XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Большие запасы повсеместно распространенного сырья, сравнительная простота технологии и высокой долговечности керамических кирпичей выдвинули их на одно из первых мест среди других строительных материалов. Для производства кирпича используют легкоплавкие глины и суглинки, а также трепелы, диатомиты, опоки, аргиллиты и другое природное сырье, содержащее глинистые материалы. Сырье должно обладать хорошими и средними керамическими свойствами при содержании песчаных составляющих 10 - 30%; глинистых - не менее 12 - 14%. Сырье должно быть средне и умеренно пластичным с удовлетворительной формовочной способностью; иметь достаточно высокую связующую способность, быть средне- и малочувствительным к сушке.

Применяемое в керамической промышленности сырье условно делят на три основные группы: пластичные материалы, отощающие материалы, плавни. В особую группу выделяют технологические добавки, способствующие формованию полуфабриката и формированию его структуры.

Пластичные материалы представлены глинами и каолинами. Резкого разграничения между каолинами и глинами провести нельзя. Некоторые глины (например, огнеупорные) близки к каолинам по составу и свойствам. Глины отличаются по текстуре, гранулометрическому, минералогическому и химическому составу, содержание отдельных оксидов колеблется в очень широких пределах, при этом характерно наличие больших количеств кварца, оксидов железа и кальция, а также заметного количества органических примесей. Отсюда следует различие глин по свойствам и областям применения. Если делить глинистое сырье по области применения в промышленности, то в группы гончарных, кирпично-черепичных и ке­рамзитовых выделяют легкоплавкие глины, содержащие значительное количество примесей (красящих оксидов, плавней и др) — обыкновенные глины.

Свойства глинистых пород зависят от характера строения частиц (зерен) минеральных пород (структуры) и их взаимного расположения (текстуры). По структуре, определяемой характером излома, глинистые породы могут быть: тонкозернистыми (преобладают частицы менее 0,001 мм), грубозернистыми, неоднородными (пестрыми), слоистыми. В изломе могут быть различные включения и прослойки: каменистые, песчанистые, известковые, более пластичные глины, органические остатки. Текстура глинистых пород бывает трех основных типов: беспорядочная (неориентированная) - комковатая, плотная; микрослоистая (ориентированная) - горизонтально-слоистая, косо-слоистая, линзовидно-слоистая и сложная; флюиадальная (спутанная) - типа сланцевой.

Структура глин определяется в основном гранулометрическим составом, который характеризуется со­держанием в них глинистой фракции (мельче 0,005 мм), пылеватых частиц (от 0,005 до 0,14 мм) и песка (от 0,14 до 5 мм). Соотношение между этими фракциями опре­деляет также физические и керамические свойства глин: пластичность, связность, усадку, чувствительность к сушке и т.п.. В легкоплавких глинах преобладают фракции 0,01 – 0,005 и 0,005 – 0,001 мм, содержание же фракций с размером зерен менее 0,001 мм редко превышает 50%, а иногда составляет только 6 - 10 %. Содержание тонких частиц определяет пластичность и другие свойства глин. Высокопластичные глины содержат частицы размером менее 0,005 мм 40 – 90% и частицы менее 0,001 мм – 10- 60% и более, в то время как в умеренно пластичных глинах находится лишь 30 – 60% частиц размером до 0,005 мм. Более крупные зерна пыли (до 0,14 мм) слюды и песка (0,14 – 5 мм) снижают пластичность глин

В зависимости от минералогического состава глины делят на полиминеральные и мономинеральные. Минералогический состав определяет не только основные свойства керамических изделий, но и формовочную способность глинистого сырья, его поведение при обжиге и другие технологические свойства.

Используемые для изготовления изделий грубой керамики глины являются полиминеральными и представляют собой механическую смесь глинистых минералов, зерен кварца, слюды, зерен неразложившегося полевого шпата, темноокрашенных минералов и т. п. Глинистое вещество, представленное пылеватыми частицами, состоит преимущественно из каолинита и родственных ему минералов – монтмориллонита (Al₂O₃∙4SiО₂∙nН₂О), галлуазита (Al₂O₃∙2SiO₂∙4H₂O) и др. Песок выполняет роль скелета в глиняной массе. От наличия песка зависит способность глин к усадке или набуханию.

