Технологические свойства глин

Наиболее характерными свойствами глин являются пластичность, связующая способность, способность давать усадку — воздушную при сушке, огневую при обжиге, спекаемость, огнеупорность.

Пластичность заключается в способности глины образовывать при затворении водой тесто, которое под воздействием внешних нагрузок может принимать форму, сохраняющуюся после устранения нагрузок.

При добавлении к глине более 28—30% воды глина теряет пластичность и превращается в жидкую текучую массу — шликер.
Степень пластичности глин характеризует число пластичности. Число пластичности является количественной мерой пластичности глин и отражает разность влажностей между нижней границей текучести W и границей раскатывания глины в жгут W 2 (ГОСТ 9169–59).
Нижнюю границу текучести определяют на пробе глины в 100 г, которую высушивают, разбивают в фарфоровой ступке резиновым пестиком до получения порошка и затем просеивают сквозь сито с размером отверстий 0,5 мм. 50 г просеянной глины помещают в фарфоровую чашку диаметром 100 мм, заливают, перемешивают до получения пластичного однородного теста и распределяют на дне чашки ровным слоем толщиной 2 см. Затем массу разрезают на две равные части так, чтобы между ними образовался зазор — вверху шириной 3 мм, а внизу 1 мм.

Дальнейшее испытание проводят на приборе Васильева (рис. 7). Прибор состоит из опорной плиты 6, станины 1, стержня 2 и деревянного диска 3, к которому прикрепляют фарфоровую чашку 4 с разрезанной на две части массой. Стержень прибора вместе с чашкой поднимают на высоту 75 мм и крепят винтом 5 к станине. Затем винт опускают, и стержень свободно падает на опорную плиту. В результате удара масса, которая находится в чашке, встряхивается и зазор между двумя половинками сокращается.
Эту операцию повторяют три раза. Если разрезанные половинки соединяются после первого или второго падения стержня, в массу добавляют 1 г сухой глины и испытание повторяют. Если после третьего удара стержня масса не соединяется, к ней добавляют 1 см2, воды. Таким образом подбирают влажность массы, необходимую для соединения двух частей массы после третьего удара стержня. От полученной массы отбирают 25 г и высушивают до воздушно-сухого состояния. Высушенный образец взвешивают.
Разница между первоначальным весом образца (25 г) и его весом после высушивания, деленная на первоначальный вес, характеризует нижнюю границу текучести w 1, выраженную в процентах.

Предел раскатывания определяют на оставшейся в фарфоровой чашке глине после отбора 25 г. Эту оставшуюся часть глины переносят на стекло и раскатывают в жгуты диаметром 3 мм. Если масса не раскатывается, к ней добавляют небольшое количество сухой глины. Так продолжают до тех пор, пока жгуты не станут распадаться во время раскатывания. Затем массу взвешивают и после высушивания до воздушно-сухого состояния определяют процентное содержание в ней влаги. Это содержание влаги соответствует верхней границе раскатывания W2.
Число пластичности П вычисляют по формуле:
n = Wi— w2,
где Wi — влажность глиняной массы при нижней границе текучести в %;
W2 — влажность глиняной массы при верхней границе раскатывания в %.
Например, если абсолютная влажность глины при нижнем пределе текучести W i = 45%, а на границе раскатывания 1^2 = 25%, то степень пластичности составит Wi — W2 = 45— 25 = 20%, а число пластичности будет равно 20.
По степени пластичности глины классифицируют на пять классов:

— Высокопластичные
— Среднепластичные
— Умереннопластичные
— Малопластичные
— Непластичные

Чем пластичнее глина, тем больше воды необходимо в нее добавить для получения нормального рабочего теста. От этого свойста чаще всего напрямую зависит прочность и морозостойкость будущего изделия, которе принято называть керамическим строительным кирпичем. Влажность рабочего теста из высокопластичных глин составляет 25—30% и более, из среднепластичных — 20—25% и малопластичных (тощих) — 15—20%.
Встречаются глины, различные по пластичности, но требующие почти одинакового количества нормальной формовочной влаги. Это объясняется характером связи влаги с глиной, зависящей от степени дисперсности глины при данном минералогическом составе. Чем больше в глине связанной (адсорбированной) влаги, тем больше требуется нормальной формовочной влаги при одном и том же числе пластичности.

Высокопластичные и среднепластичные глины часто отличаются повышенной чувствительностью в сушке. Всякое пластичное тесто представляет собой неоднородную (гетерогенную) систему, состоящую из твердой дисперсной фазы — собственно глины, жидкой фазы — влаги и газообразной фазы — воздуха. Поэтому пластичность глины зависит от свойств как твердой, так и жидкой фаз. На пластичность глины влияют ее химический состав, степень дисперсности, связанная с последней удельная поверхность, а также форма частиц.

