аналогичных изделий из газобетона.

Известково-кремнеземистое вяжущее, присутствующее в составе газосиликатного раствора, позволяет качественно координировать процесс газообразования, что значительно влияет на плотность ячеистой структуры бетона, а впоследствии — и на прочность готового изделия.

Свойства силикатных бетонов

Основные свойства силикатных бетонов представлены следующими показателями:

1. Водопоглощение силикатных изделий, в зависимости от способа уплотнения бетонной смеси, равно 10–18%.
2. Морозостойкость высокопрочного силикатного бетона доходит до 100 циклов и более.
3. Высокая коррозийная стойкость – эти параметры незначительно отличаются от показателей цементного бетона.
4. Термостойкость.
5. Устойчивость к температурным и атмосферным воздействиям.
6. Низкая себестоимость производства готовых изделий.
7. Долговечность (до 70 лет).

Материалы для производства силикатных бетонов

Основным вяжущим компонентом в силикатном бетоне выступает тонкомолотая известь кипелка или известь-пушонка, которая в сочетании с заполнителями и составляет основное сырье для производства силикатных бетонов. После добавления воды и последующей тепловой обработки в автоклавах, силикатобетонная смесь превращаться в прочное бетонное изделие.

Известь, применяемая для производства силикатных смесей должна отвечать следующим свойствам:

• средняя скорость гидратации;
• умеренный экзотермический эффект;
• вся фракция должна быть одинаково обожженной;
• MgO менее 5%;
• время гашения извести — 20 мин не более.

Недожог известковой массы приводит к повышенному расходу материала. Пережог снижает время гидратации извести, что приводит к вспучиванию, появлению трещин на поверхности изделий и др.

Известь, применяемая для производства силикатобетона, обычно используется в виде тонкомолотых известковых смесей следующего состава:

• известково-кремнеземистые — соединение извести и кварцевого песка;
• известково-шлаковые (известь и доменный шлак);
• известково-зольные — топливная сланцевая или угольная зола и известь;
• известково-керамзитовые и другие подобные компоненты, получаемые из отходов промышленного производства пористых заполнителей;
• известково-белитовые вяжущие, получаемые при низкотемпературном обжиге известково-кремнеземистой сухой смеси и кварцевого песка.

В качестве кремнеземистых заполнителей используют следующие материалы:

• кварцевый молотый песок;
• металлургические (доменные) шлаки;
• зола ТЭЦ.

Наиболее часто в качестве заполнителей выступают кварцевые пески средней и мелкой фракции, которые по своему составу должны выглядеть следующим образом:

• 80% и более кремнезема;
• менее 10% глинистых включений;
• 0,5% и меньше примесей слюды.

Крупные включения глины в структуре кварцевого песка снижают морозостойкость и прочность силикатного бетона.

Тонкомолотый кварцевый песок оказывает значительное влияние на формирование высоких эксплуатационных свойств силикатных бетонов. Так, с повышением дисперсности частиц песка увеличивается морозостойкость, прочность и другие характеристики силикатных материалов.

При выборе составляющих для изготовления силикатного бетона необходимо знать следующее:

1. Расход вяжущего увеличивается пропорционально увеличению прочности бетона.
2. Снижение расхода вяжущих в составе силикатной смеси наблюдается при повышении дисперсности мелкого кварцевого песка, и увеличивается при повышении формовочной влажности силикатобетонного раствора.
3. Дисперсность молотого кварцевого песка должна быть в 2,5 раза ниже дисперсности молотой извести.

Промышленное производство силикатобетонов

Промышленное производство силикатного бетона условно делится на несколько объемных этапов:

• подготовка необходимых материалов;
• приготовление известково-кремнеземистой смеси;
• формование силикатобетонных изделий;
• автоклавная обработка силикатобетона.

В состав предприятия, специализирующегося на производстве силикатобетонных изделий, входят следующие автономные отделения:

• отделение по приему материалов для изготовления силикатобетона;
• арматурное отделение;
• помольный цех;
• бетоносмесительное отделение;
• формовочный цех;
• автоклавное отделение;
• склад силикатобетонных изделий.

