CC BY
48УДК 691.316
Г.В. КУЗНЕЦОВА, доцент, Казанский архитектурно-строительный университет
Оптимизация расчетов составов
известково-песчаной смеси
для формования силикатного кирпича
Качество силикатного кирпича зависит прежде всего от качества массы или известково-песчаной смеси. Даже если производство оснащено современными высокотехнологичными прессами последнего выпуска, а смесь приготовлена только из песка или с малым количеством извести, качественный кирпич получить трудно, но можно, однако углы такого кирпича разрушатся еще до автоклавной обработки. Песочной массой можно вывести из строя пресс, что часто происходит в реальном производстве.
Качество смеси необходимо подбирать так, чтобы пресс работал в нормальных условиях (прессовал мягко). Имеет значение тип дозаторов, смесителей, но самым главным остается состав смеси.
В производстве тяжелого бетона существует ряд параметров для расчета, которые зависят от требуемой подвижности и получаемой прочности. В производстве силикатного кирпича, получаемого методом полусухого прессования, нет параметра подвижности, а прочность зависит от химического синтеза в автоклавах и его продолжительности.
В массозаготовительных отделениях силикатных заводов качество массы или формовочной известково-песчаной смеси проверяют так называемым «органо-лептическим методом». Он состоит в сжимании определенного количества смеси, которую берут рукой в смесителе после смешивания и небольшой выдержки на гашение. Получаемая «колбаска» из смеси проверяется на прочность путем раздавливания между разведенными пальцами. Во время раздавливания фиксируется время: произошло это при первом же прикосновении или после приложения определенного усилия. Данным способом пользуются и сегодня, так как процесс приготовления массы происходит непрерывно и качество смеси нужно знать сразу на месте.
Полученный таким образом результат уточняется химическим анализом смеси в лаборатории на содержание извести или активных Са0+М§0 и в дальнейшем придерживаются результатов этого анализа. При изменении результатов анализа снова применяют орга-нолептический метод. Изменение активности извест-ково-кремнеземистого вяжущего (ИКВ) — это изменение его качества, которое влечет за собой изменение состава формовочной смеси или как ее называют на производстве в массе.
Существующая специализированная литература ничем в этом случае помочь не может. Здесь помогает только многолетний опыт работы с массой, поэтому на участках по приготовлению массы стараются держать опытных работников.
Формовочную массу для силикатного кирпича готовят из ИКВ, песка и воды. Влияние их составов на качество кирпича-сырца рассматривается в технической литературе, где и предлагается подбирать состав смеси, ис-
пользуя разные соотношения компонентов. Попробуем упростить решение этого вопроса.
Большинство силикатных заводов производят известь сами, то есть имеют свои известковые производства. Активность извести, производимой силикатными заводами как правило ниже III сорта. Активность производимой в основном в шахтных печах извести может составлять 50—75%. Есть заводы, работающие на привозной извести. Поэтому приходится производить известковый цемент или ИКВ из того, что есть.
Так как принято считать, что в обычно применяемой заводами силикатного кирпича извести содержится 65—75% активной СаО, а в кварцевых песках 90—95% SiO2, то оптимальное соотношение извести и молотого песка в ИКВ должно составлять в среднем И:К=1:1 [1]. В настоящее время установлено, что низкоосновные гидросиликаты кальция обладают более высокой прочностью. В связи с этим вести расчет сырьевой смеси необходимо с учетом получения менее основных гидросиликатов, у которых отношение СаО^Ю2 должно быть близким к единице.
Активность извести на всех заводах разная, как и разная активность получаемого ИКВ. При низкой активности извести как правило уменьшают долю песка при помоле вяжущего.