Необходимым условием получения пластичного теста является смачивание частиц твердой фазы водой.
Для увеличения пластичности глин могут быть использованы следующие средства:

длительное вылеживание и промораживание, отмучнвание, механическая обработка с многократным истиранием на глино-обрабатывающих машинах, вылеживание (относительно кратковременное) предварительно обработанной глины, паропро-грев, вакуумирование, добавка более пластичных глин и разных пластифицирующих материалов, например сульфитно-спиртовой барды.
Для уменьшения пластичности и повышения влагопроводно-сти при сушке обычно в глину добавляют различные непластичные материалы — органические или минеральные, например, кварцевый песок, шамот, шлак, опилки.
Связующая способность глин определяет возможность сохранять пластичность при смешивании с непластичными материалами. Связующая способность глины выражается в том, что она может связывать частицы непластичных материалов (песка, шамота и пр.) и образовывать при высыхании достаточно прочное изделие.

Критерием связующей способности служит число пластичности массы. При этом связующая способность измеряется количеством нормального (Вольского1) песка (ГОСТ 6139–52), при добавлении которого образуется масса с числом пластичности 7. Более пластичные глины обладают большей связующей способностью.

По связующей способности глины классифицируют на четыре группы, в зависимости от их способности связывать то или иное количество в процентном отношении нормального песка, принимаемого за эталон:

— высокопластичные 60–80;
— пластичные 20–60;
— низкопластичные (тощие 20;
— камнеподобные (сланцы, сухарные глины) не образуют теста.

Воздушной усадкой глинистого сырья называют изменение линейных размеров и объема отформованных из этого сырья образцов под влиянием сушки.
При температуре 100–110° глина отдает всю примешанную к ней механически связанную (гигроскопическую) воду и изделие из глины делается сухим и твердым. Если такую глину снова замочить водой, она будет обладать пластичностью в той же степени, что и до потери влаги.
В процессе сушки глина растрескивается. Такие трещины мы можем наблюдать на поверхности полнотелого печного кирпича после его обжига. Чем он чувствительнее к сушке, тем сильнее происходит растрескивание. Чувствительность глины к сушке характеризуется коэффициентом чувствительности Кч, определяемым по формуле 3. А. Носовой
По степени чувствительности к сушке глины разделяют на следующие классы:

— при /Сч<1 — глины малой чувствительности;
— Кч = 1–1,5 — глины средней чувствительности;
— Кч = 1,5 — глины высокочувствительные.

Установлено, что глины с /Сч = 0,5 и менее также относятся к высокочувствительным, так как они отличаются очень низкой трещиностойкостью.

Огневой усадкой называют изменение линейных размеров высушенных изделий после их обжига.
Четкой зависимости между чувствительностью глин к обжигу и величиной их огневой усадки не отмечается.
При повышении пористости глиняного сырца уменьшается его чувствительность к обжигу, что объясняется локальной разрядкой возникающих напряжений за счет свободного объема пор. водотощителей в состав шихты является поэтому эффективным средством для устранения трещиноватости в процессе обжига, так как отощители снижают напряжения, возникающие при сушке, повышают пористость. Благодаря этому ускоряется подъем температуры при обжиге без появления внешних дефектов.
Большое влияние на чувствительность глин к обжигу оказывает минералогический состав и количество глинистой фракции. Кирпичные заводы должны обязательно учитывать этот фактор в своем производстве.Чем больше в глинистой фракции минералов монтмориллонитовой группы и чем выше содержание глинистой фракции глины, тем большей чувствительностью к обжигу они обладают.

В интервале температур от 800 до 900° начинается процесс спекания, выражающийся в уплотнении черепка при частичном плавлении легкоплавких смесей и обусловливающий огневую усадку.
Определение воздушной и огневой усадок необходимо для оценки поведения отформованных изделий в процессе сушки и обжига, разработки технологических режимов, установления размеров формуемых изделий и проверки свойств массы, из которой изготовляют изделия.

Для этого определяют полную усадку, представляющую собой величину изменения линейных размеров и объема образца в результате сушки и обжига.
Полная усадка может достигать 8—12% при использовании пластичных глин’и 2—5% при низкопластичных или сильно ото-щенных добавками пластичных глин.
Спекаемостью называется способность глин превращаться под действием высоких температур в камнеподобный черепок, обладающий водопоглощением не выше 5%.

