Силикатный кирпич широко распространенный стеновой материал. Он отличается сравнительно низкой стоимостью и хорошими строительными качествами: правильной формой, точными размерами и необходимой прочностью.
Производство силикатного кирпича имеет ряд преимуществ по сравнению с производством глиняного кирпича. Оно характеризуется более высокой степенью механизации, компактностью технологического оборудования, коротким циклом производства, сравнительно небольшим расходом топлива.
Силикатный кирпич изготовляют из извести и кварцевого песка. Основной отличительной особенностью технологии силикатного кирпича является обработка свежесформованного кирпича-сырца в автоклавах насыщенным водяным паром под давлением 8 избыточных атмосфер и выше.
Способ изготовления силикатного кирпича с применением автоклавной обработки сырца был предложен в 1880 г. немецким ученым Михаэлисом, но на Западе этот способ первоначально не получил широкого распространения. Россия в конце XIX в. оказалась одной из первых стран в мире, где был начат массовый выпуск силикатного кирпича.
По масштабам это производство сначала было очень небольшим, однако уже в 1901 г. в России было 9 заводов, выпускавших 150 млн. шт. силикатного кирпича в год.
Революции производство силикатного кирпича в Советском Союзе развивалось быстрыми темпами. Широко развернулись научно-исследовательские работы, направленные на усовершенствование технологии и повышение качества силикатного кирпича. H. H. Смирнов (1926 г.) установил, что цементирующее вещество в силикатном кирпиче состоит из гидросиликатов кальция. А. В. Волженский (1930—1932 гг.) исследовал процесс автоклавной обработки силикатных материалов и определил основные стадии этого процесса, а также разработал методику теплотехнических расчетов водотепловой обработки силикатных материалов.
Особенно большие успехи достигнуты советскими учеными в послевоенные годы. Работы А. В. Волженского, П. П. Будникова, Ю. M. Бутта, П. И. Боженова, С. А. Кржеминского, Л. M. Хавкина и др. позволили значительно углубить знания об основных закономерностях процесса автоклавного твердения силикатных материалов, составе и свойствах возникающих при этом новообразований, свойствах силикатных материалов и изделий.
Результаты научных исследований внедряются в практику работы заводов силикатного кирпича.
Высокие темпы промышленного и жилищно-гражданского строительства требуют значительного роста производства стеновых материалов, и в частности силикатного кирпича. В 1969 г. было выпущено более 11 млрд. шт. силикатного кирпича, в 1975 г. намечено выпустить 14,6 млрд. шт.
В настоящее время силикатный кирпич выпускают около 120 предприятий, а также цеха, которые находятся в составе комбинатов строительных материалов.
Удельный вес силикатного кирпича в общем объеме производства местных стеновых материалов составляет 19% и имеет тенденцию к увеличению.
В промышленности строительных материалов сокращение длительности производственного цикла — одно из основных направлений совершенствования производства. Сокращение производственного цикла способствует увеличению выпуска продукции на действующем оборудовании, уменьшению трудовых затрат, улучшению использования оборотных средств и снижению себестоимости продукции.
В производстве силикатного кирпича технический прогресс идет главным образом в направлении повышения уровня механизации и автоматизации технологических процессов, а также совершенствования оборудования.
Механизация и автоматизация производственных процессов — это основное средство повышения производительности труда. Внедряется автоматическое управление процессом помола извести в шаровых мельницах, весовым дозированием сырьевых компонентов силикатной массы. Ведется разработка новых конструкций смесителей и усовершенствование существующего оборудования для непрерывного гашения сырьевой смеси с автоматизацией управления этим процессом. Все более совершенствуются автоматы, которые снимают кирпич с прессов и укладывают его на запарочные вагонетки.
Механизируются процессы загрузки кирпича в автоклавы и выгрузки его из автоклавов. Ведется разработка устройств для автоматического закрывания и открывания крышек автоклавов.
Успешное решение задач, поставленных перед промышленностью строительных материалов, и в частности перед силикатным производством, зависит от наличия на заводах подготовленных кадров, владеющих наиболее совершенными методами производства и обладающих достаточно широкой общетеоретической и технической подготовкой. Подготовка квалифицированных рабочих кадров и дальнейшее повышение их производственной квалификации — непременное условие технического прогресса.
