Лабораторная работа №11 «Определение основных свойств глины и глиняного сырья
план-конспект занятия

Лабораторная работа №11

«Определение основных свойств глины и глиняного сырья»

Цель работы: Изучить методику определения основных свойств глины и глиняного сырья

Теоретические сведения

1. Исследование дообжиговых керамических свойств глины

Подготовка глины

1 Подготовка сырья к испытанию

Способ подготовки и переработки масс для технологических испытаний определяется свойствами глин. Глины средней пластичности и суглинки, хорошо размокающие в воде, поступают на ручную сортировку для отделения каменистых включений, которые в заводских условиях удаляют из сырья на камневыделительных вальцах. Затем глины увлажняют водой до формовочной влажности.

Высокопластичные глины, в особенности сланцевого и слюдистого типа, набухающие в воде и вследствие этого трудно размокающие, предварительно высушивают до влажности, при которой возможно их измельчение. Высушивание производят при температуре 70.80 оС, после чего глину следует измельчить и просеять без остатка через сито с диаметром отверстий 1.2 мм. Подготовленную таким образом глину замачивают водой до формовочной влажности.

2 Определение формовочной влажности

Под формовочной влажностью, или водой затворения, понимают количество воды, необходимое для придания керамической массе или глине нормальной рабочей консистенции, при которой глиняное тесто, проявляя пластические и формовочные свойства, сохраняет без деформации приданную форму и при раскатывании не прилипает к рукам и металлу.

Числовое значение показателя влажности различно для каждого вида глинистого сырья и зависит от количества глинистой фракции и природы минерала в глинистом веществе. Так, для затворения монтмориллонитовых глин требуется наибольшее количество воды, а для каолинитовых - наименьшее.

2. Определение пластичности глинистого сырья

Пластичностью глин называют способность глиняного теста под давлением изменять форму (деформироваться) без образования трещин и разрывов и сохранять эту форму после снятия нагрузки. Пластичные свойства глин характеризуются влажностью и изменяются для одной и той же глины в зависимости от количества воды. Переход глины от одной консистенции к другой совершается при определенных значениях влажности, которые получили название пределов пластичности.

Влажность (% по массе), при которой глина переходит из пластичного состояния в текучее, называется верхним пределом пластичности. Влажность (% по массе), при которой глина переходит из пластичного состояния в хрупкое, называется нижним пределом пластичности или границей раскатывания .

Разность между верхним и нижним пределами пластичности является характеристикой пластичности глин и называется числом пластичности:

В лаборатории определение верхнего предела пластичности производится на приборе Васильева, а нижнего предела пластичности - по границе раскатывания. Прибор А.М. Васильева состоит из металлического штатива, в котором свободно перемещается стержень с укрепленной на верхнем конце фарфоровой чашкой диаметром 95 мм, массой 58…60 г.

Порядок выполнения работы

Берут 50 г высушенной до воздушно-сухого состояния глины, измельченной в фарфоровой ступке и просеянной через сито с диаметром отверстия 0,5 мм, помещают в чашку, куда при непрерывном перемешивании добавляют дистиллированную воду до образования однородного теста (более жидкого, чем в нормальном рабочем состоянии).

Тесто равномерно распределяют по дну чашки слоем толщиной 10 мм и шпателем-трезубцем разрезают на равные части так, чтобы зазор между ними имел в верхней части ширину 2,5.3,0 мм, а по дну чашки - 1 мм (рис.1).

а) б)

Рис. 1 Характер распределения глиняного теста в чашке при определении верхнего предела пластичности: а - в первоначальный момент; б - после испытания

Чашку устанавливают на диске, а стержень закрепляют винтом в таком положении, чтобы он находился на расстоянии 75 мм от опорной плиты прибора. После этого стержню с чашкой дают свободно падать и ударяться об опорную плиту. Масса в чашке встряхивается, при этом зазор между двумя ее частями уменьшается. Встряхивание производят трижды.

Предел текучести считается достигнутым, если обе половины массы после третьего удара на дне чашки соединяются на протяжении 10.15 мм. Если после третьего встряхивания части массы на дне чашки не соединяются, следует добавить воды (0,5.1,0 см3), тщательно перемешать всю смесь и провести повторное определение нижней границы текучести.

Если части массы соединяются после первого или второго встряхивания, значит, влажность массы выше предела текучести. В этом случае к массе следует прибавить 0,5…1,0 г воздушно-сухой просеянной глины, тщательно перемешать и повторить опыт.

