Silikatbetonis gaminamas iš orinių kalkių, smėlio bei vandens mišinio, sukietinus jį drėgnoje aplinkoje, esant ne žemesnei kaip 174°C temperatūrai ir 8at (arba 0,785MN/m²) slėgimui. Silikatbetonis skirstomas į tankų (1800-2200 kg/m³) ir akytą (300-1200 kg/m³). Iš tankaus silikatbetonio gaminamos silikatinės plytos, stambių matmenų gaminiai, o iš akyto (pustsilikačio bei dujų silikato) – įvairaus dydžio blokai bei plokštės.
Statant gyvenamuosius namus, silikatbetonis gali pakeisti gelžbetonį. Silikatbetonio gamybai nereikia naudoti žvyro, brangios granitinės skaldos , kurių mūsų šalyje yra nedaug. Surenkamieji silikatbetoniniai gaminiai yra 20-25% pigesni, negu gelžbetoniniai, todėj jų gamyba labia sparčiai plečiama. Lietuvoje apie pusė gaminamų plytų yra silikatinės.
Pagrindinė silikatbetonio gamybos operacija yra kalkių ir smėlio gaminių kietinimas autoklave, esant dideliam garų slėgimui. Silikatbetoninių gaminių kietėjimas autoklave iš esmės skiriasi nuo kalkių-smėlio skiedinių kietėjimo normaliomis sąlygomis. Pastaruoju atveju cementuojanti medžiaga yra vien tik kalkės. Normaliomis sąlygomis Ca(OH)2 ir kvarcas chemiškai nereaguoja. Kietinant silikatinius gaminius drėgnoje aplinkoje, esant 174,5°C temperatūrai (8 at, arba 0,785MN/m², sočių garų slėgimui), kvarcinis smėlis reaguoja su kalkėmis, sudarydamas didelio stiprumo cementuojančią medžiagą-kalcio hidrosilikatus: xCa(OH)2 + ySiO2 + nH2O xCaO • ySiO2 • pH2O.
Silikatbetoninių gaminių kietėjimo procese garas reikalingas gaminiams pašildyti iki 174,5ºC temperatūros ir daugiau ir drėgnai aplinkai sudaryti autoklave. Pats slėgimas kietėjimo procesui neturi jokios reikšmės. Jeigu garo slėgimas yra mažesnis kaip 8at (0,785MN/m²), tai tuo pačiu ir temperatūra autoklave yra žemesnė. Šiuo atveju gaminiai lėtai kietėja ir esti silpnesni.
Silikatbetoninių gaminių kietėjimo autoklave procesus paaiškina prof. A. Volženskio sukurta silikatinių plytų kietėjimo teorija. Pagal šią teoriją, silikatinių gaminių kietėjimo procese galima išskirti tris stadijas. Pirmoje kietėjimo stadijoje, kuri prasideda, leidžiant garus i autoklavą, ant šaltų pakrautų plytų kondensuojasi drėgmė, prisotindama jas vandeniu. Šis procesastrunka tol, kol susilygina gaminių ir autoklavo aplinkos temperatūros. Gaminio kapiliaruose susidariusiame kondensate tirpsta kalcio hidroksidas ir, kylant temperatūrai, vis daugiau silicio oksido. Šie junginiai tirpale tarpusavyje reaguoja. Antroje kietinimo stadijoje vandens tirpale Ca(OH)2 intensyviai reaguoja su ištirpusiu SiO2(silicio rūgštimi). Vykstant šiai reakcijai, susidaro netirpūs kalcio hidrosilikatai, kurie iškrinta is tirpalo gelio pavidalu, sudarydami smėlio grūdelius cementuojančią medžiagą. Trečioje stadijoje, išleidžiant garą iš autoklavo, mažėja aplinkos ir gaminių temperatūra. Iš gaminių intensyviai išsiskiria drėgmė.Susidarę kalcio hidrosilikatai standėja, auga jų kristalai. Išgaruojant vandeniui, kristalinasi Ca(OH)2, kuris vėliau karbonizuojasi atmosferos CO2, padidindamas gaminių stiprimą. J.Butas ir L.Raškovičius aiškina, kad kietėjant smėlio-kalkių mišinius autoklave, priklausomai nuo kietėjimo trukmės susidariusiuose hidrosilikatuose CaO ir SiO2 santykis esti nuo 2,0 iki 0,8. Kietėjimo pradžioje, kol dar yra laisvų klakių, paprastai susidaro (1,8-2,4) CaO • SiO2 (1-1,25) H2O, trumpai žymimas C2SH(A). Toliau junginių bazingumas mažėja ir palaipsniui atsiranda plaušinės struktūros
