Сырье для производства керамических строительных материалов

Для одной и той же глины  величина воздушной усадки зависит  от начальной влажности образца. В первый период сушки величина объемной усадки равна объему испарившейся из изделия влаги. При этом в первую очередь из глины испаряется капиллярная  вода, обладающая менее прочной связью с глинистыми частицами. Затем вода из гидратных оболочек начинает перемещаться в капилляры толщина оболочек уменьшается, и частицы глины  начинают сближаться. Затем наступает  момент, когда частицы приходят в  соприкосновение, и усадка постепенно прекращается. Зерна непластичных материалов также могут сближаться за счет сближения  глинистых частиц, однако другие зерна  препятствуют полному сближению глиненных частиц, т. е. наличие в массе непластичных материалов уменьшает воздушную усадку.

 

Чувствительность  глин к сушке влияет на сроки сушки- чем больше чувствительность глины к сушке, тем больше нужно затратить времени на сушку, чтобы получить изделие без трещин. С увеличением содержания глинистого вещества, особенно монтмориллонита, чувствительность глин к сушке увеличивается.

 

Влагопроводящая способность характеризует интенсивность перемещения влаги внутри сохнущего изделия. Процесс сушки глиняного изделия включает в себя три фазы: переме­щение влаги внутри материала, парообразование и перемещение водяных паров с поверхности изделия в окружающею среду. Количественной мерой, косвенно характеризующей интенсивность перемещения влаги внутри сохнущего изделия, является коэффициент диффузии. Он зависит от размеров капилляров, температуры, влагосодержания, вида глинистого минерала (у монтмориллонитовых глин он в 10—15 раз меньше, чем у каолинитовых), запесоченности глин.

 

В процессе нагревания глин проявляются их термические свойства. Важнейшие из них - огнеупорность, спекаемость  и огневая усадка.

 

Огнеупорность — способность глин противостоят, воздействию высоких температур не расплавляясь. Огнеупорность глин зависит от их химического состава. Глинозем повышает огнеупорность глин, тонкодисперсный кремнезем понижает, а крупнозернистый повышает. Соли щелочных металлов (натрия, калия) резко понижают огнеупорность глин и служат наиболее сильными плавнями, оксиды щелочноземельных металлов также снижают огнеупорность глин, но их действие проявляется при более высоких температурах. По показателю огнеупорности (°С) глинистое сырье делят на три группы: 1я- огнеупорные (1580 и выше), 2-и — тугоплавкие (менее 1580 —до 1350), 3-я—легкоплавкие (менее 1350).

 Огнеупорные разности глинистых пород имеют в основном каолинитовый, гидрослюдистый и галлуазитовый состав или состоят из смеси этих минералов с примесью кварца и карбонатов. В химическом составе огнеупорных глинистых пород преобладают SiO2 и А12О3, которые в лучших разностях огнеупорных глин находятся в количествах, близких к содержанию их в каолините (SiO2 – 46,5 %, Аl2О3 – 39,5 %). В некоторых разностях огнеупорных глин содержание А12О3 снижается до 15–20 %. Оксиды железа и сульфиды находятся в подчиненных количествах. Вредными примесями являются кальцит, гипс, сидерит, соединения Mn и Ti.

Тугоплавкие глинистые породы по минеральному составу не выдержаны: в них присутствуют каолинит, галлуазит, гидрослюды и в виде примесей –  кварц, слюда, полевой шпат и другие минералы. Глинозем содержится в них  в пределах 18–24 %, иногда до 30–32 %; кремнезем  – 50–60 %, оксиды железа – до 4–6 %, реже 7–12 %.

Легкоплавкие глинистые  породы, как правило, полиминеральны. Обычно в них присутствуют монтмориллонит, бейделлит, гидрослюды и примеси  кварца, слюд, карбонатов и других минералов. Содержание глинозема в этих породах  не превышает 15–18 %, кремнезема – 80 %, а  содержание оксидов железа повышено до 8–12 %. Для них характерно также  высокое содержание плавней –  тонкодисперсных примесей железистых, кальциевых, магниевых и щелочных минералов.

Спекаемость — способность глин уплотняться при обжиге с образованием твердого камнеподобного черепка. Она характеризуется степенью и интервалом спекания.

