Методы и аппаратура для определения физико-механических свойств кирпича

РЕФЕРАТ

ПО ПРОИЗВОДСТВУ

На тему: Методы и аппаратура для определения физико-механических свойств кирпича

Методы и аппаратура для определения физико-механических свойств кирпича

Качество глиняного кирпича и других керамических изделий определяют путем внешнего осмотра, обмера, определения объемной массы, водопоглощения, морозостойкости, предела прочности при сжатии и изгибе и других показателей, устанавливаемых ГОСТ и техническими условиями.

Внешний осмотр

Внешний осмотр полученных изделий позволяет установить качество обжига (недожог, пережог), количество и характер трещин и искривлении посторонних и крупных включений и пр.

Недожженные изделия отличаются низкой механической прочностью, повышенным водопоглощением, неустойчивы против влияния мороза и воды, легко разрушаются от механического и атмосферного воздействия. Пережженные изделия, как правило, имеют искривленные поверхности и грани, оплавленные места и иногда вспученность.

Трещины сверх допускаемых стандартом понижают физико-механические свойства изделия; посторонние и крупные включения, искривления ухудшают товарный вид изделия, снижают механическую прочность, а присутствие включений /известняка приводит к разрушению обожженных изделий. Разрушение происходит за счет увеличения в объеме образовавшейся из СаСОз окиси кальция СаО и превращающейся с увеличением в объеме в Са(ОН)₂ при поглощении из воздуха паров воды.

Недожог или пережог устанавливают, сравнивая изготовленный кирпич с эталонами нормального обожженного кирпича, а также другими специальными методами.

Обмер кирпича

Размеры кирпича и керамических камней, а также величину отбитых углов, щербин на ребрах и искривления устанавливают с помощью измерительных инструментов: металлической линейки, штангенциркуля и угольника. Измерения производят с точностью до 1 мм.

Искривления поверхностей и ребер определяют, прикладывая ребра линейки или угольника и замеряя максимальные прогибы и выпуклости.

Отбитые углы или ребра выявляют, определяя разность между необходимыми размерами кирпича и целой частью каждого ребра, составляющего угол.

Определение объемной массы

Определение объемной массы кирпича и керамических камней сводится к нахождению объема и массы. Объем вычисляют путем измерения стальной линейкой габаритных размеров с точностью до 1 мм. Массу определяют, взвешивая на технических весах образец, предварительно высушенный до постоянной массы, с точностью до 1 г.

Величину объемной массы m_v пустотелого, пористо-пустотелого кирпича и керамических камней вычисляют по формуле, приведенной выше.

Определение водопоглощения

Для определении водопоглощения кирпич или камни высушивают до постоянной массы и сушильном шкафу при температуре 105 - 110 ?с.

Высушенные образцы взвешивают на технических весах с точностью ДО 1 и полученную величину записывают журнал. Затем эти же образцы укладывают в сосуд с водой, температура которой составляет 20±б~ С. Образцы располагают в один ряд на подкладки так, чтобы уровень воды в сосуде был выше верха образцов не менее чем на 2 см. В таком положении образцы выдерживают в течение 48ч. После этого их вынимают из сосуда, немедленно обтирают влажной мягкой тканью и каждый образец взвешивают. Масса воды, вытекшей из пор образца на чашку весов, должна включиться в массу насыщенного водой образца.

Водопоглощение кирпича вычисляют как среднее арифметическое ИЗ результатов определения водопоглощения трех образцов по формуле, приведенной выше.

Определение морозостойкости

Морозостойкость кирпича и других стеновых материалов определяют в насыщенном водой состоянии при температуре не ниже 15° С.

Образцы замораживают в морозильной камере не менее 5 ч при установившейся температуре--15° С. После пятичасового или более пребывания образцов в морозильной камере их оттаивают в поде комнатной температуры (15±5°С).

Продолжительность одного оттаивания образцов должна составлять не менее 4 ч.

Изделие считается выдержавшим испытание на морозостойкость, если после установленного стандартом количества циклов попеременного замораживания и оттаивания ни на одном из пяти образцов не будет обнаружено видимых повреждений (отколов, отслаиваний, шелушений, трещин и пр.).

