УДК 691.42

ОЦЕНКА ВОЗДУШНЫХ И ОГНЕВЫХ УСАДОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ГЛИН МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПЕНЗЕНСКОЙ ОБЛАСТИ

Блохина Татьяна Павловна1, Тарасов Роман Викторович2, Макарова Людмила Викторовна3
1ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», студент
2ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., доцент
3ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», к.т.н., доцент

Аннотация
Важнейшими этапами производства керамических изделий являются процессы сушки и обжига, при которых происходит воздушная и огневая усадка. Учет показателей воздушной и огневой усадки керамических масс на основе глин позволяет оценить поведение их в процессе сушки и обжига с целью предотвращения появления различных дефектов структуры.

Ключевые слова: воздушная и огневая усадка, глинистое сырье, керамическая продукция


THE EVALUATION OF AIR AND FIRING SHRINKAGE DEFORMATION OF CLAYS OF PENZA REGION DEPOSITES

Blokhina Tatyana Pavlovna1, Tarasov Roman Viktorovich2, Makarova Ludmila Viktorovna3
1Penza State University of Architecture and Construction, student
2Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor
3Penza State University of Architecture and Construction, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

Abstract
The most important stages in the production of ceramic products are the processes of drying and firing for which air and firing shrinkage is. Accounting of indicators of air and firing shrinkage of ceramic masses based on clay allows to evaluate their behavior in the process of drying and firing to prevent of occurrence of various defects of structure.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Блохина Т.П., Тарасов Р.В., Макарова Л.В. Оценка воздушных и огневых усадочных деформаций глин месторождений Пензенской области // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 8. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/08/37254 (дата обращения: 03.06.2017).

В качестве сырья для производства керамических изделий используются глины. С учетом широкой номенклатуры керамических изделий особое внимание уделяется качеству глин с позиций химического и минералогического состава [1, 2]. Например, для производства жаростойких керамических изделий широкое применение получили огнеупорные глины с повышенным содержанием Al2O3 (tпл>1580оС).

При сушке и обжиге керамических изделий происходит воздушная и огневая усадка с более глубокими химическими и физическими процессами, которые обуславливают образование и соотношение новых фаз, размер, форму и взаимное расположение структурных элементов, изменение массы и объема керамического тела [3].

Знание показателей воздушной и огневой усадки керамических масс на основе изучаемых глин позволяет оценить поведение их в процессе сушки: появление трещин, коробление и наличие других негативных эффектов.

Результаты определения воздушной и огневой усадки глин месторождений Пензенской области приведены в табл. 1 и на рис. 1.

Традиционно считается, что для глинистых материалов значение воздушной усадки обычно равно 6-10%. Сильно запесоченные глины имеют более низкие значения воздушной усадки. Согласно полученным результатам, исследуемые глины по классификации относятся к мало- и непластичным глинам, так как числовые значения их воздушной усадки ниже 6% (табл. 1).

 Таблица 1 – Основные свойства используемых глин

Вид глины Число пластич-ности Усадка, % Температура плавления, °С
воздушная огневая при t=900°С
линейная объемная линейная объемная
Иссинская 10,4 4,43 12,7 0,62 1,85
Долгоруковская 8,9 5,85 16,54 1,15 3,41
Нижнеломовская 8,2 1,71 5,42 0,8 2,38
Лягушевская 9,85 4,86 13,88 1,77 5,22
Новочебоксарская 8,5 5,2 14,8 0,2 0,59 1060-1100°С

Минимальными значениями линейной воздушной усадки обладает глина Нижнеломовского месторождения (1,71%), что объясняется высоким содержанием песчанистых частиц (65%, по методу Рутковского). У остальных изученных глин линейная воздушная усадка находится в пределах 4,4-5,85%. Максимальные показатели линейной воздушной усадки были получены на образцах из Долгоруковской глины (L=5,85%). Объемная воздушная усадка исследуемых глин находится в пределах 5,42-16,54%.

Огневую усадку определяют на тех же образцах, которые использовали для определения воздушной усадки. Высушенные образцы из легкоплавких глин (исследуемые глины относятся именно к легкоплавким) были подвергнуты обжигу при температурах 900-1150°С с интервалом температур 50°С. Скорость подъема температуры – 3°С/мин. Выдерживание образцов при конечной температуре 30 мин. Результаты огневой усадки представлены на рис. 1.

Верхний предел температуры обжига устанавливали по достижению пережога (вспучивание и деформация образцов, остекловывание поверхности).

Рис. 1 – Показатели линейной огневой усадки (а), объемной огневой усадки (б) и полной усадки (в) исследуемых глин.

1-Долгоруковская глина; 2-Иссинская глина; 3-Нижнеломовская глина; 4-Новочебоксарская глина; 5-Лягушевская глина

Характер изменения огневой усадки в зависимости от температуры обжига дает возможность судить о спекаемости глинистого сырья. Поэтому определение огневой усадки обычно совмещают с оценкой спекаемости глинистых масс.