 

Степень спекания контролируют величиной водопоглощения и плотности  керамического черепка. В зависимости  от степени спекания глинистое сырье  подразделяют на сильноспекающееся (получается черепок без признаков пережога с водопоглощением менее 2%), среднеспекающейся (черепок с водопоглощением 2— 5%) и не спекающееся (черепок с водопоглощением 5% и менее без признаков пережога не получается). Признаками пережога являются деформация образца, видимое вспучивание или снижение его общей плотности более чем на 0,05* 10 г/см3. Указанные значения водопоглощения должны сохраняться не менее чем в двух температурных точках с интервалом 50'С. Например, если в процессе обжига глины при температуре 1150°С черепок имеет водопоглощение 0,5%, а при 1100 — 2%, глниа сильноспекающаяся, а если та же глина на при температуре 1100:;'С образует чере­пок с водопоглощением 4%, ее относят к среднеспекающейся.

 

Спекание у глин может  происходить при разных температурах. Если температура спекания глин ниже 1100°С, их называют глинами низкотемпературного  спекания. 1100 -1300"С — среднетемпературного спекания, более 1300 С высокотемпературного спекания. Спекаемость глин определяют по ГОСТ 21216.9—81.

 

Интервал спекания также  характеризует спекаемость глин и представляет собой разность между  температурой начала пережога (деформации) глины и температурой начала спекания, при которой начинается интенсивное  уплотнение материала. Наименьший интервал спекании (примерно 50-100С".) у легкоплавких глин, наибольший (до 400С)- у огнеупорных.

Интервал обжига изделий  в отличие от интервала спекания глин представляет собой разность между  температурами обжига изделия, в  пределах которых получают годное изделие, т. е. его водопоглощение находится  в пределах требований стандарта  на изделие.

 

Огневая усадка - уменьшение размеров абсолютно сухого глиняного образна при его обжиге. Сближение глинистых частиц происходит во время обжига при появлении жидкой фазы. Нерасплавившиеся частицы массы при этом смачиваются и сближаются под воздействием сил поверхностного натяжения. Огневая усадка колеблется от 2 до 8%.

3.3 Классификация глинистого сырья  для керамической продукции

Глинистое сырье для керамической промышленности делится по основным показателям на следующие классы и группы:

 

1. По  содержанию суммы оксидов Al₂O₃ и TiO₂ в прокаленном состоянии:

а) высокоосновные – с  содержанием Al₂O₃ + TiO₂ более 40 %;

б) основные – с содержанием Al₂O₃ + TiO₂ от 30 до 40 %;

в) полукислые – с содержанием Al₂O₃ + TiO₂ от 15 до 30 %;

г) кислые – с содержанием Al₂O₃ + TiO₂ менее 15 %.

 

2. По  содержанию красящих оксидов  (Fе₂О₃ и ТiО₂) в прокаленном состоянии:

а) с весьма низким содержанием  красящих оксидов Fе₂О₃ + ТiО₂ не более 1 %;

б) с низким, содержанием  красящих оксидов: Fе₂О₃ менее 1,5%; ТiО₂ –    менее 1 %;

в) со средним содержанием  красящих оксидов: Fе₂О₃ от 1,5 до 3%; ТiО₂ от 1 до 2 %;

г) с высоким содержанием  красящих оксидов: Fе₂О₃ более 3 %; ТiО₂ - более 2 %.

 

3. По  пластичности:

а) высокопластичные – число  пластичности более 25;

б) среднепластичные – число  пластичности от 15 до 25;

в) умеренопластичные –  число пластичности от 7 до 15;

г) малопластичные –число пластичности менее 7;

д) непластичные – неспособные  при затворении водой давать пластичное тесто.

 

4. По  содержанию тонкодисперсных фракций:

а) высокодисперсные – с  содержанием частиц размером менее 10 мкм более 85 % или менее 1 мкм  более 60 %;

б) дисперсные – с содержанием  частиц размером менее 10 мкм от 40 до 85 % или менее 1 мкм от 20 до 60 %;

в) грубодисперсные –  с содержанием частиц размером до 10 мкм менее 40 % или до 1 мкм менее 20 %.

При наличии обоих показателей (менее 1 и менее 10 мкм) классификация  производится по содержанию частиц размером менее 1 мкм.

