Свойства глин как основного сырья для производства керамических материалов. Минеральный и хтмтческий состав глин; компоненты, оказывающие влияние на свойства глин.

Свойства: Глинистое сырье обладает рядом физических, физико-хими­ческих, химических свойств, совокупность которых называется керамическими, и предопределяет возможность их использования в производстве керамики.

Пластичность — свойство глиняного теста деформироваться под нагрузкой без образования трещин и разрывов и сохранять приданную форму после снятия этой нагрузки.

Пластичность глин вы­ражается числом пластичности (П), которое определяется по формуле:

П= W₁ -W₂(%),

где W₁ — влажность, при которой глина переходит из пластич­ного состояния в текучее, называемая нижней границей текучести;

W₂ — влажность, при которой глина переходит из пластичного состояния в хрупкое, называемая границей раскатывания.

В зависимости от значений числа пластичности все глины под­разделяются на высокопластичные с числом пластичности более 25; среднетастичные — от 15 до 25; умеренно пластичные — от 7 до 15; малопластичные — до 7; непластичные — не способные при затворении водой давать пластичное тесто.

Связующая способность определяется количеством (в процен­тах от массы глины) нормального (вольского) песка, при введении которого в шихту образуется тесто с числом (интервалом) пластич­ности не менее 7. В соответствии с этим глины (в зависимости от количества добавленного в них песка) делятся: а) на хорошо связующие (жирные) — более 50%; б) пластичные — 20-50%; в) тощие — до 20%.

В процессе изменения влагосодержания глины способны из­менять свой объем (набухать или проявлять усадку).

Воздушная усадка (усушка) глин связана с удалением воды из свежеотформованного сырца в процессе сушки при температурах до 110 ˚ С.

Линейная воздушная усушка глин а выражается формулой α =(L-L₁)/L*100(%), где L — начальная длина свежеотформованного образца, мм; L₁ — длина высушенного образца, мм.

Объемная воздушная усушка рассчитывается по формуле β =(ν -ν ₁)/ν *100(%), где v — начальный объем свежеотформованного образца, см³; v₁ — объем образца после сушки, см³.

Воздушная усушка различных глин может колебаться в ши­роких пределах: у высокопластичных глин она превышает 10%, у среднепластичных составляет 6-10%, у малопластичных — менее 6%.

Отношение глинистого сырья к сушке характеризуется коэф­фициентом чувствительности К_ч , введенным в керамическую технологию З.А. Носовой и выражаемым отношением объемной усушки (усадки) к общей пористости суховоздушного материала.

В практике при оценке чувствительности глин к сушке применяют ускоренный способ А.Ф. Чижского, по которому она оценивается длительностью периода облучения свежеотформованного образца (55 х 55 х 10 мм) тепловым потоком до момента появления на нем трещин, что обусловлено градиентом усадки по сечению изделия, вызывающим нарушение сплошности сырца.

При обжиге под влиянием физико-химических процессов происходит изменение линейных размеров сырца, которое характеризуется величиной огневой усадки, определяемой по формуле α ₁=(L₁-L₂)/L₁*100(%),

где L₁ и L₂ — соответственно линейные размеры высушенно­го и обожженного образцов, см.

В зависимости от вида глин их линейная огневая усадка колеблется в пределах 2-8%, а полная (суммарная воздушная и огневая) — в пределах 5-18%. Спекание —это процесс уплотнения черепка в процессе обжи­га, характеризуемый водопоглощение материала, которое должно быть не более 5% для спекшейся керамики. Температурный интер­вал от начала спекания до начала плавления называется интервалом спекания глин и характеризует их плавкость или огнеупорность, которая устанавливается с помощью конусообразных образцов — пироскопов. Для получения плотного черепка этот интервал должен быть не менее 100 °С, а пористого — не менее 50 °С. По степени спекания глины подразделяются: а) на сильноспекающиеся — с водопоглощением черепка, обожженного при температуре 1300 °С, не более 2%; б) среднеспекающиеся — при 1100— 1300 °С — не более 5%; в) неспекающиеся — с водопоглощением выше 5%. Так как спекание может происходить при различных температурах, по этому показателю различают глинистое сырье низкотемпературное (температура спекания до 1100 °С); среднетемпературное (1100-1300 °С) и высокотемпературное (выше 1300 °С).

