Способность к воздушной и термической усадке

Что такое глина? Из чего она состоит?

Глинами называются землистые обломочные горные породы осадочного происхождения, состоящие, в основном, из высокодисперсных 4 гидроалюмосиликатов, дающие при затворении водой пластичное тесто, сохраняющие при высыхании форму, и приобретающие после обжига прочность камня. Главнейшие первичные породы, из которых образовались глины и каолины – граниты и гнейсы. При выветривании сначала происходит их распад на составляющие минералы - кварц, слюду и полевые шпаты; затем под действием водных растворов углекислоты идет более глубокое разложение двух последних материалов.

Глина представляет собой осадочную горную породу, имеющую мелкозернистую структуру. Это очень интересный по своим свойствам вид породы, потому что в сухом состоянии она рассыпчатая и похожа на пыль, а в увлажненном виде — мягкая и пластичная, способная принимать любую заданную форму. При застывании же после увлажнения глина становится удивительно крепкой и прочной.

Влажная глина мягкая и пластичная. Она способна принимать любую форму.

Глина является осадочной горной породой, представляющей собой вторичный продукт земной коры (осадочный чехол, гранит, базальт), который образовался в результате разрушения скальных пород путем их выветривания.

Самым главным источником для образования глины служит полевой шпат, который в процессе распада под воздействием атмосферных осадков образует каолинит и другие составляющие части глин.

Минералы в составе глин.

В состав глины входит один или несколько минералов группы каолинита, монтмориллонита или других слоистых глинистых минералов. В глине также могут содержаться карбонатные и песчаные частицы.

В зависимости от количества и качества минералов, входящих в состав глины, это полезное ископаемое может быть самых разных цветов и оттенков — светло — желтого, оранжевого, красновато — коричневого, серого, белого и многих других.

Некоторые свойства глины

Среди основных характерных свойств глины можно назвать следующие:

1. Высокий уровень пластичности
2. Способность принимать любую заданную форму
3. Огнеупорные свойства
4. Способность к воздушной и термической усадке
5. Отличная спекаемость
6. Вязкость глин различных сортов
7. Степень усушки
8. Пористость глины
9. Набухание глин
10. Плотность
11. Водонепроницаемость

Пластичность глины.

Под пластичностью глин принято понимать их способность под действием нагрузки деформироваться без разрыва сплошности (образования трещин), принимать любую форму и сохранять ее после прекращения действия нагрузки.

Определение формовочной влажности

Количество воды, необходимое для придания глиняной массе нормальной рабочей консистенции, называют формовочной влажностью. Влажность нормальной рабочей глиняной массы (или нормального теста) определяют, как правило, на ощупь (органолептически). Это влажность, при которой она способна формоваться под действием руки человека и в то же время не прилипать к руке и к металлу. Различают абсолютную формовочную влажность или воду затворения и относительную или полное водосодержание. Для определения формовочной влажности глину, просеянную через сито с сеткой 1 мм, замачивают водой, тщательно проминают руками или пробивают через сырую мешковину деревянным молотком. Нормальная рабочая влажность считается достигнутой, если глиняное тесто хорошо формуется и при раскатывании не прилипает к столу.

Огнеупорность глины.

Наиболее характерным свойством огнеупорных глин является пластичность.

Этим свойством называют способность увлажненных глин под действием незначительных внешних усилий изменять свою форму без появления трещин и сохранять ее в статическом состоянии.
Пластические свойства глин проявляются лишь в смеси с водой и с некоторыми другими жидкостями. Эти свойства зависят от ряда факторов: минерального состава, степени дисперсности и формы частиц глины, присутствия в ней электролитов и гумусовых веществ, взаимоотношений дисперсной фазы (глинистых частиц) и дисперсионной среды (воды или другой жидкости).

Пластичность является обратимым свойством глин при нагревании их до 110—150 °С; повышение температуры нагревания постепенно ухудшает это свойство, после завершения процесса дегидратации глины (450—600 °С) пластичность может совсем исчезнуть. Пластические свойства глины легко снизить введением отощителей (кварца, шамота и др.), повышается же пластичность глин только после длительного их вылеживания или тонкого измельчения или же при добавлении электролитов.

Излишняя пластичность глин может быть устранена путем введения в них непластичных (отощающих) добавок или добавлением малопластичных глин. При недостаточной пластичности глину отмучивают, освобождая ее от песка, подвергают вылеживанию на открытом воздухе, измельчают на специальных машинах, обрабатывают паром, вакуумнруют, а также добавляют пластичную глину. В результате повышается дисперсность глин, улучшается нх набухаемость и повышаются пластичность и формовочная способность.

