какую огнеупорность имеют огнеупорные глины
Шамотная глина в керамике и ее свойства
Одной из разновидностей глины является шамот. Его используют в кладке печей, облицовке каминов, при изготовлении огнеупорных кирпичей, в качестве скрепляющего материала и для декоративного назначения. В состав шамотной глины входит белый каолин, который после обжига приобретает прочность и огнестойкость.
Высокотемпературная обработка превращает глину в материал, свойства прочности которого сравнивают с прочностью горных пород.
Шамотная глина или шамот – это обожженная глина из белого каолина, причем обжиг является обязательным условием изготовления материала, так как при высокой температуре происходит удаление химически связанной воды и материал теряет свою пластичность. Различают цирконовый, корундовый и высокоглиноземистый шамот. Керамисты шамотом называют смесь пластичных глин разного сорта с добавлением зернистой шамотной крошки.
Общие сведения о шамотной глине
Шамот в своем составе содержит гидроалюмосиликаты высокой дисперсии, это группа природных силикатов с наличием кремния и алюминия. Образуется шамот только естественным путем, поэтому он считается природным ископаемым.
Различают морские шамотные глины и материковые глины. Морская глина, как уже понятно по названию, добывается с морского дна. Материковые глины залегают на дне рек и озер. В России есть три крупнейших месторождения шамотной глины: Кыштымское, Астафьевское и Палевское. Локальные месторождения повлекли за собой строительство комбинатов по изготовлению огнеупорных материалов.
Например, Боровичский комбинат огнеупоров Новгородской области использует шамотную глину с собственных карьеров.
Цвет готовой шамотной глины зависит от температуры ее обработки, а цвет начального сырья – от органических примесей и прочих компонентов. Глина без примесей имеет светло-серый оттенок. Встречаются красные, желтые и даже синие цвета. В состав шамота входят следующие элементы:
Именно устойчивость к высоким температурам и сделала шамотную глину популярной и востребованной. В керамическом искусстве шамот тоже имеет ряд преимуществ, среди которых такие качества, как экологическая чистота и натуральность, а также прочность.
Для керамиста важным качеством шамота является то, что он не дает усадки при высыхании, а это означает отсутствие трещин, свойственных обычной глине. Срок сушки изделия может продлиться от 10 до 12 суток. На продолжительность данного процесса влияет не только толщина слоя глины, но и влажность окружающего воздуха, а также его температура.
Белая каолиновая глина образуется, благодаря процессу оседания горных пород. Сначала ее обжигают при температуре 1300-1500 градусов, в результате чего она спекается и теряет всю влагу. Каолин становится бурым. Затем его измельчают, а образовавшийся порошок (шамот) добавляют в основную массу для формирования изделий, как отощающую добавку, уменьшающую пластичность и усадку. Чем выше температура обработки, тем больше влаги потеряет материал. По способности поглощать влагу готовый шамот подразделяют на два типа:
Низкожженные шамоты обладают более высоким водопоглощением, то есть они способны впитывать в свои поры большее количество влаги. Водопоглащение выражается в процентах и показывает отношение разности масс сухого и влажного материала к массе сухого материала.
Шамотные глины способны выдерживать температуру до 1800 градусов, при этом сохраняя свои свойства и не разрушаясь. Температура указана условно. Ее более точное значение зависит от концентрации шамота и прочих компонентов. Обычно производители указывают состав глины и приводят детальную инструкцию по замешиванию. Благодаря тому, что у готовых кирпичей и шамотной глины одинаковый коэффициент линейного расширения, рекомендуется использовать эти материалы для кладки.
Такая величина, как влажность, тоже является характеристикой шамотной глины. Необходимо понимать, что более высокая влажность является причиной повышенной пластичности материала, следовательно, повышенной чувствительности к температурным перепадам. Влажность тоже указывает производитель, хотя в его обязанности это и не входит. Отличается глина и зернистостью. При изготовлении кирпичей пользуются мелкозернистым шамотом, а в декоративном искусстве – крупнозернистый.
