Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Ответы к экзамену по дисциплине ТСК ( технология строительной керамики) для псмик - файл 1.doc


Ответы к экзамену по дисциплине ТСК ( технология строительной керамики) для псмик
скачать (478.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc479kb.23.11.2011 01:47скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

  1   2   3   4
Реклама MarketGid:
Загрузка...

  1. Классификация керамических строительных материалов по назначению и по способу формования

По назначению:- стеновые изделия – кирпич, керамические камни и панели из них.

- фасадные изделия – лицевой кирпич, различного рода плитки, архитектурно-художест­вен­ные детали, напорные панно.

- изделия для внутренней облицовки стен – глазурованные плитки и фасонные детали к ним (карнизы, уголки, пояски).

- плитки для пола.

- изделия для перекрытии (балки, панели, специальные камни).

- кровельные изделия (черепица).

- санитарно-строительные изделия – умывальные столы, унитазы, ванны.

- дорожные изделия – клинкерный кирпич.

- изделия для подземных коммуникаций – канализационные и дренажные трубы.

- теплоизоляционные изделия (керамзитокерамические панели, ячеистая керамика, диатомитовые и шамотные легковесные изделия).

- заполнители для бетонов (керамзит, аглопорит).

По назначению керамический кирпич подразделяется на: строительный (рядовой), облицовочный и специальный. Строительный служит для возведения несущих стен и перегородок, которые впоследствии облицовываются, штукатурятся, окрашиваются. Поскольку такой кирпич скрыт за декоративным слоем, требования ГОСТа к его внешнему виду минимальные: лицевая поверхность может быть грубой, шершавой, не иметь однородного цвета, допустимы криволинейность, отколы до 10 мм (не более трех на изделие). Важно, чтобы несущая способность кирпича была достаточной. Для лучшего сцепления с кладочным раствором боковые грани кирпича могут быть рифлеными. Кирпич не должен иметь механических повреждений и сквозных трещин. На одном кирпиче допускается не свыше двух отбитостей ребер и углов размером по длине ребра не более 15 мм. На отдельных кирпичах может быть допущена одна сквозная трещина протяженностью не более 30 мм по ширине кирпича. Кирпич должен быть нормально обожжен, кирпич недожженный и пережженный - брак. После обжига кирпич должен соответствовать цвету эталона нормально обожженного кирпича. Не допускается известковые включения (дутики), вызывающие разрушение кирпича. ^ ОБЛИЦОВОЧНЫЕ ИЗДЕЛИЯ. Керамические изделия, применяемые для облицовки зданий, делятся на две группы — для облицовки фасадов зданий и для внутренней облицовки помещений. Основными видами облицовочных керамических материалов для фасадов зданий являются лицевые кирпич, камни, плиты и плитки. Кирпич и камни делают сплошными и пустотелыми. Плиты в зависимости от конструкции, способов изготовления и крепления подразделяют на закладные, устанавливаемые одновременно с кладкой стен, и устанавливаемые на растворе после возведения и осадки стен. Фасадные плиты изготовляют различной формы: плоские — для облицовки плоскости стен, угловые — для облицовки наружных углов, откосов и проемов и перемычные — для облицовки перемычек над оконными и дверными проемами. Плитки фасадные малогабаритные выпускают с наружной гладкой и фактурной поверхностью, а на тыльной стороне делают углубления для лучшего сцепления с цементным раствором. Керамические материалы для внутренней облицовки помещений не подвергаются действию отрицательных температур и резких перемен погоды, поэтому они не должны отвечать всем требованиям, предъявляемым к материалам для внешней облицовки зданий. Однако точность размеров, правильность формы и одинаковая окраска приобретают особо важное значение. Вследствие этого для материалов внутренней облицовки поставлены более жесткие требования по внешнему виду, чем к материалам для наружных работ. Для внутренней облицовки помещений применяют в основном керамические плитки различной формы и толщины. Керамическими плитками для полов настилают полы в вестибюлях общественных зданий, банях, прачечных, санитарных узлах, лечебных помещениях и на предприятиях химической промышленности. Эти плитки практически водонепроницаемы, т. е. надежно защищают несущие конструкции перекрытий от увлажнения, стойко сопротивляются истирающим воздействиям, не дают пыли, легко моются, не впитывают жидкостей и хорошо противостоят действию кислот и щелочей. Специальные кирпич - Санитарно-технические изделия должны обладать высокой механической прочностью и теплостойкостью. Для их изготовления необходимо высококачественное сырье, строгое соответствие массы установленной рецептуре и точное соблюдение технологического режима производства. К санитарно-техническим изделиям относится оборудование санитарных узлов и кухонь жилых, общественных и промышленных зданий. Ассортимент изделий этой группы весьма разнообразен — ванны, умывальники, унитазы, радиаторы и др. Изделия должны иметь правильную форму, без прогибов, искривлений и трещин, равномерный покров блестящей глазури (белой или цветной), устойчивой против образования мелких трещин (цека); при простукивании изделия должны издавать чистый (не дребезжащий) звук, указывающий на обжиг их до соответствующей температуры и отсутствие трещин. Канализационные трубы, изготовляемые диаметром от 150 до 600 м,м, имеют плотный спекшийся черепок. Они покрываются глазурью изнутри и снаружи и отличаются большой устойчивостью к действию агрессивных вод и блуждающих электрических токов.

^ По способу изготовления различают кирпичи пластического формования или полусухого прессования. По степени пластичности выбирают способ изготовления: Высокопластичные с числом пластичности более 25; Средней пластичности – 15-25; Умереннопластичные – 7-15; Малопластичные – до 7; Непластичные – неспособное при затворении водой давать пластичное тесто. Способы различают по количеству влаги, содержащейся в формовочной массе. Кирпичи, изготовленные методом пластического формования, могут быть полнотелыми и пустотелыми. Первый этап при изготовлении керамических кирпичей — это подготовка сырья. Применение метода пластического формования предусматривает приготовление глиняной массы с содержанием влаги до 20 процентов. Куски глины тщательно измельчаются до размеров 100-150 мм, а затем при помощи вальцов происходит последовательное дальнейшее измельчение глиняной массы (до размеров 1 мм) и удаление мелких каменных вкраплений. Затем в смесителе с фильтрующей решеткой глиняная масса увлажняется и тщательно перемешивается. Количество влаги доводится до 18-25%. В смесителе к глине примешиваются необходимые добавки. И в завершение первого этапа прессами формуется брус, заготовка будущих кирпичей. На втором этапе отформованный брус разрезается на отдельные изделия, так называемый кирпич сырец. Обжигать сразу кирпич сырец нельзя, так как на данном этапе он имеет очень высокое содержание влаги и при обжиге просто потрескается. Поэтому кирпичи сначала сушат, процесс сушки является обязательным. В это время влага, содержащаяся в изделиях, перемещается из внутренних областей к поверхности, вступает в соприкосновение с теплым воздухом и испаряется. В результате испарения воды освобождается место между частицами глины. Происходит уменьшение объема изделий или усадка. Температура сушки и обжига, а также темп роста температуры, играют важную роль в процессе изготовления кирпичей. Влага начинает испаряться при нагреве изделия в диапазоне температур 0-150°C. Когда температура нагрева достигает 70°C, давление водяных паров может достичь критических значений, что в свою очередь приведет к возникновению трещин. Рекомендуемый темп роста температуры 50-80°C в час. При этом скорость испарения влаги с поверхности, не будет опережать скорость парообразования внутри изделия. После завершения сушки кирпичи отправляются на обжиг в специальные печи.Завершающая стадия в процессе изготовления кирпичей методом пластического формования – обжиг. Кирпич сырец отправляется в печь, все еще имея небольшое количество влаги, примерно 8-12%. Поэтому в начале обжига происходит досушивание кирпичей. Затем при температурах 550-800°C начинается дегидратация глинистых минералов. Кристаллическая решетка минералов распадается, в результате теряется пластичность глины, происходит усадка изделия. В диапазоне температур 200-800°C выделяются летучие органические примеси глины и добавки. При этом темп роста температуры обжига достигает значений в 300-350°C в час. Далее некоторое время температуру выдерживают до полного выгорания углерода. Дальнейшее повышение температуры, более 800°C, приводит к структурному изменению изделия. На этом этапе темп увеличения температуры составляет 100-150°C в час — полнотелые кирпичи и 200-220°C в час — пустотелые. После того как достигнута максимальная температура обжига, происходит выдерживание температуры, для равномерного прогрева всего изделия. Затем начинают снижать температуру обжига на 100-150°C. При этом кирпичи еще более усаживаются и деформируются. По достижении температуры ниже 800°C темпы охлаждения достигают значений в 250-300°C в час. Время на обжиг партии изделий при таких условиях составляет примерно 6-8 часов. После обжига структура изделия полностью меняется. Теперь это камневидный предмет, водостойкий, прочный, устойчивый к перепадам температур.

^ При полусухом прессовании - В отличие от метода пластического формования, при изготовлении кирпича способом полусухого прессования, количество влаги в сформованной массе не превышает 8%, что дает возможность пропустить фазу сушки и сразу перейти к обжигу кирпича. Рассмотрим основные этапы изготовления кирпичей методом полусухого прессования. Первый этап — приготовление пресс-порошка. Пресс-порошок — это дисперсная, глинистая система с низким содержанием влаги. Такой массе не свойственна связанность, что обуславливает ее сыпучесть — скорость стечения через определенное отверстие под действием собственной массы. Для того, чтобы получить максимально уплотненный порошок при минимальном давлении (прессуемость порошка) , он должен иметь определенный зерновой состав (гранулометрический) и влажность. В результате приготовления порошка масса должна иметь однородную пофракционную влажность и минимальное содержание пылевидной фракции. При приготовлении керамических порошков. Сушильно-помольный способ предусматривает дробление, сушку, помол, просев и увлажнение глиняной массы. Для дробления используют валковые дробилки. Затем глину перемалывают стержневыми мельницами. После этого она поступает в сушильный барабан. Входящая температура газов в сушильных барабанах должна быть в пределах 600-800°C. Если температура будет ниже, это приведет к увеличению однородности пофракционной влажности, при этом снизиться производительность барабана. Повышение показателя теплового состояния повлечет за собой дегидратацию мелкой фракции глины и уменьшит срок службы входной секции сушильного барабана. Температура выходящих газов находится в диапазоне 110-120°C. Ее увеличение будет означать пересушку глины. Необходимо отметить, сушат глину прямотоком. При осуществлении данного процесса глина перегреется, произойдет частичная дегидратация и, как следствие, потеря пластических свойств. В результате сушки получается масса с влажностью 9-11% и температурой 60-80°С. После сушки глина поступает в стержневой смеситель на помол. Перед этим ее просеивают для отделения крупных зерен и каменистых включений, что предотвращает преждевременный износ стержней смесителя. Не всегда после помола достигается необходимая влажность порошка. Поэтому сушат и перемалывают глину при пониженной влажности. Затем содержание влаги увеличивают паром или распылением воды. Для того, чтобы порошок не переувлажнялся, вода распыляется, а масса его тщательно перемешивается. Увлажнение паром позволяет улучшить качество кирпича. После этого порошок подвергают вылеживанию в бункерах для выравнивания влажности. Второй этап — это прессование. При прессовании керамический порошок проходит несколько стадий. Сначала происходит уплотнение — сближение частиц вещества друг к другу, при этом часть воздуха удаляется. На второй стадии увеличивается поверхность контакта частиц друг с другом путем пластической деформации. При этом на поверхность такой частицы выдавливается влага. Все это приводит к усилению сцепления между частицами вещества. На третьей стадии в результате уплотнения частицы подвергаются упругой деформации. И последняя стадия прессования происходит при очень высоком давлении и вызывает хрупкое разрушение частиц порошка. И, наконец, заключительный этап производства – обжиг. Необходимо отметить, что в сырце при полусухом прессовании коллоидная фракция действует внутри частиц вещества. Поэтому она не цементирует частицы, а агрегирует зерна минералов в глинистую частицу. Как следствие этого, жидкая фаза при обжиге развивается внутри глиняных агрегатов, а на их поверхности образуется малое количество жидкой фазы. Сцепление частиц при этом носит характер контактного спекания. Изделия, изготовленные методом полусухого прессования, имеют низкое сопротивление на изгиб, обладают повышенной водопроницаемостью, низкой морозоустойчивостью. При таком производстве кирпича требуется более высокая температура обжига. Надо учитывать большие потери на брак (10-20%) , хотя качество внешнего вида кирпича очень высокое.

  1. Классификация керамических строительных материалов по структуре черепка и по виду отделки поверхности.

По структуре черепка различают изделия с пористым и со спекшимся черепком, а также изделия грубой и тонкой керамики. Пористыми в технологии керамики условно считают из­­делия у которых водопоглощение черепка превышает 5 %, обычно такой черепок пропускает воду. Спекшимся считают черепок с водопоглощением ниже 5 %, как правило он водонепроницаем. Большинство строительных керамических изделий – строительный кирпич, черепица, канализационные трубы и др.) – являются изделиями грубой керамики. У изделии грубой керамики черепок имеет в изломе зернистое строение (макронеоднородное). У изделий тонкой керамики излом черепка имеет микрооднородное строение. Он может быть пористым, как, например, у фаянсовых облицовочных глазурованных плиток, и спекшимся (плитки для полов, кислотостойкий кирпич, фарфоровые изделия). Изделия со спекшимся черепком с водопоглощением ниже 1 % называют каменными керамическими. Если при этом черепок обладает еще и просвечиваемостью, то его называют фарфором.

^ По отделки поверхности. Современный керамический кирпич может быть практически любым, от белого до черного, и даже неоднородного цвета. Если для строительного кирпича цвет не принципиален, то для лицевого - это один из главных параметров. Цвет зависит прежде всего от технологии обжига, а также от состава, качества и цвета глины-сырца. Лицевой кирпич и камни из красножгущихся глин изготовляют по той же технологии, что и обычные стеновые кирпичи и камни, соблюдая строгие требования к однородности сырья, ровности цвета обожженного изделия и правильности его формы. Подбирая состав керамической массы и регулируя режим обжига, можно получить кирпич белого, кремового, коричневого цветов. Двухслойный кирпич формуют из местных красных глин и лишь лицевой состав (3 – 5 мм) из белых неокрашенных или окрашенных глин. Почти любой оттенок можно получить с помощью ангоба и глазури. Ангоб - это тонкий декоративный слой из белой или цветной глины, который перед обжигом наносится на отформованное изделие. Глазурь - цветной стекловидный слой на поверхности кирпича, имеющий характерный блеск. Глазурь получается следующим образом: специально подобранной минеральной смесью покрывают уже обожженный кирпич, после чего изделие вновь помещают в печь (технология двухслойного формования). Благодаря двойному обжигу уменьшается водопоглощение кирпича, а значит, повышается его стойкость к воздействиям атмосферы. Для получения кирпича с блестящей цветной поверхностью на обожженную глину наносят глазурь (специальный легкоплавкий состав, в основе которого – перемолотое в порошок стекло), а затем проводят вторичный обжиг уже при более низкой температуре. После этого образуется стекловидный водонепроницаемый слой, обладающий хорошим сцеплением с основной массой и, как следствие, повышенной морозостойкостью. Глазурованный кирпич позволяет выкладывать мозаичные панно, как в помещении, так и со стороны улицы. Технология получения ангобированного кирпича (его еще называют «двухслойным» или «цветным») отличается тем, что цветной состав наносят на высушенный сырец и обжигают только один раз. Само декоративное покрытие тоже другое. Ангоб состоит из белой или окрашенной красителями глины, доведенной до жидкой консистенции. Если температура обжига подобрана правильно, он дает непрозрачный, ровный слой матового цвета. Торкретированный кирпич изготовляют из легкоплавких глин. Фактуру лицевой поверхности у такого кирпича получают нанесением на ложковую и тычковую поверхности бруса стекло-крошки, песка, фарфора, шамота, артикского туфа. Для офактуривания используют специальную установку, размещенную после мундштука пресса. Выходящий из ленточного пресса брус попадает в зону действия пескоструйных форсунок. Крошка, вылетая из сопл, вдаливается в лицевые поверхности бруса, после чего она дополнительно прижимается обрезиненным валком. Давление воздуха в пескоструйном аппарате должно быть не ниже 0,25 МПа, а расстояние сопл форсунок от поверхностей бруса — 20...30 см. Расход крошки на офактуривание 1000 шт. кирпича составляет 40...50 кг. Майоликой принято называть материалы получаемые из красножгущихся глин с последующим глазурованием. Терракотой принято называть крупноразмерные облицовочные плиты и архитектурные детали, получаемые из пластичных глиняных масс. Для расширения цветовой гаммы производители смешивают глины нескольких видов, добавляют в сырьевую смесь красители.

  1. Виды и характеристики эффективных стеновых керамических материалов.

По плотности в сухом состоянии кирпич и камни подразделяются на три группы: Обыкновенные – с плотностью более 1600 кг/м3; Условно – эффективные – с плотностью 1400-1600 кг/м3; Эффективные – с плотностью не более 1400-1450 кг/м3. К эффективным стеновым материалам относятся также пористые сплошные и пустотелые кирпич и камни, изготовляемые из диатомитов и трепелов и имеющие плотность: Класс А – 700-1000 кг/м3; Класс Б – 1001-1300 кг/м3; Класс В более 1301 кг/м3. Эффективные стеновые керамические изделия. Пустотелый кирпич пластического формования имеет сквозные щелевидные или круглые отверстия, а полусухого прессования — сквозные или несквозные пустоты различной формы. Пористо-пустотелый кирпич получают аналогично пустотелому, но в состав керамической массы вводят выгорающие добавки. В производстве кирпича золу с удельной поверхностью 2000— 3000 см /г используют в качестве основного сырья и в качестве отощающей и выгорающей добавки. В связи с повышенной влажностью и наличием шлака золу отвала перед подачей в производство необходимо подсушивать в естественных условиях и измельчать шлаковые включения. Удельная теплота сгорания золы в зависимости от содержания несгоревших частиц топлива 4200—12500 кДж/кг (1000-3000 ккал/кт). В глиняную массу вводят 15— 45 % золы ТЭС. Выгорающие добавки выгорают при обжиге изделий. К таким добавкам относятся: древесные опилки, каменные и бурые угли, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС, гидролизный лигнин и др. Количество добавок в шихте составляют 2,5-15 % по объему. Флюсующие добавки (плавни) снижающие температуру обжига изделий в результате взаимодействия с основной керамической массой и образованием легкоплавких соединений, способствуют появлению жидкой фазы при обжиге изделий при более низких температурах в результате образования с компонентами основного сырья низкотемпературных эв­те­к­­тик. В ка­­чест­ве флюсующих добавок используют тонкомолотый бой стекла, шлаки, пирит­ные огарки нефелин-си­е­нитовый концентрат, перлит, доломиты, диабазы, атьбитофиры, полевые шпа­ты и др. Керамические стеновые камни выпускают больших размеров и объемов, чем кирпич. Технология производства их незначительно отличается от технологии пустотелого кирпича пластического формования. По плотности эти виды кирпича и камней подразделяют на условно-эффективные, улучшающие теплотехнические свойства стен, и эффективные, позволяющие уменьшить толщину стен по сравнению с толщиной стен из обыкновенного кирпича. Наличие пустот не только снижает плотность и массу таких изделий, но и ускоряет процессы их сушки и обжига, так как изделие прогревается быстрее и равномернее через наружные и внутренние поверхности. Пустоты в керамических камнях могут быть сквозными и несквозными, а также иметь параллельную и перпендикулярную ориентированность. Камень керамический подразделяется на три вида: облицовочный, строительный и специального назначения. Последний применяется при строительстве канализационных сооружений, кладки промышленных дымовых труб, а также для футеровки труб. Строительный керамический камень может быть двух видов: поризованным и непоризованным. Поризованный камень используется при укладке стен и внутренних перегородок, они имеет меньший вес, чем полнотелый, благодаря чему уменьшается давление на фундамент. Этот стройматериал имеет низкий коэффициент теплопроводности, что позволяет возводить более тонкие стены. Кроме того, снижается время кирпичной кладки и расход раствора. Качественные пустотелые камни при ударе издают звон, если вместо него слышится глухой звук - изделие бракованное. Непоризованный керамический камень находит применение при строительстве несущих конструкций и фундамента. Особое внимание при выборе такого материала необходимо уделить коэффициенту его морозостойкости, которая должна быть не ниже F35. Облицовочный керамический камень используется для фасадной отделки здания и при реставрационных работах. Такой материал имеет гладкие лицевые поверхности, обладает морозостойкостью и высокой прочностью. Ассортимент лицевого камня представлен продукцией разнообразных цветов и фактур. Керамический камень различается также по размерам: одинарный, полуторный и двойной. Обрабатывается он при помощи обычных строительных инструментов, а стены из такого материала легко поддаются штукатурке. Основным достоинством керамического камня, помимо отличных эксплуатационных характеристик, является его экологичность. Он не содержит вредных для здоровья человека химических примесей или выделений. В помещениях, построенных из керамического камня, всегда свежий воздух, а стены остаются сухими, поэтому на них исключено образование грибков и плесени. Поэтому пустотелые кирпич и камни имеют меньше дефектов, а прочность (марка) их, несмотря на большой процент пустот (до 37 %), такая же, как у обыкновенного кирпича, кроме камней с горизонтальными пустотами, у которых марка значительно ниже (25...50). Пустотелые кирпич и камни применяют наравне со сплошным, за исключением кладки фундаментов, подземных частей стен, печей, дымовых каналов и стен помещений с влажным режимом эксплуатации. Кирпич строительный легкий изготовляют из сырьевой массы, основу которой составляют легкие пористые кремнеземистые породы (диатомит, трепел) с выгорающими добавками. Применяют легкий кирпич для стел зданий с нормальной влажностью.