Связующая способность глины, выражается в том, что глина может связывать частицы непластичных материалов (песка, шамота и др.) и образовывать при высыхании достаточно прочное изделие — сырец. Связность — усилие, необходимое для разъединения частиц глины. Связность глин обусловлена малой величиной и пластинчатой формой частиц глинистого вещества. Высокой связностью обладают глины, содержащие повышенное количество глинистых фракций.
По количеству связываемого песка каждая огнеупорная глина относится к одной из четырех групп:
• связующая – 50% песка,
• пластичная – 20-50% песка,
• тощая – 20% песка,
• камнеподобная (сухари и сланцы) – не образует теста и не связывает.

Воздушная усадка характеризуется уменьшением длины образца, изготовленного из пластичного теста и высушенного до постоянной массы, и выражается в процентах к первоначальному размеру. Колебание воздушной усадки огнеупорных глин находится в пределах 3 - 11 %. Наибольшую усадку имеют глины с высокой пластичностью («жирные»), а наименьшую — малопластичные («тощие»).
Из-за большой усадки глин при сушке и обжиге из одних глин трудно изготовлять изделия правильной формы и точных размеров, поэтому в технологии, например, шамотных огнеупоров к глинам добавляют шамот. Количество добавляемого шамота зависит от связующей способности глин. Чем выше пластичность глин, тем выше их связующая способность. Однако связующая способность и пластичность – это различные свойства.

Огневая усадка глин — изменение размеров и объема при обжиге изделия. При обжиге наиболее легкоплавкие соединения глины переходят в состояние жидкости, которая обволакивает нерасплавившиеся частицы и частично заполняет промежутки между ними. Частичное плавление глины и действие сил поверхностного натяжения жидкой фазы вызывают сближение твердых частиц обжигаемой глины и объем ее уменьшается, т.е. происходит огневая усадка. При большом содержании в глине кварцевого песка может не быть усадки или даже произойдет расширение материала, что связано с переходом кварца при нагревании в другую кристаллическую форму с увеличением объема. Огневая усадка глин может быть 2-6%. Полной усадкой глин называют сумму воздушной и огневой усадок. Полная усадка обычно составляет 5-18%. Для получения изделий с заданными размерами полную усадку учитывают при формовании, соответственно увеличивая размеры сырца.
У большинства огнеупорных глин огневая усадка начинается при 600—650°С и протекает медленно и равномерно до 900—1000° С. Выше этой температуры усадка идет интенсивно и заканчивается при 1250—1400° С. Присутствие кремнезема вследствие его роста при обжиге в значительной степени компенсирует усадку глин.

Температура спекания — температура, при которой глина полностью спекается, т. е. теряет после охлаждения способность впитывать воду. Интервал спекания огнеупорных глин – 400ºС. Огнеупорные глины (и изделия из них) противостоят действию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь.

Огнеупорность — свойство противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур. Шамотная глина имеет показатель огнеупорности выше 1580°.
Указанная способность достигается за счет малого содержания примесей в глине. Такие глины используют для производства фарфора, фаянса и огнеупорных изделий.

Огнеупорная глина обычно имеет белый или серо-белый цвет. В её состав входят каолинит и гидрослюды. Такие глины используют для производства огнеупорного кирпича и других жаропрочных изделий. Огнеупорные глины должны выдерживать при обжиге температуру не менее 1580 градусов. После обжига изделия из данной глины становятся непроницаемыми для воды.
Благодаря таким свойствам шамотная глина широко используется для кладки печей. Из нее изготавливают специальный огнеупорный кирпич, которым выкладывается внутренняя часть печки – топка. Причем в качестве связующего раствора используется все та же глина для печи.
Для изготовления шамотных или полукислых огнеупоров глину, предварительно отсортированную от загрязненных кусков, обжигают в печках, после чего размалывают первоначально на щековой дробилке, а затем на бегунах и просеивают. Подготовленный порошок обязательно подвергают очистке для удаления примесей аппаратурного железа, которое вызывает образование пузырей в стекломассе и закраску стекла. Хранить глину необходимо в условиях, исключающих ее размывание и загрязнение.

Помимо кладки печей, огнеупорная глина может быть использована для изготовления мертелей, огнеупорных масс и обмазок. Кроме того, из шамотной огнеупорной глины делают декоративную плитку, малые архитектурные формы, керамические изделия и фарфорово-фаянсовые изделия, а также изготавливают тигли для плавки золотых и серебряных сплавов.

В зависимости от температуры спекания (водопоглощение не более 5 %):

а) низкотемпературного спекания – спекающиеся при температуре ниже 1100 °С;

б) среднетемпературного спекания – спекающиеся в интервале температур от 1100 до 1300 °С;

в) высокотемпературного спекания – спекающиеся при температуре выше 1300 °С.

Способность к воздушной и термической усадке

Глины, содержащие повышенное количество глинистых фракций, обладают более высокой связностью, и, наоборот, глины с небольшим содержанием глинистых частиц имеют малую связность. С увеличением содержания песчаных и пылевидных фракций понижается связующая способность глины. Это свойство глины имеет большое значение при формовании изделий. Связующая способность глины характеризуется возможностью связывать частицы непластичных материалов (песка, шамота и др.) и образовывать при высыхании достаточно прочное изделие заданной формы.