Примерная технологическая инструкция для изготовления силикатных изделий в заводских условиях представляется следующим образом:

1. В помольном цехе измельчают, просеивают и сушат все необходимые составляющие известково-кремнеземистых вяжущих. Помол компонентов проводят в трубных или вибрационных мельницах.
2. Затем материалы, при помощи пневмонасоса, поступают в бетоносмесительное отделение, где все необходимые компоненты дозируют и загружают в смеситель принудительного действия. Добавляют воду и перемешивают до получения однородной смеси. Для улучшения подвижности бетона, в его состав добавляют водные растворы пластификаторов.
3. Готовая силикатобетонная смесь подается в бункер бетоноукладчика, с помощью которого она разливается в подготовленные формы. Время выдержки до распалубки готовых изделий должно составлять не менее 20 часов.
4. После набора необходимой прочности, изделия складываются в штабели на вагонетки, и при помощи электропередаточного моста транспортируются в автоклавное отделение для термообработки.

Автоклавная обработка силикатных изделий

Процесс автоклавной обработки — последний и самый важный этап в производстве силикатобетонных изделий. Поэтому, для того чтобы понять саму сущность процесса автоклавной обработки, рассмотрим принципиальную схему работы автоклава.

Устройство автоклава

В автоклаве протекают сложные процессы, в результате которых силикатобетонные смеси превращаются в силикатобетонные изделия заданной плотности различной формы и назначения.

Автоклав для термообработки — это горизонтально расположенный цилиндрический резервуар (Ø 2,6–3,6 м, длиной 20–40 м) с герметическими сферическими крышками. Сосуд оборудован манометром, регистрирующем давление пара, и предохраняющим клапаном, который автоматически открывается при повышении в резервуаре давления выше критического.

Внизу уложены рельсы для передвижения вагонеток с изделиями. Для снижения теплопотерь во время термообработки поверхность паропроводов и сама поверхность автоклава покрывается специальным теплоизоляционным составом. Помимо этого, автоклавы оборудованы устройствами для перепуска использованного пара в следующий автоклав и магистралями для сброса конденсата.

Общая схема процесса автоклавной обработки изделий

В подготовленный автоклав загружают отформованные силикатные изделия, и плотно закрывают сферические крышки. Затем, в устройство подают насыщенный пар.

Весь процесс автоклавной обработки материалов можно разделить на пять составляющих:

1. Подача влажного пара с установленной в автоклаве температурой равной 100°С;
2. Увеличение давления пара, и повышение температурного режима до технически необходимого минимума.
3. Термическая выдержка изделий при максимально допустимой температуре и давлении.
4. Постепенное снижение температуры до 100°С, и уменьшение давления пара до атмосферных показателей.
5. Процесс остывания силикатных изделий до 18–20°С может проходить в автоклаве, либо на открытом воздухе.

Качество силикатобетонных материалов автоклавного твердения в значительной мере зависит от грамотного управления физико-химическими процессами, протекающими в автоклавах на различных этапах термообработки. Автоклавная термообработка материалов считается наиболее эффективным способом ускорения набора прочности бетонных изделий.

В заключение этой главы можно сделать следующий вывод: процесс производства силикатных изделий — сложное и кропотливое занятие, требующее определенных знаний и специального оборудования. Приготовить силикатобетон в условиях строительной площадки своими руками можно, но получить изделия необходимого качества без автоклавной обработки практически нереально.

Поэтому, бетон силикатный и изделия из него, лучше приобретать на профильных предприятиях со специальным оборудованием и обученным персоналом. В этом случае, вы получаете гарантии качества приобретенных строительных материалов, и уверенность в том, что конструкция возведенная из этого материала, будет прочной и долговечной.

