Технология стеновых материалов. Методические указания

и т.д.

где l1, l2, и т.д. - расстояние между метками на образце в каждый измеряемый момент, мм;

∆l1, ∆l2 ... и у1, у2... – усадка образца, мм или проценты, соответственно.

По полученным результатам строят график "усадка - влажность" в системе прямоугольных координат (рисунок 2). Графическая зависимость имеет два участка:

наклонную линию, выражающую увеличение усадки с потерей воды, и прямую, па-

раллельную горизонтали, показывающую потерю влаги после прекращения усадки.

Пересечение этих линий дает значение практической влажности образца Wk, при ко-

торой усадка прекращается.

Рисунок 2 – Графический способ определения критической влажности глин по методу Чижского А.Ф.

Коэффициент чувствительности вычисляют по формуле:

31

где Wн – начальная влажность в абсолютном значении, %;

Wk – критическая влажность в абсолютном значении, %.

Критической влажности соответствует влажность образца, при которой пре-

кращается усадка.

По величине Кч, определенной по методу Чижского А.Ф. глины классифици-

руют также на 3 класса: малочувствительные - Кч менее 1,2; среднечувствительные

- Кч от 1,2 до 1,8; высокочувствительные - Кч более 1,8.

1.9 Определение огневой и полной усадок

Огневая усадка представляет собой сокращение размеров абсолютно сухого глиняного образца при обжиге. Полная или общая усадка складывается из величин воздушной и огневой усадок. Величина огневой усадки зависит от температуры об-

жига и минералогического состава глин.

Режим обжига керамических изделий определяется видом глин. Для легко-

плавких глин максимальная температура обжига составляет от 900 ºС до 1000 ºС, а

для тугоплавких - от 1000 ºС до 1250 ºС.

Процесс обжига можно разделить на несколько периодов:

1 - досушка сырца протекает в интервале температур от 20 ºС до 200 ºС – удаление свободной и адсорбционной воды;

2- прогрев изделия до максимальной температуры;

3- выдержка при максимальной температуре;

4- охлаждение изделий.

Влабораторных условиях продолжительность обжига обычно составляет от

6 до 7 ч. Подъем температуры до 200 ºС ведется медленно со скоростью не более

2 ºС в минуту. Скорость подъема температуры в интервале от 200 ºС до 800 ºС со-

ставляет от 4 ºС до 6 ºС в минуту, а с 800 ºС и до максимальной температуры обжи-

га - не более 1,5 ºС в минуту. Выдержка при максимальной температуре - не менее

32

1 ч. Контроль режима обжига должен вестись по заранее построенной кривой обжи-

га, изображенной в координатах "время - температура".

1.9.1 Материалы и оборудование

Образцы – плитки размером 50×50 мм после определения воздушной усадки.

Штангенциркуль.

Печь электрическая на 1100 ºС.

1.9.2 Проведение испытания

Определение общей и огневой усадки проводят на образцах размером

50×50×5 мм после замера на них величины воздушной усадки.

Общую и огневую усадку определяют по изменению размеров обожженных образцов. Обжиг образцов проводят в электрической печи по заданному режиму и до заранее определенной температуры. Выдержка при максимальной температуре

1 ч. Подъем температуры равномерный через интервалы времени от 10 до 15 мин.

Охлаждение образцов – в печи при отключенном напряжении. Замеры расстояний между метками проводить на образцах, охлажденных до комнатной температуры.

1.9.3 Обработка полученных результатов и выводы

Величины общей и огневой усадок рассчитывают по формулам:

где l1 – расстояние между метками на свежеотформованных образцах, мм; l2 – расстояние между метками на образцах после сушки при

температуре от 105 ºС до 110 ºС, мм;

l3 – расстояние между метками на образцах после обжига, мм.

33

Результаты измерений заносят в таблицу 8.

Таблица 8

Величина огневой усадки достигает от 2 % до 8 %. Для некоторых глинистых пород – суглинков и тощих закварцованных глин, – огневая усадка может иметь от-

рицательные значения за счет увеличения размеров образцов при полиморфных превращениях кварца.

1.10 Определение огнеупорности легкоплавких глин

Огнеупорность – свойство керамических материалов противостоять, не рас-

плавляясь, воздействию высоких температур. Характеризуется температурой, при которой стандартный образец (пироскоп), размягчаясь и оседая, коснется своей вершиной подставки, на которой он стоит [16].