Температура, при которой черепок перестает быть пористым (водопоглощение не выше 5%), сохраняя в то же время прианную ему форму (без деформации), называют температурой спекания. Разность между температурой спекания и началом деформации называют температурным интервалом спекания :
Т = Т2-Ти
где Т1—температура, при которой образец имеет водопоглощение 5 %;
Т2 — температура, при которой образец начинает деформироваться.

Интервал спекания глин имеет большое значение для правильного построения режима конечной стадии обжига керамических изделий.
Температурный интервал определяют путем установления объемного веса и водопоглощения плиток, изготовленных из испытываемых глин и обжигаемых при различных температурах в интервале от 900—1000° до 1100—1250° с градацией 50°.
Для изготовления образцов берут 5 кг глины из средней пробы, высушивают ее до воздушно-сухого состояния, измельчают, просеивают через сито с размерами ячеек 1 мм и замачивают водой до получения массы влажностью 17—19%. Пробу проминают и оставляют на вылеживание в течение суток. Затем при помощи специальной формочки нарезают плиточки размером 60X30X10 мм из раскатанной в лист массы. Плиточки высушивают до остаточной влажности 3—5% и обжигают в печи стопками по 9—12 шт. При каждой контрольной температуре плитки выдерживают по 30 мин и затем отбирают по 3 образца.

У отобранных образцов определяют водопоглощение и объемный вес. Та температура обжига образцов, при которой водопоглощение доходит до 5%, принимается за начало спекшегося состояния черепка.
Начало деформации определяют по увеличению объема образцов и уменьшению объемного веса или по появлению вспучивания.
В зависимости от того, до какой степени глины могут спекаться, они делятся на следующие виды:

— сильноспекающиеся, способные при обжиге давать черепок с водопоглощением до 2%, причем такое состояние черепка должно сохраняться в температурном интервале не менее 50°;
мсреднеспе кающиеся, способные образовывать черепок с водопоглощением не более 5%;
— неспе кающиеся, неспособные давать спекающийся черепок с водопоглощением менее 5% в интервале температур 50°.
В соответствии с температурой, при которой данная глина спекается, различают глины:
— низкотемпературного спекания, спекающиеся при температуре ниже 1100°;
— среднетемпературного спекания, спекающиеся в интервале температур от 1100 до 1300°;
— высокотемпературного спекания, спекающиеся при температуре выше 1300°.

Интервал спекания глины, применяемой в кирпичном производстве, обычно равен 50–100° и редко выше. Тугоплавкие и огнеупорные глины имеют более широкий интервал спекания.
Керамические стеновые материалы обжигают при температуре ниже полного спекания (900–980°), так как пористость их должна быть достаточно высокой.

Для кирпича полусухого прессования, вследствие недостаточного контакта между отдельными зернами глины, начало спекания наступает при более высокой температуре, чем в изделиях * пластического формования, в связи с этим конечная температура обжига такого кирпича должна быть на 50—100° выше.

Период нагрева от 100—150° до 800—850° является наименее опасным для обжига в отношении трещинообразования, и подъем температуры в этом интервале можно осуществлять с максимальной скоростью, допускаемой конструктивными особенностями печи. Допустимая скорость нагрева кирпича нормального размера в период его упругих деформаций начала размягчения черепка весьма высокая и составляет примерно 300° со значительными колебаниями в ту и другую сторону для разного сырья и состава масс.
Огнеупорность—свойство глин противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур.
По огнеупорности глины делят на следующие группы:

— огнеупорные — с показателем огнеупорности выше 1580°;
— тугоплавкие — от 1350 до 1580°;
— легкоплавкие—до 1350°.

Для определения огнеупорности глину сушат, растирают в ступке, пропускают через сито 0,2 мм и увлажняют водой. Из полученной массы формуют специальные пироскопы, представляющие собой трехгранную усеченную пирамиду высотой 30 мм со стороной нижнего основания 8 мм и верхнего 2 мм. Отформованные образцы высушивают и устанавливают вместе с эталонными образцами (пироскопами) на круглой керамической подставке. Эталонные пироскопы имеют определенные номера, которые показывают их температуру плавления.
Пироскопы обжигают в силитовой или криптоловой лабораторной печи. Подставку с пироскопами вводят в печь при температуре 1000°. Затем происходит подъем температуры со скоростью 15 град/мин до 1500° и 5 град/мин, начиная с 1500°.

При какой-то определенной температуре образцы и эталоны перегибаются на 180°, касаясь вершиной подставки. Огнеупорность глины соответствует огнеупорности того эталонного пироскопа, который коснулся подставки одновременно с испытуемым образцом.

« Назад к списку статей