Основными видами сырья для производства сили­катных материалов являются песок, известь и вода.

Основным компонентом силикатного кирпича, на долю которого приходится до 90% по массе, является песок. Этим объясняется, что заводы силикатного кир­пича, как правило, располагаются вблизи песчаных карьеров, которые являются частью предприятий.

Требования к пескам для производства силикатного кирпича регламентируются ОСТ 21-1-80 "Песок для производства силикатного кирпича и изделий из авто­клавных бетонов". По стандарту содержание кварца в песке должно быть не менее 50%, щелочей в пересчете на Na20 -- не более 3,6%, пылевидных, илистых и глинистых частиц не более 20%. Содержание серни­стых и сернокислых соединений в пересчете на S03 — не более 2%, слюды — 0,5%.

По данным [4], более 50% заводов силикатного кирпича располагают собственными иззестково-обжи - гательными цехами, что позволяет получать известь, удовлетворяющую требованиям ГОСТ 9179-77. В про­изводстве силикатного кирпича используют, как пра­вило, кальциевую известь с содержанием не более 5% Оксида магния (МдО).

Качество кирпича во многом зависит от полноты гидратации (гашениия) извести. Гашение извести в от­прессованных заготовках при автоклавной обработке приводит к их разрушению. Этим главным образом и обусловлены требования по использованию кальциевой извести, так как магнезиальная, обжигаемая обычным способом, из-за длительных сроков гашения приводит к частичному снижению марочности кирпича или его полному разрушению. Вместе с этим магнезиальная или доломитовая известь, полученная путем скоро­стного обжига карбонатных пород при 900-950°С в те­чение 9 мин в печах кипящего слоя, как показано Х. С.Воробьевым, может быть применена для изготов­ления силикатного кирпича.

Перспективным является использование известко- во-белитового вяжущего. Его относят к вяжущим низ­котемпературного обжига (t = 1000-1200°С) и получают из мергелизованных и запесоченных известняков или искусственных известково-кремнеземистых смесей. Эти вяжущие содержат наряду с оксидом кальция двух - кэльциевый силикат, что придает ему повышенную активность в условиях автоклавной обработки. Это обусловливает их высокую перспективность при изго­товлении силикатных материалов плотной и ячеистой структуры — силикатного кирпича, плотного и яче­истого бетона.

К сырьевым материалам, применяемым в произ­водстве силикатных ячеистых бетонов, предъявляется ряд дополнительных требований, обусловленных осо­бенностями технологии.

Учитывая, что не все эти требования нашли отра­жение в СН 277-80 (раздел 2 — Материалы для изго­товления изделий), мы посчитали необходимым рас­смотреть в этом разделе некоторые вопросы, касающи­еся качества сырьевых материалов.

Воздушная известь (известь -- кипелка, негашеная известь) кальциевая является одним из основных ком­понентов, от качества которого зависят реологические характеристики ячеистобетонной смеси, качество фор­мируемой ячеистой пористости, кинетика созревания, разогрева и максимальная температура ячеистобетон - ного сырца.

Качество и объем синтезируемых при гидротер­мальной обработке цементирующих новообразований, определяющих строительно-эксплуатационные показа­тели изделий в определенной степени зависят от качества применяемой извести — содержания актив­ной СаО.

Для производства силикатных ячеистых бетонов применяется известь с содержанием МдО не более 3%, так как при большем содержании увеличивается вероятность образования "пережога" при обжиге из­вестняка.

Содержание "пережога" СН 277-80 ограничивает ве­личиной не более 2%. Связано это с тем, что гидрата­ция пережженной извести, сопровождающаяся увели­чением объема, происходит в процессе автоклавной об­работки и вызывает разрушение структуры межпоро - вых перегородок. Результатом этого является сниже­ние прочности и морозостойкости изделий.