Чувствительностью глин к сушке называют способность сырца отформованного из глины противостоять без трещин и деформации внутренним напряжениям, развивающимся в результате удаления усадочной воды.

Влагопроводность – способность глин пропускать влагу, стремящуюся перейти в процессе сушки из центральных зон сырца к периферийным, т.е. способность к внутренней диффузии.

Усадкой называют уменьшение линейных размеров и объема при сушке образца (воздушная усадка) и обжиге (огневая усадка). Воздушная усадка происходит при испарении воды из сырца в процессе его сушки. Для различных глин линейная воздушная усадка колеблется от 2–3 до 10–12 % в зависимости от содержания тонких фракций. Огневая усадка происходит из-за того, что в процессе обжига легкоплавкие компоненты глины расплавляются и частицы глины в местах их контакта сближаются. Огневая усадка в зависимости от состава глин составляет 2–8 %. Это свойство глин учитывают при изготовлении изделий необходимых размеров.

Виды глины

Различают несколько видов глин, среди которых можно назвать следующие:

• Каолин — так называется знаменитая белая глина, которую используют для производства красивейшего фарфора и огнеупорных изделий.
• Строительная глина — используется для приготовления растворов, которые применяются в процессе возведения сооружения различного назначения.
• Глинистый сланец — применяется в процессе производства цемента.
• Огнеупорная глина — подходит для изготовления огнеупорных кирпичей и других жаропрочных изделий.
• Бентонит — при погружении в воду увеличивается в объеме в несколько раз, используется в буровых растворах в процессе бурения скважин.
• Сукновальная глина — обладает отбеливающими и фильтрующими свойствами. Фильтры из сукновальной глины широко используются для очистки от примесей нефтепродуктов, а также различных видов масел — как пищевых, так и технических.
• Гончарная (комовая) глина применяется в процессе изготовления керамической посуды.
• Красная глина — применяется в качестве лечебного и косметического средства для нанесения масок на лицо и тело.
• Глина из песчаника — используется для изготовления посуды, декоративных керамических изделий и сувениров.

Сфера применения глины

После соединения с нужным количеством воды глина способна образовывать массу в виде теста, обладающую пластичными свойствами. В зависимости от расположения месторождения данного природного сырья, глина характеризуется различными качественными показателями. Поэтому ее используют для различных целей. Среди сфер применения различных сортов глины можно назвать следующие:

Производство керамики — одна из самых главных сфер применения глины. Из различных сортов этого природного материала делают прекрасные образцы керамической посуды, фаянс и фарфор. Гончарное искусство насчитывает уже несколько тысячелетий, и продолжает совершенствоваться и в наши дни.

Процесс изготовления гончарных изделий

Изготовление стройматериалов — глина повсеместно применяется в производстве кирпича. На сегодняшний день подавляющее большинство кирпичных изделий производятся на заводах, однако существует также кустарный способ ручной формовки кирпича, который с успехом применяется в некоторых регионах.

Производство цемента — для изготовления цемента используется смесь глины (25%) с известняком (75%). В процессе производства сырье аккуратно измельчают, а затем тщательно перемешивают. При этом должна соблюдаться строгая дозировка компонентов, иначе получится цемент низкого качества.

Глина является сырьем для производства цемента

Техническая керамика представляет собой достаточно обширную группу специальных керамических изделий, изготовленных из пластичной массы, основу которой составляет глина. Керамика технического назначения широко используется в различных областях жизни и деятельности человека — в виде сантехнической керамики, в качестве изоляторов электрического тока в приборах и в проводке, и во многих других сферах.

Глинобитное строительство — глинобитные постройки представляют собой архитектурные сооружения, главным материалом для возведения которых служит глина. Глинобитные дома являются одними из первых образцов древнейшей архитектуры. При этом способы использования глины могут быть разными. Так, глиняную массу могут утрамбовывать в форму из деревянных дощечек, или же глину смешивают с измельченной соломой и замазывают этим составом дощатую основу.

Медицина и косметология — издавна глина широко используется в лечебных и косметических целях. Глина входит в состав некоторых лечебных мазей, а также сорбентов и препаратов для избавления от диареи. А в косметологии из глины делают маски для лица и тела, а также включают ее в состав некоторых кремов.

Пищевая глина — некоторые виды глины являются съедобными и употребляются в пищу. Пищевая глина представляет собой специальную добавку к основному рациону питания человека, и является ценным источником минеральных солей и микроэлементов. Съедобная глина служит сорбентом природного происхождения, который помогает очистить организм человека от шлаковых отложений и вредных токсинов. В то же время глина обладает обволакивающим действием и может использоваться в качестве натурального антисептика.