Линейная огневая усадка испытываемых глин возрастает в пределах от 0,2 до 7% в зависимости от вида глины в температурном интервале от 900°С до 1100°С. Долгоруковская глина обладает самыми высокими показателями линейной и объемной огневой усадок (6,53 и 18,34% соответственно) при максимальной температуре обжига 1100°С. Иссинская глина имеет средние значения усадок: 5,39% – линейная огневая усадка и 15,13% – объемная огневая усадка. Увеличение усадки для Нижнеломовской и Новочебоксарской глин происходит лишь до достижения температуры обжига 1000°С. При более высоких температурах происходит увеличение размеров образцов, что, вероятно, связано с определенным соотношением и составом железистых и магнезиальных примесей, а также повышением количества пылевидного кварца. Образцы увеличиваются в размерах и деформируются.

Лягушевская глина при t=1100°С обладает самыми низкими показателями линейной и объемной огневой усадок (3,65% и 10,55% соответственно).

Обжиг при температуре 1150°С не проводился, так как уже при 1100°С часть образов, независимо от вида глины, деформировалась, что привело к невозможности качественного замера показателей усадки, полученных в результате эксперимента.

Для глин, не подверженных при более высокой температуре пиропластическому деформированию и увеличению размеров (Лягушевская, Иссинская и Долгоруковская глина), значения полной линейной усадки (воздушная + огневая усадки) до температуры 1000°С находятся в пределах 4-10%. Для Новочебоксарской и Нижнеломовской глин, испытывающих при температуре свыше 1000°С пиропластическое вспучивание, полная усадка при достижении этой температуры составляет 2-6,5% (рис. 1, б).

Таким образом, критерием пригодности глин для изготовления керамических изделий можно считать отсутствие пиропластического вспучивания при температурах до 1100°С и по этому показателю пригодными признаны Иссинская, Лягушевская и Долгоруковская глины.

Самый важный процесс при обжиге – спекание материала, в результате которого изделия обычно уплотняются и упрочняются. Чаще всего процесс спекания оценивают по изменению плотности обжигаемого материала: спекшимися считают материалы, достигшие в процессе обжига минимального водопоглощения (открытой пористости).

Испытания глинистых и керамических масс для определения интервалов спекания и спекшегося состояния позволяют установить оптимальную температуру обжига, оценить различные виды глин с точки зрения пригодности их для производства того или иного вида керамических изделий.

По степени спекания глины делят на три группы: сильноспекающиеся (водопоглощение спекшихся образцов не более 2%), среднеспекающиеся (водопоглощение 2-5%) и неспекающиеся.

Согласно данным, полученным в результате эксперимента, исследуемые глины относятся к классу неспекающихся. Массовое водопоглощение обожженных образцов находится в пределах 7-25% в зависимости от вида глины (рис. 2, б). Наиболее близки по значениям водопоглощения к 5% Долгоруковская, Новочебоксарская и Нижнеломовская глины. Водопоглощение обожженных при 1100°С образцов, изготовленных из этих глин, находится в пределах от 7,5 до 10%. Увеличение температуры обжига глин приводит к заметному увеличению плотности образцов из Иссинской и Лягушевской глин, причем наиболее резкий рост плотности наблюдается у Иссинской глины при температуре выше 1050°С. Соответственно, с повышением плотности снижается и водопоглощение.

Рисунок 2 – Показатели плотности (а), массового водопоглощения (б) и кажущейся пористости (в) исследуемых глин.

1-Долгоруковская глина; 2-Иссинская глина; 3-Нижнеломовская глина; 4-Новочебоксарская глина; 5-Лягушевская глина

Обожженные глиняные образцы, кроме открытых пор, содержат также некоторое количество закрытых пор. Согласно расчетам, закрытая пористость обожженных глиняных образцов находится в пределах 1,5-4,6%.

Увеличение плотности обжигаемого материала тесно связано с объемными изменениями в образце, а именно с уменьшением его линейных размеров. Поэтому кривые усадки невспучивающейся керамики (рис. 1,а, кривые 1, 2, 5) адекватны кривым водопоглощения (рис 2, б) в зависимости от температуры обжига керамики.

Анализ всех исследованных глин Пензенских месторождений показал, что максимально пригодной для изготовления керамических изделий можно считать Иссинскую глину, обладающую лучшими свойствами по сравнению с другими глинами.


Библиографический список
  1. Августиник, А.И. Керамика [Текст] / А.И. Августиник.- Л.: Стройиздат, 1975. – 592 с. ил.
  2. Слепова И.Э., Тарасов Р.В., Макарова Л.В. Оценка возможности использования глин месторождений Пензенской области для производства керамической продукции // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 8 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/08/37211 (дата обращения: 20.08.2014).
  3. Павлов В.Ф. Физико-химические основы обжига строительной керамики. М., Стройиздат, 1977, 240 с., ил.


Все статьи автора «Макарова Людмила Викторовна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: