Завершающим этапом технологии, в процесе которого происходит синтез искусственного силикатного камня, качество структуры которого в решающей мере определяет строительно-эксплуатационные показатели силикатных материалов, является автоклавная обработка.


Автоклавная (гидротермальная) обработка или, как ее часто еще называют, запаривание, была предложена В. Михаэлисом как способ получения известково-песчаных изделий. В частности, патент № 14195 от 5 октября 1880 г. гласит: "Способ производства искусственных песчаных камней воздействием пара высокого давления на смесь двугидрата извести или бария, или стронция с песком или содержанием кремнекислоту минералами при температурах от 130 до 300°С в пригодных для этого аппаратах". В описании к патенту отмечается: "В течение нескольких часов я создаю таким способом гидросиликаты кальция или бария, или стронция и благодаря этому твердый, как камень, воз-духо- и водостойкий материал".


"Пригодными для этого аппаратами" являлись герметически закрываемые сосуды - автоклавы, в которых создается повышенная температура и соответственно давление пара.


Роль пара высокой температуры и давления, как показано А.В.Волженским, состоит в создании и поддержании в порах сырца жидкой фазы, при участии которой происходит растворение исходных компонентов и их химическое взаимодействие, приводящее к кристаллизации гидросиликатов кальция различного состава и морфологии. Последние обеспечивают омоноли-чивание сырца в прочный искусственный камень. По А.В.Волженскому, процесс автоклавной обработки можно разделить на три стадии.


Первая начинается с момента впуска пара в автоклав и заканчивается при выравнивании температур теплоносителя и запариваемых изделий. При впуске йара в автоклав начинается его конденсация на сырцовых изделиях и стенках автоклава.


По мере разогрева сырца пар начинает проникать в мельчайшие поры и там конденсироваться. Влажность сырца при этом возрастает. Начинается растворение в образовавшемся в порах конденсате Са(ОН)2 и SiO,.


В связи с тем, что упругость пара над раствором ниже, чем над чистой водой, продолжается конденсация пара, который еще больше увлажняет сырец, стремясь понизить концентрацию в поровой жидкости растворенных веществ.


Вторая стадия характеризуется постоянной температурой и давлением паровоздушной среды и называется стадией изотермический выдержки. На этой стадии протекают основные физико-химические процессы взаимодействия между исходными компонентами (известью и кремнеземом), в результате чего происходит кристаллизация цементирующих новообразований, которые вызывают омоноличивание исходной смеси с образованием прочного искусственного силикатного камня.


Третья стадия начинается с момента прекращения доступа пара в автоклав и заканчивается в момент выгрузки изделий. На этой стадии происходит остывание изделий в результате сброса давления пара.


В производстве силикатного кирпича, как правило, применяются проходные автоклавы диаметром 2 м и длиной 17, 19, 21 и 40 м.


Длинные автоклавы имеют преимущества перед короткими, так как позволяют упростить их обслуживание, уменьшить производственные площади и упростить коммуникации.


В процессе автоклавной обработки в результате рассмотренных ранее физико-химических процессов происходит синтез гидросиликатов кальция, которые омо-ноличивают сырец в прочный искусственный камень — силикатный кирпич. При этом основным параметром теплоносителя — водяного пара является температура, а не давление, которым обычно характеризуются условия автоклавной обработки. Более того, исследования, проведенные под руководством П.И.Боженова и А.В.Волженского, показали возможность прямого на-гревания изделий в замкнутых формах — автоклавах (термоформах). При этом паровоздушная смесь в виде перегретого пара образуется за счет влаги изделий.


Что же касается температуры автоклавной обработки, то она должна назначаться с учетом химической активности кремнеземистого компонента. Применительно к производству силикатного кирпича, как показано в работах П.И.Боженова, технически и экономически оправдана автоклавная обработка при повышенных температурах и давлениях по пиковым режимам или сокращенной продолжительности изотермической выдержки.


В настоящее время технически возможно и экономически эффективно осуществлять автоклавную обработку при давлении паровоздушной среды Р = 1,2-1,6 МПа (избыточное).


При этом необходимо отметить, что, если первые работы П.И.Боженова по использованию повышенной температуры и давления автоклавной обработки не нашли поддержки ни у нас в стране, ни за рубежом, то в настоящее время именно в зарубежной практике, например в Польше и ФРГ, все более широкое применение приобретает автоклавная обработка силикатного кирпича при давлении насыщенного пара 1,6 МПа (t = = 203°С). Вместе с этим отмечается [4], что оптимальное давление, при котором следует запаривать сырец силикатного кирпича, полученного с использованием известково-кремнеземистого вяжущего, должно составлять 1,2 МПа (t = 191°С). Изотермическая выдержка при этом давлении может быть принята равной 4-5 ч. При этом подчеркивается [4], что масса автоклава, рассчитанного на рабочее давление 1,2 МПа, на 30% ниже, чем автоклава с рабочим давлением 1,6 МПа, а с учетом требований техники безопасности по скорости нагрева и остывания автоклава, выигрыш от сокращения продолжительности изотермической выдержки перекроится повышением продолжительности подъема и сброса давления пара.


Надо отметить, что часто из-за плохого состояния узкоколейных путей и особенно стыков между торцами рельсов передаточной тележки и стационарных рельсовых путей, а также переходных мостиков автоклава, происходит разрушение отдельных сырцов или, что более часто, образование в них дефектов в виде трещин, околов углов или граней.


В этой связи необходимо постоянно контролировать, чтобы на стыках рельсовых путей не было перепада по высоте и очищать пути от силикатной смеси.


Не менее важным является исключение загрязнения запарочных вагонеток силикатной смесью, что является причиной образования дефектов в сырце при его укладке. Для очистки платформы запарочных вагонеток ННПИсиликатобетона разработана специальная установка со следующими характеристиками:


число вагонеток в 1 ч .....................................................до 60
частота вращения очистительных головок, мин" .................570
число очистительных головок................................................4
скорость протягивания вагонеток, м/мии.................... 2; 1; 0,67
мощность электродвигателей, кВТ.....................................39,5


габариты, мм:


длииа.................................................................... 2720
ширина................................................................. 2000
высота...................................................................2180
масса, кг............................................................... 2380


Автоклавная обработка наиболее энергоемкий технологический передел. В связи с чем вопросы экономии пара приобретают особую актуальность. В качестве примера, где наиболее успешно решена эта задача,


Образующийся конденсат с температурой 90°С используется для первичного увлажнения силикатной смеси, а отработанный пар поступает в теплообменники для подогрева воды, используемой для отопления и горячего водоснабжения жилых домов поселка и заводских объектов. В качестве теплообменников завод использует пароводяные нагреватели Таганрогского котельного завода, а также разработанная и изготовленная собственными силами установка.