На процесс автоклавного твердения известково-песчаных смесей оказывает влияние характер поверхности зерен. Киреенко [241] подразделяет зерна природного песка по характеру поверхности на восемь групп:

гладкую матовую — углубления на поверхности незаметны при среднем увеличении до 50 раз;

гладкую полуматовую — углубления на поверхности незаметны даже при большем увеличении;

гладкую блестящую — совершенно гладкую;

шероховатую матовую — вся поверхность зерна покрыта незначительными углублениями, заметными при увеличении в 10 — 20 раз;

шероховатую полуматовую — вся поверхность зерна покрыта незначительными точечными углублениями, заметными при увеличении в40 — 60 раз;

шероховатую блестящую — на совершенно гладкой поверхности отдельные шероховатости;

ноздреватую — поверхности зерна равномерно покрыты небольшими углублениями (бугристая поверхность);

кавернозную — на зернах наблюдается одно или несколько значительных углублений (каверн).

Ноздреватость и каверность можно рассматривать как изъян поверхности зерен. В общем Киреенко характеризует природные пески следующим образом:

«В большинстве случаев на поверхности зерна песка замечаются налипшие мельчайшие частицы минералов — получается более или менее толстая оболочка-рубашка. Иногда оболочка располагается пятнами, покрывая только часть поверхности. Материалам этих оболочек являются: глина, известь, окислы железа (лимонит) и т. д. Толщина оболочки в большинстве случаев неодинакова. Оболочки заполняют все резкие неровности на поверхности зерна песка, как бы смягчая изменение контура. Желтовато-прозрачное вещество глина, буроватожелтоватый начет водные окислы железа. У зерен с ноздреватой поверхностью углубления часто заполнены бечым win женповатым веществом (возможно глинистым). Каверны зерен песка часто бывают заполнены желтоватым или буроватым веществом».

О воздействии естественной оболочки, покрывающей зерна песка. на качество цементо-бетонных монолитов Киреенко пишет:

«Оболочка известковая или из окислов .железа не вредна для бетона, так как она растворяется и входит в состав цемента, солей извести и железа, глинистая .же оболочка мажет быть в/хдна: она. тошно облегая зерно песка, смачивается водой, образуя слой, изолирующий зерно песка от склеивания с цементным тестом... Адгезионные силы между поверхностями зерен глины и песка меньше соответствующих сил сцете-ния с цементным клеем ... Поэтому хороший песок с прочным материалом зерен, покрытый толстой глинистой оболочкой, непригоден для бетонных работ».

В ходе исследовательских работ в области известково-песчаных изделий мы первое время почти не обращали внимания на форму зерен песка и характер их поверхности. При изучении качества изделий даже величину удельной поверхности песка принимали во внимание лишь в единичных случаях. По ОСТ 5789 НКТП, действовавшему до 1952 г., в песках, пригодных для изготовления силикатного кирпича, учитывалось лишь содержание глинистых частиц, органических веществ, химический и гранулометрический состав. Более подробных данных не было и в учебниках по изготовлению силикатного кирпича [243].

Основываясь на приведенной выше схеме образования микробетонной структуры известково-песчаных изделий, приведем некоторые принципиальные точки зрения о характере поверхности зерен природных песков.

1. Для перемешивания извести с зернами песка, склеившимися глинистыми и карбонатными соединениями в комья различных размеров, необходимо песок и известь обрабатывать в смесительных агрегатах, таких, как дезинтегратор, который разрушает естественную цементацию и освобождает поверхность зерен от пленок.

2. Оболочка на поверхности зерна всегда препятствует физико-химическому процессу между частицами извести и песка при запаривании. Но оболочка может состоять и из таких соединений, которые не будут оказывать вредного воздействия на процесс. Однако вопрос о таких соединениях пока не выяснен. Поэтому технология приготовления известково-песчаных смесей должна во всех случаях освобождать зерна песка от оболочек.

3. При изготовлении известково-песчаных изделий зерна песка являются в процессе возникновения новообразований активными компонентами, поэтому форма зерен с точки зрения качества изделий имеет важное значение. Как известно, из крупнозернистого песка не получается таких прочных известково-песчаных монолитов, какие может дать песок с угловатыми зернами. Молекулярные силы твердого вещества находятся на круглой поверхности в большем равновесии. чем на гранях. Следовательно, шарообразная поверхность зерен является самой инертной, и производство качественных силикаль-цитных материалов из такого песка наиболее трудоемко. Пески с остро-гранными и угловатыми зернами более пригодны для изготовления си-ликальцитных изделий, чем пески с полукруглыми и круглыми зернами. Шероховатые матовые поверхности зерен по тем же соображениям должны быть более пригодными, чем гладкие блестящие.

