Глинистое сырье по ГОСТ 9169-75 классифицируется по следующим признакам:
- по содержанию: Al2O3+TiO2
- красящих окислов: Fe2O3+ TiO2
- тонкодисперсных фракций и крупнозернистых включений
- пластичности
- огнеупорности
- спекаемости
Свойства определяются составом глинистых пород материалов: минералогическим, химическим, гранулометрическим.
Керамические свойства глин.
Глины характеризуются пластичностью, связностью и связующей способностью, отношением к сушке и к действию высоких температур.
Пластичность является важнейшим технологическим свойством глин – она обусловливает возможность формования различных керамических материалов и изделий.
Степень пластичности глины зависит от минералогического и гранулометрического (зернового) состава, формы и характера поверхности зерен, от содержания в глине растворимых солей и органических примесей, от количества примененной воды. Глина в воде размокает, при этом вода, проникая в поры между частицами глины, расклинивает их. Распадаясь на более мелкие зерна они образуют полидисперсные системы. Впитывая воду, частицы набухают, увеличиваются в объеме – водные свойства глин.
Под пластичностью глин подразумевают их способность давать при растворении водой тесто, которое может принимать под влиянием внешних усилий любую форму, без появления трещин и разрывов, и сохранять ее после прекращения действия внешних усилий.
Основным методом определения пластичности является определение усадки при сушке глиняного образца-сырца и водопотребности глиняного теста. Чем пластичнее глина, тем выше ее водопотребность и выше воздушная усадка. По пластичности глины классифицируются на:
- высокопластичные: водопотебность >28%, воздушная усадка 10-15%
- средней пластичности: водопотебность 20-28%, воздушная усадка 7-10%
- малопластичные: водопотебность <20%, воздушная усадка 5-7%
пластичность глин определяется числом пластичности П, которое представляет собой разность между абсолютными влажностями глины, соответствующими ее «нижней границе текучести» и «пределу раскатывания» (пределу пластичности).
По числу пластичности глины разделяются на:
- высоко-пластичные: П=(Wт-Wp)>25
- средне-пластичные: П=15-25
- умеренно-пластичные: П=7-15
- мало-пластичные: П<7
- непластичные: не дающие пластичного теста.
Важнейшей характеристикой пластических формовочных систем является ПЛАСТИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ. Пластическая или механическая прочность это предельное значение напряжения сдвига, выдерживаемое формовочной массой при статическом нагружении.
Так как пластичность глин зависит от гранулометрического состава их, то возможна следующая характеристика.
ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ:
Обычные глины.
- песчаные фракции: 5,0-0,14 мм
- пылевидные фракции: ,014-,005 мм
- глинистые фракции: <0,005 мм
Огнеупорные глины (высокодисперсные)
- фракция <0,001 мм-60-80%
Легкоплавкие глины
- преобладают фракции 0,01-,005 мм и ,005-0,001 мм
- содержание фракций с размером зерен <0,001мм – до 50%.
Большое влияние на связывающие вещества глин и на их усадку оказывают частицы фракции <0,001мм.
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЛИН.
К механическим свойствам глин относятся растяжимость, связность и связующая способность.
Растяжимость глин – предельное относительное удлинение их, при котором наступает разрыв образца.
Величина растяжимости определяет трещиностойкость керамических изделий при сушке.
СВЯЗНОСТЬ И СВЯЗУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ГЛИН.
Высохшее глинистое тесто сохраняет приданную ему форму благодаря силам сцепления (адгезии) частиц глины. Усилие, прилагаемое для разделения частиц глины, характеризует степень ее связности.
Связность глин зависит от содержания глинистых фракций.
Чем больше глинистых фракций, тем больше связность и наоборот.
Связующей способностью глин называют их свойство связывать частицы непластичных материалов, сохраняя при этом способность массы формоваться и давать после сушки полуфабрикат достаточно прочный, чтобы выдержать последующие производственные операции (транспортирование, установку в печь и т.д.).
СУШИЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ГЛИН. –
Отражают изменения, происходящие в глине при ее сушке:
- воздушная усадка;
- чувствительность глин к сушке;
- влагопроводность глины.
Воздушной усадкой глин называется изменение линейных размеров, которое претерпевает свежесформованный образец под влиянием процессов, сопровождающих сушку. Усадочное деформации обусловливаются силами капиллярного давления, которые стягивают частицы глины по мере сужения капилляров при удалении из них воды.
Относительная воздушная усадка глин колеблется в пределах 2-8%. Запесоченность глин снижает усадку. Монтмориллонитовые глины обладают наибольшей усадкой, каолинитовые – наименьшей.