Изделия из силикатных бетонов

На сегодняшний день из силикатно-бетонных смесей производят следующие виды силикатных изделий:

1. Крупные сборные железобетонные конструкции — плиты перекрытий, блоки, силикатные панели для стен фасадов.
2. Из мелкоштучных изделий — рядовой, облицовочный кирпич, силикатные камни (блоки) и газосиликатные блоки для внутренних и наружных стен жилых и промышленных зданий.

Наибольшей популярностью в индивидуальном строительстве по праву пользуются силикатный кирпич и силикатобетонные изделия из пористых бетонов, которые и называют газосиликатными блоками.

Силикатный стеновой материал — кирпич

Силикатный кирпич — это стеновой материал, получаемый из смеси гашеной извести и кварцевого песка путем прессования, с последующим твердением в автоклавной установке под действием высоких температур и повышенного давления водяного пара (см. видео в этой статье).

Технология изготовления силикатного кирпича состоит из следующих технологических процессов:

• помол компонентов вяжущего (кварцевый песок и известь);
• дозирование компонентов (известь — 15–25%; кварцевый песок — 75–85);
• смешивание составляющих с добавлением воды, в результате которого происходит гашение извести и распределение компонентов смеси;
• прессование изделий под высоким давлением (30–40 Мпа);
• укладка изделий на вагонетку;
• автоклавная термообработка.

Расход компонентов вяжущего зависит от заданной плотности изделия. Смешивание компонентов проходит в двухвальном смесителе. Усреднение состава смеси и гашение извести проводят в агрегатах непрерывного или периодического действия.

Прессование кирпича выполняется при помощи револьверного пресса. Это станок карусельного типа, оборудованный зоной заполнения прессформы силикатным раствором, зоной прессования и выпресовки, а также зоной для съема сырца. Оптимальная влажность формовочной смеси — 5–7%.

Затем силикатные изделия, уложенные на вагонетку, отправляют для сушки и твердения в автоклав.

Температура в автоклаве должна быть не ниже 175°С, оптимальное давление пара — 0,8 Мпа. Время автоклавной термообработки, для силикатного кирпича средней плотности, должно составлять 8–12 часов.

Силикатные кирпичи и камни могут быть следующих видов:

• одинарный кирпич полнотелый или пустотелый (250х120х65);
• утолщенный пустотелый кирпич (250х120х88);
• силикатные камни пустотелые (250х120х138).

Цвет рядового силикатного кирпича молочно-белый. Облицовочный кирпич может быть еще и цветным, окрашенным химически стойкими пигментами в различные декоративные цвета.

Для силикатного рядового кирпича и силикатных камней установлены следующие марки по прочности: 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300; марки по морозостойкости — F15, F25, F35, F50.

Марка по прочности для облицовочного силикатного кирпича не должна быть ниже 125, а по морозостойкости F35 и более. Водопоглощение силикатных изделий должно быть не более 6%.

Силикатные мелкоштучные изделия используют наравне с керамическим кирпичом для кладки стен надземной части жилых зданий и сооружений. Из–за недостаточной влагостойкости материала, его запрещается использовать для устройства фундаментов зданий даже с гидроизоляционным слоем.

Не допускается применение силикатных кладочных материалов для возведения зданий с влажным режимом эксплуатации (прачечные, бани и др.), а также использовать силикатные изделия для кладки печей и др.

Помимо известково-песчаных изделий еще производится известково-зольный и известково-шлаковый кирпич. В этих марках, вместо песка используют золы ТЭС или доменные металлургические шлаки. Свойства этих марок аналогичны характеристикам известково-песчаного силикатного кирпича.

Известково-зольные и известково-шлаковые силикатные изделия

Эти стеновые материалы — разновидность силикатного кирпича, в которых кварцевый песок подменен пористым металлургическим шлаком (известково-шлаковый) или топливной золой (известково-зольный).

Для изготовления известково-шлакового силикатного кирпича требуется 88–97% доменного шлака и 3–12% гашеной извести, а для производства известково-зольного материала нужно 75–80% топливной золы и 20–25% гашеной извести.

