242.Физико-химические процессы, происходящие при автоклавной обработке силикатного кирпича.

В процессе автоклавной обработки, т.е. запаривания кирпича-сырца, различают три стадии.

Первая стадия начинается с момента впуска пара в автоклав и заканчивается при наступлении равенства температур теплоносителя (пара) и обрабатываемых из-делий.

Вторая стадия характеризуется постоянством температуры и давления в автоклаве. В это время получают максимальное развитие все физико-химические процессы, которые способствуют образованию гидросиликатов кальция.

Третья стадия начинается с момента прекращения доступа пара в автоклав и включает время остывания изделий в автоклаве до момента выгрузки из него готового силикатного кирпича.

В первой стадии запаривания насыщенный пар с температурой 175 оС

под давлением 0,8 МПа впускают в автоклав с кирпичом-сырцом. При этом пар вытесняет воздух из автоклава (5-7 мин.), омывает поверхности изделий, вагонеток, стенок автоклава и, отдавая скрытую теплоту, впитывается сырцом с поверхности, начинает охлаждаться и конденсироваться на кирпиче-сырце и стенках автоклава. Давление в автоклаве остается на уровне атмосферного пока изделия не прогреются до 100 оС (0,5-0,75 час.) - это период пропаривания без давления и он продолжается до тех пор, пока температура сырца и пара не сравняются. После подъема давления пар начинает проникать в мельчайшие поры кирпича и превращается в воду. Следовательно, к воде, введенной при изготовлении силикатной массы, присоединяется вода от конденсации пара. Образовавшийся в порах конденсат растворяет присутствующий в сырце гидроксид кальция, высокодисперсный кремнезем и другие растворимые вещества, входящие в состав массы. Известно, что упругость пара растворов ниже упругости пара чистых растворителей. Поэтому подаваемый в автоклав водяной пар будет конденсироваться над растворами извести, стремясь понизить их концентрацию; это дополнительно увлажняет сырец в процессе запаривания. И третьей причиной конденсации пара в порах сырца являются капиллярные свойства материала.

Роль пара при запаривании сводится не только к сохранению воды в сырце в условиях высоких температур, но при отсутствии пара происходило бы немедленное испарение воды, а следовательно, высыхание материала и полное прекращение реакции образования цементирующих веществ – гидросиликатов кальция. Общая длительность этой стадии 1,5-2 часа.

С того момента, как в автоклаве будет достигнута наивысшая температура, т.е. 170 – 200 оС, наступает вторая стадия запаривания – период изотермической выдержки. В изотермический период происходит выравнивание температур и влажности различных зон кирпича, и получают максимальное развитие химические и физические процессы, которые ведут к образованию гидросиликатных соединений и формированию монолита силикатного камня. К этому моменту поры сырца заполнены водным раствором гидроксида кальция Са(ОН)2, непосредственно соприкасающимся с Si(OН)4 , т.к. наличие водной среды и высокой температуры вызывает на поверхности песчинок некоторое растворение кремнезема, образовавшийся раствор вступает в химическую реакцию с образовавшимся в течение первой стадии запаривания водным раствором гидроксида кальция и в результате происходит синтез новых соединений – гидросиликатов кальция:

Сначала гидросиликаты находятся в коллоидальном состоянии, но постепенно выкристаллизовываются и, превращаясь в твердые кристаллы, сращивают песчинки заполнителя между собой.

Кроме того, из насыщенного водного раствора гидроксид кальция также выпадает в виде кристаллов и своим процессом кристаллизации участвует в сращивании песчинок.

При израсходовании всей извести (исходного компонента) начинается частичное растворение высокоосновных гидросиликатов кальция и переход их в низкоосновные, лучше закристаллизованные в наружных слоях кирпича и содержащих больше гелевидных фаз в его внутренних слоях. Длительность этого периода 6-8 часов. Таким образом, во второй стадии запаривания образование гидросиликатов кальция, их перекристаллизация вызывают постепенное нарастание прочности силикатного кирпича.

Третья стадия процесса характеризуется снижением температуры в автоклаве и медленным спуском пара. При быстром снижении температуры вода, находящаяся в порах кирпича, становится перегретой по отношению к теоретической температуре и бурно вскипает, что может привести к деформациям кирпича. В силикатном кирпиче преобладает открытая пористость, поэтому его охлаждение происходит по всему объему одновременно.

Третья стадия (общая длительность 2-3 часа) запаривания протекает с момента прекращения доступа пара в автоклав, т.е. начинается падение температуры в автоклаве быстрое или медленное в зависимости от изоляции стенок автоклава и наличия перепуска пара. Происходит снижение температуры и в изделиях и обеднение его водой, т.е. вода из них испаряется и повышается концентрация раствора, находящегося в порах. С повышением концентрации гидроксида кальция и снижением температуры цементирующего вещества гидросиликаты кальция становятся более основными, и это продолжается до тех пор, пока кирпич не будет выгружен из автоклава. В результате снижения давления в автоклаве до атмосферного из кирпича удаляется вся вода, внесенная конденсатом и частью формовочной влаги, усиливаются процессы кристаллизации гидросиликатов кальция и, следовательно, повышается прочность силикатного кирпича. Одновременно пленки цементирующего вещества сильней обогащаются выпадающим из раствора гидроксидом кальция.