Глины не имеют определенной точки плавления, поэтому за температуру их плавления принимают показатель огнеупорности, по которому глиняное сырье делится на огнеупорное — с температурой плавления выше 1580 °С, тугоплавкое —от 1350 до 1580 ˚ С и легкоплавкое — до 1350 °С.

Состав: В зависимости от преобладающего минерала глинистое сырье делится на гидрослюдистое, каолинитовое, монтмориллонитовое и полиминеральное. Глинистые минералы являются наиболее важной составляющей глинистого сырья, поскольку они в увлажненном состоянии образуют пластичное тесто. Химический состав является другой важной характеристи­кой глинистого сырья, в котором принимают участие следующие основные оксиды. Кремнезем SiO₂, глинозем Al₂O₃, окислы щелочных металлов СаО и MgO, соединения железа Fe₂O₃, FeO, Fe₂S, оксиды щелочноземельных металлов Na₂O, K₂O, органические вещества (остатки растений и гумусовых веществ).

В настоящее время развитие нашей машиностроительной промышленности дает возможность непрерывно совершенствовать механическое оборудование заводов строительной керамики. Широко применяются новые виды дробильно-помольных, смесительных и формовочных машин. Предприятия оснащаются новейшим подъемно-транспортным оборудованием, особенно важным для керамического производства, нуждающегося в заготовке и перемещении больших масс сырья и тяжеловесной продукции. Перевод керамических предприятий на природный газ в качестве топлива не только повышает производительность труда и снижает себестоимость изделий, но и повышает качество вырабатываемой продукции. В ближайшее время помимо мероприятий общего технического прогресса — механизации и автоматизации, совершенствования технологии и улучшения организации труда — необходимо добиваться снижения себестоимости изделий и обратить особое внимание на организацию выпуска новых, высокоэффективных керамических строительных материалов и изделий.

37. Общая технология производства керамических материалов и изделий. Понятие о процессах, происходящих при сушке и обжиге глин. Что такое спекание?

черепицы. 3) Мокрый (шликерный). материал измельчают и смешивают в присутствии большого количества воды, влажность больше 40%, получают однородную суспензию – шликер. Изделия изготавливают методами литья гипсовыми формами. Применяется, когда сырьевая масса многокомпонентная, состоит из трудноспекаемых глин, а получаемые изделия имеют достаточно сложную конфигурацию. Этот способ самый энергозатратный. Изготавливают раковины, унитазы, тонкие плитки. 4. Сушка – процесс удаления влаги из принявшего законченную форму сырца. Может осуществляться в искусственных и естественных условиях. Естественная – в течение 20 суток в сушильных сараях, недостатки: непостоянство, продолжительность, необх-сть иметь большие сушильные площади, большая трудоемкость. Искусственная – в сушилках непрерывного и периодического действия за счет регулируемого подвода энергии (теплоносителя – горячий воздух, специально подогретый или отбираемый из печей, и отходящие от печи газы). В конвейерных и туннельных сушилках изделия перемещаются непрерывно с постоянной скоростью. По мере передвижения сырец встречает теплоноситель с уменьшающейся относит. влажностью и повышающейся температурой. 5. Обжиг изделия - процесс высокотемпературной обработки глиняного сырца, в результате которой он превращается в камнеподобное тело, стойкое к механич., физ. и хим. воздействиям. Осуществляется в туннельных (непрерывного действия) и кольцевых печах. При загрузке изделий идет прогрев изделия, обжиг, охлаждение. При прогреве – медл. подъем температуры до 100-120°С, при этом удаляется свободная влага. В дальнейшем температура повышается до 750°С, при этом происходит выгорание органических примесей, удаление химически связанной воды и распад глинистых материалов на отдельные оксиды. Обжиг осуществляется при 950° и более. Идет частичное сплавление сырьевых составляющих, при этом более легкоплавкие сплавляются и образуют искусств. минералы. расплав заполняет поры и пустоты, нерасплавленные частицы сближаются и в последствии при охлаждении образуют единый монолит – черепок. При охлаждении изделия происходит образование монолита. Спекание – процесс уплотнения черепка в процессе обжига, характеризуемый водопоглощением материала, которое должно быть не более 5% для спекшейся керамики. Температурный интервал от начала спекания до начала плавления называется интервалом спекания глин и характеризует их плавкость или огнеупорность. Для получения плотного черепка этот интервал должен быть не менее 100°С, пористого – не менее 50°С. По степени спекания глины подразделяются на сильно-, средне- и неспекающиеся.

