CC BY
34УДК 666.965.2
Г.В. КУЗНЕЦОВА, доцент, инженер, В.И. САННИКОВА, доцент, канд. техн. наук, Казанский государственный архитектурно-строительный университет
Влияние условий тепловлажностной обработки на качество цветного силикатного кирпича
Автоклавная обработка является основным процессом, превращающим механическую смесь разнородных компонентов в химические соединения, связывающие зерна песка в монолит. Под режимом тепловой обработки понимают давление и длительность всех стадий автоклавной обработки. Продолжительность автоклавной обработки определяют исходя из трех основных условий — прогрева изделий по всему объему, который диктуется необходимостью образования достаточно однородной структуры в любом микрообъеме, полноты протекания химических реакций образования гидросиликатов кальция, более или менее равномерном и экономичном расходе пара. При более интенсивной автоклавной обработке (длительный режим и более высокое давление пара) процессы твердения известково-песчаных смесей протекают быстрее с образованием большого количества гидросиликатов [1].
Развитие технологии цветного силикатного кирпича столкнулось с рядом вопросов, на которые при производстве обычного силикатного кирпича никогда не обращали внимания. После тепловой обработки обнаруживается ослабление цвета, выступающий белый налет на поверхности, черные окружности вокруг органических примесей, изменение внутреннего цвета изделия, исчезновение цвета, белесость поверхности.
Введение в состав шихты красящих пигментов для получения автоклавных силикатных материалов требует более глубокого изучения оптимальных условий теп-ловлажностной обработки. В технической литературе встречается мнение, что цветной кирпич необходимо запаривать при более низкой температуре и давлении, увеличение изотермической выдержки при автоклавной обработке приводит к заметному ослаблению окрашенных образцов, рекомендуемая тепловая обработка для цветного кирпича должна проводиться при температуре, не превышающей 170оС (0,7 МПа) (табл. 1).
Надо отметить, что последнее время технология производства цветного силикатного кирпича ушла вперед. Расширился рынок пигментов, улучшилось их качество. Сейчас при выборе пигментов предъявляют требования:
к щелочеустойчивости, светоустойчивости, температу-ростойкости не ниже 200оС ( не должны менять окраску после ТВО). Они не должны содержать примесей, вредно влияющих на процесс ТВО, обладать высокой красящей способностью, и иметь документ о качестве. Железо-окисные пигменты одной и той же марки разных производителей отличаются по насыпной плотности и удельной поверхности. Например, железоокисные пигменты, произведенные в Китае, — желтый 313 имеют меньшую насыпную плотность, чем желтый, произведенный в Ярославле, поэтому при одной и той же массе занимают больший объем и дают лучший красящий эффект.
Коричневые красители ТК и СК имеют большую массу и низкую удельную поверхность. Одни пигменты повышают прочность (желтые, красные, зеленые), для других (коричневых) нужно корректировать режим ТВО или состав смеси.
Технологи уже знают, что оптимальная формовочная влажность цветной смеси не должна превышать 4—5%, количество извести должно обеспечить получение оптимальной сырцовой прочности, определяющей внешний вид продукции и ее сохранность при транспортировке.
Цветной кирпич после формования в течение 30 мин должен быть помещен в автоклав, а в формовочном цехе должна поддерживаться влажность и не допускаться сквозняки и др. Известно, что цветной силикатный кирпич можно получить при запаривании при обычном режиме под давлением 0,8 МПа, а также при повышенном давлении, равном 1,2 МПа с изотермической выдержкой и без нее, то есть по пиковому режиму. Целесообразность применения того или иного режима определяли путем сравнения цвета и прочности полученных образцов [2, 3].