1.10.1 Материалы и оборудование

Печь электрическая с температурой нагрева 1350 ºС.

Шкаф сушильный.

Ступка фарфоровая с пестиком.

Подставка огнеупорная, изготовленная пластическим способом из шамотных масс, содержащих 50 % огнеупорной глины и 50 % шамота.

Длина подставки 200 мм, ширина – 140 мм, гнезда для установки пироскопов глубиной 3 мм. Расстояние от гнезд до края подставки не менее 30 мм, а между гнездами 35 мм вдоль длинной стороны подставки и от 20 до 40 мм вдоль короткой,

увеличиваясь на 5 мм в каждом последующем ряду (смотри рисунок 3).

34

Форма металлическая или пластмассовая для формования пироскопов; пред-

ставляет собой треугольную усеченную пирамиду высотой 60 мм со стороной ниж-

него основания 15 мм и верхнего 5 мм.

Шаблон для проверки угла наклона ребра пироскопа к горизонтальной плос-

кости.

Щипцы тигельные.

Форма для прессования.

Сито с сеткой 02.

Ткань хлопчатобумажная.

Плита мраморная или металлическая.

Рисунок 3 – Подставка огнеупорная

1.10.2 Подготовка к испытанию

От пробы глины подготовленной для анализа, отбирают навеску массой 0,3 кг,

высушивают при температуре не более 100 ºС, измельчают до прохождения через сито с сеткой 02 и готовят массу нормальной формовочной влажности, при которой она не прилипает и не оставляет следы на тыльной стороне руки. Массу перемеши-

вают до полной однородности, проминают до устранения пузырьков воздуха и ос-

тавляют вылеживаться в течение 24 ч, накрыв тканью или полиэтиленом.

Из приготовленной массы формуют испытуемые пироскопы, подсушивают их в течение 24 ч на воздухе и окончательно досушивают в сушильном шкафу при тем-

35

пературе от 105 ºС до 110 ºС.

1.10.3 Проведение испытаний

Испытуемые пироскопы в количестве не более 10 штук устанавливают на свежесформованную подставку в специально выполненные при формовании гнезда.

Размещают пироскопы из пяти проб.

Пироскопы из одной пробы устанавливают попарно по диагонали так, чтобы короткие их ребра отклонялись от вертикали на величину от 8 º до 10 º в направле-

нии края подставки. Правильность наклона проверяют шаблоном. Подставку с шаб-

лонами подсушивают в помещении до влажности от 3 % до 5 %.

Затем подставку помещают в печь, перепад температур в которой в области установки подставки не должен превышать 5 ºС. Скорость подъема температуры в печи до 900 ºС не регламентируется, а свыше 900 ºС скорость подъема температуры от 3 ºС до 5 ºС в минуту. Фиксируют температуру, когда вершина пироскопа кос-

нется подставки. Эта температура принимается за огнеупорность. При разной тем-

пературе падения двух параллельных пироскопов огнеупорность равна средней арифметической температуре.

Испытание считается недействительным и должно быть повторено, если раз-

ница в падении двух пироскопов из одного и того же материала превышает 20 ºС

или наблюдается вспучивание пироскопа и более сильное оплавление ребер у ниж-

него основания, чем у верхнего.

1.10.4 Выводы

На основании полученных результатов делают выводы об огнеупорности ис-

пытуемого глинистого сырья, принимая во внимание, что легкоплавкие глины име-

ют показатель огнеупорности менее 1350 ºС, тугоплавкие – в пределах от 1350 ºС до

1580 ºС, а огнеупорные – свыше 1580 ºС.

36

1.11 Определение спекаемости глин

Спекаемостью глин называют их способность при обжиге уплотняться с обра-

зованием твердого камнеподобного черепка.

Температуру спекания устанавливают по водопоглощению обожженного че-

репка. Черепок считается спекшимся, если его водопоглощение не превышает 5 %.

За начало спекания принимают температуру, при которой начинается заметное уменьшение водопоглощения черепка, а за конец спекания - температуру, при кото-

рой появляются признаки пережога - оплавление или вспучивание. Интервал меж-

ду двумя этими температурами называется интервалом спекания. Интервал между температурой, при которой отмечается конец спекания и температурой, при которой водопоглощение черепка составляет 5 % - интервал спекшегося состояния.