Зола и шлак являются дешевым силикатным сырьем, получаемым при сжигании бурого или каменного угля в котельных ТЭС и т.д. В период сгорания измельченного топлива, в топке остается крупная зола, а мелкие частички вместе с дымовыми газами уходят в дымоход, в котором установлены золоуловители. Полученная таким способом зола отправляется в отвал, а потом используется в производстве силикатных материалов.

Топливные золы и шлаки имеют в своем составе низкое содержание CaO (<5%), и поэтому, при соединении с водой плохо твердеют. Но при введении извести они активизируются, а последующая термообработка в автоклаве дает возможность получить материалы высокой прочности.

Использование металлургических шлаков и топливных зол экономически выгодно, так как значительно снижается себестоимость готовых силикатных изделий.

Производство известково-зольного и известково-шлакового кирпича сравнимо с производством силикатного кирпича, а вот характеристики несколько отличаются от аналогичных свойств силикатного песчаного изделия:

• размер кирпича — 250х120х140;
• плотность материала 1400–1600 кг/м³;
• теплопроводность изделий 0,6 Вт/(м^*К);
• прочность на сжатие (марки) — 75, 50 и 25;
• морозостойкость находится в тех же пределах что и у рядового силикатного кирпича.

Применяется известково-зольный и известково-шлаковый кирпич для устройства стен малоэтажных зданий.

Силикатные изделия из ячеистых силикатобетонов

Силикатные изделия пористой структуры характеризуются небольшим объемным весом и пониженной теплопроводностью. В этой главе рассмотрим производство и основные характеристики газосиликатных блоков, как наиболее популярных из всего ассортимента газосиликатных изделий, применяемых в индивидуальном строительстве.

Для приготовления газосиликатной смеси используются следующие материалы:

• портландцемент;
• известь-кипелка;
• алюминиевая пудра в качестве газообразователя;
• кварцевый песок;
• вода.

Технологическая инструкция производства пористых силикатных изделий представлена следующими операциями:

1. Приготовление известково-кремнеземистого вяжущего.
2. Сухая смесь поступает в смеситель, куда добавляют алюминиевую пудру и воду.
3. Затем, готовую массу укладывают в подготовленные металлические формы.
4. В формах происходит процесс вспучивания газосиликатной массы с образованием горбушки над границей формы. Горбушку срезают и отправляют на переработку. Окончание периода вспучивания массы должно совпадать с началом процесса схватывания вяжущего.

Газосиликатные блоки подразделяются на следующие категории:

• теплоизоляционные (плотность до 500 кг/м³, прочность на растяжение–сжатие 25 кг/см²);
• конструкционно–изоляционные (плотность 500–800 кг/м³, прочность на растяжение–сжатие 75 кг/см²);
• конструкционные (850 кг/м³ и более, прочность 75–150 кг/см²);
• средняя общая теплопроводность составляет 0,2 Вт/(м^*К).

Основные размеры газосиликатных блоков представлены в таблице ниже (см. фото).

Свойства газосиликатных изделий:

• высокие теплоизоляционные свойства;
• морозостойкость;
• легкость монтажа и обработки газосиликатных материалов;
• высокая термостойкость;
• повышенная звукоизоляция;
• экологичность;
• долговечность.

Применяются газосиликатные блоки для кладки наружных и внутренних несущих стен, перегородок, а также могут служить теплоизоляционным материалом для утепления покрытия кровли, наружных стен и междуэтажных перекрытий.

Подсказки: влагостойкость силикатных изделий намного ниже, чем у аналогичных цементных. Поэтому, не рекомендуется применять газосиликатные блоки во влажных помещениях, и оставлять надолго наружные стены строения без гидроизоляции или дополнительной отделки фасада здания.

Как видим, бетон силикатный и изделия из него являются прекрасными и экономичными строительными материалами. По качеству силикатобетонные изделия не уступают изделиям из газобетона и тяжелого цементного бетона, а себестоимость их на 15–20 % ниже вышеназванных конкурентов.