(1-1,5) CaO • SiO2 (0,5-2,5) H2O-CSH(B), rečiau CaO • SiO2 1,1H2O-CSH(A) tipo hidrosilikatai. Iš paminėtų tipų junginių silikatbetinio cementuojančioje medžiagoje priklausomai nuo žaliavų mišinio kietėjimo temperatūros ir rūgštaus komponento aktyvumo sutinkami šie labiausiai patvarūs junginiai:
CSH(B), C4S5H3 (tobermoritas), C6S6H (ksonotlitas) ir C2SH(A). Gaminant akytus silikatbetoninius gaminius arba panaudojant aktyvų rūgščių komponentą, kartais cementuojančioje medžiagoje esti C4S6H5 (hirolito). Silikatbetoniniai gaminiai, kurių sudėtyje vyrauja mažesnio bazingumo hidrosilikatai, yra stipresni už gaminius, kurių sudėtyje yra didesnio bazingumo hidrosilikatų. Tačiau mažesnio bazingumo hidrosilikatai nepatvarūs karbonizacijos procesui ir ilgainiui jų stiprumas gali sumažėti. Didesnio bazingumo hidrosilikatai karbonizacijos metu stiprėja ir didėja jų atsparumas šalčiui. Todėl praktškai pageidautina, kad sukietėjusiuose gaminiuose būtų didesnio ir mažesnio bazingumo hidrosilikatų.
Silikatinių gaminių kietėjimo procesą galima suintensyvinti, padidinus autoklave temperatūrą. Tačiau, norint pakelti temperatūrą autoklave, reikia padidinti garo slėgimą, ką techniškai sunku įvykdyti. Žymiai paprasčiau galima suintensyvinti silikatinių gaminių kietėjimą autoklavuose intensifikatoriais, kuoriuos galima suskirstyti į tris grupes: 1) tirpias druskas, 2) dispersinius priedus, 3) kristalizacijos centrus. Tirpios druskos bei šarmai, pavyzdžiui, natrio ir kalio sulfatai, karbonatai, hidroksidai padidina hidroksilo jonų koncentraciją. Plačiausiai panaudojamas natrio sulfatas. Na2SO4 reaguojant su Ca(OH)2, susidaro CaSO4 ir NaOH. Natrio šarmas tuojau pat reaguoja su kvarciniu smėliu, sudarydamas vandenyje tirpius silikatus. Pastarieji vandens tirpale suskyla į koloidinę silicio rūgštį ir natrio šarmą, kuris vėl reaguoja su kvarciniu smėliu. Silicio rūgštis žymiai greičiau reaguoja su Ca(OH)2, negu kvarcinis smėlis. Gerus rezultatus duoda taip pat NaCl, kurį panaudojus sumažėja nesurištų kalkių kiekis gaminyje. Smulkūs priedai, pavyzdžiui, trepelas, diatomitas, opoka, molis, priemolis, aukštakrosnių šlakai, smulkiai maltas smėlis ir kt. Padidina aktyvių rūgščių komponentų kiekį. Pridėtas silikatinių plytų laužas bei kitos kristalinės medžiagos silikatinėje masėje sudaro kristalizacijos centrus, kurie suintensyvina kalcio hidrosilikato kristalizaciją. Reikiamai panaudojant minėtus kietėjimo intensifikatorius, galima žymiai sutrumpinti silikatinių gaminių kietėjimo laiką ir tuo pačiu atpiginti jų gamybą.
Silikatinės plytos
Paprasčiausi tankaus silikatbetonio gaminiai yra silikatinės plytos, pradėtos gaminti 1880 metais pagal vokiečių mokslininko Michaeliso pasiūlymą.