Морозостойкость определяют на холодильных установках с морозильными камерами для размещения образцов.

Определение предела прочности при сжатии

Для определения предела прочности при сжатии кирпич распиливают дисковой пилой или ножовкой на две половинки. Обе половинки накладывают постелями одна на другую поверхностями распила в противоположные стороны и соединяют цементным тестом. Верхнюю и нижнюю поверхности образцов, соприкасающихся при испытании с плитами пресса, выравнивают тем же цементным тостом.

Толщину шва между кирпичами делают не более 5 мм, а толщину выравнивающего слоя на верхней и нижней поверхностях образца -- не более 3 мм. Выровненные цементным тестом поверхности должны быть параллельными.

Для образования шва в образцах и выравнивания поверхностей применяют портландцемент марки 300. К цементному тесту можно добавлять кварцевый песок крупностью не свыше 0,63 мм в количестве не более 0,2%' от объема цемента.

Подготовленные образцы выдерживают перед испытанием в течение 3--4 суток в закрытом помещении при температуре воздуха 20 ±2° С.

Перед испытанием образцов необходимо проверить угольником параллельность поверхностей из цементного теста и замерить площадь образца, по которой будет рассчитываться предел прочности при сжатии.

При ускоренных испытаниях в портландцемент добавляют 2% хлористого кальция от массы цемента. В этом случае образцы перед испытанием на сжатие выдерживают в сушильном шкафу при температуре 80-- 90° С в течение б ч.

Образцы испытывают на прочность на гидравлическом прессе, степень точности показаний которого не должна быть ниже ±2%. Давление пресса на образцы должно быть направлено перпендикулярно поверхности (рис. 5).

Одну из плит гидравлического пресса делают со сферическим опиранием, которое дает возможность поворачивать ее.

Размеры плит пресса должны быть не меньше, чем размеры граней образцов, «а которые прикладывается давление от плит, пресса. При меньших размерах плит между образцами и плитами пресса укладывают стальные прокладные плиты со шлифованными поверхностями. При испытании образец устанавливают в центре плиты и прижимают верхней плитой, которая должна плотно прилегать по всей верхней грани образца.

Нагрузку на образец следует прикладывать плавно, без сотрясений и толчков, со скоростью 2--3 кгс/см² -в секунду до полного разрушения. Результаты определения предела прочности при сжатии вычисляют как среднее арифметическое из результатов испытания пяти образцов по формуле

где С -- разрушающая нагрузка, кгс; F -- площадь образца, см².

Предел прочности при сжатии пустотелого кирпича определяют тем же способом, что и обыкновенного полнотелого кирпича, но раздавливанию подвергают образцы двух целых кирпичей, уложенных постелями один на другой и соединенных между собой цементным тестом для портландцемента марки 300 слоем толщиной не более 6 мм.

Определение предела прочности при изгибе

Для определения предела прочности при изгибе кирпич укладывают плашмя и испытывают по схеме балки, свободно лежащей на двух опорах, нагруженной сосредоточенным грузом по середине пролета, равного 200 мм (рис. 6).

Соответственно этому на широких гранях отобранного для испытания кирпича выравнивают по уровню три полоски шириной 2--3 см: одну -- по середине верхней грани и две -- по краям нижней. Полоски выравнивают раствором из портландцемента марки не выше 300 с последующим выдерживанием образцов в течение 3--4 дней.

Для испытания применяют пресс любой системы, снабженный прибором, позволяющим регистрировать величину разрушающей нагрузки с точностью не менее 25 кгс.

Нагрузку на изделие передают опоры в виде цилиндрических катков диаметром 20--30 мм или же призмы с закругленными ребрами.

Если в кирпиче есть трещины, то грани с ними располагают книзу.

Предел прочности при изгибе Rmr в кгс/см² определяют по формуле

где С -- разрушающая нагрузка, кгс; I -- длина пролета между опорами, равная 20 см; в --ширина кирпича, см; h -- высота (толщи-па) кирпича по середине пролета, см.

Общие понятия о легкоплавких глинах

Легкоплавкие глинистые породы -- это основной вид сырья для производства глиняного кирпича и керамических камней.