Согласно СН 277-80, содержание в извести актив­ных CaO+MgO. должно быть не менее 70%. Вместе с этим многочисленные исследования, выполненные в нашей стране и за рубежом, показывают, что содержа­ние CaO+MgO в извести должно быть не менее 80%. В стандарте ЧССР CSN 72 2230 "Известь для произ­водства ячеистого бетона" и дополнении к нему (а-10/1977) предусмотрено содержание активных CaO+MgO не менее 94%.

Во многих стандартах зарубежных стран к извести предъявляются определенные требования по скорости подъема температуры до заданной величины — актив­ности, а в некоторых европейских стандартах вообще ограничиваются лишь этим показателем активности, не регламентируя содержания СаО [1].

В частности, указанный выше стандарт ЧССР так лимитирует скорость роста температуры: за 2 мин тем­пература должна повыситься с 25 до 55°С, а за 6-15 мин — до 60-80°С. При этом отклонение активности отдельных партий извести допускается лишь в не­сколько минут.

Следует также отметить, что в большинстве евро­пейских стран регламентируется выход известкового теста, который должен составлять 1,8-2,2 л/кг. В то же время авторы [1] отмечают, что хорошая известь должна иметь выход теста более 2,2 л/кг.

С учетом предстоящего в ближайшие годы резкого увеличения в Советском Союзе производства силикат­ных ячеистых материалов с использованием прогрес­сивной резательной технологии, по-видимому, целесо­образно разработать и ввести в действие стандарт на известь для производства ячеистых бетонов, в котором помимо требований к качеству извести, регламентиру­емых ГОСТ 9179-77, предусмотреть требования по ско­рости подъема температуры, выходу известкового теста и ввести жесткие ограничения по величине минималь­ной активности извести — содержание активных CaO+MgO не менее 75%.

При этом производство извести, по-видимому, це­лесообразно сосредоточить непосредственно при заво­дах, выпускающих силикатные ячеистые бетоны.

Кремнеземистый компонент наряду с известью яв­ляется основным сырьевым материалом, на долю кото­рого приходится более 60% по массе и до 75% по объе­му твердой фазы. Более того, от химической активно­сти кремнеземистого компонента, определяемой его дисперсностью и генезисом, зависят интенсивность процессов структурообразования, фазовый и морфоло­гический состав синтезируемых в процессе автоклав­ной обработки цементирующих новообразований и ка­чество структуры силикатного камня.

Основным видом кремнеземистого сырья является кварцевый песок, который должен удовлетворять тре­бованиям ГОСТ 8736-77.

В соответствии с этим стандартом и требованиями СН 277-80 содержание в песке кварца не должно быть менее 85%, хотя многие авторы для силикатных яче­истых бетонов указывают цифру не менее 70% по мас­се. Содержание глинистых примесей в виде монтмо­риллонита не должно превышать 1%, так как его при­сутствие очень часто является причиной появления а изделиях трещин.

Присутствие органических примесей допускается в таком количестве, при котором колориметрическая проба не будет темнее эталона.

Содержание слюды не более 0,5%, а сернистых или сернокислых соединений в пересчете на S03 не дожно превышать 2%.

К кремнеземистому сырью предъявляют дополни­тельные требования по дисперсности — степени из­мельчения, которая оценивается по показателю удель­ной поверхности (Syfl) в см2/г или м2/кг. Что же каса­ется требований к дисперсности молотого песка, то по этому вопросу мнения очень противоречивы. Поэтому мы посчитали целесообразным осветить этот вопрос более подробно в разделе "Подготовка сырьевых мате­риалов".

В связи с многообразием минерального состава пес­ков различных месторождений, являющихся потенци­альным сырьем для производства силикатного кирпи­ча и ячеистых бетонов, в соответствии с ОСТ 21-1-80 окончательное заключение о пригодности песка долж­но быть сделано после лабораторных испытаний.