  1. Сырьевые материалы для получения керамических строительных материалов и изделий.

Сырьевые материалы для изготовления изделий строительной керамики разделяются на две основные группы: - глинистые (пластичные); - непластичные

Глинистые материалы (глины и каолины) – основное сырье. Непластичные материалы в зависимости от их роли в технологическом процессе делят на: - отощающие и флюсы (плавни). Глина — это продукт многолетнего разрушения полевошпатовых горных пород по реакции каолинизации: R2ОАl2Оз6SiO2+CO2+2Н20=Аl2032SiO220+К2С03+4SiO2. Глинами называются землистые обломочные горные породы, способные с водой образовывать пластичное тесто, по высыхании сохраняющее приданную ему форму. Согласно классификации сырье разделяется по размерам: глинистые частицы менее 0,005 мм; пылеватые - 0,050-0,005 мм; песчаные - 0,05-2,00 мм. Глинистые породы наиболее распространенная в природе группа осадочных пород (около 50 %). Глины содержат примеси других минералов. По вещественному составу (т.е. соотношению глинистых минералов и примесей) глинистое сырье разделяется на группы: глина, суглинок, супеси, лессы, мергель. Глина - природный землистый, тонкозернистый материал, содержащий 30 % и более глинистых частиц. Чаще всего глины полиминеральны, но могут быть сложены преимущественно и одним глинистым минералом. Суглинки — тонкозернистая глинистая порода, содержащая 10-30 % глинистых частиц (глина, окрашенная бурым железнякои и содержащая кварц). Лесс – пылевидный кварцевый песок на глинисто-известковой связке. Глины и суглинки с большим содержанием пылеватых частиц относятся к лёссовидным, в них содержание СаС03 более 10 % (до 15-20 % и более от общего веса). Лессы – разновидность глинистых материалов , состоящие из пылеватых частиц с большим количеством известковых включений. Супеси - это мелкообломочные горные породы с небольшим содержанием глинистых минералов от 3 до 10 %. Мергель – древняя порода, богатая углекислой известью глина. Пылеватые определяют основные свойства глинистых пород. Сланец - тонкослоистая порода, содержащая незначительное количество глинистых частиц, они обладают большей плотностью, чем глины. В измельченном виде после затворения водой сланцы обладают пластичностью и формующей способностью. Образуются из глин путем уплотнения без существенных химических и минералогических изменений. Отходы углеобогащения обладают недостаточно стабильными свойствами, но могут использоваться как основное сырье в производстве кирпича и керамических камней. Содержание оксидов в зависимости от месторождения, %: SiO255—63; А120з 17-23; Fе203 3—11; СаО до 3,8; R20 до 2,7; содержание угля в пересчете на С 5— 25. Отходы углеобогащения Донецкого, Кузнецкого, Карагандинского, Печерского,Экибастузского и других бассейнов относятся и группе с содержанием — 70 % глинистых минералов. Золы ТЭС состоят в основном из кислого алюмосиликатного стекла, аморфизированного глинистого вещества, кварца, полевого шпата, муллита, магнетита, гематита и остатков топлива. По нормам допустимое содержание остатков горючих в золе-уносе ТЭС должно находиться, % от массы золы: бурых углей и сланцев менее 4, каменных углей 3—12, антрацита 15—25. В производстве кирпича золу с удельной поверхностью 2000— 3000 см 2/г используют в качестве основного сырья и в качестве отощающей и выгорающей добавки. В связи с повышенной влажностью и наличием шлака золу отвала перед подачей в производство необходимо подсушивать в естественных условиях и измельчать шлаковые включения. Удельная теплота сгорания золы в зависимости от содержания несгоревших частиц топлива 4200—12500 кДж/кг (1000-3000 ккал/кг). В глиняную массу вводят 15— 45 % золы ТЭС. Предпочтение следует отдавать золам с низким содержанием СаО+Мg0 и температурой размягчения до 12000С. Отощающие материалы вводят в массы для уменьшения усадки при сушке и обжиге изделий для сохранения формы изделия в процессе его изготовления, облегчить и ускорить процессы сушки и обжига. Флюсы улучшают спекание керамического черепка при обжиге, снижают температуру обжига. Для производства обыкновенного строительного кирпича применяют всевозможные простые сорта легкоплавких песчанистых глин, а иногда и мергелистые глины, не содержащие вредных примесей грубых камней, известковых “дутиков” , колчедана, гипса, крупных включений органических веществ и т.п.

  1. Классификация глинистых материалов по вещественному составу.

Минералогический (вещественный) состав включает глинистое вещество и примеси. ^ Глинистое вещество – комплекс глинообразующих минералов, главнейшие из которых – каолинит, монтмориллонит и гидрослюда. К глинистым минералам также относятся галлуазит, монотермит, бейделлит и др. Каолинит имеет частицы размером 1-3 мкм, он не способен присоединять и прочно удерживать большое количество воды, при сушке быстро отдает влагу. Каолины с небольшим количеством примесей огнеупорны, умеренно- и малопластичны, имеют светлую окраску. Ρист= - 1.8-2.2 г/см3, в кислой среде устойчив . Монтмориллонит – имеет частицы размером менее 1 мкм. Интенсивно поглощает воду, прочно ее удерживает и трудно отдает при сушке. При увлажнении сильно набухает и может увеличиться в объеме до 16 раз, легкоплавок, высокопластичен. Глинистые породы, в которых преобладают монтмориллонитовые минералы называются бентонитами. Бентониты – высокопластичны, дают значительную воздушную усадку, склонны к трещинообразованию при сушке и к вспучиванию при обжиге. Используются в качестве добавки для повышения пластичности и связующей способности. Гидрослюда имеет в своем составе оксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Размеры частиц – в пределах 1 мкм. Гидрослюды умеренно- или среднепластичные, имеют пониженную температуру спекания. В зависимости от преобладания того или иного глинистого минерала различают глины каолинитовые, гидрослюдистые, монтмориллонитовые, гидрослюдисто-каолинитовые, монтмориллонито-каолинитовые, монтмориллонито- гидрослюдистые и полиминеральные, которые содержат три и более глинистых минералов. Монотермит – тонкая механическая смесь гидрослюды и каолинита. Набухаемость и водопоглощение сильнее чем у каолинитов, является пластичной огнеупорной глиной. Примесями являются все составные части глинистой породы, не обладающие свойствами глинистых минералов. Примесями могут быть: - карбонатные включения; - железистые минералы; - щелочные оксиды; - органические примеси; - гипс; - растворимые соли; - слюда.

  1. Понятие «глина», ее происхождение. Причины разложения полевошпатовых пород.

Впервые слово «керамика» появилось в языке эллинов и произошло от слова «керамос» (по гречески - глина). Гли́на — мелкозернистая осадочная горная порода, пылевидная в сухом состоянии, пластичная при увлажнении. Глины образовались в результате естественного выветривания магматических полевошпатовых горных пород – в основном гранитов, вулканического стекла, туфов, порфиритов, а также за счет разрушения метаморфических пород (гнейсов). Полевые шпаты в результате выветривания превращаются в глинистое вещество, которое образуется в основном в виде минералов каолинита по следующей схеме:К20.Al2O3.6SiO2+2H2O+CO2 = Al2O3. 2SiO22H2O+К2C03+4SiO2. Причинами такого разложения полевошпатовых пород являются физическое (колебания температур, замерзание воды, кристаллизация солей), химическое (под действием кислорода воздуха, углекислоты, воды, органических кислот) и биологическое (жизнедеятельность микроорганизмов) выветривания. Минералы коры выветривания образуются двумя путями – синтетическим, например преобразованием полевого шпата в отдельные окислы - Al2O3 и SiO2 и коагуляцией этих окислов в минерал состава каолинита и путем гидролиза первичных минералов. Так как граниты составляют примерно 2/3 всех изверженных пород (т.е. их имеется в природе значительно больше, чем других), то в осадочных породах имеется наибольшее количество глин (как продукта распада наиболее распространенных минералов магматических пород – полевых шпатов, например, ортоклаза, альбита, анортита). Подсчитано, что земная кора состоит из 95 % магматических пород и 5 % осадочных, из которых 4 % составляют только глины. Образовавшиеся глинистые минералы в зависимости от местных условий либо оставались на месте образования, либо переносились водой и льдом или ветром в другие места. В 1-ом случае глины называют остаточными или первичными (элювиальными), во 2-м – осадочными или вторичными. Первичные глины характеризуются непостоянством состава. Их гранулометрический состав меняется от тонкодисперсных (пылевидных) в верхней части залежи до грубодисперсных (зернистых) – в нижней, еще ниже остаточные глины постепенно переходят в неразложившиеся материнские (полевошпатовые) породы. Вторичные глины обычно более равномерны по составу и свойствам. Различают делювиальные, ледниковые и лессовидные осадочные глины. Делювиальные – перенесены дождевыми или снеговыми водами, обычно недалеко от мест их происхождения. Для месторождении этих глин характерны слоистые напластования, неоднородный состав и засоренность мелкими примесями. Ледниковые глины перенесены ледником, эти глины залегают обычно линзами, бывают сильно засорены каменистыми включениями от крупных валунов до мелкой щебенки. Лессовидные (эоловые)– перенесены ветром, они располагаются преимущественно на границе бывших пустынь. Глины характеризуются однородностью состава, высокой дисперсностью и сильно пористым строением. Первичная глина перемещаясь одним из способов (элюв., делюв., флювио-глац., эоловых процессов), например водой могла освобождаться от первоначальных примесей и отложившись в новом месте в более чистом виде образовала каолины. Каолины отличаются высоким содержанием минерала каолинита, высокой огнеупорностью, незначительным содержанием красящих окислов, вследствие чего после обжига приобретают преимущественно белый цвет. Глины с пониженным содержанием плавней и красящих оксидов выделяются в особый вид – огнеупорные глины, а глины, содержащие значительное их количество становятся легкоплавкими – обыкновенные глины. По области применения в промышленности чистые белые каолины и некоторые огнеупорные глины (беложгущиеся) входят в группы фарфоровых и фаянсовых, огнеупорные – в группы трубочных, клинкерных, терракотовых, а легкоплавкие – в группы гончарных, кирпичных, черепичных, керамзитовых глин. Отложенные глинистые породы с течением времени уплотняются, пропитываясь различными растворимыми в воде солями и клеящими веществами (например, продуктами гниения и разложения растительности) и таким образом цементируются в глинистую породу. В зависимости от свойств цементирующих пленок глинистые породы могут распускаться в воде или быть водопрочными. Кроме каолинитовых глин, в природе широко распространены гидрослюдистые глины. Они образовались в результате выветривания силикатных пород в условиях влажного климата и являются продуктами химического выветривания. Главные породообразующие минералы – гидрослюда (иллит), в том числе – глауконит, второстепенные – каолинит, монтмориллонит. Бентонит – образовался путем выветривания эффузивных горных пород: туфов, вулканических пеплов, состоит в основном из минералов монтмориллонитовой группы