Silikatinių plytų gamybai naudojami kvarciniai smėliai, turį ne mažiau kaip 90% SiO2. Kvarciniame smėlyje dažnai esti špatų, žėručio, molio ir kitų mineralinių priemaišų. Iki 10% lauko špatų priemaiša nepablogina plytų kokybės. Kietinant tokias plytas, padidėja aktyvios silicio rūgšties kiekis, ir dėl to greičiau sureaguoja kalkės. Esant smėliuose lauko špatų, ant silikatinių plytų paviršiaus gali atsirastidruskos dėmių. Žėručio priemaiša yra kenksminga, nes susilpnina ryšį tarp smėlio grūdelių ir tuo pačiu sumažina plytų stiprumą. Gipsas, tirpios druskos bei organinės medžiagos smėlyje yra kenksmingos. Šios priemaišos sumažina plytų stiprumą bei atsparumą šalčiui. Be to, esant smėlyje organinių priemaišų, silikatinės plytos kietinimo metu išsipučia.
Dažnai smėliuose sutinkama molio priemaišų. Jeigu molis yra gerai pasiskirstęs smėlio masėje, tai jo priedas ne tik nepablogina plytų kokybės, bet dar palengvina presavimą, intensyvina kietėjimo procesą ir padidina plytų stiprumą. Kartais norint pagerinti smėlio granulometrinę sudėtį, dirbtinai pridedama iki 20% molio. Šiuo atveju reikia labia kruopščiai išmaišyti molį su smėliu bei kalkėmis.
Silikatinių plytų kokybei didelę įtaką turi smėlio granulometrinė sudėtis. Pageidautina, kad smėlio grūdeliai būtų įvairaus dydžio( 1 lentelė). Esant vienodagrūdžiui smėliui, padidėja kalkių panauda ir sumažėja plytų stiprumas.
Silikatinių plytų gamybai tinkamo smėlio granulometrinė sudėtis pagal OST NKTP 5798/13
Sieto skylučių dydis
mm Pro sietą turi praeiti % Sieto skylučių dydis mm
Pro sietą turi praeiti %
nuo iki nuo iki
5,0 100 100 0,3 40 70
2,5 98 100 0,15 5 40
1,2 94 100 0,09 2 20
0,6 70 95
1 lentelė
Silikatinių plytų kokybei didelę įtaką turi taip pat smėlio grūdelių forma. Smėlis, kurio grūdeliai yra aštriabriauniai, su nelygiu paviršiumi, žymiai geriau sureaguoja su kalkėmis, didesnis esti reakcijos produktų sankabumas su tokiu smėliu, negu su apvalios formos smėlio grūdeliais. Todėl silikatinių plytų gamybai geriau tinka kalnų smėlis, negu upių.
Smėlio lyginamasis svoris -2,60-2,65. Jo tūrinis svoris, esant jam purioje būklėje, svyruoja plačiose ribose ir priklauso nuo smėlio grūdelių stambumo, frakcijų tarpusavio santykio, smėlio drėgnumo. Gamybiniuose skaičiavimuose laikoma, kad natūralaus drėgnumo smėlio 1 m³ sveria 1550kg.
Silikatinių plytų gamyboje pageidautina naudoti aktyviasias kalkes, turinčias ne mažiau kaip 75% aktyvaus CaO. Pagal GOSTą 9179-59 kalkėse gali būti ne daugiau kaip 5% MgO. Esant didesniam MgO kiekiui, gaminiai sutūkinėja gesinantis jam autoklave kietinimo metu. Panašiai ardo gaminius ir perdegtos kalcitinės kalkės. Kalkių galima išsidegtu silikatinių plytų gamykloje arba atsivežti iš kitur.
Silikatinių plytų gamyba susideda iš pagrindinių operacijų: 1) smėlio kasimo ir jo paruošimo, 2)gabalinių kalkių trupinimo ir malimo, 3) maltų kalkių ir smėlio mišinio sumaišymo bei jo gesinimo, 4) plytų formavimo, 5) plytų kietinimo, 6) gatavos produkcijos iškrovimo bei sandeliavimo.