Настоящая книга призвана помочь рабочим приобрести знания, необходимые при работе на предприятиях силикатного кирпича.
Cвойства строительных материалов
Удельный вес. Удельным весом (у) называется вес единицы объема материала в абсолютно плотном состоянии (без пор). Например, удельный вес известняка 2,6— 2,9, стали — 7,85, цемента — 3,05—3,15 г/см3.
Удельный вес определяют делением веса материала в высушенном до постоянного веса состоянии (P) на его объем в плотном состоянии без пор или пустот (V)
γ=P/V г/см3
Например, если абсолютный объем зерен 200 г сухого кварцевого песка равен 78 см3, то удельный вес песка составит
γ = 200/78=2,56 г/см3
Величиной удельного веса пользуются для вычисления плотности и пористости материалов, что имеет большое практическое значение.
Объемный вес. Объемным весом (γ0) называется вес единицы объема сухого материала в естественном состоянии, т. е. вместе с порами и пустотами.
Величина объемного веса имеет большое практическое значение. Объемный вес влияет на прочность и теплоемкость материалов. Показатели объемного веса материалов помогают определить нужное количество транспортных средств для перевозки этих материалов.
Для сыпучих материалов (песок, известь, гравий, щебень и др.) определяют вес единицы объема материала с порами π пустотами в россыпи, так называемый насыпной вес.
Объемный (насыпной) вес сыпучих строительных материалов может изменяться в широких пределах в зависимости от степени их уплотнения. Если взять 200 г сухого песка, объем которого вместе с пустотами составляет 121 см3, то объемный вес песка составит
Объемный вес силикатного кирпича 1750—1900, известняка 1800 — 2400, кварцевого песка 1450 — 1650, железобетона 2400, газобетона 350—1000, минеральной ваты 200 кг/м3.
Плотность. Плотность материала (d) характеризуется степенью заполнения его объема твердым веществом. Плотность большинства строительных материалов почти всегда меньше 100%. Исключение составляют немногие строительные материалы, такие, как сталь, стекло и некоторые другие.
Плотность определяется отношением объемного веса сухого материала к его удельному весу и может быть выражена относительной величиной или в процентах
Например, плотность сухого песка объемным весом 1600 кг/м3 и удельным весом 2500 кг/м3 равна d = 1600/2500*100 = 62,5%. Остальную часть объема песка, равную 100 — 62,5 = 37,5%, составляют пустоты между зернами песка.
Пористость. Пористость материала — это степень заполнения его объема порами. Пористость выражается отношением объема пор к объему всего материала в процентах. В зависимости от величины пор все материалы подразделяются на мелкопористые и крупнопористые.
От пористости и плотности зависят многие важные свойства строительных материалов: прочность, водопоглощение, морозостойкость, теплопроводность и др.
Водопроницаемость. Водопроницаемостью называется способность материала пропускать воду под определенным давлением. Степень водопроницаемости зависит от плотности материала, его строения и характеризуется количеством воды, прошедшей за 1 ч через 1 см2 поверхности материала при заданном постоянном давлении. Чем плотнее материал, тем он менее водопроницаем.
Водопоглощение. Водопоглощением (W) называется способность материала впитывать и удерживать в своих порах воду. Водопоглощение характеризуется отношением в процентах веса воды, поглощенной в установленный срок полностью погруженным в воду образцом при атмосферном давлении, к весу образца, высушенного до постоянного веса.
Величина водопоглощения материалов зависит от величины и строения пор: если поры закрытые, то водопоглощение меньше, чем при открытых порах. Водопоглощение строительных материалов изменяется в широких пределах. При увлажнении материалов прочность их снижается.
Водопоглощение материала определяют следующим образом. Образец высушивают до постоянного веса и взвешивают в сухом состоянии. Затем его в течение определенного срока насыщают водой и снова взвешивают. Разница в весе, выраженная в процентах, характеризует степень водопоглощения материала.