Технические параметры
Все характеристики шамотной глины нормированы ГОСТ 6137-8. Согласно данным стандартам, к шамоту предъявляются определенные требования:
Соответствующие указанным требованиям материалы имеют срок годности до 3 лет. Хранить шамот следует в сухой герметичной упаковке.
Получить качественный огнеупорный материал позволяют уникальные свойства белого каолина. Он устойчив к высоким температурам, поэтому может входить в состав любого строительного материала. Шамотная глина может быть использована в качестве основного материала для штукатурки в жилых помещениях. Она пропускает влагу сквозь поры, поэтому отлично сохраняет необходимый для человека микроклимат. Глина с добавлением шамота обладает высокой адгезией, что очень удобно при проведении кладки кирпича.
Изделия из шамотной глины отличаются долговечностью, а сам материал не теряет своих свойств в процессе эксплуатации. К сожалению, как и любой другой материал, шамотная глина обладает и определенными недостатками. Например, ее нельзя назвать доступной, поэтому продукт имеет относительно высокую стоимость. Кроме того, шамотная пыль, попадая в легкие, вызывает такое заболевание, как силикоз. Это профессиональная болезнь сотрудников комбинатов, где производят огнеупорные материалы.
Пластичность
К основным свойствам шамотной глины относят пластичность, огнеупорность, способность к огневой усадке, связующую способность. Некоторые термины требуют дополнительного определения. Под пластичностью подразумевается способность материала изменять свою форму при относительно небольшом воздействии. Это касается лишь увлажненных глин, так как шамотные глины, из которых была удалена влага, практически не подвержены деформации.
Пластичность возникает только когда глина контактирует с водой. Разные сорта глины обладают различными показателями пластичности, так как они зависят от состава минералов и зернистости шамота. При нагревании глины до температуры 150 градусов ее пластичность обратима. Но после дегидратационного процесса нагревание до более высоких температур делает пластичность необратимой. Снизить пластичность можно при помощи специальных добавок – отощителей, содержащих кварц и сухой шамотный песок.
Связующая способность
Связующая способность шамотной глины – показатель, который интересует не только строителей, но и декораторов. Глина способна связывать между собой мелкодисперсионные частицы шамота, которые сами по себе не являются пластичными. Под связностью подразумевается, что для разделения материала на части необходимо прикладывать определенное усилие.
Разведенный глиняный порошок после высыхания образует «сырец». Связующая способность сырца обусловлена пластинчатым строением частиц некоторых компонентов шамотной глины. Если такие компоненты будут присутствовать в других сортах глины, то их связность тоже будет высокой.
Воздушная усадка
Воздушная усадка показывает степень уменьшения объема заготовки после просушки. Она выражена в процентном соотношении к первоначальному объему. Для шамотных глин показатель воздушной усадки варьируется от 5 до 11%. Высокий показатель соответствует пластичным сортам глины. Их также называют «жирными» глинами.
Работать с пластичными сортами глины проще, однако в процессе обжига изделие начинает ужиматься, что приводит к образованию трещин. Сохранить первоначальные параметры без специальных примесей практически невозможно. В глину необходимо добавлять связующие компоненты.
Огневая усадка
Усадка происходит не только в процессе сушки, но и в процессе обжига, поэтому следует обратить внимание еще и на такую характеристику, как огневая усадка. Данный вид усадки объясняется, отнюдь, не испарением влаги, а плавлением глины, то есть некоторые ее соединения при высоких температурах могут плавиться. Жидкая субстанция проникает в поры и пространства между частицами, которые не расплавились. Плотность материала увеличивается, а объем, соответственно, уменьшается.
Весь описанный процесс называют огневой усадкой или усадкой огневого типа. Большое содержание кварцевого шамота позволяет избежать усадки. Дело в том, что кварцевые частица при высокой температуре образуют новые структуры кристаллический решетки увеличенного объема. Усадка и преобразование кристаллов компенсируют друг друга, поэтому объем заготовки практически не изменяется. Логично говорить о полной усадке, обусловленной процессом воздушной и огневой усадки. Для шамотной глины этот показатель не превышает 18%.