Обработка насыщенным паром под высоким давлением увеличивает скорость синтеза гидросиликатов кальция, что позволяет сократить режим автоклавной обработки. Автоклавная обработка цветного силикатного кирпича по пиковому режиму приводит к снижению прочности (от 15 до 37%), а интенсивность окраски кирпича, полученного таким тепловым
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал р ^ Г Г Iг ! 13
~36 сентябрь 2010 *
Таблица 1
Параметры насыщенного пара
Избыточное давление, МПа 0,6 0,7 0,8 0,9 1,1
Температура, оС 164,1 169,6 174,5 179 183
Таблица 2
Прочность цветного силикатного кирпича в зависимости от режима автоклавной обработки
Предел
Пигмент Давление, атм Температура, оС Режим, ч Цикл, ч прочности при сжатии, МПа
Сурик железный 8 174 2+6+2 10 13
190 190 2+6+2 4+0+4 10 8 25 10,6
8 174 2+6+2 10 12,5
Охра 12 190 2+6+2 10 20
12 190 4+0+4 8 8,1
Руда марганцевая 8 174 2+6+2 10 17,5
22 190 190 2+6+2 4+0+4 10 8 25 14
Огарки пиритные 8 174 2+6+2 10 25
22 190 190 2+6+2 4+0+4 10 8 30 16
режимом, не отличается от кирпича при обычном режиме ТВО [2, 3].
Прочность силикатного кирпича обеспечивается химическим синтезом новообразований при автоклавной обработке. Прежде всего Са(ОН)2 в среде насыщенного пара при повышенной температуре вступает в химическое взаимодействие с кремнеземом, образуя гидросиликаты кальция. Известно, что с повышением температуры растворимость кварца возрастает с 0,006 г/л при 25оС до 0,07 г/л при 160оС и 0,24 г/л при 200оС, а в щелочной среде увеличивается вдвое [5]. Растворимость Са(ОН)2 с повышением температуры снижается [6], так как процесс Са0+Н20=Са(0Н)2 обратимый (табл. 3) [7].
В начале автоклавной обработки образуется высокоосновный С28Н2. Соединение такого вида существует до тех пор, пока раствор насыщен известью. После ее связывания в гидросиликаты концентрация кремнезема в жидкой фазе растет в результате растворения 8Ю2 и образуется низкоосновный гидросиликат кальция. Низкоосновные гидросиликаты кальция обладают достаточной прочностью и долговечностью. Пигменты, вводимые в состав формовочной смеси для окрашивания, являются молотой добавкой. Системы 8Ю2 — пигмент обладают реакционной способностью по отношению к кремнезему, так же как известь.
Результаты испытаний (табл. 2, 4) позволили сделать вывод, что для получения цветного силикатного кирпича повышенной прочности и более устойчивой окраски целесообразно применять режимы с повышенным давлением пара. Длительность автоклавной обработки сверх оптимальной вызывает увеличение размеров кристаллов, которое приводит к снижению прочности камня [4].
Различный химический состав пигментов оказывает свое влияние на прочность. Минеральные пигменты представляют собой сложные соединения, в состав которых кроме красящих хромофоров Fe, Сг, N1, Мп и др. входят различные примеси. Введение пигментов в состав известково-кремнеземистых формовочных смесей оказывает влияние не только на изменение структуры материала, но и на процессы автоклавного тверде-
ния цветных смесей. Оксиды и гидроксиды железа, марганца и хрома, особенно в случае их высокой дисперсности, связывают Са(ОН)2, в результате чего возникают продукты автоклавных реакций, определяемые предварительно как гидроферриты, гидроманганаты и гидро-хроматы кальция. Образование гидроферритов, гидро-манганатов, гидрохроматов кальция в определенных условиях либо не оказывает заметного влияния на изменение прочности, либо повышает прочностные свойства до 20%. Гидратация гематита и образование гидроферритов кальция возможны в зонах, обогащенных известью. В этих зонах в течение длительного времени сохраняется высокая щелочность жидкой фазы. Глинистые минералы, входящие в состав пигментов, повышают водопотребность известково-песчаных смесей, улучшают качество смеси, но снижают прочность на 20-30%.
В изделиях на охре за счет присутствия в пигменте каолинита возникают гидрогранаты, содержащие 1-1,2 моль 8Ю2, что приводит к снижению прочности. Охра отрицательно влияет на процесс автоклавного твердения. Причинами являются особенности состава и свойства этого пигмента, состоящего в значительной части из глинистого минерала каолинита, и ухудшение фазового состава цементирующего вещества за счет кристаллизации гидрогранатов взамен цементирующих гидросиликатов кальция.