Водопоглощение рассчитывают по формуле
где g1 — вес сухого образца, г;
g2 — вес образца, насыщенного водой, г.
По стандарту водопоглощение силикатного кирпича должно быть не менее 8 и не более 16% от веса кирпича, высушенного до постоянного веса.
Морозостойкость. Морозостойкостью называется способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание, т. е. резкие колебания температуры, без признаков разрушения и значительного понижения прочности.
Разрушение и значительное понижение прочности материалов, насыщенных водой, происходят в результате того, что при отрицательных температурах вода в порах материала замерзает и увеличивается в объеме до 9%. Образующийся в порах лед давит на стенки пор, разрушая их, и тем самым снижает прочность материала.
Для определения морозостойкости строительные материалы, в том числе и силикатный кирпич, испытывают в специальных холодильных камерах, где образцы, насыщенные водой, многократно замораживают, а затем оттаивают в воде комнатной температуры.
Согласно требованиям ГОСТ 379—69,температуразамораживания должна составлять не менее —15°С, так кик при более высокой температуре вода не замерзает в тончайших капиллярах силикатного кирпича. Практически образцы замораживают при температурах 15—20°С.
Силикатный кирпич должен выдержать 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Кирпич считается морозостойким, если после пятнадцатикратного замораживания и оттаивания он не крошится, не дает трещин, не расслаивается, а прочность на сжатие при этом снижается не более чем на 25% по отношению к первоначальной прочности.
Прочность. Все строительные конструкции испытывают воздействие различных нагрузок, а именно: собственный вес конструкции, ветровая нагрузка, вес расположенных на ней машин, станков, агрегатов, толчки, удары и др. Эти нагрузки могут деформировать и разрушить конструкцию. Поэтому при выборе строительных материалов для различных сооружений очень важно знать механические свойства материалов, т. е. их способность сопротивляться действию внешних сил.
Прочностью называется способность материала сопротивляться разрушению от напряжений, возникающих под действием внешних сил.
Прочность материала характеризуется пределом прочности, т. е. тем напряжением, при котором материал разрушается.
Строительные материалы, из которых изготовлены те или иные конструкции, могут испытывать различные напряжения: сжатие, растяжение, изгиб, срез, кручение. В зависимости от присущих им свойств они по-разному сопротивляются различным напряжениям. Предел прочности при сжатии и изгибе строительных материалов определяют на гидравлических прессах в лабораторных условиях.
Разрушающая нагрузка, приходящаяся на 1 см2 начального поперечного сечения испытываемого образца, характеризует предел прочности материала и выражается в кгс/см2.
Теплопроводность. Теплопроводностью называется способность материала передавать через свою толщу тепло при наличии разности температур на поверхностях, ограничивающих материал.
Теплопроводность материала зависит от степени его пористости, конфигурации и размеров пор, влажности, объемного веса и средней температуры, при которой происходит передача тепла.
Показатель теплопроводности важен при выборе материалов, используемых для сооружения ограждающих конструкций зданий: наружных стен, верхних перекрытий, полов в нижних этажах и др.
Степень теплопроводности материала характеризуется коэффициентом теплопроводности λ.
Коэффициентом теплопроводности называется количество тепла (в ккал), проходящего в течение 1 ч через материал толщиной 1 м и площадью 1 м2, при разности температур на двух его противоположных поверхностях в 1°С.
Например, коэффициент теплопроводности силикатного кирпича 0,7, газобетона 0,11—0,30, железобетона — 1,63, минеральной ваты —0,06 ккал/м* ч*град.
Теплоемкость. Теплоемкостью (С) называется свойство материала поглощать определенное количество тепла при нагревании и отдавать его при охлаждении. Показателем теплоемкости является коэффициент теплоемкости, определяющий количество тепла (в ккал), которое необходимо затратить, чтобы нагреть 1 кг материала на 1°С. Коэффициент теплоемкости определяется по формуле
где Q количество тепла, затраченное на нагревание вещества от температуры t1 до t2, ккал; P — вес материала, кг ; t1 — температура материала до нагревания, °С; t2 — температура материала после нагревания, °С.