  1. ^ Минералогический состав глин.

Минералогический (вещественный) состав включает глинистое вещество и примеси.

Глинистое вещество – комплекс глинообразующих минералов, главнейшие из которых – каолинит, монтмориллонит и гидрослюда. К глинистым минералам также относятся галлуазит, монотермит, бейделлит и др.

Каолинит имеет частицы размером 1-3 мкм, он не способен присоединять и прочно удерживать большое количество воды, при сушке быстро отдает влагу. Каолины с небольшим количеством примесей огнеупорны, умеренно- и малопластичны, имеют светлую окраску. Ρист= 1.8-2.2 г/см3, в кислой среде устойчив.

Монтмориллонит – имеет частицы размером менее 1 мкм. Интенсивно поглощает воду, прочно ее удерживает и трудно отдает при сушке. При увлажнении сильно набухает и может увеличиться в объеме до 16 раз, легкоплавок, высокопластичен.

Глинистые породы, в которых преобладают монтмориллонитовые минералы называются бентонитами. Бентониты – высокопластичны, дают значительную воздушную усадку, склонны к трещинообразованию при сушке и к вспучиванию при обжиге. Используются в качестве добавки для повышения пластичности и связующей способности.

Гидрослюда имеет в своем составе оксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Размеры частиц – в пределах 1 мкм. Гидрослюды умеренно- или среднепластичные, имеют пониженную температуру спекания.

В зависимости от преобладания того или иного глинистого минерала различают глины каолинитовые, гидрослюдистые, монтмориллонитовые, гидрослюдисто-каолинитовые, монтмориллонито-каолинитовые, монтмориллонито-гидрослюдистые и полиминеральные, которые содержат три и более глинистых минералов.

Монотермит – тонкая механическая смесь гидрослюды и каолинита. Набухаемость и водопоглощение сильнее чем у каолинитов, является пластичной огнеупорной глиной.

Примесями являются все составные части глинистой породы, не обладающие свойствами глинистых минералов. Примесями могут быть карбонатные включения, железистые минералы, щелочные оксиды, органические примеси, гипс, растворимые соли, слюда.

Гранулометрический (зерновой) состав – количественное соотношение частиц разного размера, фракций, выраженное в % по массе.

Фракция – группа частиц одного размера. Гранулометрический характеризуется содержанием в них глинистой фракции (мельче 0,005 мм), пылеватых частиц (0,005-0,14 мм) и песка (0,14-5 мм). Соотношение между этими фракциями определяет такие свойства, как пластичность, связность, усадку, чувствительность к сушке.

  1. ^ Химический состав глин.

Химический состав глин характеризует их пригодность для производства различных глин для производства изделий определенных видов. Химический состав глин представляют следующими оксидами: кремнезем в глинах 50-65 , в запесоченных глинах -80-85%; глинозем от 14 до 45 % и выше, является тугоплавким оксидом, с повышением его содержания возрастает огнеупорность глин.

В зависимости от содержания оксидов алюминия глины подразделяются на высокоглиноземистые (свыше 45%), высокоосновные (38-45%), основные (28-38%), полукислые (14-28%) и кислые (менее 14%). В производстве изделий строительной керамики обычно используют основные и полукислые глины.

Оксиды щелочноземельных металлов: СаО-0,5-20 %, МgО – 0,2-4%, способствуют спеканию глин (3-4%), при больших количествах – повышают пористость черепка. Щелочные оксиды – Nа2О+К2О-5-6%, снижают водопоглощение глин. Оксиды железа –2-14%. Диоксид титана – не более 1,5 %. ППП -3-15 %. SO3 – не более 0,8 %.

Глинистую часть составляет особая группа минералов – тонкозернистые водные алюмосиликаты, которые и определяют основные свойства глин. Этим минералам присущи слоистые структуры – они состоят как бы из множества слоев особого строения и обладают спайностью.

В зависимости от строения слоев основные глинистые минералы подразделяют на группы:

1) минералы из двухэтажных слоев – одного тетраэдрического и одного октаэдрического; слои образуют структуры минералов каолинитовой группы (каолинит, диккит, накрит, галлуазит);

2) минералы из трехэтажных слоев – двух тетраэдрических и заключенного между ними одного октаэдрического слоя; к ним относятся минералы групп: монтмориллонитовой (монтмориллонит, нонтронит), вермикулитовой (вермикулит) и гидрослюдистой (гидромусковит, иллит, глауконит);

3) минералы из пакетов, сложенных из одного одноэтажного (октаэдрического) и одного трехэтажного слоев; к ним относятся минералы хлоритовой группы (хлорит);

4) особую группу глинистых минералов образуют минералы-сростки, представлющие собой сочетание структур из двух- и трехэтажных слоев (монотермит, бейделлит).

В зависимости от того, какой элемент преобладает в тетраэдрах, возникают многочисленные разновидности монтмориллонита: Na - бентонит; Аl — монтмориллонит; Мg - сапонит; Fе - нонтронит (Н22Si209) железистый эквивалент каолинита.

  1. ^ Гранулометрический состав глин.

Глины образовались в результате естественного выветривания магматических полевошпатовых горных пород – в основном гранитов, вулканического стекла, туфов, порфиритов, а также за счет разрушения метаморфических пород (гнейсов).

^ Полевые шпаты в результате выветривания превращаются в глинистое вещество, которое образуется в основном в виде минералов каолинита по следующей схеме:

К20.Al2O3.6SiO2+2H2O+CO2 = Al2O3.2SiO2.2H2O+К2C03+4SiO2

Причинами такого разложения полевошпатовых пород являются физическое (колебания температур, замерзание воды, кристаллизация солей), химическое (под действием кислорода воздуха, углекислоты, воды, органических кислот) и биологическое (жизнедеятельность микроорганизмов) выветривания.

Минералы коры выветривания образуются двумя путями – синтетическим, например преобразованием полевого шпата в отдельные окислы - Al2O3 и SiO2 и коагуляцией этих окислов в минерал состава каолинита и путем гидролиза первичных минералов.

Так как граниты составляют примерно 2/3 всех изверженных пород (т.е. их имеется в природе значительно больше, чем других), то в осадочных породах имеется наибольшее количество глин (как продукта распада наиболее распространенных минералов магматических пород – полевых шпатов, например, ортоклаза, альбита, анортита).

Подсчитано, что земная кора состоит из 95 % магматических пород и 5 % осадочных, из которых 4 % составляют только глины.

Образовавшиеся глинистые минералы в зависимости от местных условий либо оставались на месте образования, либо переносились водой и льдом или ветром в другие места. В 1-ом случае глины называют остаточными или первичными (элювиальными), во 2-м – осадочными или вторичными.

Гранулометрический состав глин. В состав глины входят различные по крупности частицы: 5,0—0,14 мм — песчаные фракции; 0,14—0,005 мм — пылевидные фракции и мельче 0,005 — глинистые фракции. Огнеупорные глины являются высокодисперсными, содержание в их составе фракций меньше 0,001 мм составляет 60—80%- В легкоплавких глинах преобладают фракции 0,01—0,005 и 0,005—0,001 мм, содержание же фракций с размером зерен меньше 0,001 мм редко превышает 50%, а иногда их содержание составляет 6—10%- Большое влияние на связующую способность глин и их усадку оказывают фракции меньше 0,001 мм.

Чем больше содержание глинистых частиц, тем выше пластичность. Пластичность можно повысить добавлением высоко-пластичных глин. Понизить пластичность можно добавлением непластичных материалов, называемых отощителями,— кварцевого песка, шамота, шлака, древесных опилок, крошки угля.

  1. ^ Классификация глинистого сырья по основным признакам.

Глинистое сырье классифицируется по огнеупорности, по содержанию красящих окислов, по степени спекаемости, по пластичности, по содержанию тонкодисперсных и крупнозернистых фракций, по структуре, степени уплотнения, текстуре и т.д.

^ По огнеупорности: высокоогнеупорные – температура плавления – выше 20000С; огнеупорные – 1580-20000С; тугоплавкие – 1350-15800С; легкоплавкие – до 13500С.

^ По содержанию красящих оксидов Al2O3+TiO2 в прокаленном состоянии: высокоосновное – с содержанием Al2O3+TiO2 - более 40 %; основное – 30-40%; полукислое – 15-30%; кислое – менее 15 %.

^ По степени спекаемости: сильноспекающиеся с водопоглощением черепка, обожженного при температуре 13000С (не более 2%); среднеспекающиеся с водопоглощением черепка, обожженного при температуре 1100-13000С (не более 5%); неспекающиеся - неспособное давать спекшийся черепок (с водопоглощением черепка не более 5%).

^ По степени пластичности: высокопластичные с числом пластичности более 25; средней пластичности – 15-25; умереннопластичные – 7-15; малопластичные – до 7; непластичные – неспособное при затворении водой давать пластичное тесто.