По степени спекаемости глины подразделяют на:

- сильноспекающиеся – при обжиге дают черепок без признаков пережога с водо-

поглощением не более 2 % не менее, чем в двух температурных точках с интервалом

50 ºС;

- среднеспекающиеся – обеспечивающие получение в этом же температурном ин-

тервале черепка без признаков пережога с водопоглощением не более 5 %; - неспекающиеся – не способные давать спекшийся черепок (с водопоглощением

не более 5 %) в указанном интервале температур.

Легкоплавкие глины, как правило, имеют малый интервал спекания – в преде-

лах от 30 ºС до 90 ºС.

1.11.1 Материалы и оборудование

Печь электрическая с терморегулятором, с температурой нагрева до 1450 ºС.

Шкаф сушильный.

Печь муфельная с температурой нагрева до 800 ºС.

Сито с сеткой № 1.

Весы лабораторные.

Форма для прессования с выталкивателем размером 60×30×10 мм.

37

Штангенциркуль.

Ткань хлопчатобумажная.

Плита мраморная или металлическая.

1.11.2 Подготовка к испытанию

От пробы для анализа отбирают навеску глины массой около 3 кг, высушива-

ют при температуре не более 100 ºС, измельчают и просеивают через сито с сеткой

№ 1. Затем готовят массу нормальной формовочной влажности, при которой она не прилипает и не оставляет следы на тыльной стороне ладони.

Массу перемешивают до полной однородности, проминают до устранения пу-

зырьков воздуха и оставляют вылеживаться в течение 24 ч, накрыв увлажненной тканью. Затем массу в виде валюшки переносят на слегка увлажненную ткань, по-

крывающую плиту. Сверху массу покрывают слегка увлажненной тканью. Предва-

рительно на плиту устанавливают рейки толщиной (10±0,5) мм для фиксации тол-

щины пласта массы. Массу отбивают либо раскатывают; лишнее снимают на уровне реек тонкой проволокой, заглаживают, переворачивают сверху вниз вместе с тканью и еще раз заглаживают.

Из приготовленного пласта вырезают формой с выталкивателем образцы раз-

мером 60×30×10 мм. Края формы предварительно слегка смазывают маслом или ва-

зелином. Образцы помещают на ровную поверхность и по диагоналям штангенцир-

кулем наносят метки, расстояние между которыми должно быть 50 мм. Затем образ-

цы подсушивают на воздухе в течение 24 ч и досушивают в сушильном шкафу при температуре от 105 ºС до 110 ºС не менее 1 ч до остаточной влажности от 3 % до

5 %. На высушенных образцах замеряют расстояние между метками для определе-

ния воздушной усадки.

1.11.3 Проведение испытания

Образцы помещают в электрическую печь на огнеупорной подставке. Под об-

разцы подсыпают глинозем и проводят обжиг до следующих конечных температур:

38

-легкоплавкие глины – до 950, 1000, 1050, 1100 и 1150 ºС;

-тугоплавкие и огнеупорные – до 1050, 1100, 1150, 1200 и 1250 ºС.

Обжиг проводят до появления признаков пережога – блеск и вспучивание. До каждой температуры обжигают не менее трех образцов. Подъем температуры про-

изводят со скоростью 3 ºС в минуту. При конечной температуре образцы выдержи-

вают 30 мин; затем извлекают по три образца от каждой пробы, переносят в му-

фельную печь, нагретую до 800 ºС, охлаждают до комнатной температуры, измеря-

ют расстояние между метками для определения общей и огневой усадки и опреде-

ляют водопоглощение [17].

1.11.4 Обработка результатов испытания и выводы

Определение воздушной, общей и огневой усадок производят в соответствии с п. 1.8 и 1.9 настоящих указаний.

Водопоглощение рассчитывают по формуле:

где m0 – масса исходного обожженного образца, г;

m1 – масса образца, насыщенного водой в течение 24 ч, г.

Результаты испытаний заносят в таблицу 9.

Таблица 9

По массе обожженного образца и его размерам определяют среднюю плот-

ность черепка.

По полученным результатам водопоглощения образцов строят кривую спе-

39

каемости в координатах " температура – водопоглощение " и по ней определяют ин-

тервалы спекания и спекшегося состояния. Делают вывод о спекаемости глин.

Рисунок 4 – Кривая спекания tB – tA – интервал спекания

tБ – tВ – интервал спекшегося состояния

40