Для достижения заданных параметров необходимо рассчитать полную усадку и увеличить размеры заготовки. Усадка глины начинается при температуре 600 градусов и длится достаточно продолжительное время. Завершается монотонная усадка при достижении температуры в 1000 градусов. После этого интенсивность усадки увеличивается, а заготовка перестает изменяться в объеме только при температуре в 1400 градусов.
Температура спекания
Глина спекается в тот момент, когда она перестает впитывать влагу. Температура, при котором происходит указанный процесс, называется температурой спекания и служит одной из характеристик материала. Изделия из шамотной глины спекаются, не деформируясь, при этом сохраняются все огнеупорные свойства.
Огнеупорность
Под огнеупорностью понимают способность глины оставаться в твердом состоянии, то есть, не плавиться, при высоких температурах. Хорошая глина способна выдержать температуру до 1580 градусов. Высокая огнеупорность достигается очищением глины от посторонних примесей. Огнеупорность востребована при кладке печей и каминов.
Шамотная глина используется в качестве связующего материала, но из нее также изготавливаются кирпичи, которыми выкладывается внутренняя поверхность печи. Но такая глина нашла применение и в других отраслях. Она используется для изготовления изразцовых плиток, тигелей, в которых плавят драгоценные металлы, фарфора и фаянса, а также при лепке статуэток и декоративных поделок.
Шамотная глина в керамике
Фактурность глины, ее прочность и эстетичность нашла применение в качестве материала среди дизайнеров. Шамот используют в производстве изразцов, посуды, статуэток и прочих декоративных элементов интерьера. Мастер знает все о свойствах данного материала, поэтому использует примеси, регулируя его пластичность.
В керамике используется самая обычная глина, в которую добавляется сухой шамотный порошок. Доля этого порошка может достигать до 50% от всей массы материала.
Перед созданием изделия мастер подготавливает эскиз, по которому создаются необходимые формы и молды. Для изготовления раствора пользуются следующей схемой:
Некоторые мастера для ускорения застывания добавляют в раствор клей ПВА. Скульптуры и статуэтки изготавливают, нанося материал на проволочный каркас, поэтому глину делают более пластичной. В некоторых случаях добавляется стекловолокно, как скрепляющий наполнитель. Через 3-4 дня после окончания работ начинается этап обжига. До этого момента глина сохла на воздухе.
Готовое изделие из шамота — керамическая плакетка
Предварительная сушка является обязательным этапом, чтобы при обжиге не появлялось на поверхности трещин. Шамот плавно превращается в керамику при температуре 1300 градусов. Важно соблюдать технологию, чтобы получился качественный и экологически чистый продукт.
Художественная керамика
Глины могут быть высокоосновными, основными, полукислыми и кислыми. Чем больше в глине содержится глинозема Аl2О3 (по отношению к прокаленной), тем более она «основная».
Глину в зависимости от внешнего вида получаемого черепка классифицируют по сортам: высший, первый и второй.
В зависимости от соотношения между количеством глины и песка породу называют: глиной, суглинком, глинистым песком и даже песком.
Каолины могут быть:
Каолины, так же как и глины, делятся на сорта, а кроме того, — на отмученные и неотмученные.
Так как глинистые материалы могут содержать различное количество щелочных, т.е. легко плавящихся соединений, то они делятся и по огнеупорности.
Огнеупорными называют глины с огнеупорностью выше 1580°С, тугоплавкими — с огнеупорностью между 1580 и 1350°С, легкоплавкими — с огнеупорностью ниже 1350°С.
Каолины обычно весьма огнеупорны. Их огнеупорность находится в интервале 1730—1770°С.
Некоторые месторождения каолинов и глин и их назначение.
Просяновский каолин (ст. Просяная, УССР) после обогащения (отмучивания) приобретает высокие керамические качества. После обжига он дает черепок белого цвета, а поэтому применяется для изготовления беложгущейся керамики: фарфора, фаянса и др.
Глуховецкий каолин (ст. Глуховцы, УССР) также используется для изготовления беложгущегося товара.