Smėlis kasamas vienakaušiais arba daugiakaušiais ekskavatoriais, skreperiais ir frezeriniais kastuvais. Iš karjero į gamyklą smėlis dažniausiai transportuojamas bėginiu transportu arba savivarčiais. Jeigu karjeras yra netoli įmonės, tai smėlį galima transportuoti juostinias transporteriais arba savivarčiais vagonėliais, traukiamais gerve.
Iš atsivežto į gamyklą smėlio reikia pašalinti stambius akmenis, šakas, šaknis ir kt., kurie pasilieka ant smėlio priėmimo bunkeryje esančio apsauginio ardyno. Po to smėlis persijojamas pro vibracinius arba būgninius sijotuvus, kurių sietų skylutės yra 15-20mm dydžio. Nuolatinei silikatinių plytų gamybai sudaroma kelių pamainų smėlio atsarga bunkeriuose. Žiemą bunkeriai apšildomi.
Gabalinės orinės kalkės sutrupinamos žiauniniuose trupintuvuose ir sumalamos rutuliniame malūne. Kuo smulkiau sumaltos kalkės, tuo geresnės plytos. Praktikoje kalkės sumalamos iki 10% likučio ant sieto Nr. 008. Reikia, žiūrėti, kad kalkėse nebūtų stambesnių kaip 1 mm gabaliukų. Paprastai kalkės malamos kartu su 3-5% silikatinių plytų laužo ir 10-15% smėlio. Plytų laužas bei smėlis suintensyvina kalkių malimą ir pagerina plytų kokybę.
Paruošiant kalkių-smėlio mišinį, didelę reikšmę turi tikslus kalkių dozavimas. Dozuojama svoriniais arba tūriniais periodinio arba nuolatinio veikimo dozatoriais. Mišinyje priklausomai nuo kalkių aktyvumo, malimo smulkumo, smelio grūdelių stambumo esti nuo 6 iki 8% kalkių, skaitant aktyviu CaO + MgO. Praktiškai kiekviena įmonė optimalų kalkių kiekį mišinyje nustato bandymais. Didinant kalkių kiekį mišinyje, pagamintų silikatinių plytų stiprumas didėja. Tačiau per daug pridėjus kalkių (daugiau kaip 20%), produkcijos stiprumas vėl sumažėja, nes tada dalis kalkių lieka nesureagavusios. Panaudojus mažus kalkių kiekius, silikatinė masė esti nepakankamai rišli. Iš tokios masės suformuoti pusfabrikačiai suyra, nuimant juos nuo preso. Šiuo atveju tikslinga panaudoti plastiškus priedus: priemolį, molį, cemento gamybos dulkes, pelenus ir kt.
Kalkės ir smėlis sumaišomi vienaveleniais ir dviveleniais nuolatinio bei periodinio veikimo maišytuvais, dezintegratoriais, bėgūnais arba kitokiais maišytuvais. Labai svarbu gerai sumaišyti kalkes su smėliu, nes nuo to priklauso plytų kokybė. Vienaneleniais arba dviveleniais maišytuvais maišomos kalkės su smėliu prieš kalkių-smėlio mišinio gesinimą ir po gesinimo. Vienalytis mišinys turi būti gautas jau pirmą kartą maišant. Antrojo maišymo paskirtis yra sudrėkinti masę iki reikiamo drėgnumo, o jeigu masė yra perdaug aktyvi, tai ją reikia suliesinti, pridedant papildomai smėlio. Galima pridėti ir kitų priedų.
Kalkių – smėlio mišinio formavimo drėgnumas yra labai svarbus technologinis veiksnys. Jis kiekvienu atskiru atveju nustatomas bandymais. Jeigu drėgnės per maža, mišinys yra nerišlus ir blogai susipresuoja (susisluoksniuoja). Esant per daug drėgmės, pusfabrikatis subyra, nuimant jį nuo preso. Presavimui paruošto mišinio orientacinė drėgmė 5-6%.
Kalkių – smėlio mišinys gesinamas dvejopai: būgniniu ir silosiniu būdu. Kai kur užsienyje naudojamos iš anksto pagesintos kalkės. Būgniniu būdu kalkių – smėlio mišinys gesinamas garu, esant 3-5 at (~0,3-0,5 MN/m²) slėgimui, besisukančiame metaliniame 14m³ talpos būgne. Kalkių – smėlio masė užpildo 55% būgno tūrio. Priklausomai nuo pakraunamo mišinio drėgnumo į gesinimo būgną įpilama iki 300 l vandens. Prikrautas kalkių – smėlio mišinio būgnas uždaromas ir kurį laiką sukamas, kad susimaišytų masė, o poto paduodamas garas. Gesinimo ciklas trunka 15-60 minučių. Tai priklauso nuo kalkių savybių, jų smulkumo, garo parametrų ir kt. Nustatyta, kad masei pašildyti naudingai sunaudojama tik 60 – 70 % garo, o kitas jo kiekis padengia būgno vėsimo šilumos nuostolius. Šiuos garo nuostolius galima sumažinti, gerai izoliavus būgnus ir gesinant žymiai aktyvesnį, negu reikalinga, mišinį. Kadangi pastaruoju atveju vyksta egzoterminis kalkių gesinimo procesas, tai gaunamas didelis šilumos kiekis, kuris pakeičia dalį garo šilumos. Gesintas aktyvesnis mišinys maišytuve atskiedžiamas smėliu iki reikalingo aktyvumo.
Silosuose kalkių – smėlio mišinio gesinimo ciklas trunka 2 – 10 valandų. Gesinimo trukmė priklauso nuo to, kokiu būdu sudrėkinamas mišinys. Kai kuriuose gamyklose mišinys gesinamas, pridedant 8 – 10 % vandens. Šiuo atveju kalkės gesinasi 8 – 10 valandų. Inž. M. Torsujevo pasiūlymu gesinimo procesas suintensyvinamas, pašildant garu iki 60 – 70ºC maišytuve kalkių-smėlio mišinį. Pakrautas į silosus toks mišinys greitai įšyla iki 100°C ir per 2 – 4 valandas visiškai pasigesina. Yra žinoma, kad kalkių gesinimosi temperatūra turi didelę silikatinių plytų stiprumui. Silikatinės plytos, pagamintos is žemesnėje kaip 60 – 70°C temperatūroje gesintų kalkių, yra žymiai silpnesnės. Gesinimo silosai esti cilindro arba stačiakampio formos. Jų talpa 40 – 60 m³. Lietuvos silikatinių plytų gamyklose kalkės daugiausia gesinamos būgnuose.
Silikatinės plytos formuojamos, presuojant specialiais presais. Labiausiai paplitę revolveriniai presai CП-1, CП-2, CM-481. CП-2 preso našumas – 2000 – 3000 plytų per valandą.
Didelę reikšmę silikatinių plytų kokybei turi presavimo slėgimas. Yra įrodyta, kad, padidinus presavimo slėgimą iki 600 kG/cm² (~60MN/m²), padidėja plytų stiprumas. Tačiau, esant dideliam slėgimui, sugadinami presai, presuojamasis gaminys susisloksniuoja. Praktiškai kalkių – smėlio mišinys presuojamas, esant 140-200 kG/cm² (~14-20 MN/m²) slėgimui. Mišinio susipresavimo laipsnis priklauso nuo ko drėgnumo, smėlio grūdelių stambumo ir formos. Labai didelę reikšmę turi presavimo trukmė.
Nuo preso silikatinės plytos nuimamos rankiniu būdu ir sukraunamos į vagonėlius po 900-1000 plytų. Kai kuriuose gamyklose yra naudojami įvairūs automatai plytoms nuo presų nuimti.
Silikatinės plytos kietinamos 2,0 m skersmens 18-21 m ilgio autoklavuose garu, esant 8at (0,785 MN/m²) ir didesniam slėgimui. Silikatinių plytų vandens imlumas 8-16%. Šios plytos turi išlaikyti 15 šaldymo ciklų. Silikatinės plytos naudojamos daugiaaukščių gyvenamųjų ir pramoninių pastatų statybai lygiagrečiai su keraminėmis plytomis. Neleistina silikatines plytas naudoti pastatų statybai, jeigu juos veikia gruntiniai bei tekantys vandenys.