4. От активности вещества поверхности зерен зависит скорость и полнота процессов образования прочной структуры монолита.

Если молекулы вещества зерен природного песка интертны (с точки зрения автоклавного процесса), то после механического дробления зерен вещество новых поверхностей имеет молекулы активные.

Свойства поверхности зерен природного песка после обработки в дезинтеграторе почти не влияют на качество смесей, так как в процессе дезинтегрирования поверхность зерен многократно возрастает. Если, например, при обработке в дезинтеграторе песка с удельной поверхностью 100 см/г получается дополнительная поверхность 800 см/г, то удельная поверхность песка повышается в девять раз, т. е. до 900 сд//г; при этом начальная поверхность в обработанном песке составляет всего лишь 11 %. Поэтому маловероятно, чтобы после такой обработки природные свойства поверхности песка сохранились. Если природная поверхность песка составляла, например, 600 сл<2/г, а обработка в дезинтеграторе дала прирост поверхности 300 см2/г, то первоначальная поверх­ность песка составляет 67% от суммарной поверхности. Так как новая поверхность песка является более активной при запаривании, то прочность образца должна быть ниже при большей площади природной поверхности. Эта разница в прочностях образцов выражается разницей индексов качества.

Об активности молекул поверхности частиц извести можно сказать следующее. При запаривании частицы гашеной извести и зерна песка образуют структуру извеСтково-песчаных изделий независимо от того, формуются ли изделия с негашеной или гашеной известью, поэтому достаточно рассмотреть активность молекул поверхности частиц гашеной извести. Как было показано, дисперсность частиц извести после гашения зависит в большей степени от химического и минералогического состава известняка, от режима его обжига и режима гашения извести, чем от того, как размельчаются куски извести до гашения и размельчаются ли они вообще. Размельчение извести до гашения не оказывает значительного влияния на качество гашеной извести. Поэтому замеченный рост прочности силикатного кирпича при увеличении тонкости помола негашеной извести объясняется тем, что смеси после гашения извести недостаточно перемешивались. Гашение извести всегда дает большую дисперсность, чем ее помол в любой мельнице, поэтому гомогенность смеси после гашения извести при тщательном перемешивании должна быть выше, чем у смесей из песка и молотой негашеной извести.

Нет экспериментального материала, определяющего влияние различных способов гашения на активность поверхности частиц гашеной извести. Мы установили, что литые силикальцитные изделия, изготовленные с гашеной в молоко известью при интенсивном смешивании с большим количеством воды, имели несколько большую прочность на сжатие, чем те же изделия, изготовленные с порошком извести, гашеной в гидраторе с небольшим количеством воды. Не установлено, что здесь влияет на прочность: иная структура поверхности частиц извести или большая дисперсность, получаемая при гашении извести в молоко, позволяющая иметь лучшее смешение сырьевых материалов. Последнее более вероятно. Дня выяснения, изменяются ли свойства дезинтегрированных смесей и песков при выдерживании, мы произвели следующий опыт.

В дезинтеграторе были размолоты две смеси различной активности и отдельно песок (без извести). Получен песок удельной поверхностью около 1050 см/г. Из обеих дезинтегрированных смесей различных активностей и из двух смесей, полученных ручным смешиванием дезинтегрированного песка с известью в количествах, равных количеству извести в дезинтегрированных смесях, было изготовлено по три образца. Кроме того, часть дезинтегрированных смесей и дезинтегрированного песка и гашеной извести помещали в стеклянные сосуды с узким горлом и герметически закупоривали. Смеси и песок для изготовления образцов высушивали и помещали в сосуды, для образцов других партий смеси и песок помещали в сосуды с 5%-ной влажностью. Так было приготовлено четыре комплекта стеклянных сосудов. Один комплект был вскрыт через неделю и из хранившихся в них смесей и песка изготовлены точно такие же образцы, как из свежедезинтегрированных смесей и песка. Другая партия образцов была изготовлена через месяц, третья — через два, четвертая — через, полгода. Все образцы имели объемный вес 1,8 г/см и запаривались в течение 8 час при давлении 10 ати. Подъем давления пара и его снижение производили в течение I час Через сутки после запаривания образцы испытывали на сжатие. Результаты испытаний приведены в табл. 89.