Таблица 1
Активность ИКВ в зависимости
от качества извести и содержания песка в вяжущем
Соотношение CaO:SiO2 (И:К) Содержание активных СаО и MgO,%
1:0 40 50 62,5 68 80,3 88,8 93,8
1:0,5 27 33 45,1 39,5 51,7 59 62
1: 1 20 25 31 34,2 41 44,1 47
1:1,5 20 25,8 27,7 32 34,7 37,5
1:2 21 22 28 28 31,2
1:3 22 22 25
Таблица 2
Дисперсность ИКВ
Номер сита 02 008
Полный остаток, % 1,5 15
Таблица 3
Рекомендуемое качество песка для силикатного кирпича
Номер сита 5 2,5 1,25 0,63 0,315 0,14 менее 0,14
Полные остатки 0-0 0-15 0-20 5-60 10-80 30-100 70-0
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал '-ÖY^QHr^JjjjHbJ^
~20 сентябрь 2010 *
Таблица 4
Характеристики песков, применяемых в производстве силикатного кирпича
№ Мкр Вид остатков № сита
2,5 1,25 0,63 0,315 0,16 Менее 0,16
Остатки, %
1 0,75 частные - - - 3.2 68,4* 28,4
полные 3,2 71,6 100
2 1 частные - 0,25 0,25 12 77 10,5
полные - 0,25 0,5 12,5 89,5 100
3 1 частные - 0,25 1 15,5 64,25 19
полные - 0,25 1,25 16,75 81 100
4 1 частные 3,5 1,5 1,5 17,5 42,5 33,5
полные 3,5 5 6,5 24 66,5 100
5 1,29 частные 0,25 1 1,25 25 70 2,5
полные 0,25 1,25 2,5 27,5 97,5 100
6 1,35 частные 1 0,5 1,5 34,5 55 7,5
полные 1 1,5 3 37,5 92,5 100
7 1,4 частные 0,5 0,75 1,25 40 52,5 5
полные 0,5 1,25 2,5 42,5 95 100
8 1,5 частные 0,5 0,5 2 49 45,5 2,5
полные 0,5 1 3 52 97,5 100
9 1,6 частные 0,5 0,75 3,25 61 33 1,5
полные 0,5 1,25 4,5 65,5 98,5 100
10 1,79 частные 0,25 0,5 13,5 50,75 33,75 1,25
полные 0,25 0,75 14,25 65 98,75 100
11 3,3 частные 27,6 22,2 20 16 12,8 1,4
полные 27,6 49,8 69,8 85,8 98,6 100
* Выделено изменение зернового состава песков с увеличением модуля крупности и его преимущественный состав.
На основании полученных данных можно построить график, позволяющий на основании данных о средней печевой активности и активности ИКВ, определить долю песка в ИКВ либо подобрать необходимую активность ИКВ.
ГОСТ 9179—77 «Известь строительная. Технические условия» п. 2.9 указывает требование по дисперсности порошкообразной извести. Степень дисперсности порошкообразной воздушной извести должна быть такой, чтобы при просеивании сквозь сито с сеткой № 02 и 008 проходило соответственно не менее 98,5 % и 85% массы просеиваемой пробы. Из этого следует, что полный остаток на ситах соответствует указанному в табл. 2.
Силикатные заводы работают на мелких и тонких песках с насыпной плотностью менее 1,5 т/м3. Это намывные или овражные пески. Существовавший ранее ОСТ 21-1—80 «Песок для производства изделий автоклавного твердения» предполагал использование для силикатного кирпича песка с диапазоном полных остатков (табл. 3).
ОСТ 21-1—80 п. 1.2 указывал, что песок, не удовлетворяющий требованиям, изложенным в таблице, может быть использован в том случае, если изготовленные с его применением изделия удовлетворяют требованиям соответствующих стандартов и технических условий. Из
чего следует, что получаемый кирпич должен соответствовать ГОСТ 379—95, а изготавливать его можно из тех материалов, которые имеются в наличии. Вот и работают на том, что есть. А есть следующее.
Из табл. 4 видно, что пески № 1—3 представлены фракцией 0,16, пески № 4—9 представлены фракциями 0,16 и 0,315; песок № 10 представлен фракциями 0,63, 0,315 и 0,16; под № 11 приведен песок обогащенный, используемый в производстве бетона.
В производстве силикатного кирпича гранулометрический состав песков играет важную роль, так как в большой степени определяет формуемость кирпича-сырца из известково-песчанных смесей. Наилучшей гранулометрией песка является та, при которой средние зерна размещаются между крупными, а мелкие — между средними и крупными зернами [1].
Проблема выбора рационального зернового состава заполнителей изучалась многими учеными, однако в настоящее время она далеко не исчерпана и требует дальнейших исследований и более глубоких разработок. Первоочередной задачей является разработка теоретически обоснованного и удобного для практического использования метода.