^ Группы глин в зависимости от содержания тонкодисперсных фракций, %

Группа

Фракция, мкм, менее 10

Фракция, мкм, менее 1 (0,001мм)

Высокодисперсная

Среднедисперсная

Низкодисперсная

Грубодисперсная

Свыше 85

» 60-80

» 30-60

30 и менее

Свыше 60

» 40-60

» 15-40

15 и менее

По содержанию крупнозернистых фракций: сырье с низким содержанием включений – не более 1% частиц размером более 0,5 мм; со средним -1-5%; с высоким – свыше 5 %.

В зависимости от размера включений: с мелкими включениями – менее 1 мм; со средними – 1-5 мм; с крупными – свыше 5 мм.

В зависимости от вида включений: с кварцевыми; железистыми; карбонатными; гипсовыми; органическими.

По структуре, определяемой характером излома: грубозернистые, тонкозернистые, плотные, пористые.

По текстуре: однородные, неоднородные (пестрые), слоистые.

По степени уплотнения и отвердевания: камнеподобные (обезвоженные толщи глин, аргиллиты, глинистые сланцы), пластичные, рыхлые (глины и суглинки).

По структурно-текстурным особенностям среди глин можно выделить алевролитовые разновидности (с преобладанием зерен крупностью от 0,001 до 0,1 мм), содержание обломочного материала в которых изменяется от 0,08 до 35 %.

Чистые глины имеют оптически-ориентированные и спутанно-волокнистое строение.

В бентонитовых глинах хорошо выражена реликтовая (древних эпох) пепловая структура.

Цвет глин меняется в большой гамме – от чисто белого до черного в зависимости от вида и количества примесей.

Лессы – разновидность глинистых материалов, состоящие из пылеватых частиц с большим количеством известковых включений – до 15-20 % и более от общего веса.

  1. ^ Пластичность глин и классификация глин по пластичности.

Пластичностью глин называется их способность давать при затворении водой тесто, которое под воздействием внешних усилий может принимать любую форму и сохранять ее после прекращения действия внешних усилий. Под водой затво-рения подразумевают количество воды, необходимое для придания глине нормальной рабочей консистенции, выражаемой в % от массы сухой глины. К навеске прибавляют воду при непрерывном постепенном перемешивании массы, пока глина не приобретает нормальной влажности. Для определения нормальной влажности глиняного теста пользуются прибором с иглой. При добавлении к глине более 28—30% воды глина теряет пластичность и превращается в жидкую текучую массу — шликер.

Количественной мерой пластичности (ГОСТ 9169—59) является разность влажностей между нижней границей текучести W1 и границей раскатывания глины в жгут W2.

Число пластичности П вычисляют по формуле

П= W1- W2

где W1 — влажность глиняной массы при нижней границе текучести, %; W2— влажность глиняной массы при верхней границе раскатывания, %

За число пластичности принимается среднее арифметическое двух определений.

В зависимости от числа пластичности П глины делятся на пять классов: высокопластичные с числом пластичности более 25. среднепластичные — от 15 до 25, умеренно-пластичные — от7 до 15, малопластичные — менее 7 и непластичные, не образующие пластичного теста.

  1. ^ Добавки-регуляторы свойств глинистых пород

В производстве стеновой керамики в зависимости от природных свойств глины используют следующие виды добавок: отощители, пластификаторы, флюсующие (плавни), топливосодержащие, регулирующие высолы на его поверхности, окрашивающие. В большинстве случаев введение добавок оказывает комплексное влияние.

В качестве отстающих добавок используют песок, шамот, дегидратированную глину, тонкомолотый шлак, золу ТЭС и др. в количестве от 10 до 30 % по массе.

Кварцевый песок — распространенный отощитель. При

обычных температурах обжига изделий он не взаимодействует с расплавом и тем самым способствует устойчивости изделий при сушке и обжиге.

Древесные опилки армируют глиняную массу, улучшают формовочные свойства, повышают трещиностойкость при сушке, однако снижают прочность изделий и повышают их водопоглощение. Более эффективно применять 5—10% опилок в сочетании с минеральными отощителями.

Отвальные и гранулированные шлаки черной и цветной металлургии, топливные шлаки снижают чувствительность сырца к сушке, повышают трещиностойкость и улучшают процесс обжига.

добавок сводится к измельчению или просеиванию их до заданного зернового состава.

Пластифицирующие добавки используют для придания
малопластичному (тощему) глинистому сырью необходимой
формуемости, улучшения сушильных свойств и получения прочных
изделий. В качестве пластифицирующих и одновременно обогащающих добавок применяют высокопластичные, тонкодисперсные, огнеупорные или тугоплавкие глины, отходы добычи и обогащения углей, бентонитовые глины, а также органические и ПАВ, электролиты. СДБ, технический лигнин, триэтаноламин. Высокопластичные глины добавляют в количестве до 5 %, лигносульфонаты в виде растворов - 0,3-0,5 % в расчете на сухое вещество. Они повышают пластичность сырья благодаря образованию на поверхности глинистых частиц адсорбционных пленок, играющих роль смазки. Наиболее эффективный способ введения пластифицирующих добавок — в виде шликера или суспензии вместе с водой затворения.

В качестве корректирующих шихту добавок в производстве изделий стеновой керамики могут использоваться экологически безвредные отходы производства и специально приготовленные добавки [8, 13, 14].

Выгорающие добавки выгорают при обжиге изделий. К таким добавкам относятся: древесные опилки, каменные и бурые угли, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС, гидролизный лигнин и др. Количество добавок в шихте составляют 2,5-15 % по объему.

^ Флюсующие добавки (плавни) снижающие температуру обжига изделий в результате взаимодействия с основной керамической массой и образованием легкоплавких соединений, способствуют появлению жидкой фазы при обжиге изделий при более низких температурах в результате образования с компонентами основного сырья низкотемпературных эвтектик. В качестве флюсующих добавок используют тонкомолотый бой стекла, шлаки, пиритные огарки нефелин-сиенитовый концентрат, перлит, доломиты, диабазы, атьбитофиры, полевые шпаты и др.

К окрашивающим добавкам относит тонкомолотые светложгущиеся глины, марганцевые, железные н фосфорные руды, карбонатные породы и др. Подготовка

  1. ^ Примеси в глинах.

Химический состав глин колеблется в широких пределах, и входящие в состав глин оксиды по разному влияют на процесс получения конечные свойства керамики.

В глинах наиболее характерных видов содержится (в % по массе): кремнезема – 46-85, глинозема – 10-35, оксида железа – 0,2-10, диоксида титана – 0,2-1,5, оксидов щелочных металлов – 0,1-6, сернистого ангидрида – 0-0,5, потери при прокаливании (п.п.п.) – 8-14.

Примеси в глинах находятся в виде тонкодисперсных частиц либо включений и оказывает существенное влияние как на формовочные свойства глин, так и на свойства готовых изделий.

Кварцевый песок, количество которого может достигать в глинах по массе 60%, ухудшает пластичность, связующую способность глин и повышает трещинообразование на стадии охлаждения в процессе обжига, что, в свою очередь, приводит к снижению прочности и морозостойкости готовых изделий.

Оксид алюминия (глинозем – А1203) при повышенном его количество в глине приводит к увеличению температуры обжига и интервала спекания. А изделия с низким содержанием глинозма обладают невысокой прочностью.

Наличие железистых примесей (оксидов и гидроксидов железа, лимонит, пирит, сидерит) придает обжигаемым изделиям в зависимости от их количества цвет от светлокремового до красно-бурого. Глины с повышенным содержанием красящих оксидов железа могут слуюить природными пигментами: до 25% гидроксида железа – желтая охра, до 40% оксида железа -красная охра, до 60% оксида железа – яркокрасный сурик и др. В определенных количествах железистые соединения повышают количество керамических изделий, а также указывают на способность глин к вспучиванию.

Включения пирита и гипса являются причиной появления на поверхности готовых изделий зеленоватых выцветов и выплавов.

Наличие сульфатов вызывает после обжига появление на поверхности изделий высолов.

Карбонатные примеси (кальцит, доломит) понижают огнеупорность глин, сокращают интервал спекания, повышают пористость и понижают прочность готовых изделий. Тонкодисперсные примеси карбонатных пород практически не оказывает влияние на качество стеновой керамики, но очень вредны для производства изделий с плотным черепком – напольных плиток, канализационных труб, дорожного кирпича. Крупные же включения (более 1 мм) переходят при обжиге сырца в известь, которая гидратируется, поглощая водяные пары из воздуха или при увлажнении изделий в службе, резким увеличением объема, приводящим к появлению локальных вздутий («дутиков») либо полному разрушению изделий.

Оксид кальция в виде СаС03 также понижает температуру плавления, изменяет окраску обжигаемых изделий, придавая им желтый или розовый цвет, повышает пористость, снижает прочность и морозостойкость изделий.

Оксиды щелочных металлов являются сильными плавнями. Они понижают температуру обжига, повышают плотность и пористость изделий, ослабляют красящие свойства оксида железа.

Органические примеси (п.п.п.) в виде остатков растений и гумусовых кислот окрашивают изделия в темные тона, повышают пластичность за счет большого количества связанной воды и, следовательно воздушную осадку. С увеличением их содержания возрастает пористость, тем самым снижая механическую прочность изделий. Они полезны при получении стеновой керамики, но нежелательны в производстве напольных плиток, особенно беложгущихся.

  1. ^ Водные свойства глин. (лек №8)

При свободном взаимодействии глинистого сырья с водой проявляются его водные свойства .Глина в смеси с водой и добавками образовывает различные по физическому состоянию массы – от твердого тела до текучей жидкости

В зависимости от содержания воды могут быть:

- жесткие (сухие или полусухие), с содержанием воды затворения в количестве 4-12 % по массе;

- пластичные - 18-28 % по массе;

- литьевые (шликеры) – 30 % и более.