Волновахский каолин (ст. Волноваха, УССР) по некоторым качествам уступает глуховецкому и просяновскому каолинам, так как содержит иногда до 2% окиси железа. Его применяют и для изготовления капселей.
Большие залежи каолина имеются также вблизи Магнитогорска.
Характеристика, процесс изготовления и сферы применения огнеупорной глины
Эту горную породу получают с помощью обжига каолина (белой глины) высокими температурами (не ниже 1000 градусов). Делается это для того, чтобы увеличить термостойкость материала. В процессе тепловой обработки из глины полностью выпариваются примеси и жидкость.
В специальных печах горная порода приобретает высокопрочные свойства камня, который впоследствии измельчают, и получается шамот. Его применяют для изготовления огнеупорных кирпичей, печей, отопительных приборов и декоративных элементов.
Термостойкая глина для кирпичей – это, прежде всего, заготовка для создания стройматериала путем измельчения и добавления различных веществ. Шамот имеет множество подвидов из-за неоднородности сырья и методов обжига.
Достоинства огнеупорной глины
Среди преимуществ этого строительного материала отмечают следующее:
Недостатки шамота
К минусам относят следующее:
Состав глины
Основными ингредиентами являются высокодисперсные гидроалюмосиликаты, но также присутствуют и элементы железа, натрия, магния.
Правила покупки материала
Прежде чем выбирать огнеупорную глину для кладки печей, необходимо изучить цифровую комбинацию (мертель), отмеченную на маркировке упаковки. Чем больше числовое значение, тем выше огнеупорность. Остальные показатели могут варьироваться. На маркировке указывается не только область применения, но и информация о том, какие кирпичи можно выкладывать.
Технические характеристики
Среди них отмечают следующее:
Упаковки шамотной глины (20 кг) хватит на укладку не более 30 кирпичей. Для того чтобы произвести 1 м³ кладки, потребуется 100 кг каолина. Высококачественный раствор твердеет в течение нескольких суток в том случае, если температура не ниже +10 градусов.
Особенности шамота
Производственный процесс глины можно сравнить с отделочными штукатурными работами. Метод изготовления раствора и способ его нанесения аналогичны, что является большим плюсом.
Многие мастера используют ее для изготовления скульптурных работ, декоративных элементов для каминов или печей. В момент высыхания порошка исчезает влага, что придает изделиям дополнительную прочность.
Для рабочего процесса не требуется дорогостоящий специальный инструмент, достаточно всего нескольких шпателей (длинный и короткий). Они нужны для того, чтобы своевременно убирать подтеки и укладывать смесь.
Как приготовить глину
Для создания раствора потребуется взять упаковку порошка, высыпать в рабочую емкость и добавить воды. Для получения качественной смеси следует настаивать ее не менее 3 суток. Далее необходимо постепенно добавлять воду, непрерывно помешивая до однородной массы. Некоторые специалисты советуют использовать немного песка.
Работая с огнеупорной глиной для кладки печей, нужно помнить, что основа успеха – это постоянное помешивание. Если он начинает понемногу густеть, необходимо влить небольшое количество воды. При получении жидкой консистенции требуется добавить порошок.
Чтобы правильно развести глину, необходимо рассчитывать используемое количество воды. Готовый раствор по консистенции будет напоминать сметану. При нанесении на поверхность стены смесь не должна «плыть» и стекать. В том случае если состав получился сухим, он будет крошиться и сыпаться.
Полученную глину необходимо наносить шпателем. Маленький инструмент используется для того, чтобы своевременно подхватить потеки и устранить неровности. По окончании работы готовая поверхность должна высохнуть.
Инструкция по применению
Материал широко используется в сфере строительства. Кроме того, благодаря техническим свойствам глина нередко применяется для производства элементов ступеней, поскольку прекрасно фиксируется на любой поверхности.
Кладка печей
Многие специалисты по кладке печей или открытых каминов при монтаже используют огнеупорный кирпич, который производится из глино-шамотной смеси. При покупке материала особое внимание обращайте на маркировку: на ней должна стоять буква Ш. Поскольку цена такого кирпича намного выше, материал применяется только для кладки топки. Остальная часть устройства выполняется из универсального кирпича.
