21. Приведите физико-химические процессы твердения силикатного кирпича и объясните их сущность. Перечислите нормативные требования к техническим свойствам силикатного кирпича

Под действием высокой температуры и влажности происходит химическая реакция между известью и кремнеземом песка. Образующиеся в результате реакции гидросиликаты срастаются с зернами песка в прочный камень.

Твердение основано на техническом синтезе гидросиликатов кальция, происходящего в среде насыщенного водяного пара при температуре 174,5…200 °С в промышленных автоклавах и соответствующем давлении пара 0,9…1,3 МПа. Эти условия способствуют растворимости дисперсных фракций кварца и ускорению взаимодействия их в растворе с известью.

1 Как известно, растворимость извести с повышением температуры воды падает, в то время как растворимость кремнезема в этих условиях заметно повышается. Установлено, что по растворимости при 170…180 °С кварц по своим качествам не уступает извести, а при 200 °С даже существенно превосходит ее. Вначале при исходной концентрации извести в растворе образуется высокоосновный гидросиликат кальция

Повышенная концентрация извести в растворе CaO > SiO2

2Ca(OH)2 + SiO2 + (n – 2) H2O → 2 CaO ⋅ SiO2 ⋅ nH2O

гидросиликат кальция (гиллебрандит) повышенной основности

Наличие C2SH способствует увеличению морозостойкости.

Стабильность 2CaO ⋅ SiO2 ⋅ H2O уменьшается при изменении концентрации извести в исходном (маточном) растворе.

2 В связи с уменьшающейся (после выпадения из раствора 2CaO ⋅ SiO2 ⋅ H2O) концентрацией извести при увеличении содержания в растворе кремнекислоты наступает разложение высокоосновного гидросиликата (2CaO ⋅ SiO2 ⋅ H2O) и образование менее основных гидросиликатов (CaO ⋅ SiO2 ⋅ H2O). Возможно образование CaO ⋅ SiO2 ⋅ H2O непосредственно путем взаимодействия извести с кремнеземом.

Пониженная концентрация извести в растворе CaO < SiO2

Ca(OH)2 + SiO2 + (n – 1) H2O → CaO ⋅ SiO2 ⋅ nH2O.

гидросиликат кальция пониженной основности

CSH из-за слоистой кристаллической структуры вызывает заметные усадочные явления при высыхании цементного камня.

3 По мере увеличения продолжительности автоклавной обработки образуется группа гидросиликатов-тоберморитов, которые обуславливают высокую прочность автоклавных материалов.

5CaO ⋅ 6SiO2 ⋅ nH2O (n = 3 – 5).

тоберморит

При высоком содержании тоберморитов в цементном камне прочность и морозостойкость силикатных изделий снижается. Следовательно, время автоклавной обработки строго лимитировано.

4 Образующиеся гидросиликаты кальция (≈ 20 % от общего веса) связывают (цементируют) основное количество крупных зерен песка в монолит.

Твердение силикатного кирпича не прекращается, а прочность повышается после запаривания.

Образующиеся в результате реакции гидросиликаты срастаются с зернами песка в прочный камень. Однако прочность силикатного кирпича продолжает повышаться после запаривания. Часть извести, не вступившая в реакцию с кремнеземом песка, реагирует с углекислотой воздуха, образуя прочный СаСО3, т.е. происходит карбонизация

Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + Н2О.

Характеристики силикатного кирпича по ГОСТ 379–95

Размеры:

250 × 120 × 65 – одинарный (обычный);

250 × 120 × 88 – модульный;

250 × 120 × 138 – силикатный камень

(цвет кирпича светло-серый).

Силикатные камни изготавливают только пустотелыми. Масса модульного кирпича в сухом состоянии должна быть не более 4,3 кг.

Виды кирпича: сплошной и пустотелый (с пустотами замкнутыми с одной стороны), лицевой и рядовой, пустотелый кирпич на 25 % легче обычного (табл. 5, рис. 3).