Водозатворяемость (вода затворения) показывает какое количество воды необходимо добавить к абсолютно сухой глине (в % по массе) для получения пасты нормальной рабочей рабочей консистенции

Водозатворяемость Вз связана с молекулярной влагоемкостью Вм следующим соотношением: Вз = 1,7.Вм

Чаще глины в смеси с водой образуют вязкое пластичное тесто, способное принимать любую форму в сыром виде и сохранять ее после сушки и обжига.С уменьшением размеров глинистых частиц возрастает количество связанной воды в глинах, а также влияние адсорбционных процессов на свойства глинистых пород

Взаимодействие между глинистыми частицами и растворами может протекать на физической, химической и физико-механической основе

Глинистые частицы, находясь даже в воздушно-сухом состоянии, всегда имеют связанную с поверхностью воду (гигроскопическая влага)

Пленка воды имеет неодинаковую толщину в пределах поверхности частицы

Количество воды, связываемой с поверхностью частиц, зависит от величины, минералогического состава и обменных катионов

Чаще глины в смеси с водой образуют вязкое пластичное тесто, способное принимать любую форму в сыром виде и сохранять ее после сушки и обжига

С уменьшением размеров глинистых частиц возрастает количество связанной воды в глинах, а также влияние адсорбционных процессов на свойства глинистых пород

Взаимодействие между глинистыми частицами и растворами может протекать на физической, химической и физико-механической основе

Глинистые частицы, находясь даже в воздушно-сухом состоянии, всегда имеют связанную с поверхностью воду (гигроскопическая влага)

Пленка воды имеет неодинаковую толщину в пределах поверхности частицы

Количество воды, связываемой с поверхностью частиц, зависит от величины, минералогического состава и обменных катионов

Набухание – способность глины увеличивать свой объем за счет поглощения влаги из воздуха или при ее непосредственном контакте с водой, зависит от природы тонкодисперсной части глин

Различают два взаимосвязанных процесса, сопутствующих процессу набухания: капиллярное всасывание и собственно само набухание

Капиллярное всасывание – способность глинистых пород к впитыванию воды и размоканию

Процесс набухания во времени затухает

Рыхлые породы набухают быстрее, чем плотные

Запесоченность глин понижает степень их набухания

Монтмориллонитовые глины сильнее набухают (18-25%), чем каолинитовые (3-10%). Гидрослюдисто- монтмориллонитовые – 16-18%, лессовидные глины и суглинки, содержащие монтмориллонит – 9-24%

Количественно степень набухания измеряется относительным увеличением первоначального объема, выраженным в % или набухаемостью – приростом объема поглощенной воды по отношению к первоначальной массе глины

Поскольку частица глинистого вещества представляет собой агрегат из слипшихся первичных зерен глинообразующих минералов, поляризованные молекулы воды вклеиваются между ними, и адсорбируясь на их поверхности раздвигают зерна, создавая вокруг них водную оболочку вследствие чего глина набухает

Размокание - распад в воде крупных глинистых агрегатов на более мелкие и элементарные частицы

^ Первая стадия распада глинистого агрегата происходит при его набухании, когда молекулы воды, втягиваясь в промежутки между зернами глины, расклинивают их

По мере увеличения толщины водной оболочки ослабляется связь между отдельными зернами глины, и они начинают свободно перемещаться в воде, находясь в ней во взвешенном состоянии, - происходит полное размокание глины.

Плотные глины размокают очень трудно

Для ускорения процесса размокания глины перемешивают, механически разрушая ее куски или подогревают воду

Самопроизвольное обратимое упрочнение нарушенной структуры глинистых масс разной степени влажности, происходит под воздействием тиксотропии

^ Тиксотропное упрочнение – свойство влажной глиняной массы самопроизвольно восстанавливать нарушенную структуру и прочность при постоянной влажности

Самоупрочнение глины происходит вследствие процесса переориентации частиц глины и молекул воды, что увеличивает силу их сцепления. При этом происходит процесс перехода части свободной воды в связанную

Причина тиксотропного упрочнения связана с развитием сольватных оболочек на глинистых частицах.Через сутки, двое тиксотропное упрочнение достигает предела

Если глинистую массу пробить или промять, ее прочность вернется к прежнему уровню, но затем снова начнет нарастать. Процесс этот повторим многократно

Тиксотропия глин важна для приготовления шликеров, пластичного теста и формовании изделий

При выдерживании или вылеживании глинистой массы разной степени влажности, но без потери ею влаги происходит нарастание механической прочности под влиянием тиксотропии

С механической стороны, тиксотропия проявляется также в увеличении упругой деформации глины

  1. ^ Влияние увлажнения глины на ее свойства. Строение системы «глина-вода»(лек№7)

Вода обычно представляется нам вполне однородной средой, а молекулы воды – электрически нейтральной. Однако по современным представлениям отдельные слои водной оболочки, окружающей глинистый минерал, физически неоднородны, а молекулы воды имеют дипольное строение и, следовательно, концы молекулы электрически заряжены

Строение системы «глина-вода» для элементарного глинистого сырья можно представить следующим образом:



Глинистые частицы, находясь даже в воздушно-сухом состоянии, всегда имеют связанную с их поверхностью воду (гигроскопическая влага).

В глинах различают три вида воды: химически связанную и два вида физически связанной – прочно связанную и механически примешанную (рыхло связанную). Первая образует мономинеральную пленку. Этот процесс экзотермический. Химически связанная вода исключительно прочно связана с материалом и может быть удалена только при химическом взаимодействии или при особо интенсивной тепловой обработке (прокаливании). Слой такой воды мономолекулярен и этот процесс экзотермический.

Мономолекулярный слой воды – слой воды толщиной в 1 молекулу. Диаметр молекул - 3-10-5 см, является адсорбционно связанной.

Прочно связанная вода естественно переходит в рыхло-связанную, которая размещается между частицами глины более свободно, подвижно и выдавливается из глины при компрессии.

Рыхлосвязанной воды становится тем больше, чем ближе подходит состояние глины к «рабочему водосодержанию».

Рабочее водосодержание – такое состояние глины и воды, когда глинянная масса становится пластичной и приобретает способность формоваться, при этом глинянная масса не липнет к тыльной стороне руки.

Физико-химическая связь. Этой форме соответствуют различные связи влаги: а) адсорбционно-связанная вода (поглощенная); б) осмотически-удержанная вода (влага набухания); в) структурная влага.

К осмотически удержанной влаге и структурной влаге относится влага, находящаяся в замкнутых ячейках, как поглощающая осмотически сложно построенной мицеллой, так и иммобилизованная структурная влага, захваченная при формировании геля. Эта влага является свободной.

При формировании геля образуется скелет из замкнутых клеток, стенки которой состоят из нерастворимых фракции.

Поверхность зерна глинообразующего минерала имеет отрицательные заряды, которые создают вокруг него силовое поле. Под их воздействием дипольные молекулы воды своими положительными концами (Н+) ориентируются по направлению к отрицательному заряду зерна и плотно окружают его поверхность, создавая мономинеральный, а далее полиминеральный слои адсорбированной воды. Эти слои будучи сильно сжаты под действием силового поля образуют прочно связанную воду, обладающую особыми свойствами.

По мере удаления от поверхности зерна напряженность силового поля, а следовательно, и интенсивность притяжения молекул убывает.

Молекулы воды, относительно отдаленные от поверхности зерна, но все же находящиеся под воздействием силового, хотя и отрицательно слабого поля, имеют уже некоторую свободу перемещения. Они образуют диффузный слой, в котором вода является рыхло-связанной.

Таким образом, зерно глинистого минерала окружено концентрическими слоями воды, каждый из которых удерживается глинистой частицей с различной силой, убывающей от ее поверхности к периферии. Таким строением водной оболочки объясняются водные свойства глин – влагоемкость, набухание, размокаемость и тиксотропное упрочнение.

Количеством выделяемого тепла, называемого теплотой смачивания, возможно определить количество прочно связанной воды. Количество прочно связанной воды можно определить по максимальной гигроскопической влажности образца. Количество рыхло связанной воды вычисляют как разность между всей связанной водой и прочно связанной. Количество всей связанной воды принимается равным максимальной молекулярной влагоемкости.

Вода в глине удерживается не только силами молекулярного притяжения. В диффузный слой часть воды проникает путем осмотического всасывания, а в порах глинистой породы вода может удерживаться еще и капиллярными силами. При этом осмотические и капиллярные силы относительно невелики по сравнению с силами молекулярного притяжения. Поэтому осмотическая и капиллярная вода образуют группу свободной воды.

Осмос (толчок, давление) – проникновение, просачивание растворителя сквозь тонкую перегородку, непроницаемую для растворенных веществ. Осмос – одностороння диффузия растворителя через полупроницаемую перегородку (мембрану), отделяющую раствор от чистого растворителя.

С увеличением дисперсности, а следовательно, и удельной поверхности глины, ее влагоемкость возрастает.

Под капиллярной влагоемкостью понимают относительное равновесное количество воды, поглощенное глиной при ее непосредственном контакте с водой.

^ Абсорбционно связанная вода – жидкость, удерживаемая силовым полем на внешней и внутренней поверхности мицелл коллоидного тела.

Мицелла – коллоидная частица с сольватным слоем.

Сольват – взаимодействие молекул растворителя с молекулами растворенного тела, а иногда и со вторым слоем ионов, строение которых определяет заряд мицеллы.

^ Коллоидные материалы характеризуются весьма значительной дисперсностью частиц, условный радиус которых составляет 0,1-0,001 мк.

Чем тоньше частицы, тем больше удельная поверхность и тем они активнее.

  1. ^ Классификация форм влаги в глиняных массах и их свойства. (лек №7)

Вода обычно представляется нам вполне однородной средой, а молекулы воды – электрически нейтральной. Однако по современным представлениям отдельные слои водной оболочки, окружающей глинистый минерал, физически неоднородны, а молекулы воды имеют дипольное строение и, следовательно, концы молекулы электрически заряжены

Строение системы «глина-вода» для элементарного глинистого сырья можно представить следующим образом:



Глинистые частицы, находясь даже в воздушно-сухом состоянии, всегда имеют связанную с их поверхностью воду (гигроскопическая влага).

В глинах различают три вида воды: химически связанную и два вида физически связанной – прочно связанную и механически примешанную (рыхло связанную). Первая образует мономинеральную пленку. Этот процесс экзотермический. Химически связанная вода исключительно прочно связана с материалом и может быть удалена только при химическом взаимодействии или при особо интенсивной тепловой обработке (прокаливании). Слой такой воды мономолекулярен и этот процесс экзотермический.

Мономолекулярный слой воды – слой воды толщиной в 1 молекулу. Диаметр молекул - 3-10-5 см, является адсорбционно связанной.

Прочно связанная вода естественно переходит в рыхло-связанную, которая размещается между частицами глины более свободно, подвижно и выдавливается из глины при компрессии.

Рыхлосвязанной воды становится тем больше, чем ближе подходит состояние глины к «рабочему водосодержанию».

Рабочее водосодержание – такое состояние глины и воды, когда глинянная масса становится пластичной и приобретает способность формоваться, при этом глинянная масса не липнет к тыльной стороне руки.

