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, 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 нашей стране прнменяются 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).


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.