Известно, что количество цементирующего вещества в бетонах и растворах определяется объемом пустот заполнителей и их суммарной поверхностью. Объем
Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
Л] сентябрь 2010 2Г
Таблица 5
Пустотность прессованных песков
Вид песка Доля, % Плотность прессованного песка, кг/м3 Пустотность прессованного песка, %
Песок, М =1,4 кр 100 1633 38,4
Песок, М=2,71 кр 100 1950 26,4
Песок фракции 0,315 100 1717 38,4
Песок фракции 0,14 100 1622 38,7
Смесь фракций песка 0,315+0,14 50+50 1672 37
Смесь фракций песка 0,315+0,14 60+40 1685 36,5
Смесь фракций песка 0,315+0,14 с добавлением молотого песка 45+45+10 1717 35,3
Смесь фракций песка 0,315+0,14 с добавлением молотого песка 55+35+10 1717 35,3
Песок Мкр=1,4 с добавлением молотого песка 75+25 1891 28,7
Таблица 6
Влияние зернового состава песка и количества извести на прочность сырца
№ Вид песка Активность смеси Прочность сырца, МПа
1 Мелкий М =1,4 Крупный Мкр=3,3 6 0,28 0,45
2 Мелкий М =1,4 Крупный Мкр=3,3 8 0,6 0,94
3 Мелкий Мкр=1,4 Крупный Мкр=3,3 10 0,9 1,2
Таблица 7
Содержание активных СаО+MgO в смеси
Состав смеси ИКВ:П Содержание активных СаО+МдО в ИКВ, %
61 46 36 32 30 28 24
1:3 20,3 15,3 12 10,6 10 9,3 8
1:4 15 11,5 9 8 7,5 7 6
1:5 12 9,2 7,2 6,4 6 5,6 4,8
1:6 10 7,7 6 5,3 5 4,6 4
Таблица 8
Количество ИКВ на 1 кг смеси
Состав смеси Содержание активных СаО+МдО в ИКВ,%
при ИКВ:П 24 28 32 36 40 46 61
1:3 333 333 333
1:4 250 250 250 250
1:5 200 200 200 200
1:6 167 167 167 167
Рис. 1. Зависимость активности смеси от содержания активных СаО+МдО
пустот зависит от соотношения зерен различной величины. Фракционирование приводит к значительному уменьшению межзерновой пустотности как в насыпном состоянии, так и в уплотненных песках [2].
Силикатный кирпич производится путем полусухого прессования смеси песка и ИКВ. В табл. 5 приводятся замеры пустотности прессованного песка, его отдельных фракций и с тонкодисперстной фракцией молотого песка. Песчаные смеси прессовались с усилием 200 кг/см2.
Однофракционные пески обладают большей пустот-ностью по сравнению со смесью. Искусственные смеси обеспечивают уменьшение пустотности на 9—14%. Введение в смесь фракций последующих размеров снижает пустотность. Молотый песок использовался из состава ИКВ размерами менее 0,2 мм и 0,08. Введение тонкомолотой добавки снижает пустотность.
Обогащенные пески с малой пустотностью требуют меньшего количества вяжущего. В табл. 6 приводятся данные изменения сырцовой прочности кирпича в зависимости от зернового состава песка.
Получение требуемой сырцовой прочности на рационально подобранных песчаных смесях достигается при меньшем расходе вяжущего.
В основе метода расчета рациональных составов заполнителей положен принцип последовательного заполнения пустот. Согласно этому принципу зерна более мелких фракций попадают в пустоты, образующиеся при укладке более крупных частиц. Заполнение должно быть максимальным и исключить раздвижку частиц, предшествующих фракций.
Таблица 9
Количество ИКВ после гашения на 1 кг смеси
Состав смеси ИКВ:П Содержание активных СаО+МдО в ИКВ, %
24 28 32 36 40
1:3 341 343 344
1:4 254 255 256 257
1:5 204 205 205
Таблица 10
Влияние количества извести на прочность сырца на песке Мкр=1,4
Активность ИКВ % Соотношение ИКВ:П Активность смеси, % Прочность сырца, МПа
1:5 6 0,35
32 1:4 8 0,6
1:3 10 1
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал р ^ Г Г Iг ! 13
~22 сентябрь 2010
Г 1
Рис. 2. Заполнение пустотности: а - плотная упаковка; б - пустотная упаковка из-за недостаточности вяжущего
На модели из шаров, геометрическими расчетами, а также экспериментальным путем на заполнителях разных фракций подтверждено, что оптимальное соотношение фракций при компоновке полифракционного заполнителя должно стремиться к 0,226. Соответственно отношение размеров крупной фракции к мелкой находится в пределах 4:1 [2].