38. Стеновые керамические материалы. Свойства и применение. Какими показателями характеризуется качество керамического кирпича? Маркировка кирпича и керамических камней.

Стеновые керамические изделияпредназначены для кладки и облицовки несущих и самонесущих стен и других элементов зданий и сооружений, а также для изготовления стеновых панелей и блоков. Их изготовляют в виде правильного параллелепипеда. Кирпич изготавливают полнотелым и пустотелым, ка­мень — только пустотелым. Пустоты в изделиях могут быть сквозными или несквозными и располагаться перпендику­лярно (вертикальные) или параллельно постели (горизонтальные). По способу формования изделия стеновой керамики подразделяют на изделия, получаемые пластическим формованием и полусухим прессованием. Стеновые изделия подразделяют на рядовые и лицевые. Рядовые изделия предназна­чены для обеспечения эксплуатационных характеристик кладки. Лицевые изделия, кроме обеспечения эксплуатационных характе­ристик кладки, выполняют функции декоративного материала.

Для производства изделий стеновой керамики используют глинистое сырье, трепел, диатомит, лессы, промышленные отходы, минеральные и органические добавкиКерамический кирпич. Одинарный 120х250х65, утолщенный 120х250х88, модульный 288х138х63. Кирпич выпускают полно- и пустотелым. Кол-во пустот, их вид и конфигурация опред-ся теплотехническим расчетом. К кирпичу предъявляются требования по внешнему виду 9для соответствия – эталон). Если кирпич более светлый и при простукивании имеет глухой звук, то это недожог. Если кирпич имеет боле темный цвет, звук – дребезжащий, грани могут быть оплавлены – пережог. Недожог и пережог не допускаются. Не допускаются и «дутики» - известковые включения. Кирпич обязательно проверяют на точность размеров (отклонения по длине, ширине, высоте, параллельность граней и рёбер, наличие трещин, отбитостей). В зависимости от средней плотности кирпич и камни разделяют на след. 3 группы(камни всегда только пустотелые и отличаются только по размерам): 1. Эффективные - ρ _с < 1400 кг/м³ (кирпич), ρ _с < 1460 кг/м³ (камни); 2.условно-эффективные ρ _с =1400(1460)..1600 кг/м³ 3. Обыкновенный кирпич ρ _с > 1600 кг/м³. Основной характеристикой кирпича является его марка по прочности на сжатие и на изгиб. Для определения марки испытывают 5 образцов на сжатие и столько же на изгиб, на сжатие используют образец или из 2 половинок, или из 2 кирпичей. По прочности кирпич подразделяют на марки М100, М125, М150, М175, М200, М250, М300; крупноформатные камни – М35, М50, М75, М100, М125, М150, М175, М200, М250, М300; кирпич и камень с горизонтальными пустотами – М25, М35, М50, М75, М100. По морозостойкости кирпич выпускается F25, F35, F50.. Изделия из трепела и диатомита. Получают кирпич и камни, но по сравнению с керамическими они имеют меньшую среднюю плотность. Эффективные – 700-1000, условно-эффективные – 1000-1300, условно-эффективные - > 1300. И трепелы, и диатомиты в значительно меньшей степени изменяют размеры и объем при обжиге, хорошо выдерживают температуры до 900°С и более. Изделия более дорогостоящие, но их часто применяют для кладки футеровки печей, используют при производстве строй. материалов и в металлургической промышленности. Для снижения теплопроводности промышленность выпускает поризованные крупные блоки, которые за счет своей пористой структуры имеют значительно меньшую теплопроводность. Поризация идет за счет введения пенно-, газообразующих добавок.И камни, и блоки могут выпускаться любых размеров. Принято соотносить объем таких изделий к объему кирпича нормального формата. Для идентификации строительства из кирпича или камней могут выпускать виброкирпичные панели: одно-, двух- (кирпич и утеплитель), трехслойные.