Физико-химическая связь. Этой форме соответствуют различные связи влаги: а) адсорбционно-связанная вода (поглощенная); б) осмотически-удержанная вода (влага набухания); в) структурная влага.

К осмотически удержанной влаге и структурной влаге относится влага, находящаяся в замкнутых ячейках, как поглощающая осмотически сложно построенной мицеллой, так и иммобилизованная структурная влага, захваченная при формировании геля. Эта влага является свободной.

При формировании геля образуется скелет из замкнутых клеток, стенки которой состоят из нерастворимых фракции.

Поверхность зерна глинообразующего минерала имеет отрицательные заряды, которые создают вокруг него силовое поле. Под их воздействием дипольные молекулы воды своими положительными концами (Н+) ориентируются по направлению к отрицательному заряду зерна и плотно окружают его поверхность, создавая мономинеральный, а далее полиминеральный слои адсорбированной воды. Эти слои будучи сильно сжаты под действием силового поля образуют прочно связанную воду, обладающую особыми свойствами.

По мере удаления от поверхности зерна напряженность силового поля, а следовательно, и интенсивность притяжения молекул убывает.

Молекулы воды, относительно отдаленные от поверхности зерна, но все же находящиеся под воздействием силового, хотя и отрицательно слабого поля, имеют уже некоторую свободу перемещения. Они образуют диффузный слой, в котором вода является рыхло-связанной.

Таким образом, зерно глинистого минерала окружено концентрическими слоями воды, каждый из которых удерживается глинистой частицей с различной силой, убывающей от ее поверхности к периферии. Таким строением водной оболочки объясняются водные свойства глин – влагоемкость, набухание, размокаемость и тиксотропное упрочнение.

Количеством выделяемого тепла, называемого теплотой смачивания, возможно определить количество прочно связанной воды. Количество прочно связанной воды можно определить по максимальной гигроскопической влажности образца. Количество рыхло связанной воды вычисляют как разность между всей связанной водой и прочно связанной. Количество всей связанной воды принимается равным максимальной молекулярной влагоемкости.

Вода в глине удерживается не только силами молекулярного притяжения. В диффузный слой часть воды проникает путем осмотического всасывания, а в порах глинистой породы вода может удерживаться еще и капиллярными силами. При этом осмотические и капиллярные силы относительно невелики по сравнению с силами молекулярного притяжения. Поэтому осмотическая и капиллярная вода образуют группу свободной воды.

Осмос (толчок, давление) – проникновение, просачивание растворителя сквозь тонкую перегородку, непроницаемую для растворенных веществ. Осмос – одностороння диффузия растворителя через полупроницаемую перегородку (мембрану), отделяющую раствор от чистого растворителя.

С увеличением дисперсности, а следовательно, и удельной поверхности глины, ее влагоемкость возрастает.

Под капиллярной влагоемкостью понимают относительное равновесное количество воды, поглощенное глиной при ее непосредственном контакте с водой.

^ Абсорбционно связанная вода – жидкость, удерживаемая силовым полем на внешней и внутренней поверхности мицелл коллоидного тела.

Мицелла – коллоидная частица с сольватным слоем.

Сольват – взаимодействие молекул растворителя с молекулами растворенного тела, а иногда и со вторым слоем ионов, строение которых определяет заряд мицеллы.

^ Коллоидные материалы характеризуются весьма значительной дисперсностью частиц, условный радиус которых составляет 0,1-0,001 мк.

Чем тоньше частицы, тем больше удельная поверхность и тем они активнее.

  1. ^ Понятие «рабочего водосодержания» и «теплоты смачивания».

Теперь нужно немного подробнее поговорить о взаимоотношениях глины с водой. Несмотря на то, что характеры их схожи, поссорить их очень просто, и тогда хорошего не жди. Если, затворяя глину, вы переусердствовали и налили слишком много воды, ее будет сложно удалить. Глиняное тесто будет неоднородным, с комками. Глина, будучи гигроскопическим веществом, адсорбирует влагу из воздуха, смачивается водой и способна набухать в состоянии сильного обводнения. Влагу, адсорбируемую глиной, называют прочносвязанной водой в отличие от рыхлосвязанной воды, размещающейся между частичками глины более свободно, подвижно и выдавливаемой из глины при компрессии. Прочносвязанная вода составляет 0,8—1,0 процент влажности каолина, замерзает при температуре значительно ниже нуля, почти не проводит электрический ток. Прочносвязанная вода естественно переходит в рыхлосвязанную, которой становится тем больше, чем ближе подходит состояние глины к рабочему водосодержанию, то есть к такому состоянию глины и воды, когда глинистая масса проявляет оптимум своей пластичности и своей способности формоваться. При правильно подобранном влагосодержании глиняная масса не липнет к тыльной стороне руки. Это рабочее водосодержание различно для разных глин; например, у лёсса оно составляет 18—20 процентов, у каолинов — 28—31 процент, у спондиловой глины — 31—33 процента, у часов-ярской — 30-32 процента, у трошковс-кой — 30—36 процентов. При дальнейшем увеличении содержания воды глина теряет способность сохранять приданную ей форму и начинает течь подобно вязкой жидкости.

При увлажнении абсолютно сухой глины происходят следующие физико-химические процессы: 1) выделяется тепло (теплота смачивания); 2) происходит набухание, т. е. увеличение глины в объеме; 3) в зависимости от количества добавленной воды глина образует полусухую, в той или иной мере связанную массу, пластичное тесто или текучую суспензию (шликер) с различной склонностью к коагуляции.

Теплота смачивания глин составляет от 2 до 20 кДж/кг. Набухание глин имеет технологическое значение, особенно когда глина не увлажняется до образования пластичного теста. Коагуляция также влияет на технологический процесс, так как вследствие уменьшения при этом общей поверхности частиц глины снижается их связующая способность, и такой шликер трудно перекачивать. К коагулирующим глиняным суспензиям для повышения их устойчивости добавляют электролиты.

В глинах различают равновесную, или гигроскопическую, воду, воду затворения и химически связанную.

Равновесной называют воду, которую глины поглощают из окружающей среды вследствие своей гигроскопической способности. Ее количество всегда значительно ниже содержания воды в глинах при состоянии наибольшей пластичности последних. Глины с оптимальным количеством воды образуют тесто нормальной густоты; в этом состоянии глина пластична, но не клейка. Она только слегка, подобно мелу, пачкает руки. По этому простому признаку удобно контролировать количество добавляемой воды, необходимой для получения глиняной массы, в состоянии наибольшей пластичности.

При определении величины водозатворения пользуются двумя выражениями: абсолютным водозатворени-ем, когда количество необходимой для этого воды выражено в процентах по отношению к массе абсолютно сухой глины, и относительным водозатворением, когда берут отношение количества воды к массе увлажненной глины. Ниже дано водозатворение тонкодисперсных глин, %:

Высокопластичные . . . 35—40 25—30 Среднепластичные . . . 25—30 20—25 Малопластнчные . . . 20—25 15—20

Предпочтительнее пользоваться абсолютным водозатворением. Абсолютное водозатворение и относительное Wo вычисляют по формулам:

Wa=[(b — a)/a] 100%; (VI. 1)

Wo = l(b — a)/b]lQ0%, (VI.2)

где а— масса абсолютно сухой глины; b — масса увлажненной глины.

  1. ^ Понятие формовочной влажности (водозатворяемости) глин.

Формуемостью керамической массы называют ее способность деформироваться без нарушения структуры. Для хорошо формующихся глинистых масс характерны следующие показатели:1. эластичность λ = 0,6…0,65; 2. пластичность φ= (2…2,5)10-6 с-1; 3. период истинной релаксации θ = 1200…1400 с.

Формовочная влажность является также важным показателем механических свойств глины. Ее иногда именуют влажностью воды затворения и влажностью рабочего теста. Формовочной влажностью называется та максимальная влажность, при которой глина способна формоваться под воздействием руки человека и в то же время не прилипать к рукам и к металлу. Среднее усилие нажатия человеческой руки соответствует примерно 2 кГ/см2, а предельное напряжение сдвига составляет при формовочной влажности, по данным Е. И. Заварзиной, около 0,6 кГ/см2.

Формовочная влажность зависит.от состава глины: запесо-ченность глины понижает ее, с повышением дисперсности она возрастает, у монтмориллонитовых глин она выше, чем у каолинитовых.

^ 19.Связность и связующая способность глин.

Связность — усилие, необходимое для разъединения частиц глин. Связность глин обусловлена малой величиной и пластинчатой формой частиц глинистого вещества.
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.

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.

Характеристикой связующей способности глины служат:

1) способность ее формоваться при добавлении различных количеств инертного вещества (отощителей);

2) изменение механической прочности высушенного образца в зависимости от степени отощения. Если при аналогичном испытании используется глина без добавок, то его результаты характеризуют связность глины.

Связующая способность глины выражается в том, что она может связывать частицы непластичных материалов (песка, слюды, шамота и т. д.) и образовывать при высыханиими спекания образца являются образование на его поверхности плотной корки, появление незначительного блеска и резкое изменение цвета.

Определение указанных показателей ведется на образцах, обожженных при различных температурах.

Связность глины и каолина, характеризующая прочность сырца после сушки, определяется величиной усилия, которое необходимо приложить для разъединения частиц глинистого материала. Обычно сравнительную оценку связности производят по пределу прочности при изгибе сформованных из глины образцов, имеющих форму балочек и находящихся в воздушносухом состоянии. Обычно высокопластичные глины имеют предел прочности на излом более 25 кГ/см2, тощие глины — ниже 15 кГ/см2.

Связующая способность глин, т. е. их способность связывать добавки отощителя без значительной потери прочности сырца и образовывать хорошо формующуюся массу, обычно определяется по пределу прочности при изгибе балочек, которые сформованы из глинистой массы с различным, постепенно возрастающим содержанием отощающего материала.

Связующая способность глины характеризуется предельным количеством чистого кварцевого песка, при добавке которого в глину получается тесто с хорошими формовочными свойствами.Связность и связующая способность глин возрастает с увеличением содержания в них глинистых минералов.

^ 20.Реологические свойства глиняных масс: пластическая прочность, деформация и модуль упругости.

Реология – наука о деформациях и текучести вещества, исследующая различные деформации материалов в зависимости от напряжении.

Реологические свойства глиняных масс: пластическая прочность, деформация, модуль упругости.