Прочность цветных изделий, изготовленных с применением окиси хрома, выше прочности изделий без красящего пигмента, что объясняется интенсивным образованием гидросиликатов кальция группы С8ЩВ). В небольшом количестве возникают также гидрохромиты кальция. Изделия с добавкой пиритных огарков имеют наиболее высокую прочность, что обусловлено отсутствием глиноземсодержащих фаз в исходном пигменте, благодаря чему при химическом синтезе в конгломерате не возникают гидрогранаты, а также присутствием в составе пигмента сульфатов, положительно влияющих на процесс автоклавного твердения.
Таблица 3
Растворимость Са(ОН)2 в воде
Температура, оС 20 40 50 80 100 180 200
Растворимость, г/л 0,16 0,137 0,114 0,092 0,072 0,035 0,012
Таблица 4
Прочность цветного силикатного кирпича в зависимости от типа пигмента
Вид Давление, Температура, оС Режим, Цикл, Предел прочности
пигмента атм ч ч при сжа-
тии, МПа
Желтый 7 169 2+6+2 10 15,4
железо- 8 174 2+6+2 10 17
окисный 9 179 2+6+2 10 20
Красный 7 169 2+6+2 10 15
железо- 8 174 2+6+2 10 17
окисный 9 179 2+6+2 10 20
7 169 2+6+2 10 16
Хромокись 8 174 2+6+2 10 18
9 179 2+6+2 10 20
Темноко-ричневый железо-окисный 8 8 9 174 174 179 2+6+2 2+9+2 2+7+2 10 13 11 0 15,5 16
Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
Л] сентябрь 2010 3Г
Однако реакционная способность важнейших красящих соединений (диоксида железа, оксида железа, оксидов гидроокислов марганца, оксида хрома) намного ниже, чем примесей, присутствующих в пигментах и тем более в кварце. Присутствие в составе пигментов сульфатов положительно влияет на процесс автоклавного твердения. Изделия приобретают достаточно высокую прочность, но и при этом образуется белый налет на кирпиче. Здесь можно предположить прохождение обменных реакций:
Са(ОН)2 + мб804 + 2Н20 = Са8042Н20+М§(0Н)2 и Са(ОН)2 + №2804 + 2Н20 = Са804.2Н20+2№0Н. В период снижения давления происходит испарение влаги из кирпича за счет аккумулированного им тепла. Испарение влаги — это фильтрация влаги через тело кирпича. Образующийся гипс имеет больший объем, чем сумма объемов исходных компонентов, что во внутренних слоях кирпича приводит к уплотнению и повышению прочности, а на поверхности появляется белый налет. Изделия приобретают чувствительность к малейшей органической примеси в песке, возникают темные пятна на поверхности либо потемнение внутреннего объема кирпича (рис. 1).
Выступающий белый налет снижает качество изделий и приводит к их обесцвечиванию. Снижение давления в данном случае неэффективно. Как правило, с таким явлением сталкиваются, когда используются пигменты, получаемые из отходов промышленности (рис. 2).
Равномерное обесцвечивание или белесость связывается и с повышенной влажностью формовочной смеси при одновременной хорошей яркости внутреннего слоя. И такое явление, как «шуба», появляется также появляется при нарушении технологии. В данной статье эти темы не затрагиваются, но можно утверждать, что влияния давления здесь нет.
ГОСТ 379—95 требует выпуска цветного лицевого силикатного кирпича марки не ниже 125. Прайс-листы про-
изводителей кирпича пестрят маркой 150—200, это очень хорошо, если отработанная технология позволяет им получать. Строители также предъявляют требования к морозостойкости цветного силикатного кирпича, используя его при строительстве многоэтажных домов. Поэтому возникает требование марки цветного силикатного кирпича по морозостойкости не менее 35 циклов. Данные требования и будут обусловливать выбор соответствующего режима. Правильно выбранный пигмент, удовлетворяющий всем требованиям, предъявляемым к лицевому силикатному кирпичу, отлаженная технология — это залог хорошего качества цветного силикатного кирпича. Таким образом, можно утверждать, что прочность цветного автоклавного камня зависит от типа пигмента, его химического состава, тонкости помола пигмента, качества вяжущего и однородности смеси в каждой точке объема, а также от правильно выбранного режима автоклавной обработки.