Если в работе используется шамотный кирпич, его нужно класть только на огнеупорную глину. Важно проследить, чтобы коэффициент расширения совпадал.
Процесс штукатурки
Таким раствором обычно штукатурят печи. Поэтому чтобы стены получились идеально ровными, во время облицовки нужно обязательно использовать уголки и специальные профили, которые потребуются в небольшом количестве. Чтобы раствор получился ровным, необходимо всего 2-3 точки опоры.
По краям конструкции можно применить уголки, но для многих это неудобно, потому чаще всего их клеят на плоскость.
Профили фиксируются строго по специальному отвесу. Идеально ровной поверхность получится только в том случае, если поперек расположенных маяков будет крепко зафиксировано правило, которое должно одномоментно соприкасаться с каждым из них не только в горизонтальной плоскости, но и по диагонали.
В стене устанавливается дверца для топки или поддувала, поэтому фиксация маяков должна быть на уровне их выдвижения. Важно, чтобы сегмент, который создают профили, находился наравне с дверцей.
Если все это не предусмотреть изначально, во время работы придется выдвигать поддувало, чтобы добиться идеального вида всей поверхности стены.
Раствор, содержащий огнеупорную глину для кладки печей, получается относительно вязким. Стянуть его как универсальную цементную смесь не получится, поскольку будет прилипать к металлу. В этом случае можно воспользоваться инструментом для нивелирования. Плоскость получится ровной, но с мелкими трещинами, которые легко заделываются обыкновенным широким шпателем.
При желании на подготовленную ровную поверхность из готовой штукатурки можно положить красивую декоративную керамическую плитку.
Другие изделия из глины
Этот материал часто используется дизайнерами для изготовления красивых декоративных элементов, таких как бытовая посуда, статуэтки, изразцы и многое другое.
При добавлении специальных компонентов шамотная глина приобретает пластичность. Эта горная порода ценится за то, что является экологически чистым материалом.
Заключение
При желании можно самостоятельно оштукатурить поверхность печи, применяя шамотную глину для получения качественного раствора. В таком случае облицовочная штукатурка прослужит долго, не трескаясь и не осыпаясь. Главное – точно соблюдать все технологии, описанные в статье.
Огнеупорная глина: классификация и способы применения материалов
При возведении строений, для их внутренней или внешней отделки, устройства, ремонта печей, каминов, мангалов используется материал — шамотная огнеупорная глина.
Для её производства применяется осадочная порода, в основном это белая каолиновая глина.
После отжига изменяется химический состав основы, появляются новые качества. Материал отличают термостойкость, прочность, долговечность. Он сохраняет свои качества при низких температурах.
Особенности огнеупорной глины, классификация
Обычная природная глина не применима для строительных работ. После высыхания она подвергается изменениям – становится рыхлой, растрескивается, быстро разрушается.
Огнеупорная глина приобретает необходимые свойства только после термического воздействия – нагрева до температуры около 1,500°С.
Огнеупорная глина, свойства которой — устойчивость к высокотемпературному воздействию (выдерживает нагрев до 1,8 тысячи °С) и долговечность, используется для изготовления сухих смесей, печного кирпича, керамических изделий.
Состав материала
В состав огнеупорной глины входят минералы со слоистой структурой. Наиболее распространен водный силикат алюминия каолинит. В некоторых местностях сырье содержит монтмориллонит.
Кроме того, природный материал имеет другие глиноземные минеральные компоненты — андалузит, гиббсит, монотермит, пирофиллит, диаспор, мусковит, накрит. Кварц, слюда и ряд оксидов – кальция, калия, железа, магния, натрия, алюминия входят в основу полезного ископаемого.
Состав и соотношение компонентов определяют свойства материала, его цвет. Минеральные примеси могут ухудшать качество сырья или улучшать его.
Белая огнеупорная глина производится на основе каолинита. Смесь может быть светлых, кремовых или серо-коричневых оттенков.