В основе количественной оценки структурно-механических (реологических) свойств формовочных масс лежат теоретические основы самостоятельного раздела коллоидной химии, называемого физико-химической механикой, основные положения которого разработаны академиком П.А.Ребиндером.

Приготовленная масса обладает определенными качественными характеристиками, оцениваемыми по показателям свойств. Свойства выражают способность вещества реагировать на внешние и внутренние факторы (механические, тепловые, гравитационные и др.).

Главным свойством приготовленной смеси (массы) является ее способность к технологической обработке – распределению слоя заданной толщины, уплотнению, формованию с уплотнением. Такую способность смеси называют удобоформуемостью, подвижностью и относят к группе структурно-механических или реологических свойств.

В дисперсных пластичных массах, в том числе и глинистых, под действием сдвиговых напряжений могут возникнуть три типа деформации: быстрая эластическая εб, медленная эластическая εм, пластическая деформации εпл.

Разрывы первичных контактов различных типов и образование новых, вторичных, происходящие при нагружениях системы выше условного статического предела текучести, составляют пластическую деформацию.

Суммарная деформация, возникающая при нагружениях дисперсий глинистых минералов, глин и керамических масс, состоит из трех видов деформации: двух обратимых, протекающих с различными скоростями и исчезающих после снятия нагрузки (быстрой и медленной эластических), и одной необратимой (пластической). Эти деформации развиваются одновременно, но по величине различно сочетаются между собой в деформационном процессе.

^ Быстрая эластическая деформация εб происходит в первое мгновение после приложения внешнего усилия; она связана с шарнирным поворотом и упругой деформацией частиц дисперсной фазы. При снятии нагрузки быстрая эластическая деформация полностью и также мгновенно исчезает (равновесное состояние достигается со скоростью, близкой к скорости звука в данном теле).

^ Медленная эластическая деформация εм развивается с момента приложения внешней нагрузки в течение нескольких, обычно 3-10 мин, с постепенно уменьшающейся скоростью; она связана с нескольким смещением (скольжением) частиц относительно друг друга без разрыва межмолекулярных связей и разрушения структуры. При снятии нагрузки медленная эластическая деформация полностью обратима, причем восстановление системы происходит также с постепенным замедлением.

^ Пластическая деформация εпл возникает только тогда, когда напряжение сдвига достигнет определенной величины, называемой предельным напряжением сдвига или пределом текучести (верхний предел влажности, при котором глина сохраняет пластические свойства).

^ Пластическая прочность или механическая прочность структуры представляет собой предельное напряжение сдвига, которое может выдержать пластичная масса при статическом нагружении. При пластической деформации происходит частичное разрушение структуры, которая самопроизвольно восстанавливается со временем (явление тиксотропии). Поскольку при данном напряжении в системе устанавливается равновесие процессов разрушения и тиксотропного восстановления, общее разрушение структуры не нарастает во времени. Деформация этого вида происходит с постоянной скоростью и после снятия напряжения не исчезает, т.е. является необратимой.

Если приложенная внешняя нагрузка вызывает напряжения, лежащие ниже предела текучести Рт, то в системе возникают только первые два вида деформации εб и εм.

Если напряжения превышают Рт, то имеют место деформации всех видов, причем в при течении дисперсных систем в области неразрушенных структур отдельные деформации складываются друг с другом, т.е. общая деформация ε=εбмпл или ε'=ε'б+ε'м+ε'пл , где ε‘ (с соответствующими индексами) – относительная деформация, равная по отношению абсолютной деформации ε‘ к толщине деформируемого слоя а.

Модуль быстрой эластической деформации (модуль упругости)

Еуп=Р/ε'б=Ра/εб

Модуль медленной эластической деформации (модуль эластичности) Еэл=Р/ε‘м=Ра/εм=Ра/(εэлб)

Наибольшая пластическая (шведовская) вязкость

ηпл=(Р-Рт)/dε‘пл/dτ=(Р-Рт)а/dεпл/dτ

где Р-Рт соответствует действующему напряжению, поддерживающему пластическое течение.

Вязкость упругого последействия

ηуп=Р/(dε‘б/dτ - dε‘пл/dτ )= Ра/(dεб/dτ -dεпл/dτ)

^ 21.Развитие видов деформации в глиняных массах: быстрой эластической, медленной эластической, пластической.

Быстрая эластическая деформация εб происходит в первое мгновение после приложения внешнего усилия; она связана с шарнирным поворотом и упругой деформацией частиц дисперсной фазы. При снятии нагрузки быстрая эластическая деформация полностью и также мгновенно исчезает (равновесное состояние достигается со скоростью, близкой к скорости звука в данном теле).

^ Медленная эластическая деформация εм развивается с момента приложения внешней нагрузки в течение нескольких, обычно 3-10 мин, с постепенно уменьшающейся скоростью; она связана с нескольким смещением (скольжением) частиц относительно друг друга без разрыва межмолекулярных связей и разрушения структуры. При снятии нагрузки медленная эластическая деформация полностью обратима, причем восстановление системы происходит также с постепенным замедлением.

^ Пластическая деформация εпл возникает только тогда, когда напряжение сдвига достигнет определенной величины, называемой предельным напряжением сдвига или пределом текучести (верхний предел влажности, при котором глина сохраняет пластические свойства).

^ 22.Оценка качества керамических масс по видам деформации. Структурно-механические характеристики глин.

На развитие деформационных процессов в глинистых системах существенно влияют типы и количество глинистых минералов, наличие примесей и их природа, концентрация твердой фазы и её дисперсность, количество и вид поверхностно-активных добавок.

Относительные деформации – быстрая эластическая, медленная эластическая и пластическая определяют в зависимости от их соотношения структурно-механический тип дисперсий.

Экспериментальными исследованиями С.П.Ничипоренко и др. выделены шесть структурно-механических типов структур глин в зависимости от соотношения величин относительных деформации – быстрой, медленной эластической и пластической, определяемых в сопоставимых условиях (обычно Р=0,2 МПа, τ=1000 с)

  • 1 – εб>εм>εплτ 2 – εм>εб>εплτ

  • 3 – εм> εплτ > εб 4 – εб>εплτ > εм

  • 5 – εплτ >εб> εм 6 – εплτ >εм> εб

Различные типы структур представляют в виде гистограмм – прямоугольников с одинаковым основанием, высота которых соответствует доле, вносимой той или иной составляющей в общую деформацию, или тройной диаграммой.

Глины различных типов ведут себя по-разному в процессах формования:

глины 1 и 2 структурно-механического типа с преобладающим развитием быстрых эластических деформации, что указывает на плохую формуемость керамических масс. Таким массам свойственно хрупкое разрушение структуры;

в керамических массах 5 и 6 типов – значительное развитие пластических деформации. Массы легко деформируются, что увеличивает свилеобразование при пластическом формовании изделий, т.е. проявляют склонность к пластическому разрушению (к трещинообразованию);

наиболее благоприятны для формования 3-го и особенно 4-го типов. Они хорошо формуются и образуют в керамические , фарфоровые, фаянсовые и другие изделия без дефектов. Масса проходит формующую часть пресса за 5-7 сек. В течение этого времени преобладающее развитие медленных эластических деформации способно полностью компенсировать возникающее во время формования кратковременные напряжения без нарушений сплошности выдавливаемой массы.



^ 23.Коагуляционные структуры керамических масс и физико-механические основы их образования.

Технологический процесс производства керамических изделий является процессом создания и непрерывных изменений структуры керамической массы: измельчение, смешивание, переминание при обработке массы, образование коагуляционной структуры и деформирование при формовании, потери влаги и уменьшение размеров после сушки, образование кристаллизационной структуры и усадка в результате обжига.

Основными факторами, определяющими характер образования коагуляционных структур глинистых минералов являются их кристаллическая структура, форма частиц, дисперсность, число и характер нарушений решетки кристаллов.

Коагуляционные структуры керамических масс возникают под действием молекулярных сил сцепления коллоидных крупных частиц, взвешенных в жидкой среде суспензии или коллоидного раствора. Они отличаются от кристаллических структур способностью к тиксотропному упрочнению, ярко выраженными пластично-вязкими свойствами и сравнительно малой прочностью, что обуславливается наличием тонких прослоек дисперсной среды в местах контакта соединения между собой системы. Эти дисперсные системы в зависимости от степени развития структуры и ее упрочнения занимают промежуточное место между жесткими и твердыми телами, отличаясь такими механическими свойствами как вязкость, прочность, упругость, пластичность, т.е. способность к остаточным деформациям (без потери формы). По Ребиндеру эти структуры независимо от природы составляющих их твердых частиц проявляют способность к резко выраженному упругому последействию, свойственному каучукам и их растворам.

Образование коагуляционных структур возникает в результате сцепления частиц дисперсной фазы Вандер Ваальсовыми силами (силами межмолекулярного взаимодействия, имеющих электр-ю природу) в цепочке и неупорядоченной межпространственной сетки.

Развитию коагуляционной структуры во всем объеме способствует высокая дисперсность частиц, их мозаичность поверхности, а для глинистых минералов наличие участков с наименьшими развитием гидратных оболочек. Сцепление частиц следовательно за счет Броуновских соударении. При этом между контактирующими частицами остается весьма тонкая равновесная прослойка жидкой дисперсионной среды, которая не препятствует силам сцепления между частицами, вместе с тем абсорбционно прочно связана с поверхностью частиц, что не выдавливается даже силами сцепления между ними.

^ 24.Сушильные свойства керамических изделий.

К сушильным свойствам глин относят; воздушную усадку, чувствительность глин к сушке, влагопроводность

^ Воздушной усадкой называют уменьшение линейных размеров и объема глиняного образца при его сушке. Воздушную усадку подразделяют на два вида: линейную и объемную.

Для глин средней пластичности значение воздушной линейной усадки близко к 6-7 %, при более высоких значениях в глину необходимо добавлять отощители.

Чувствительностью глин к сушке называют способность сырца отформованного из глины противостоять без трещин и деформации внутренним напряжениям, развивающимся в результате удаления усадочной воды. Эта способность выражается коэффициентом чувствительности, который является показателем трещиностойкости:

Кч = Vу / Vп

Vу – объем усадки; Vп – объем пор

По величине коэффициента чувствительности глинистое сырье делят на три класса: малочувствительные с Кч<1,2; среднечувствительные с Кч=1,2…1,8; высокочувствительные с Кч >1,8.

^ Воздушную усадку определяют по изменениям линейных размеров образцов-кирпичиков размером 67х30х15 мм при сушке
  1   2   3   4



Скачать файл (478.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru