Определение воздушной, огневой и полной усадки

Лабораторная работа № 9

Глины, каолины и керамические массы при высушивании и при обжиге уменьшают свои первоначальные размеры. Это яв­ление называется усадкой. Различают линейную и объемную усадку.

Объемная усадка представляет собой уменьшение объема ке­рамических масс при высушивании и при обжиге, линейная усад­ка - изменение линейных размеров. Числовые величины как ли­нейной, так и объемной усадки обычно выражают в % по отно­шению к первоначальным размерам образцов.

Воздушной усадкой называют сокращение размеров керами­ческих образцов при их высушивании, выраженное в % по отношению к первоначальным размерам.

Огневой усадкой - со­кращение размеров воздушно-сухих образцов при обжиге, вы­раженное в % по отношению к размерам этих же образцов в воздушно-сухом состоянии.

Общей, или полной усадкой называют сокращение размеров керамических образцов в результате высушивания и обжига, выраженное в % по отношению к перво­начальным размерам образцов в пластическом состоянии.

Величина линейной и объемной усадки при высушивании на­ходится в полной зависимости от свойств глин и керамических масс и от тех физико-химических процессов, которые происходят при сушке. Керамическая масса в пластичном состоянии пред­ставляет собой систему, состоящую из глинистых частиц, по­крытых водными пленками, увлажненных зерен непластичных материалов, разбухших глинистых комочков, воды, заполняю­щей свободное пространство между компонентами массы, и не­которого количества газо-воздушных включений, рассеянных по всей массе в виде мельчайших пузырьков. При высушивании влага удаляется в первую очередь с поверхности, а затем из бо­лее глубоких слоев образца, вследствие чего количество воды, заполняющей поры, уменьшается. Водные пленки вокруг глини­стых частиц становятся тоньше, расклинивающее действие воды на частички глины проявляется менее энергично и последние сближаются друг с другом. Поэтому масса уменьшается в раз­мерах, т. е. происходит воздушная усадка.

Установлено, что сокращение размеров керамических масс при высушивании протекает с особой интенсивностью в начале сушки и практически заканчивается задолго до полного высу­шивания. Продолжающееся после прекращения воздушной усадки удаление влаги приводит к образованию пор, вследствие чего масса в сухом состоянии обладает широко развитой сетью пор.

Величина воздушной усадки для различных глин н масс не одинакова. Среднее значение ее обычно колеблется в пределах от 3-4% для тощих масс до 12-14% для пластических.

Во время обжига совершаются более глубокие превращения как физического, так и химического характера, благодаря кото­рым масса теряет свои первоначальные свойства и превращается в камнеподобное вещество с совершенно иными свойствами. При этом по мере повышения температуры обжига пористость умень­шается, массы становятся плотнее и, достигнув максимальной плотности, превращаются в камнеподобный материал.

В зависимости от химического и минералогического состава глины различных месторождений обладают различным интерва­лом спекания, различной пористостью и различной огневой усад­кой при обжиге до различных температур. Поэтому величину огневой усадки обычно определяют при шести или восьми по­следовательно возрастающих температурах. Огнеупорные глины испытываются при 900, 1000, 1100, 1200, 1250,1300,1350 и 14100 С, тугоплавкие - при 900, 1000, 1100, 1150, 1200 и 12500 С и легкоплавкие - при 850, 900, 950, 1000, 1050, 1100 и 11500 С.

Так как воздушную, огневую и полную усадку определяют на одних и тех же образцах, которые готовят на одном и том же оборудовании, то перечень его дается общим для всех опреде­лений.

 

О б о р у д о в а н и е и м а т е р и а л ы. 1. Комплект оборудо­вания для приготовления глиняного теста нормальной рабочей консистенции. 2. Штангенциркуль. 3. Латунная формочка раз­мером 50 х 50 мм. 4. Полированные плоские стекла размером 50х50 см. 5. Деревянная или металлическая скалка длиной 50 смс двумя бортами высотой 8 мм. 6. Плоские стекла под образцы размером 10х15 см.7. Измерительная линейка. 8. Су­шильный шкаф с термометром. 9. Холст. 10. Технические весы с разновесами. 11. Эксикатор. 12. Лабораторная печь. 13. Термо­пара или оптический пирометр. 14. Часы. 15. Крупнозернистый песок. 16. Капсель.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗДУШНОЙ УСАДКИ

Воздушную усадку керамических масс опре­деляют на плитках размером 70х50х10 мм. Из испытуемой гли­ны или керамической массы готовят пластичное тесто нормаль­ной рабочей консистенции, разрезают его на отдельные куски, которые покрывают влажным холстом, и скалкой раскатывают в пласты толщиной 10 мм. Затем латунной формочкой (размером 70х50 мм ) из пласта вырезают плитки, которые тут же укла­дывают на стеклянные пластинки и наносят штангенциркулем усадочные метки. Для этого на лицевой поверхности плитки ка­ким-либо острым предметом под линейку осторожно проводят две взаимно-пересекающиеся диагонали. Затем с помощью штангенциркуля или линейки точно наносят метки на диагоналях, углубляя их на 2-3 мм.

Плитки с нанесенными усадочными метками сначала сушат на воздухе. Для этого их покрывают листком бумаги и оставляют на рабочем столе в помещении лаборатории на одни сутки. Об­разцы пластичных и связующих глин сохнут медленно, при высушивании они часто деформируются, а при быстром подъеме тем­пературы могут дать трещины. Поэтому длительность сушки таких образцов на воздухе должна составлять 2-4 суток Окон­чательно плитки высушивают в сушильных шкафах. Подсушенные на воздухе плитки переносят в холодный сушильный шкаф и размещают на полках на расстоянии не ме­нее 5-6 мм друг от друга. При испытании тощих масс скорость подъема температуры в шкафу может составлять при­мерно от 10 до 20 ^оС/ч, при работе с пластичными массами температуру следует поднимать медленнее - до 10 ^оС/ч. Конечной температурой сушки считается 100-110 ^оС. При этой тем­пературе плитки выдерживают в сушильном шкафу до полного высушивания, т.е. до достижения постоянного веса.

После сушки образцы вынимают из сушильного шкафа, охлаждают и производят замеры расстояний между усадочными метками. Штангенциркулем. Величину воз­душной усадки вычисляют по формуле

 

L_возд =100 (l-l_o) / l_o

где l_о - первоначальное расстояние между метками на образ­ цах,

равное 50 мм;

l - расстояние между усадочными метками после

высушивания в мм.

Расчет ведут для каждого отдельного замера. Воздушная усадка каждой плитки представляет собой среднее значение из двух замеров, а величина воздушной усадки исследуемой массы рассчитывается как средняя арифметическая из результатов, полученных для всех плиток данной массы.