Связывающей основой для шамотной глины является песок. Его процентное соотношение в составе определяет характеристики материала, который бывает камнеподобным, истощенным, плавным, связующим. От состава фракционных примесей зависит степень огнестойкости стройматериала и его сорт – первый, второй, третий или особый.
Особенности производства
Производители выпускают два вида шамотной крошки – молотую и комовую. Для каждого имеется собственная область применения.
Глина огнеупорная молотая составляет основу при изготовлении раствора для заполнения строительных швов, обмазки конструкций. Комовая является сырьем при выпуске керамических изделий.
Добыча огнеупорной глины производится из природных источников. Полезное ископаемое располагается в недрах земли неравномерно, залежи образуют небольшие, неравномерные пласты.
Для получения шамота сырье подвергают обжигу в специальных печах. Технология предполагает воздействие температуры около 1,300 — 1,500°С.
После отжига из сырья удаляется влага, минеральные компоненты приобретают необходимую твердость, пластичность. Затем шамот дробят, измельчают до мелких фракций. Для приготовления строительной смеси добавляют песок в необходимых пропорциях.
Для чего применяют огнеупорную глину
Особенности шамотной глины позволяют использовать её как готовый строительный материал с огнеупорными свойствами, так и использовать её в качестве одного из ингредиентов в растворах.
Устойчивость к высоким температурам, натуральные благородные оттенки, красивая фактура стройматериала используется для создания дизайна помещений, в фасадных работах, при сооружении отопительных или промышленных камерных печей. Глина огнеупорная находит применение в гончарном ремесле, используется при создании скульптур, сувенирной продукции.
Кладка печей
Возведение печей, кладка каминов или стационарных мангалов требует определенных навыков. Такие работы обычно выполняют профессионалы, которые строго соблюдают требования «печной» технологии, пожарной безопасности.
Использование раствора на основе шамота является обязательным для мастеров. Для приготовления качественного раствора требуется несколько суток.
Готовая сухая смесь или точное соотношение глины и песка в необходимых количествах засыпается в емкость. К сухим ингредиентам добавляется вода.
Требуется качественное перемешивание будущего раствора. Затем смесь оставляют для набухания и отстаивания на 72 часа.
Необходимо следить, чтобы вода равномерно покрывала поверхность смеси на 1 – 1,5 см. По истечении необходимого времени раствор вымешивают, добиваются необходимой консистенции.
Эталоном для печников служит определение «густота сметаны». Затем приступают к выкладке конструкции из кирпича, швы между которыми заполняют шамотной смесью. Приступать к эксплуатации печей можно после полного высыхания смеси.
Оштукатуривание
Сухую смесь-штукатурку на основе огнеупорной глины можно приобрести в торговой сети или смешать из нескольких компонентов самостоятельно. В рецептуру входит две части шамота и семь мелкофракционного песка, вода.
После смешивания раствора его оставляют для набухания на 72 часа. Затем добавляют одну часть специального порошка на основе цемента – портландцемента, приступают к оштукатуриванию поверхностей.
Для улучшения качества огнеупорной штукатурки (её быстрого высыхания, повышения пластичности и прочности) в неё можно добавить определенное количество каменной соли, жидкого стекла, клея ПВА.
Создание элементов декора
Огнеупорный шамот применяется для выпуска декоративных изделий из керамики, при создании скульптур. Такие предметы создаются с использованием обжига или без него.
В обычную природную глину добавляют шамотную, смешивают с водой, оставляют на несколько дней для набухания. Процесс завершают тщательным вымешиванием смеси, затем приступают к творческому процессу.
При изготовлении скульптурных изделий используется густой раствор. Внутрь фигур помещают специальные каркасы. Процесс завершается отжигом после полного высыхания созданной фигуры.
Заключение
Использование огнеупорной глины позволят значительно повысить огнестойкость строений, безопасно и длительно эксплуатировать отопительные печи, камины, декоративные изделия.
Для получения качественного результата необходимо соблюдать пропорции, специальную технологию на всех этапах подготовки смеси, её применения.