Крупной фракцией в песках является 0,314; она и будет каркасообразующей, а последующая фракция 0,16 должна заполнять пустоты. Соотношение фракций в представленных песках меняется, и фракция 0,16 сама становится каркасообразующей в более тонком песке. Исходя из вышеприведенными данных пески двух фракций будут иметь меньшую пустотность, а следовательно из них можно получить более плотный кирпич-сырец.
ИКВ представляет собой фракцию при соответствующем помоле менее 0,2 мм. Применив методику 4:1, в переводе на ИКВ получаем:
Асм Авяж/4,
где Леи — содержание активных СаО+М§О в смеси (в массе); Авяж — содержание активных СаО+М§О в ИКВ.
Можно посчитать требуемую активность смеси, например (табл. 7):
Асм=40:4=10%; Лсм=36:4=9%; Асм=32:4=8%;
Асм=30:4=7,5%; Асм=28:4=7%; Асм=24:4=6%
Данный расчет в графическом виде представлен на рис. 1.
Расчетная формула приобретает вид;
Асм=0,244АИКв+0,188
При активности смеси 6—10% выявляется диапазон ИКВ.
Для точек 1-2 Аикв=18-30%, точек 3-4 Аикв= 24-36%, точек 5-6 Аикв=30-48%, точек 7-8 Аикв=36-60%.
Расчет количества ИКВ на 1 кг смеси для вяжущего разной активности можно производить по формуле:
ИКВ=(РсмхАсм)/Авяж,
где Рсм - количество необходимой смеси по массе; Асм -активность смеси; Авяж - активность ИКВ (табл. 8).
Масса воды (кг) необходимая для полной гидратации свободной СаО на 1 кг вяжущего, составит по формуле В=0,32Р/100.
Масса вяжущего после гидратации возрастает до 1+0,32Р/100 [1].
Если Р - содержание СаО (%) в смеси, то формула принимает вид:
1+0,32 Аикв/4х100 =1+0,0008Аикв.
Количество ИКВ после гашения для составов (табл. 9).
Асм=Авяж/3 Асм=Авяж/4 Асм=Авяж/5
ИКВгаш= ИКВнег(1+0,001066АиКв) ИКВгаш = ИКВнег(1+0,0008АиКв) ИКВгаш = ИКВнег(1 + 0,00064АиКв)
гаш 32%+Вф0рм=256 + 65=321 что
Формовочная влажность Wформ= 6-6,5% для полнотелого кирпича.
ИКВгаш+ WфорM < Пустотности
Для состава 1:3 ИКВгаш 32%+Вформ=344 + 65=409, что составит 41% в объеме смеси и приведет к раздвижке зерен песка.
Для состава 1:4 ИКВ _ составляет 32,1% в объеме смеси.
Состав 1:5 ИКВгаш 32%+Вформ=204 + 65 =269, что составит 26,9% в объеме смеси и остаточной межзерновой пустотности.
Оптимальный состав смеси должен сочетать достаточную (не обязательно самую высокую) прочность сырца и запаренных образцов при возможно меньшем расходе извести. Считается, что прочность сырца полнотелого кирпича должна быть не менее 0,4 МПа для рядового кирпича и 0,45 МПа для лицевого цветного кирпича.
Исследования прочности сырца от доли вяжущего в смеси, а следовательно и доли извести в смеси дают подтверждение вышесказанному (табл. 10).
На снимках, полученных на электронном микроскопе при увеличении в 100 раз, можно увидеть плотную упаковку (рис. 2, а) и упаковку с недостаточным количеством вяжущего вещества (рис. 2, б).
Ключевые слова: силикатный кирпич, извесково-пес-чанная смесь, известково-кремнеземистое вяжущее, песок.
Список литературы
1. Баженов П.И. Технология автоклавных материалов.
Л.: Стройиздат. 1978. 368 с.
2. Хавкин Л.М. Технология силикатного кирпича. М.:
Стройиздат. 1982. 384 с.
Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
Л] сентябрь 2010 27"