 

5. По  содержанию крупнозернистых включений:

а) с низким содержанием  включений  –   не более 1 % частиц размером более 0,5 мм;

б) со средним содержанием  включений –   от 1 до 5 % частиц размером более 0,5 мм;

в) с высоким содержанием  включений – свыше 5 % частиц размером более 0,5 мм.

 

6. По  размеру включений: 

а) с мелкими включениями  – преобладающие включения размером менее 2 мм;

б) со средними включениями – преобладающие включения размером от 2 до 5 мм;

в) с крупными включениями – преобладающие включения размером более     5 мм.

 

7. По  виду включений: 

а) с кварцевыми включениями;

б) с железистыми включениями;

в) с карбонатными включениями;

г) с гипсовыми включениями;

д) с органическими включениями.

 

 

8. По  огнеупорности: 

а) огнеупорные – с  показателем огнеупорности свыше 1580 °С;

б) тугоплавкие – с  показателем огнеупорности от 1350 до 1580 °С;

в) легкоплавкие – с показателем  огнеупорности ниже 1350 °С,

 

9. В  зависимости от степени спекания:

а) сильноспекающиеся –  способные при обжиге давать черепок  без признаков пережога с водопоглощением  не более 2 % не менее чем в двух температурных точках с интервалом 50 °С;

б) среднеспекающиеся –  обеспечивающие возможность получения  в этом же температурном интервале  черепка без признаков пережога с водопоглощением не более 5 %;

в) неспекающиеся – не способные давать спекшийся черепок (с водопоглощением не более 5 %) в  указанном выше интервале температур.

 

10. 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.

В зависимости от группы, к которой принадлежит данный вид сырья, согласно классификации  по ГОСТ 9169-75, определяется принципиальная возможность использования его  в промышленности для производства того или иного вида изделий.

 

Так, для производства высших сортов фарфора, фаянса, электроизоляционных изделий используют главным образом каолины и огнеупорные глины с весьма низким содержанием красящих оксидов.

Для производства фарфора, санитарно-технических фаянсовых изделий и фаянсовых облицовочных плиток применяют преимущественно каолины и огнеупорные глины с низким и средним содержанием красящих оксидов и равномерно окрашенным черепком.

Для химически стойких изделий (кирпич, плитка, насадочные кольца) используют огнеупорные и тугоплавкие глины низкотемпературного и среднетемпературного спекания (главным образом сильноспекающиеся).

Для производства метлахских плиток применяют в основном огнеупорные и тугоплавкие глины низкотемпературного и среднетемпературного спекания с равномерно окрашенным черепком.

Для канализационных труб используют преимущественно огнеупорные и тугоплавкие глины низко- и среднетемпературного спекания высокопластичные, среднепластичные и умереннопластичные.

Для производства облицовочных изделий (наружная облицовка зданий) применяют глины с равномерно окрашенным после обжига черепком.

Для изготовления эффективных стеновых материалов используют легкоплавкие среднепластичные и умереннопластичные глины.

Рядовые легкоплавкие глины  применяют для производства обыкновенного глиняного кирпича, дренажных труб и черепицы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

1. Абдрахимов В.З., Абдрахимова Е.С., Денисов Д.Ю. Керамические строительные материалы: учебник / Абдрахимов В.З., Абдрахимова Е.С., Денисов Д.Ю.; Самарская академия государственного и муниципального управления. – Самара, 2010 – 364с. 
2. Абдрахимов В.З. Керамические материалы / Абдрахимов В.З., Абдрахимова Е.С., Бородин А.Н., Ковков И.В., Денисов Д.Ю. – Самара .: «Новая техника». 2007. – 300 с.
3. Рыбьев И.А. «Строительное материаловедение», М.: «Стройиздат», 2002. – 716 с.
4. Воробьев В.А., Комар А.Г. Строительные материалы, М.: «Стройиздат» 1971. –512 с.
5. Масленникова Г.Н. и др. Керамические материалы. М.: Стройиздат, 1981. - 313 с.
6. Под ред. Микульского В.Г / Микульский В.Г., Горчаков Г.И., Козлов В.В., Куприянов В.Н., Орентлихер Л.П., Рахимов Р.З., Сахаров Г.П., Хрулев В.М. Строительные материалы, М.: Издательство АСВ, 2002 г. – 534 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение Б