Из табл. 89 видно, что при выдерживании дезинтегрированного


песка в герметическом сосуде в течение первого месяца его активность повышается, это происходит в большей мере у песка., имеющего 5%-ную влажность. Выдерживание дезинтегрированных смесей и песка до 2 мес. заметно не изменяет прочности образцов. После 6 мес. хранения наблюдается значительное падение прочности, особенно у высокоактивных смесей, доходящее примерно до 50%. При этом прочность образцов почти не зависит от того, хранился ли дезинтегрированный песок вместе с известью или отдельно, во влажном или сухом состоянии. Поэтому можно полагать, что падение прочности вызвано, главным образом, падением активности дезинтегрированного песка при длительном хранении.

В литературе имеется много данных по вопросу о влиянии гашения извести вместе с песком на образование структуры изделий. Kosmann считает, что в этом случае известь оказывает на зерна песка химическое действие и изделия дают большую прочность. Но есть утверждения, что при гашении извести с песком возникающие реакции настолько слабы в сравнении с реакцией, образующейся при запаривании, что не оказывают никакого влияния на прочность изделий. Для выяснения этого вопроса мы произвели следующий опыт. 20 кг хорошо перемешанного песка карьера завода «Кварц» делили на две равные части. Одну часть смешивали с таким количеством извести, чтобы активность смеси была не больше 6% СаО (известь предварительно гасили в порошок и хранили в герметически закрытом сосуде в течение 15 дн.). Другую часть песка перемешивали с молотой негашеной известью активностью 93% (размер ее частиц после помола был не более 0.3 мм) до того же процента активности СаО в смеси. Затем каждую смесь делили еще на две части, из которых одну обрабатывали в опытном дезинтеграторе при 1450 об/мин обеих корзин Смеси с негашеной известью в жестяном сосуде помещали в опытный автоклав и выдерживали 45 мин. под давлением пара 5 — 6 ати. Затем всем четырем смесям придавали 6%-ную влажность и вновь тщательно перемешивали их. Из каждой смеси прессовали по пять образцов под давлением 200 кг/см. Все образцы запаривали в одном промышленном автоклаве в течение 8 час под давлением 10 ати, затем определяли их прочность на сжатие. Результаты испытаний приведены в табл. 90.

Опыт подтверждает, что гашение извести вместе с песком не увеличивает прочности образцов. Незначительное повышение прочности образцов, изготовленных из гашеной извести, по сравнению с образцами из негашеной объясняется тем, что гашеная в порошок известь гораздо мельче молотой негашеной и поэтому она более равномерно перемешивается с песком.

Детально этот вопрос исследовал Pohl [278]. Он сравнил влияние разных способов гашения извести на изменение поверхности обычных зерен песка, шлифованных поверхностей крупных зерен


и на изменение прочности изделии и нашел, что гашение извести в смеси с песком не изменяет прочности и не оказывает влияния на другие свойства изделий.

Это позволяет сделать вывод, что гашение извести с песком не влияет на процесс образования структуры изделий.

Изучение возможности движения молекул извести при запаривании известково-песчаных изделий показало, какое большое значение для обеспечения качества изделия имеет равномерность смешения или гомогенизация смесей. Drakebusch [279] еще в 1911 г. писал о нескольких вариантах подготовки смесей. Старейший способ приготовления смесей для силикатного кирпича состоял в следующем. Известь и песок перемешивали с водой в барабане, здесь же известь гасили. Затем смесь из барабана выпускали и проталкивали вручную в питатель пресса. Смеси разгружали также и в бункер, под которым находился тарельчатый питатель пресса. По другому способу известь гасили в барабане вместе с небольшой частью песка, а остальной песок замешивали

в смесь вручную. Чтобы лучше перемешать ее, перед прессом устанавливали бегуны. На некоторых заводах между барабаном и бегунами помещали крупный силос, в котором производили дополнительное гашение извести. Но мешалки и бегуны не обеспечили равномерного перемешивания извести и песка.

Klehe [280] находит, что перемешивать компоненты различных удельных весов до требуемой в технологии степени не удается. В производстве силикатного кирпича лопастные смесители, бегуны и смесительные барабаны не являются совершенными агрегатами [281, 282, 283]. Поэтому предлагаются новые конструкции мешалок [284], в которых соединяется смесительный эффект бегунов, валков и шнековых механизмов.