Коэффициент теплоемкости таких строительных материалов, как песок, кирпич, щебень, гравий, находится и пределах 0,18—0,22 ккал/кг*град.
Наибольший коэффициент теплоемкости имеет вода, поэтому с увеличением влажности материалов теплоемкости их резко повышается.
Огнестойкость. Огнестойкостью называется способность материалов выдерживать действие высокой температуры ппри пожаре и быстрое охлаждение при тушении пожара.
По степени огнестойкости строительные материалы подразделяются на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.
Несгораемыми называются материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры не воспламеняются, не тлеют и не обугливаются. Сюда относятся кирпич, керамические изделия, бетоны. Прочность материалов при воздействии высоких температур зависит от их вида и технологии изготовления.
К трудносгораемым относятся материалы, которые под воздействием огня или высокой температуры трудно воспламеняются, тлеют или обугливаются и продолжают гореть или тлеть только при наличии источника огня, например фибролит, камышит, древесина, пропитанная антипиренами и т. п.
Сгораемые материалы воспламеняются или тлеют под воздействием высокой температуры или огня. Горение или тление их продолжается и после удаления источника воспламенения. К сгораемым материалам относятся древесины, войлок, древесно-волокнистые плиты и т. п.
Антипирены — вещества, которые не горят. Пропитанная ими древесина становится трудносгораемой.
Cиликатный кирпич свойства
Силикатный кирпич представляет собой искусственный камень, изготовленный из смеси извести и кварцевого песка и отвердевший под действием насыщенного водяного пара в автоклаве.
По качественным показателям силикатный кирпич должен удовлетворять требованиям ГОСТ 379—69.
Кирпич имеет форму прямоугольного параллелепипеда с ровными, гладкими гранями, острыми ребрами и прямыми углами. Длина одинарного кирпича —250 мм, ширина—120, толщина—65 мм. Размеры модульного кирпича: 250*120*88 мм. Модульный кирпич изготовляют с технологическими пустотами.
В зависимости от предела прочности при сжатии и изгибе силикатный кирпич подразделяется на шесть марок: 250, 200, 150, 125, 100, 75.
Силикатный кирпич должен быть морозостойким. Марка кирпича по морозостойкости в насыщенном водой состоянии должна быть не ниже: Мрз 50, Мрз 35, Мрз 25 — для лицевого кирпича и Мрз 15 — для рядового.
Водопоглощение его должно быть не более 14% для лицевого кирпича и 16% для рядового.
Силикатный кирпич, отличаясь большой теплоемкостью и малой теплопроводностью, является одним из наиболее совершенных несгораемых строительных материалов. Он хорошо выдерживает высокую температуру и медленно прогревается. По способности противостоять высоким температурам силикатный кирпич уступает глиняному (красному) кирпичу.
Температура около 700° С является критической для силикатного кирпича в несущих конструкциях с коэффициентом запаса, равным двум, а температура около 900° С — для силикатного кирпича в ненесущих конструкциях. Предел прочности силикатного кирпича при этих температурах снижается примерно на 80% от первоначального. При температуре 700° С кирпич дает большие трещины.
При температуре около 600° С в силикатном кирпиче происходит разложение гидросиликатов кальция и несвязанной гашеной извести, что приводит к значительному снижению его прочности, поэтому силикатный кирпич не применяют для кладки печей и дымоходов.
При изготовлении силикатного кирпича в сырьевую смесь иногда вводят добавки, ускоряющие процесс автоклавного твердения, а также красители (пигменты), не ухудшающие качества и внешнего вида кирпича.
Пигменты, применяемые при изготовлении силикатного кирпича, должны быть щелочестойкими, светостойкими, с высокой красящей способностью. В качестве таких пигментов используют сухую охру, железный сурик, редоксайд, искусственную мумию и др.
Цветной силикатный кирпич изготовляют либо полностью из цветной силикатной массы, либо из обычной и цветной масс, причем последняя расположена только на двух лицевых плоскостях кирпича слоем толщиной 10— 15 мм.
Производство цветного силикатного кирпича в настоящее время осваивается на ряде заводов.