В зависимости от соотношения глины и песка глинистая порода встречается в следующем виде:

Из этих разновидностей глинистых пород в кирпичном производстве преимущественно используют суглинки -- от тяжелых до легких. Супеси иногда служат отощающей добавкой.

Легкоплавкие глинистые породы -- это разнообразные природные полиминеральные смеси, которые при затворении водой приобретают пластичность, а после обжига при температуре 800--1000° С представляют собой камнеподобный материал. Такие глинистые породы именуют глинами.

Горные породы (гранит, гнейс и другие) под влиянием солнца, ветра, воды и резких колебаний температуры очень медленно разрушаются. Частицы разрушенных пород или остаются на месте, образуя залежи первичных глин, или уносятся потоками воды, ветрами и отлагаются слоями, образуя вторичные глины.

Из входящего в состав горных пород кварца получаются пески, а из полевого шпата -- глины. Во время переноса водой или ветром частицы вторичной глины смешиваются с другими минералами -- кварцем, известняком, гипсом, соединениями магния и железа, органическими веществами, которые и являются примесями глины.

К первичным, или элювиальным, глинам, редко встречающимся в виде залежей, относятся такие породы, как каолины, которые применяют в качестве составной части при изготовлении фарфоровых и фаянсовых изделий. К вторичным, или осадочным, глинам относятся все остальные глиняные весьма разнообразные по внешнему виду, составу, свойствам даже в пределах одного месторождения.

Различают три основных вида вторичных глин.

Делювиальные глины -- это глины, перенесенные дождевыми и снеговыми водами. Месторождения этих глин расположены, как правило, недалеко от мест их происхождения: в нижних частях склонов оврагов, в бывших озерах, болотах, морях. Для месторождений характерны слоистые напластования, неоднородный состав и засоренность мелкими примесями.

Ледниковые глины -- это глины, перенесенные ледниками, которые в далеком прошлом покрывали значительную часть земной поверхности. Характер залегания глин -- линзообразный. Они сильно засорены каменистыми включениями всевозможных размеров--от крупных валунов до мелкой щебенки.

Лёссовидные глины -- это глины, перенесенные ветрами. Месторождения таких глин расположены преимущественно на окраинах бывших пустынь, там, где скорость ветров изменяется. Такие глины характеризуются отсутствием слоистости, однородностью состава. Глины имеют пористое строение и высокую пылеватость.

Химический состав легкоплавких глин

Глина состоит из химических соединений алюминия, кремния, железа; титана, кальция, магния, натрия, калия в виде окислов, солей и др. В глинах содержится также некоторое количество органических веществ и воды.

Содержание важнейших окислов, входящих в состав легкоплавких глин, находится в следующих пределах (в %):

кремнезема Si0₂ --60--80; глинозема А1₂0₃ вместе с двуокисью титана Ti0₂--5--20; окиси, железа Fe₂03 вместе чС· закисью железа FeO --3--10; окиси кальция СаО -- 0--25; окиси магния MgO-- 0--3; окислов щелочных металлов Na₂0 и КгО -- 1--5.

Кремнезем -- окись кремния Si0₂ -- находится в глинах в связанном и свободном состояниях: связанный кремнезем входит в 'состав глинообразующих минералов, свободный представлен в виде кварцевого песка и тонких пылевидных частиц (щлюфа).

Кварцевый песок в значительном количестве засоряет глину и снижает ее пластичность. С увеличением количества песка уменьшаются усадка изделий и их механическая прочность. Кроме того, изделия при большом, содержании кремнезема могут в процессе обжига увеличиваться в объеме за счет превращений кварца в другие модификации (разновидности).

Глинозем А1₂0₃ находится в глине в связанном состоянии, участвуя в составе глинообразующих минералов и слюдянистых примесей. Он является наиболее туговдавким окислом. С повышением содержания глинозема, как правило, повышается пластичность глины, возрастает прочность сформованных, сухих и обожженных изделий, увеличивается их огнеупорность.