Глины, распространенные в приро­де, из-за наличия в них разнообразных примесей, со­держание которых иногда колеблется в значительных пределах, состоят из многих химических соединений В число оксидов, составляющих глины, входят: глинозем Al₂O₃, кремнезем SiO₂, оксид железа Fe₂O₃, оксид кальция CaO, оксид натрия Na₂O,оксид магния MgO, оксид калия К₂О. Тонкодисперсные водные силикаты глинозема находятся в кристаллической и отчасти коллоидальной формах. Возможно присутствие в глинах минеральных коллоидов в виде несвязанных А1₂О₃ и SiO₂ с переменным количеством воды, а также коллоидальных органических веществ. Изменения химического состава отражаются на свойствах глин. Так, при повышенном содержании SiO₂, не связанного с Al₂O₃ в глинистых минералах, уменьшается связующая способность глин, повышается пористость обожженных изделий и снижается их прочность. Растворимые соли (суль­фаты, хлориты, ванадаты), образующие выцветы, выплавы, черные точки на поверхности изделий и другие дефекты. Углекислый кальций уменьшает огнеупорность глины и интервал спекания, увеличивает усадку при обжиге и пористость, что в свою очередь снижает прочность и морозостойкость изделий. Оксиды Na₂O, K₂O понижают температуру спекания глины. В глинах могут быть примеси, снижающие температуру плавления (их называют плавнями). Это углекислый кальций, полевой шпат, Fe(OH)₃, Fe₂O₃ и др. Пирит Fe₂S и гипс CaSO₄∙2H₂O, являясь плавнями, также понижают огнеупорность глины. При обжиге пирит сплавляется в черный железистый легкоплавкий шлак и вытекает из изделия, образуя на поверхности пустоты или "мушки"; гипс, сплавляется с глиной в прозрачное стекло в виде выплавок. Камневидные включения СаСО₃ играютроль плавней и являются причиной появления «дутиков» и трещин в керамических изделиях, так как гидратация СаО, получившейся при обжиге керамических изделий, сопровождается увеличением ее кажущегося объема. Примеси органических веществ, в том числе и мелкие частицы угля в количестве до 15 - 20 %, увеличивают пористость, а при неравномерном распределении снижают прочность керамического черепка.

Химический состав глин также определяет цвет обожженного черепка. Часто встречающаяся примесь оксидажелеза придает глине привычную красную окраску, Fe(OH)₃ сообщает буро-желтый цвет, оксид марганца - серый цвет, органические примеси - серый, черный и т.п.

Список литературы

1. Августинник А.И. Керамика - М.: Промстройиздат, 1957. - 484 с

2. Стрелов К.К., Кащеев И.Д. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов / Учебное пособие для вузов. 2-е издание, переработанное и дополненное М.: Металлургия, 1996. – 608 с.

3. Айрапетов Г.А., Безродный О.К., Жолобов А.Л., Жуков А.В. Строительные материалы – М.: Феникс, 2007. – 620 с.

4. Станевич В.Т. Строительная керамика: учебное пособие. – Павлодар, ПГУ им. С. Торайгырова, 2008. – 96 с.

5. Погребенков В.М. Технология тонкой и строительной керамики. Часть 1: учебное пособие. – Томск, ТПУ, 2005. – 109 с.

6. Пивинский Ю.Е. Теоретические аспекты технологии керамики и огнеупоров. Избранные труды. Том 1. – СПб.: Стройиздат СПб, 2003. – 242 с.

7. Горохова, Е.В. Материаловедение и технология керамики. – Мн.: Вышэйшая школа, 2009. – 222 с.

8. Василовская Н.Г., Енджиевская И.Г., Баранова Г.П. и др. Основы технологии строительной керамики и искусственных пористых заполнителей: Учебное пособие – Красноярск: Изд-во СФУ, 2016. – 200 с.

9. Гузман И.Я. Химическая технология керамики: учеб. пособие для вузов. – М.: Стройматериалы, 2003. – 496 с.: ил.

10. Барабанщиков Ю.Г. Строительные материалы и изделия – М.: ACADEMIA, 2008. – 368 с.