Требования, предъявляемые к золе, используемой в качестве кремнеземистого сырья, прежде всего касают­ся содержания в ней СаО, стекловидных и оплавлен­ных частиц. По содержанию СаО зола делится на ос­новную - СаО более 30% по массе, и кислую. Кислая зола-унос ТЭС с электрофильтров от сжигания углей должна содержать не менее 50% стекловидных и оп­лавленных частиц; потери при прокаливании не долж­ны превышать 3% для золы бурых углей и 5% для ка­менных углей. Зола должна выдерживать испытание на равномерность изменения объема. Удельная поверх­ность золы бурых углей должна быть не менее 400 и 500 м2/кг - для каменноугольных (СН 277-80). Однако, несмотря на высокую дисперсность, с целью уменьше­ния внутренней пористости, а главное усреднению (го­могенизации), золы подвергаются дополнительному помолу. Прежде всего это касается зол гидроудаления. Зола по сравнению с песком является химически более активной, что прежде всего обусловлено высоким со­держанием стеклофазы. В частности, кислые золы с содержанием не менее 40% стеклофазы являются более активными.

Что же касается основных зол, то к ним прежде всего относится зола от сжигания основных сланцев. Основные требования к этим золам связаны с содержа­нием "пережога" и равномерностью изменения объема. Однако, несмотря на такие положительные качества как низкие энергозатраты на помол и повышенная хи­мическая активность, кислые золы, главным образом из-за неоднородности свойств, даже в пределах одной ТЭС, не нашли еще в Советском Союзе должного при­менения.

Заслуживает внимания тот факт, что в ЧССР на отработанную золу-унос, используемую в производстве ячеистого бетона, существует государственный стан­дарт — ON722Q67 "Зола-унос теплоэлектростанций для производства ячеистого бетона". Согласно этому стан­дарту зола должна содержать более 45% Si02, менее 35% А1203 и не более 18% Fe203. Содержание MgO ог­раничено 2%, а сульфатов менее 0,2% в пересчете на SOg. Потери при прокаливании не должны превы­шать 7%

В этой связи, нам представляется, что одним из ор­ганизационных мероприятий, которое должно положи­тельно сказаться на расширении применения зол-уноса

ТЭС в производстве ячеистых бетонов в СССР, явится разработка и введение государственного стандарта на золу-унос для производства ячеистых бетонов. Послед­ний необходимо увязать5 с особенностями отечественной технологии ячеистого бетона, прежде всего резатель­ной, типовых систем сжигания каменного угля, при­меняемых на электростанциях Советского Союза, а также учесть при его разработке рекомендации, полу­ченные в результате исследований, проведенных в по­следние годы в нашей стране и за рубежом.

В этом плане представляют интерес исследования предприятия СЕВЕТ (ПНР). Отмечается [1], что одна из основных причин значительного колебания свойств золы-уноса связана с условиями подготовки и сжига­ния угля. Установлено, что требуемое качество золы достигается при следующих параметрах подготовки и

Сжигания угля.

Помол угля до дисперсности, соответствующей

Остатку на сите 0,09 мм............................................................................................ 22-35%

Скорость подачи первичного воздуха в котел...................................... 25-30 м/с

Скорость вторичного воздуха,........................................................................... 35-45 м/с

Средний коэффициент избытка воздуха

В камере сжигания.......................................................................................................... 1,2-1,35

Разница между средними температурами центра пламени и температурой верхней части котла

Перед предварительным подогревом.................................................................... 200 °С

.Температура сжигания угля.................................................................... 1200-1300 °С

(при использовании новейших кот­лов) либо 1300-1400 °С (в зависи­мости от расположения горелок)

Подача порошкообразного угля должна быть равно­мерной во все горелки. Отмечается также [1], что при­меняемый на большинстве электростанций порошкооб­разный уголь грубого помола ухудшает условия его сжигания и соответственно качество золы-уноса с точ­ки зрения требований к ней применительно к произ­водству ячеистых бетонов. Это также отрицательно сказывается на экономических показателях работы электростанций.

В качестве требований к золе-уноса ТЭС, которые не нашли отражение в СН 277-80, но регламентируют­ся стандартами ряда зарубежных стран и фирм, следу­ет выделить следующие: водопоглощение зол-уноса должно составлять 35-42%; влагоемкость не более 50%; золы перед употреблением обязательно должны подвергаться усреднению (гомогенизации).

Естественно, что предлагаемые организационные мероприятия никоим образом не должны отрицательно сказываться на основном производстве — получении электроэнергии. В этой связи следует отметить, что удовлетворение перечисленных требований к золе, а также по содержанию в ней нес горевшего топлива (по­тери при прокаливании не более 3-5% по СН 277-80), прежде всего связано с повышением эффективности работы систем сжигания угля и его подготовки -- помола.

Что же касается требований к цементу, то мнения о его рациональном химико-минералогическом составе часто диаметрально противоположны. Связано это, во - первых, с тем, что очень часто требования по срокам схватывания, определяемых содержанием в цементе минеральных добавок и трехкальциевого алюмината, пытаются перенести с газобетона (ячеистый бетон на цементном вяжущем) на силикатный ячеистый бетон, содержание цемента в котором целесообразно ограни­чить 10-12%. Более того, если для производства газо­бетона с точки зрения управления процессом вспучива­ния и схватывания ячеистобетонной смеси предпочти­тельно использование бездобавочного портландцемен­та, то для производства силикатных ячеистых бетонов, содержащих до 10% цемента, напротив, более пред­почтительным является использование шлакопортлан- дцемента. Обобщенными показателями качества цемен­та в ряде зарубежных стран и фирм являются: содер­жание общей щелочности, которая характеризует долю активной СаО в цементе; значение суточной прочно­сти, которая должна составлять 13-15 МПа; сроки на­чала схватывания при t=40 °С и кинетика тепловыде­ления при температуре среды гидратации в дифферен­циальном калориметре t=40 °С. При использовании золы-уноса совместно со смешанным вяжущим повы­шенное содержание сульфат-ионов, из-за высокого со­держания сульфатов в золе или за счет применения до­бавки гипса, может вызвать при автоклавной обработ­ке образование деформационных трещин. В этой связи вид применяемого цемента, особенно содержания в нем трехкальциевого алюмината, в случае использования в качестве кремнеземистого сырья золы-уноса ТЭС, тре­бует лабораторного и производственного уточнения.

В качестве газообразователя при изготовлении яче­истых силикатных бетонов в иашей стране прнменяют - ся пигментные пудры марок ПАП-1 и ПАП-2 (ГОСТ 5494-71).

Наиболее важным свойством алюминиевой пудры является ее газообразующая способность, которая ха­рактеризуется продолжительностью реакции (Т), коэф - фицентом использования газообразователя (Ки), объе­мом выделившегося при химической реакции газа и интенсивность газовыделения W = dV /df. Вспучивание ячеистосиликатной смеси происходит в результате выделения водорода, образующего при взаимодействии алюминиевой пудры с гидроксидом кальция по следующей химической реакции: 2А1 + + ЗСа(0Н)2+6Н20-ЗСа0 ■ А1203 ■ 6Н20 + 3H2t+ 1260 кДж/(гмоль).

В результате химической реакции 1 г алюминия при t=25-30°C выделяет 1390 см3 водорода.

В соответствии с законом действующих масс коли­чество водорода (КН2), выделяющегося в определен­ный промежуток времени (т), может быть определено по следующей формуле [12]:

КН2 = GM - КА1(1-е" (8)

Где — коэффициент превращения алюминия в водород, равный 0,1125; Кд| - количество алюминия до начала реакции; п - химическая кон­Станта реакции.

Величина п определяется из формулы (8). Если п имеет значение больше, чем 0,05, то такая алюминие­вая пудра может использоваться без применения спе­циальных средств для регулирования реакции газооб­разования [14]. При значениях п<0,05 пудра характе­ризуется замедленным газовыделением, что отрица­тельно сказывается на качестве формируемой ячеистой пористости. В этом случае, для увеличения интенсив­ности газовыделения можно либо повысить температу­ру смеси, например, за счет повышения температуры воды затворения, либо повысить рН смеси, за счет вве­дения щелочных добавок. В частности, по данным Г. В.Акимова и В. В.Романова, заимствованным нами в работе [12]; при рН = 13 скорость коррозии алюминия и соответственно интенсивность газовыделения воз­растают в 9 раз при повышении температуры с 20 до 80°С.