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ГЛИН К СУШКЕ
характеризует их трещиностойкость в этом процессе. Причиной возникновения трещин является неодинаковая величина усадки по сечению и по поверхности изделия, в результате чего возникают напряжения.
Когда величина напряжений превосходит предел прочности материала, образуются трещины.
На трещиностойкость глин и изделий из них в сушке оказывают влияние прочность, растяжимость, усадочные и влагопроводящие свойства глин.
ВЛАГОПРОВОДНОСТЬ ГЛИНЫ – характеризует интенсивность перемещения влаги внутри глиняной массы. По своему физическому смыслу этот показатель близок к коэффициенту диффузии (м2/ч). Величина влагопроводности колеблется для глин от 0,66*10-4 до 2,14*10-4 м2/ч. Коэффициент диффузии равен массе вещества, проходящей через единицу площади за единицу времени при градиенте концепции равном
ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА – проявляются в процессе нагрева (обжига) глины при высоких температурах. Важнейшими из них являются огнеупорность и огневая усадка.
- Огнеупорностью называется свойство керамических материалов и изделий противостоять воздействию высоких, температур не расплавляясь.
Глинистые материалы, являясь неоднородным веществом, не имеют определенной точки плавления, а размягчаются постепенно в довольно широком интервале температур.
За огнеупорность глины условно принимают температуру, при которой стандартный образец – трехгранная усеченная пирамида из испытуемого материала со стороной нижнего основания 8мм, верхнего 2мм и высотой 30мм – настолько размягчается, что его вершина наклоняется и слегка касается подставки, на которой он установлен.
Под огневой усадкой понимают изменение линейных размеров, которые претерпевает воздушно-сухой образец под влиянием физико-химических процессов, сопровождающих обжиг.
- до t0=450-4700С глины утрачивают свою пластичность;
- при t0>4700С происходит обжиг, при котором часть глины (легкоплавкая составная) расплавляется, растекаясь в форме и обволакивая нерасплавившиеся частицы. Частичное плавление глины и действие сил поверхностного натяжения расплавленной массы вызывают сближение ее частиц, происходит сокращение объема – (огневая усадка). Огневая усадка в зависимости от вида глин колеблется от 2 до 6%.
Совокупность процессов усадки, уплотнения и упрочнения глины при обжиге называют спеканием глины. Спекаемость глин характеризуется как их способность давать без признаков пережога керамический черепок с водопоглощением В менее 5%.
НЕПЛАСТИЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.
К непластичным материалам и добавкам, вводимым в состав керамических масс, относятся отощающие, флюсующие (плавни), выгорающие и д.р. материалы.
ОТОЩАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ.
Пластичные жирные глины редко применяют в чистом виде (без специальных добавок), т.к. в процессе сушки и обжига они дают большую усадку, сопровождающуюся короблением и растрескиванием, что сильно затрудняет возможность изготовления из них изделий правильной формы и точных размеров. С целью уменьшения усадки керамических масс при сушке и обжиге и увеличения скорости обжига в их состав вводят отощающие материалы. Их делят на естественные и искусственные. К искусственным отощителям относят шамот, получаемый путем обжига глины, топливные и другие шлаки и золы.
Природными отощителями являются глинистые породы, число пластичности которых не выше 7 (глинистые сланцы, глины естественно жженые и др.). эти материалы напоминают по свойствам низкожженый шамот.
Одним из лучших природных отощителей являются кварцевые материалы. Чаще всего пески. Для тонкой керамики используют также жильный кварц, кварциты и др., в производстве строительной керамики наилучшими отощителями являются кварцевые, пески с размером зерен от 0,25 до 1мм. Мелкий песок ухудшает сушильные свойства, а также снижает связность глины, что уменьшает прочность сырца. Очень крупный песок придает изделиям шероховатую поверхность.
Эффективными отощителями являются шлаки, состав которых близок к волластониту, например шлаки химического производства. Образующиеся в результате взаимодействия ортофосфата кальция с углеродом и кремнезёмом шлаки используют на ряде предприятий в комбинации с глинами в количестве 50-55%.
При вводе этих шлаков в составы плиточных масс снижаются усадка и водопоглощение, повышаются морозостойкость и механическая прочность плиток. Т0С обжига этих плиток резко снижается до 840-8700С.
Выгорающие добавки – полностью или частично выгорают при обжиге керамических изделий. К ним относятся: древесные опилки, различные виды каменных углей, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС, лигнин.
Древесные опилки вводят для улучшения сушильных свойств полуфабриката – сырца. Они как бы армируют керамическую массу, повышая ее сопротивление разрыву и трещиностойкость в сушке. В обжиге опилки выгорают, оставляя в черепке относительно крупные поры, увеличивающие водопоглощение кирпича и его морозостойкость Добовляют 8-28%.