Endell [285] детально изучил вопрос смешения извести и песка в производстве силикатного кирпича. Он перемешивал с разной продолжительностью очень тонко молотую известь и природный песок в различных мешалках при 6%-ной влажности. Приготовленные смеси помещал в герметически закрытые сосуды на сутки, в течение которых известь гасилась в смеси. После этого из одной части смеси, взятой из каждого сосуда, формовали образцы поц давлением 150 кг/см2 без дополнительного перемешивания. Из другой части образцы после 1-минутного перемешивания формовались в скоростных противоточных мешалках и бегунах, из третьей части — после 5-минутного перемешивания в тех же мешалках. Опыты показали, что, кроме бегунов, даже скоростная противоточная мешалка не разрушала комки, находившиеся в смеси.

Хорошее перемешивание смесей до и после гашения извести имеет большое значение для прочности изделий (Рис 138). Хавкин считает [286], что прочность известково-глиняных изделий зависит от длительности перемешивания смеси. Наши опыты показали, что если высушить песок и его куски тщательно размельчить кельмой на резиновой пластинке, то при хорошем ручном перемешивании с известью можно получить смесь лучшей гомогенности, чем при 30-минутном перемешивании в лабораторной мешалке или бегунах. Образцы, изготовленные из хорошо перемешанных вручную смесей, имели прочность на 20% выше, чем образцы из смесей, перемешанных в лабораторных мешалках. Лучше всех мешалок и тщательного ручного перемешивания гомогенизирует смеси дезинтегратор, реконструированный по предложению автора.

Мы производили помол песка карьера завода «Кварц» в дезинтеграторе при различном числе оборотов корзин до различной дисперсности с известью и без нее. Пески, молотые без извести, тщательно перемешивали вручную в течение 15 мин. с известью в количестве, позволяющем получить активность смеси, равную активности дезинтегрированной смеси той же дисперсности. Смеси формовали при оптимальной влажности, образцы запаривали в промышленном автоклаве в течение 8 час. при давлении 9 ати. Результаты испытаний прочности образцов на сжатие в кг/см с объемным весом 1.9 г/сл/ приведены в табл. 91.

Перемешивание в дезинтеграторе повышает в 1,2 — 1,9 раз прочность известково-песчаных образцов по сравнению с прочностью, получаемой при ручном перемешивании. Качество перемешивания ком­понентов зависит от количества воды в смеси. У смесей влажностью выше 10% и у крупнозернистых песков хорошая
гомогенность практически достигается сравнительно легко и быстро даже при смешении простой лопатой в ящике. Гомогенизация же полусухих известково-песчаных смесей при влажности 4 — 10%, применяемых в производстве силикатного кирпича и прессуемых силикаль-цитных изделий, достигается значительно труднее. Практика показывает. что такие смеси можно хорошо гомогенизировать только при совместной обработке песка и извести в дезинтеграторе (гл. IX). В нем воздушные течения и вихри поддерживают тонкую легкую известковую пыль во взвешенном состоянии до тех пор, пока она плотно пристанет (механически) к поверхности песчинок. Дезинтегрированные смеси при транспортировке не пылятся, и их компоненты невозможно отличить друг от друга невооруженным глазом.

На полноту перемешивания компонентов смеси оказывают также влияние величина зерен извести и песка и свойства их поверхности. Мелкие глинистые пески смешиваются с известью значительно труднее, чем крупные с однородными зернами. Чем мельче частицы и жирнее гашеная известь, тем она легче смешивается с песком. Известь-пушонка смешивается с песком легче и лучше, чем известь-кипелка, даже при весьма большой тонине помола в шаровой мельнице.

До 1957 г. различные виды силикальцитных изделий изготовляли по технологии, предусматривающей совместную обработку в дезинтеграторе природного песка естественной влажности и гашеной извести. Активизированную и гомогенизированную таким путем смесь для получения равномерной формовочной влажности дополнительно перемешивали в лопастном смесителе, в бетоноили растворомешалке. Считалось, что на прочности изделий не сказывается, придают ли смесям требуемую для формования влажность в дезинтеграторе или в упомянутых мешалках. После того, как в дезинтегратор вместе с песком и известью начали дозировать воду, прочность изделий на сжатие повысилась до 30% по сравнению с увлажнением смеси в мешалках.

Практика и данные исследований показывают, что хорошо гомогенизированные смеси обладают и достаточной уплотняемостью и удо-бообрабатываемостью (см. гл. VI).