Прочность сырой глины (сырца)

17.06.2018
Прочность влажной глины обычно измеряется как предел прочности при изгибе испытуемого глиняного бруска, помещенного на двух узких опорах; она выражается в фунт/кв. дюйм или в кг/см2. В керамическом производстве, как правило, считается, что влажная глина имеет достаточную прочность, если ее можно брать руками; это, собственно, все, что требуется. Как следствие, прочность массы обычно не измеряется, и в литературе почти нет данных по характеристике глинистых минералов.

Прочность массы очень сильно меняется при небольших изменениях содержания воды. Лучше всего это подтверждается данными, полученными для формовочных масс, цементом которых служит глина. Поэтому при сравнении результатов всегда следует учитывать содержание влаги. Как правило, получают значения либо при содержании влаги, дающем максимальную прочность массы, либо при содержании влаги, равном рабочему водосодержанию (нормальной консистенции). При непрерывной добавке воды к сухой глине прочность массы сначала увеличивается до максимума, а затем уменьшается. Прочность, соответствующая рабочему водосодержанию, как правило, меньше максимального значения. Рабочее водосодержание глины больше количества воды, которое требуется для получения массы максимальной прочности.

Величины, приведенные в табл. 3-5, получены при влажности, обеспечивающей максимальную прочность. Изучение нескольких образцов каолинита показало, что наблюдающиеся колебания значений обусловлены различиями в размере частиц, а также, по-видимому, другими факторами, например степенью кристалличности. Были измерены величины прочности и для единичных образцов других глинистых минералов; по тем же причинам дополнительные измерения, несомненно, также должны обнаружить некоторый предел колебаний. Данные Гофмана вместе с выводами, основанными на изучении формовочных масс, указывают, что каолинитовые и иллитовые глины характеризуются одинаковой прочностью в сыром виде; правда, нередко иллиты обнаруживают несколько большую прочность. Хлорит в сыром виде сходен по прочности с этими глинистыми минералами. Холдеридж показал, что пластичные глины боллклей, состоящие из неупорядоченного каолинита, имеют большую прочность, чем подобные глины, сложённые хорошо окристаллизованным каолинитом. Можно также утверждать, что относительно слабо упорядоченные хлориты и иллиты будут обладать более высокой прочностью в сыром виде, чем хорошо упорядоченные разности. Глины, состоящие из смешаннослойных сростков этих минералов, по-видимому, будут характеризоваться большей прочностью, чем глины подобного состава, в которых смешаны агрегаты частиц. Прочность монтмориллонитовых глин в сыром виде, вероятно, больше прочности вышеупомянутых глин в два или более раза. Кальциевые разности монтмориллонитовых глин имеют в сыром виде большую прочность, чем натровые. Прочность аттапульгитовых глин в сыром виде, по-видимому, почти равна прочности кальциевого монтмориллонита. Галлуазит, изученный Гофманом, имел в сыром виде высокую прочность (см. табл. 3-5); можно думать, что этот образец находился в промежуточной стадии гидратации. Образцы галлуазита с содержаниями воды, почти точно отвечающими формулам 2Н2О и 4Н2О, не находящиеся в промежуточной стадии гидратации, вероятно, имеют небольшую прочность. Прочности образцов аллофановых глин колеблются в широких пределах, от низкой до высокой. Изменение характера обменного катиона вызывает только очень небольшие колебания в прочности сырой глины различного состава; исключение составляют монтмориллонитовые глинистые минералы.

Присутствие больших количеств неглинистых минералов уменьшает прочность сырой глины. Небольшие количества таких минералов могут фактически увеличить прочность глины, так как они способствуют получению более однородной глинистой массы. Точные данные по этому вопросу отсутствуют, но изучение формовочных масс показывает, что прочность каолинитовых, иллитовых и хлоритовых глин сильно уменьшается только в том случае, когда в состав глин входит около 25% неглинистых минералов; для монтмориллонитов это количество может превышать 50%.

В керамическом производстве иногда сталкиваются с затруднениями, обусловленными тем, что используемые материалы содержат большое количество хорошо отсортированного тонкого ила. Это настолько понижает прочность сырой глины, что изделия из таких глин во влажном необработанном состоянии деформируются, если их взять в руки. Такие массы могут быть вполне пластичными, но, поскольку в них может содержаться очень много материала с низкой водноадсорбционной силой при незначительном количестве глинистых минералов, прочность может оказаться чрезвычайно низкой.