Определение производят до тех пор, пока не будет достигнута требуемая консистенция массы. После этого из чашки отбирают пробу массой около 25 г для определения влажности глины в состоянии верхнего предела пластичности . Влажность (%) находят стандартным весовым методом и рассчитывают по формуле

где m1 - масса влажной пробы, г; m2 - масса пробы, высушенной при температуре 105.110 оС, г.

При определении нижнего предела пластичности по границе раскатывания массу, которая осталась после определения верхнего предела пластичности, переносят на плоское стекло или глянцевый лист бумаги и вручную раскатывают в жгуты диаметром около 3 мм. Если при этой толщине жгут сохраняет пластичность, его собирают в комок и вновь раскатывают. Раскатывание ведут до тех пор, пока жгут диаметром около 3 мм не начнет делиться поперечными трещинами на кусочки длиной 3.10 мм.

Образовавшиеся при этом комочки глины (не менее 10 г) собирают в бюкс для определения влажности (%) в состоянии нижнего предела пластичности

Где m3 - масса влажной пробы, г; m4 - масса пробы, высушенной при температуре 105.110 оС, г.

Число пластичности выражается разностью между верхним и нижним пределами пластичности. Все результаты определений записывают по форме табл. 1

Таблица 1

Определение пластичности глинистого сырья

3. Определение воздушной усадки глины.

Определение воздушной усадки

При сушке керамических изделий их объем сокращается в результате усадки. Воздушную линейную усадку определяют по изменениям линейных размеров образцов-кирпичиков размером 60х40х10 мм при сушке. Для производства замера на отформованных образцах по двум диагоналям штангенциркулем наносят метки на расстоянии 50 мм.

После сушки вычисляют линейную усадку (%)

где d1 - расстояние между метками на отформованных образцах, мм; d2 - расстояние между метками на образцах после сушки, мм.

Результаты испытаний заносят в табл.2.

Таблица 2

Определение воздушной линейной усадки

Воздушная усадка прямо пропорциональна пластичности глин, и косвенно по ее значениям можно судить о сушильных свойствах глинистого сырья. Чем больше усадка, тем чувствительнее глина к сушке. Для глин средней пластичности значение воздушной линейной усадки близко к 6.7 %; при более высоких значениях в глину необходимо добавлять отощители, снижающие величину усадки. Определение усадки необходимо для расчетов размеров мундштуков и форм в заводской технологии.

4. Определение огневой усадки.

Огневой усадкой называется уменьшение линейных размеров и объема изделий после обжига вследствие того что легкоплавкие составляющие глины расплавляются и частицы глины в местах их контакта сближаются. Определяется огневая усадка по формулам, %:

Lобож = [(l1 - l2)/l1] 100; Vобож = [(V0-V2)/V1] 100,

где l1 и V1 — соответственно линейный размер и объем изделия до обжига; l2 и V2 — то же, после обжига. Колеблется от 2 до 8% в зависимости от состава глин.

Полную усадку вычисляют по формулам, %:
L = [(l1- l2)/l1] 100;  V = [(V0-V2)/V] 100.

Полная усадка может находиться в пределах от 2 до 15%.

Порядок проведения работы

Огневую усадку определяют на тех же образцах, которые использовали для определения воздушной усадки. Высушенные образцы обжигают обычно при 5-8 различных температурах с интервалом в 50°С. Образцы обжигают в шамотных капселях, дно которых посыпают порошком из корунда. Подъем температуры составляет 3-5 град/мин; при конечной температуре образцы выдерживают в течение 30 мин.

Для сокращения времени эксперимента образцы, предназначенные для обжига при разных температурах, помещают одновременно в печь. После выдержки при самой низкой температуре часть плиток (не менее трех) переносят в муфельную печь, нагретую до температуры 800˚С. Остальные образцы нагревают до следующей по плану эксперимента температуры, вновь выдерживают 30 мин и не менее трех помещают в муфель. Цикл "нагрев до заданной температуры – выдержка - перенос в муфель" повторяют для всех температур испытания. Затем муфель выключают и образцы, не извлекая из печи, охлаждают до комнатной температуры, вынимают и осматривают. Дефектные плитки (вспученные, покоробленные и др.) отбрасывают. На годных образцах штангенциркулем определяют расстояние между метками, результаты заносят в таблицу 3.

Таблица 3 – определение огневой усадки.