Газообразующая способность алюминиевой пудры зависит также от ее гранулометрического состава. Ус­тановлено [14], что качественная алюминиевая пудра

Должна содержать не менее 99,5% частиц, проходя­щих через сито 0042.

Поверхность частиц пудры покрыта оболочкой, со­стоящей из нескольких слоев ориентированных моле­кул жирных кислот, и продуктов их взаимодействия с окисной поверхностью алюминия ~ стеаратов алюми­ния. Это, наряду с пластинчатостью формы частиц, обусловливает всплываемость пигментных пудр на по­верхность водной или масляной пленки с образованием чешуйчатого покрова, что является основным физиче­ским свойством пигментных пудр и отрицательным

Качеством применительно к производству ячеистых материалов. Для удаления с поверхности частиц жиро­вой пленки пудра подвергается прокаливанию в элект­рических печах или обработке поверхностно-активны­ми веществами (ПАВ). Для обеспечения смачиваемо­сти, удаления жировой пленки в заводской практи­ке используют обработку суспензии алюминиевой пуд­ры ПАВ.

Установлено [12], что бинарная смесь двух поверх­ностно-активных веществ ОП-7 и НП-3 обладает луч­шей смачивающей и диспергирующей способностью.

Хорошие результаты получены и в случае исполь­зования смеси хозяйственного мыла и ОП-7.

Эффективным приемом является получение на ос­нове порошка алюминиевой пудры и ПАВ сухих сме­сей и паст, использование которых значительно" упро­щает процесс приготовления алюминиевой суспензии, а главное, улучшает условия труда и его безопасность.

Не менее важно, что при этом достигается сниже­ние средней плотности ячеистого бетона без ухудшения его прочностных показателей.

Заслуживают внимания результаты исследования 11 различных видов газообразователей, выпускаемых в 7 европейских странах (в том числе алюминиевая пуд­ра ПАП-2 СССР), которые в течение полугода проводи­лись в производственных условиях завода ячеистых материалов в г. Братиславе (ЧССР). Установлено, что наилучшие результаты достигаются в случае использо­вания алюминиевого газообразователя в виде паст. В частности, наилучшие показатели получены при ис­пользовании алюминиевого газообразователя AIBO 542 (в виде пасты) завода ZEVETA (Бойковице, ЧССР), ко­торый характеризовался следующими качественными

Показателями: содержание сухого вещества не менее.38 58%; летучих - не более 42%; активного металла - не менее 55%; остаток на сите 0,063 мм - 3-12% (при концентрации пасты - 60%); активность - не менее 90% газообразователя в среде насыщенного раствора Са(ОН)2 при t=45°C должно прореагировать за 15 мин; устойчивость водной суспензии - не менее 48 ч; полная смачиваемость в воде без применения гидрофильных добавок. Определение перечисленных показателей пре­дусмотрено и выполняется в соответствии со стандар­том CSN 420895 (ЧССР).

Использование в качестве газообразователя алюми­ниевой пасты AIBO 542 позволило снизить среднюю плотность ячеистого бетона с 550 до 525 кг/м3 без сни­жения прочностных показателей.

В последние годы в технологии силикатных мате­риалов в качестве сырья все более широкое примене­ние находят гранулированные доменные шлаки, шла­ки цветной металлургии, электротермофосфорного про­изводства, отходы переработки алунитовых руд, нефе­линовых и бокситовых шламов, полевошпатовые пес­ки и различные вулканические породы. Положитель­ные результаты получены также при использовании новых видов вяжущих - шлакощелочного, вяжущего низкой водопотребности (ВНВ), известково-белитового, нефелиновый шлам, пыль-унос цементных печей и др.