2.8. Общие сведения о силикатных материалах, их разновидности, применение обычного и цветного силикатного кирпича, силикатных бетонов
Силикатными называют материалы и изделия, которые получаются в результате формования и последующей тепловлажностной обработки смесей, состоящих из извести, кварцевого песка и воды. Хотя отдельно эти компоненты применялись в архитектурно-строительной практике уже давным-давно (известь – в качестве вяжущего при кладке стен зданий из природного камня и кирпичей, песок – как заполнитель в различных растворах и бетонах), использование их в качестве единого целого имеет не столь долгую историю.
Карлов мост (рис. 2.62), к строительству которого приступили в 1357 г., долгое время являлся одним из крупнейших мостов в Европе. Он покоится на шестнадцати арках, сложенных из известковых блоков. Считается, что из всех мостов в мире Карлов мост самый прочный, ибо при его постройке в известь добавляли яйца. Протяженность этого моста – 520 м, ширина – 10 м. Мост был столь широким, что на нем проводились рыцарские турниры [12].
Рис.
2.62. Карлов мост, Прага, Чехия
Гидравлическая известь, сырьем для которой являются известняки с содержанием глины 8…20 %, используется в строительстве более 350 лет. Ее начали применять с середины XVII века. В XVIII…XIX веках она уже широко применялась во многих странах Европы (Англия, Франция), в том числе и в России. На основе этого вяжущего построены морские сооружения, гидротехнические конструкции, маяки. Одним из ярких примеров сооружений, построенных с применением гидравлической извести, является Суэцкий канал (рис. 2.63), возраст которого 200 лет. Суэцкий канал – это судоходный бесшлюзовый канал, соединяющий Красное и Средиземное море. Зона канала является условной границей между двумя континентами – Африкой и Евразией.
Рис.
2.63. Суэцкий канал, Египет (1869 г.)
При смешивании извести с песком и твердении этого материала на воздухе образуется камень, но он имеет невысокую прочность (после 1…3 месяцев твердения всего 1…2 МПа).
В 1880 г. немецким ученым В. Михаэлисом было установлено, что твердение смеси извести с кварцевым песком резко ускоряется, если эту смесь подвергнуть тепловлажностной обработке в автоклаве, где температура насыщенного пара достигает 175…200 0С, а давление – 0,8…1,2 МПа. В этих условиях SiO2 приобретает химическую активность и вступает во взаимодействие с СаО с образованием гидросиликатов кальция, которые придают материалу большую прочность.
Многие годы единственным видом силикатных строительных материалов являлся силикатный кирпич. Позже научились размалывать песок и на его основе получать плотный силикатный бетон, обладающий значительной прочностью. Регулируя количество и степень измельчения песка, а также соотношение СаО к SiO2 можно получать изделия различной прочности (марки) и регулировать их физико-механические свойства.
В последние годы для производства силикатных изделий используют отходы промышленности – металлургические и доменные шлаки, топливные золы, нефелиновый шлам и др., что значительно улучшает экологическую обстановку.
В нашей стране впервые в мире была разработана технология и создано производство силикатных автоклавных изделий и конструкций для сборного строительства. Такие изделия и конструкции по своим техническим и строительно-эксплуатационным качествам не уступают бетонным и железобетонным, и для их изготовления требуется меньшее количество вяжущего, шире используются местные материалы, технология полностью поддается механизации и автоматизации.
Силикатный кирпич изготавливают из смеси воздушной извести (6…8 %), кварцевого песка (92…94 %) и воды (7…9 %) путем прессования под большим давлением и последующего твердения в автоклаве.
Силикатный кирпич в основном имеет светло-серый цвет, однако при введении щелочестойких пигментов может быть и цветным. Современная промышленность выпускает силикатные кирпичи темного, синего, зеленого, розового и других цветов. Применение кирпичей различной цветовой гаммы позволяет значительно улучшить архитектурную выразительность возводимых из него зданий и сооружений.
Силикатный кирпич нельзя применять в конструкциях, подвергающихся систематическому действию воды (фундаменты) и высоких температур (печи, трубы и т.п.).
Изделия из силикатного бетона могут быть плотного и пористого строения. Плотные бетоны изготавливают на кварцевом песке, они имеют среднюю плотность 1800…2300 кг/м3, прочность при сжатии – 15…50 МПа. Хотя они менее водостойки и морозостойки, чем цементные бетоны, однако этого вполне достаточно для обеспечения требований к наружным ограждающим конструкциям гражданских и промышленных зданий. Широкое применение в качестве конструкционно-теплоизоляционных материалов получили пористые силикатные бетоны (ячеистые). Ячеистые силикатные бетоны получают путем смешивания технической пены с предварительно измельченной известково-кремнеземистой смесью и последующей обработки в автоклаве (пеносиликат) или путем смешивания известково-кремнеземистой смеси с газообразователем (газосиликат). Ячеистые бетоны имеют среднюю плотность 300…1200 кг/м3 и прочность выше 20 МПа.