Список литературы
1. Хавкин Л.М. Технология силикатного кирпича. М.: Стройиздат, 1982. 384 с.
2. Холопова Л.Ю., Бушмин И.Ю. Окрашивание автоклавных силикатных материалов. Л.: Изд. по строительству, 1971. 150 с.
3. Гулинова Л.Г., Торчинская С.А., Скатынский В.И. Цветные силикатные материалы и изделия автоклавного твердения. Киев: Госстройиздат, 1957. 90 с.
4. Баженов П.И. Технология автоклавных материалов. Л.: Стройиздат, 1978. 368 с.
5. Зейфман М.И. Изготовление силикатного кирпича и силикатных ячеистых материалов. М.: Стройиздат, 1990. 184 с.
6. Рабинович В.А., Хавин В.Я. Краткий химический справочник. Л.: Химия, 1991. 432 с.
7. Монастырев А.В. Производство извести. М.: Высшая школа. 1978. 216 с.
ООО «Техносилоксаны»
предлагает
силиконовые продукты (гидрофобизаторы) для защиты строительных материалов и конструкции от атмосферных воздействий
Эмульсия «Тесил 53С»
Универсальная силиконовая эмульсия - гидрофо-бизатор для эффективной защиты от влаги щелочных и нейтральных строительных материалов - керамического и силикатного кирпича,конструкций и изделий из бетона, газо- и пенобетона; искусственного камня, тротуарной плитки и штукатурки. Эмульсия характеризуется быстрым наступлением гидрофобного эффекта.
Эмульсия «Тесил 53В»
Силиконовая эмульсия для поверхностной и внут-риобъемной гидрофобизации (вводится с водой зат-ворения) бетона и других высокощелочных конструкционных материалов и изделий на основе цемента. В несколько раз снижает водопоглощение материала, увеличивает морозо- и коррозионную стойкость из-за значительного снижения проникновения влаги и хлоридов при циклическом замораживании/размораживании.
Гидрофобизирующий состав
«Тесил 12»
Универсальный водоотталкивающий состав -раствор кремнийорганических соединений в органическом растворителе. Характеризуется глубоким проникновением в поверхностный слой материала (до 10-15 мм), быстрым наступлением гидрофобного эффекта и длительным (до 10 лет) его сохранением.
Продукт «Тесил 50»
Раствор кремнийорганических олигомеров в воде. Предназначен для придания повышенной влагостойкости строительным материалам и сооружениям:
- для поверхностной обработки керамического кирпича, черепицы и других изделий из керамики;
- для защиты от влаги фасадов зданий, конструкций и изделий из бетона, газо- и пенобетона;
- для обработки известняка, песчаника и изделий из гипса;
- для обработки конструкционных материалов и изделий на основе цемента (шифера, штукатурки, тротуарной плитки и др.);
- для горизонтальной гидроотсечки в фундаментах методом пошагового бурения и инжекции.
Эмульсия «Тесил 53»
Силиконовая эмульсия для придания гидрофобных свойств минераловатным изделиям. Эмульсия применяется для поверхностной обработки ковра или добавляется в рабочий раствор синтетического связующего, отлично совмещается с карбамидно- и фенолформальдегидными смолами.
Эмульсия «КЭ 30-04»
Силиконовая эмульсия гидридсилоксана для:
- введения в бетон в качестве добавки, повышающей морозостойкость и снижающей усадку бетона;
- объемной гидрофобизации изделий на основе цемента и гипса при введении в воду зат-ворения;
- поверхностной гидрофобизации строительных изделий и конструкций из кирпича, гипса и бетона.
ООО «Техносилоксаны» 111024, г. Москва, Перовский проезд, д. 35, стр. 17 Тел./факс: +7-495-730-29-19 (многоканальный) E-mail: info@ts-silicone.ru www.ts-silicone.ru Р
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал '-ÖY^QHr^JjjjHbJ^
~38 сентябрь 2010 '
