Механические свойства глин

Механические свойства проявляются при воздействии на глины внешних воздействий. Среди них пластичность, формовочная влажность, растяжимость.

Пластичность – способность глины под действием внешних усилий принимать любую форму без разрыва сплошности и сохранять эту форму после прекращения действия усилий. Но пластичность – это не свойство глин, а их состояние между хрупким (образец разрушается при разрыве без изменения своего поперечного сечения и после разрыва система не восстанавливается) и вязко-текучим состоянием (масса растекается под действием своего собственного веса). Количественно это состояние измеряется числом пластичности:

где - влажность границы текучести, %;

- влажность границы раскатывания, %.

Классификация глин по числу пластичности: высокопластичные – П>25, среднепластичные – П= 15 – 25, умереннопластичные – П= 7 – 15, малопластичные – П< 7, не пластичные – не дающие пластичного теста.

Пластичность глин зависит

- от гранулометрического состава: с повышение дисперсности их пластичность возрастает;

- от минерального типа глин: наибольшая пластичность у монтмориллонитовых глин, наименьшая – каолинитовые;

- от запесоченности: запесоченность понижает пластичность.

Формовочная влажность – максимальная влажность, при которой глина способна формоваться под действием руки человека, в тоже время не прилипать к рукам и металлу.

Формовочная влажность зависит от:

- запесоченности: она понижает формовочную влажность;

- дисперсности: с повышением дисперсности формовочная влажность увеличивается.

Растяжимость – предельное относительное удлинение, при котором наступает разрыв образца. Растяжимость глин определяет трещиностойкость керамических изделий при сушке.

Сушильные свойства

Сушильные свойства отражают изменения, которые происходят в глиняной массе при ее сушке. К ним относят: воздушная усадка, чувствительность глин к сушке и влагопроводные свойства глины.

Воздушная усадка – уменьшение размеров глиняного образца при его сушке.

Усадочные деформации при сушке керамических изделий происходят в следствии:

- сил капиллярного давления. Вода, частично заполняющая капилляр, образованный глинистыми частицами, находится под действием гравитационных сил, уравновешенных силами капиллярного давления, которые действуют по периметру капилляра. При тепловом воздействии производится отбор воды из капилляра, следовательно, уменьшается гравитационная сила, но сила капиллярного давления пока не изменилась, так как диаметр капилляра пока остался прежним. Для восстановления равновесия система будет стремится уменьшить диаметр капилляра до уравновешивания сил гравитации и капиллярного давления или до того, пока твердые частицы стен капилляра не придут в контакт.

Количественной мерой усадочных явлений является величина относительной усадки.

где d₁ – расстояние между метками на отформованном образце, мм;

d₂ – расстояние между метками на образце после сушки, мм.

Относительная воздушная усадка колеблется в пределах 2 – 8 %.

Запесоченность глин снижает усадку. Наиболее подвержены усадке монтмориллонитовые, каолинитовые – менее, соответственно.

- режима сушки. В условиях медленной сушки (например, естественной) величина усадки больше.

- начальной влажности образца.

, то есть величина усадки в отрыве от величины влажности образца не является константой. Зато, зависимость длины образца от его влажности в интервале наличия усадочных явлений, описывается прямой линией и ее наклон не зависит от начальной влажности образца, а только от состава самой глины, следовательно, может быть использован как показатель, характеризующий усадочные свойства.

Влагопроводные свойства отражают интенсивность перемещения влаги внутри глиняной массы. Количественный показатель – коэффициент потенциала переноса влаги или коэффициент потенциалопроводности, , м²/ч. Для керамики он находится в диапазоне (0,66 – 2,14)·10^-4 м²/ч.

Величина возрастает с уменьшением содержания в породе глинистой фракции, у монтмориллонитовых глин величина этого коэффициента в 10 – 15 раз меньше, чем у каолинитовых. При одинаковой степени запесоченности, глины, содержащие более крупный песок, обладают большим , так как они образуют большие капилляры и менее препятствуют перемещению влаги. Величина зависит от температуры глиняной массы.

Чувствительность глин к сушке характеризует их трещиностойкость в этом процессе. Причина трещин – неодинаковая величина усадки на поверхности и внутри образца.

Показатель трещиностойкости – коэффициент чувствительности глин к сушке (З.А. Носовой).

в которую входят объем и вес образца непосредственно после формования и после сушки при 16 – 20°С.Физически этот коэффициент выражает отношения между объемом усадки и объемом пор образца.

Классификация глин по чувствительности к сушке:

- малочувствительные (К_ч<1);

- среднечувствительные (К_ч=1 – 1,5);

- высокочувствительные (К_ч>1,5).

Увеличение прочности глин способствует повышению трещиностойкости. Прочность глин возрастает с повышением содержания глинистой фракции, поэтому к запесоченным глина добавляют высокопластичные глины для снижения количества брака. Но между растяжимостью глин и трещиностойкостью такой зависимости нет.

С повышением коэффициента усадки трещиностойкость глин повышается, а с повышением влагопроводящей способности – снижается.