Пока нет твердых данных о прочности сырой глины при содержании воды, дающем массу нормальной консистенции. Однако изучение пластичности, в ходе которого использовались методы деформации, показало, что прочность сырых каолинитовых, иллитовых и хлоритовых глин примерно в два раза выше, чем прочность сырых монтмориллонитовых глин. В этих последних максимум прочности достигается при содержании влаги, гораздо более низком, чем содержание, необходимое для получения теста нормальной консистенции. В каолинитовых, иллитовых и, вероятно, хлоритовых глинах с большим содержанием неглинистых минералов максимум прочности сырой массы имеет место при содержаниях влаги, превышающих рабочее водосодержание. Следует напомнить, что монтмориллониты характеризуются значительно более высокими содержаниями воды в тесте нормальной консистенции по сравнению с каолинитовыми, иллитовыми и хлоритовыми глинами. Это находится в соответствии с более низкой прочностью сырых монтмориллонитовых глин.

Предполагается, что наиболее важным контролирующим фактором, определяющим прочность сырой глины, является состояние воды, адсорбированной на поверхности минеральных частиц. Максимальная прочность наступает тогда, когда содержание влаги по существу равно содержанию, которое может удерживаться в хорошо ориентированном состоянии. Так как в тесте рабочей консистенции содержится еще и дополнительная вода, которая добавляется к хорошо ориентированной воде (исключение составляют глины с большим количеством неглинистых минералов), повышение этой величины вызывает понижение прочности сырой глины. Прочность сырой глины зависит также от размера частиц глинистых минералов и их текстуры. Под текстурой здесь понимается их ориентировка по отношению к присутствующим неглинистым минералам. Более мелкие частицы должны давать относительно большую прочность вследствие увеличения поверхности, адсорбирующей воду, а также благодаря тому, что они обеспечивают более однородную структуру массы. Прочность сырой глины связана с расположением минеральных компонентов в испытуемом образце. Так, если чешуйчатые частицы глинистых минералов обладают преимущественной ориентировкой в некоторых направлениях, то предел прочности будет несколько больше в направлении, перпендикулярном такой ориентировке. Это обстоятельство следует учитывать при сравнении полученных данных. Кроме того, его можно использовать на практике и искусственно создавать определенную ориентировку частиц для достижения необходимой прочности.

В соответствии с вышеприведенной концепцией монтмориллониты с их небольшим размером частиц и ясно выраженной силой ориентировки молекул воды должны иметь более высокий максимум прочности в сыром виде, чем другие глинистые минералы, и в связи с этим давать более плотные, однородные и прочные образцы. Поскольку другие глинистые минералы образуют частицы больших размеров, по-видимому, с меньшей силой ориентировки воды, их частицы не соединяются вместе в однородное тело; между ними имеются пустоты и отдельные частицы примыкают друг к другу менее плотно. Резко повышенное содержание воды в монтмориллонитах (часть которой слабо ориентирована), необходимое для получения пластичного теста, способствует развитию ряда ослабленных зон и обусловливает более низкую прочность по сравнению с другими глинистыми минералами при влажности, необходимой для получения рабочего теста нормальной консистенции. Очень высокая ориентирующая сила иона кальция при низком содержании влаги по сравнению с ориентирующей силой иона натрия обусловливает больший максимум прочности сырых глин, несущих ион кальция, особенно монтмориллонитовых глин. В случае глин, состоящих из других глинистых минералов, натрий может обеспечивать более высокую прочность сырой глины, поскольку этот ион уменьшает количество воды, необходимое для получения глины нормальной консистенции.

Грим и Катберт показали, что прочность сырых глинисто-песчанистых смесей увеличивается, если образец до испытания выдерживается в условиях, препятствующих потере пластифицирующей воды. Поэтому на развитие прочности может оказывать влияние фактор времени. По данным этих исследователей, прочность галлуазитовых глин при вылеживании в соответствующих условиях может увеличиться в несколько раз; для каолинитовых и иллитовых глин отмечается значительно меньшее повышение прочности. Для монтмориллонитовых глин прочность увеличивается еще слабее. Грим и Катберт пришли к выводу, что этот фактор определяется временем, необходимым для проникновения воды ко всем потенциальным поверхностям глинистых минералов и для ориентировки адсорбированной воды. Большая легкость, с которой вода проникает между частицами монтмориллонита, ведет к тому, что этот фактор гораздо менее важен для монтмориллонитовых глин.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: