Отношение глин к сушке и усадка их

Удаление воды из глиняного теста представляет собой сложный процесс. На поверхности влажного изделия вода переходит в пар, который уходит в воздух. Взамен воды, перешедшей в пар, изнутри изделия к поверхности прибывает новая влага, которая затем снова переходит в пар. Этот процесс длится до определенного времени, после чего остающаяся влажность изделия не меняется.

Процесс можно разделить на две части: 1) переход воды в пар на наружной поверхности изделия и 2) движение воды из внутренних частей тела к наружным.

Первая часть процесса относительно более проста. Причины перехода воды в пар здесь те же, что и во всех случаях испарения воды с зеркала ее поверхности.

Вторая часть значительно сложнее. Чтобы уяснить причины движения влаги от внутренних частей к наружным, необходимо представить себе строение глиняного теста. Выше было сказано, что частицы глины в тесте окружены водяной пленкой. В массе сырого черепка или теста такие частицы с водяными пленками можно рассматривать, как весьма тонкие трубочки, заполненные водой. Такие трубочки в физике называют капиллярами. Таким образом тесто или сырой черепок можно себе представить, как твердое тело, пересеченное во всех направлениях трубочками-капиллярами.

Испарение воды в концах трубочек создает у поверхности глины пониженное давление влаги по сравнению с давлением жидкости внутри ее. Вода стремится двигаться из области большего в область меньшего давления, т. е. изнутри к наружным слоям. Скорость движения воды в этих трубочках-капиллярах зависит от ее температуры. Повышение температуры влечет за собой повышение этой скорости.

Переход воды по капиллярам из внутренних частей к наружным совершается с определенной скоростью. Для этого движения необходимо и определенное время. У глин скорость подачи воды капиллярами к поверхности в большинстве случаев меньше, нежели скорость испарения воды на поверхности изделия. Поэтому наружные части сырого черепка содержат при сушке меньше воды, чем внутренние. Отставание в передаче воды будет больше у тех частей изделия, которые более отдалены от поверхности, испаряющей воду, т. е. в тех местах, где черепок толще.

Естественно, что выступающие части изделий, например, углы кирпича-сырца, как имеющие большую поверхность и меньший путь движения изнутри воды, будут и скорее сохнуть. Такое соображение вполне подтверждается практикой.

По мере удаления воды из капилляров глиняного теста наблюдается уменьшение объема изделия. Несколько раз уже указывалось, что глинистые частички благодаря притяжению к себе пленок воды притягиваются друг к другу. Таким образом взаимно притягиваются и стенки капилляров глиняного черепка, поскольку частички образуют стенки капилляров. Совсем сблизиться стенкам мешает находящаяся между ними вода. По мере удаления воды частицы черепка сближаются, толщина капилляров в месте сближения уменьшается. Происходит общее уменьшение объема черепка.

Это уменьшение объема при сушке называют усушкой или воздушной усадкой. В дальнейшем изложении уменьшение объема изделия при сушке будем называть воздушной усадкой, а под усушкой понимать количество выделившейся из изделия воды.

Воздушную усадку различают линейную и объемную. Линейную воздушную усадку определяют на плоскости глиняного изделия. На свежеотформованное изделие наносят одну — две линии выбранной длины: 50—150 мм. Изделие высушивают и длину линии определяют снова. Разность длин в процентах, отнесенную к первоначальной длине, называют линейной усадкой.

Объемная усадка, как показывает название, представляет уменьшение объема изделия в процентах после сушки по отношению к объему свежеотформованного изделия.

Объемная усадка находится опытом или приближенно умножением на три величины линейной усадки. Ошибка в этом случае не превышает 7% от значения усадки, определенной опытом.

Если наблюдать связь между воздушной усадкой и количеством испарившейся воды от начала сушки до полного высыхания изделия, то можно различить три периода сушки.

В первом периоде возрастание веса воды, потерянной черепком при высушивании, соответствует возрастанию величины воздушной усадки. Во втором периоде усадка растет медленнее, чем количество выделившейся воды. Наконец, в третьем периоде вода из изделия продолжает выделяться, а усадка уже не наблюдается. Иначе говоря, в этом периоде вода выделяется, а объем изделия остается неизменным.

Сушкой на воздухе всю механически связанную воду из глины удалить нельзя. Выделения последних остатков воды можно добиться лишь нагреванием до 110° C. Понятно, что удаление этих остатков будет протекать также без воздушной усадки.

Большая усадка является причиной увеличения брака. Процент трещиноватых изделий деформированной продукции повышается с увеличением воздушной усадки изделий.

Глины с усадкой выше 10% считают высокопластичными. Глины с усадкой 6—10% — средней пластичности. Глины, показывающие усадку ниже 6%, считают малопластичными.

Как слишком пластичные, так и недостаточно пластичные глины негодны для производства кирпича и черепицы. Слишком пластичные глины медленно сохнут. В сушке и обжиге изделия склонны коробиться и трескаться. Кирпич и черепица из недостаточно пластичных глин также в сушке трескаются. Сырец из сушки выходит малопрочным настолько, что его неудобно транспортировать в производстве и садить в печь для обжига.

Для производства кирпича пригодны пластичные глины, имеющие линейную усадку не выше 10%. Воздушная усадка глин для выработки черепицы не должна превышать 8%.

Величина воздушной усадки изделий, как об этом уже говорилось, зависит в основном от пластичности глин. Пластичность глин также влияет и на скорость сушки, — глины большей пластичности показывают более медленную сушку.

На скорость сушки глин влияют, кроме того, внешние причины. К ним относятся:

1) темпуратура воздуха или сушильной газовой смеси;

2) относительная влажность газов, в которых происходит сушка;

3) скорость обмена газов.

Воздух при разных температурах обладает различным влагосодержанием в состоянии насыщения, что ясно видно из табл. 2.

Из таблицы видно, что повышение температуры от 0 до 95° увеличивает влагосодержание воздуха в состоянии насыщения более, чем в 100 раз. Отсюда простой вывод: при сушке воздух, нагретый до температуры 95°, способен забрать влаги из сушимого изделия почти в 104 раза больше, чем при температуре 0°. В искусственных сушилах сушку стараются вести с наиболее высокими температурами. Скорость сушки в то же время ограничивается способностью глин при ускорении сушки сохранять свою форму без искривлений и трещин. Вторая внешняя причина, влияющая на скорость сушки — это относительная влажность воздуха или сушильной газовой смеси. Относительная влажность воздуха потому влияет на скорость сушки, что способность воздуха забирать воду зависит от его насыщенности парами воды. Малая насыщенность воздуха парами воды дает ускоренную сушку. Скорость обмена воздуха также непосредственно влияет на скорость сушки: чем больший обмен воздуха вокруг сушимых изделий, тем быстрее идет сушка. Это легко вывести из высказанных уже положений. В самом деле, замена воздуха, насытившегося парами воды, свежим, с меньшей относительной влажностью, должна дать толчек к продолжению сушки. Чем быстрее будет происходить такая замена, тем быстрее будет протекать сушка.