Керамические материалы и глины

Керамическими называются искусственные каменные материалы и изделия, получаемые из глин и их смесей с минеральными добавками путем их формования, сушки, обжига. Сырьем для керамических материалов служат различные глины.

Глины - это осадочные горные породы, состоящие в основном из глинообразующих минералов и примесей, из одного (мономинеральные глины) или нескольких минералов (полиминеральные глины). Глинообразующие минералы являются водными алюмосиликатами.

В зависимости от преобладающего содержания глинистых минералов глины называют каолинитовыми, монтмориллонитовыми, гидрослюдистыми (иллитовыми) и т.п. Глины белого цвета, состоящие преимущественно из каолинита, называют каолинами. Кроме глинообразующих минералов присутствуют примеси: кварцевый песок, карбонатные, железистые, органические, растворимые соли.

По зерновому составу глины характеризуются значительным содержанием глинистого вещества (частиц мельче 0,005 мм) и делятся на высокодисперсные, дисперсные и губкодисперсные.

В керамической промышленности по применению различают глины клинкерные, кирпичные, черепичные и т.д.

Свойства глин определяются соотношением, видом и дисперсностью глинистых минералов и примесей. Наиболее важными свойствами глин являются пластичность, воздушная усадка (дообжиговые свойства), огнеупорность, спекание и огневая усадка (обжиговые свойства).

Пластичность глин - способность глиняного теста изменять форму без разрыва и нарушения сплошности под действием внешних усилий и сохранять приданную форму после прекращения их действия. Пластичными свойствами каждая глина обладает в определенном диапазоне влажности. Пластичность зависит от вида и количества глинообразующих минералов в глине. Наибольшей пластичностью обладают монтмориллонитовые глины. Повышение дисперсности глин увеличивает их пластичность, а запесоченность, наоборот, снижает ее. Пластичность глин может быть повышена добавлениями пластичных добавок или отмучиванием песчаных частиц. Снижают пластичность введением непластичных добавок.

Воздушная усадка - уменьшение объема образца при его сушке. При затворении глин водой происходит набухание, т.е. увеличение объема. Удаление из глин воды сопровождается воздушной усадкой в результате действия капиллярных сил. Величина относительной воздушной усадки может быть 2 ... 10 % и более. Наибольшей усадкой обладают монтмориллонитовые глины, наименьшей - каолинитовые.

Огнеупорность - способность глин, не расплавляясь, выдерживать действие высоких температур. По огнеупорности глины делят на три класса: огнеупорные - с огнеупорностью выше 1580 °С, тугоплавкие - 1580 ... 1350, легкоплавкие - ниже 1350 °С.

Способность глин при обжиге уплотняться с образованием камнеподобного материала называется спекаемостью. В процессе спекания масса уплотняется, вследствие чего происходит огневая усадка, которая у глин колеблется от 2 до 8 %.

Для регулирования свойств глиняной массы вводят отощающие добавки, которые уменьшают огневую и воздушную усадку. В качестве отощающих добавок применяют кварцевый песок (для стеновых изделий размером 0,2 ... 2 мм), молотый шлак, отходы керамзитового и аглопоритового производства, золу до 10 ... 25 %. Более качественными отощающими добавками являются молотая дегидратированная глина (прошедшая термообработку при 700 ... 750 °С) , шамот (измельченная, специально обожженная глина при температуре, равной температуре обжига изделия), измельченный бой обожженных изделий. Их вводят в количестве до 40 %.

Порообразующие, или выгорающие, добавки применяют для уменьшения средней плотности стеновой керамики и сокращения расхода полноценного топлива; на этапе сушки они выполняют роль отощающих добавок. В качестве выгорающих добавок применяют древесные опилки (8 ... 25 %), молотый антрацит, кокс, бурые угли, тощие каменные угли (2 ... 2,5 %), золы ТЭЦ до 15 % и другие.

Плавни-добавки в смеси с глинистым веществом дают легкоплавкие соединения и снижают температуру обжига изделий. В качестве плавней используют измельченные полевые шпаты, нефелиновые сиениты, пегматиты, перлиты, молотое легкоплавкое стекло, шлаки, фосфаты натрия и кальция и др.

Пластифицирующие добавки увеличивают пластичность и связанность глин. К таким добавкам. относят высокопластичные глины, бентониты, поверхностно-активные вещества - отходы целлюлозной промышленности, синтетических жирных кислот и другие.

Керамические материалы и изделия объединяют в группы по назначению и свойствам, по основному используемому сырью или его фазовому составу. По назначению строительные керамические материалы и изделия классифицируются на стеновые материалы, пустотелые изделия для перекрытий, облицовочные материалы для наружной и внутренней отделки зданий, кровельные материалы, трубы, огнеупорные материалы, заполнители для легких бетонов, санитарно-технические изделия, специальные изделия.