Двуокись титанасодержится в небольшом количестве

до 1,5%' и придает обожженному изделию окраску зеленоватых тонов; интенсивность зависит от соотношения с другими окислами.

Окись железа Fe₂03 содержится в глинах главным образом в составе примесей и придает глинам после обжига преимущественно красноватый цвет; при содержании от 3% и более 4сри восстановительной среде окись железа заметно снижает температуру обжига изделий, превращаясь в закисные формы.

Окись кальция (известь) СаО и окись магния (магнезия) MgO входят в состав карбонатных пород -- известняка, кальцита, доломита и присутствуют в глине в виде углекислого кальция СаС0₃ и углекислого магния ,MgC03.

Образующаяся в процессе обжига изделий окись кальция под влиянием влаги воздуха превращается в гидрат окиси кальция Са(ОН)₂ и, увеличиваясь в объеме, разрушает изделия. Влияние окиси магния менее значительно. Окись кальция влияет также на окраску получаемых изделий и придает им желтоватый или розоватый цвет. Окись кальция в тонкораспыленном состоянии делает сырье менее чувствительным к сушке, т. е. уменьшает трещинообразование.

Окислы щелочных металлов Na20 и К₂0 являются плавнями, понижают температуру обжига и придают керамическому черепку большую прочность. Высокий процент их, в особенности К₂0, свидетельствует о значительном содержании слюды и гидрослюды в глинах. Эти окислы входят в состав глинообразующих минералов, но в большинстве случаев присутствуют в примесях в виде растворимых солей. При сушке изделий последние мигрируют (проникают) по капиллярам на их поверхность*^ после обжига спекаются с черепком, образуя на внешней поверхности изделия белесоватые налеты, портящие цвет черепка.

Окислы щелочных металлов ослабляют красящее действие окиси железа и двуокиси титана.

Органические вещества всегда присутствуют в глинах в больших или меньших количествах и придают сырью темные и серые оттенки, а кирдачу при обжиге -- более темный цвет. Органические веществ играют важную роль в процессе сушки. Находясь чаще всего в коллоидном состоянии, они связывают собой большое количество воды, повышают пластичность, а при высушивании содействуют за счет удаленной воды образованию большой воздушной усадки, склеивая и стягивая поверхностные слои высушиваемого сырца; органические вещества способствуют образованию трещин.

Летучие вещества в глинистом сырье, употребляемом для производства кирпича, содержатся в значительном количестве (4-- 13%'). Химический анализ показывает их в виде потерь при прокаливании (п. п. п.).

При прокаливании сырье теряет механически связанную воду, кристаллизационную воду, содержащуюся в гипсе, водные кристаллогидраты железа, водные алюмосиликаты, затем оно теряет серу при наличии в глине Fe₂S₂, углекислоту, содержащуюся в карбонатах, происходит сгорание всех органических веществ.

Чем больше потери при прокаливании во время обжига кирпича, тем более пористый получается кирпич, меньше его объемная масса и, как следствие, ниже механическая прочность.

Химический состав глин является их основной характеристикой и в значительной мере определяет их промышленное значение.

Минералогический состав глин

Химические соединения, однородные по строению, составу и свойствам, образуют минералы. Глины состоят из основных глинообразующих минералов и минералов-примесей.

К основным глинообразующим минералам относятся каолинит, монтмориллонит, гидрослюда, монотермит и некоторые другие.

Глинообразующие минералы в основном представляют собой водные силикаты глинозема, содержащие окислы кремния и железа, а также сульфаты, карбонаты и растворимые в воде соли различных металлов. Глинообразующие минералы характеризуются размерами частиц менее 5 мкм (<0,005 мм).

В состав глин может входить только один минерал, что характерно в основном для огнеупорных глин. Такие глины называются мономинеральными. Если в состав глин входит несколько минералов, их называют полиминеральными. К таким глинам относятся легкоплавкие глины.

Глины, сложенные из минерала каолинита, слабо набухают в воде и почти не реагируют на кислоту. Если в глине находится только каолинит, её называют каолином. Содержание минералов каолинитовой группы характерно для огнеупорных и тугоплавких глин. Известны огнеупорные глины, сложенные в основном из минерала монотермита.

Глины, сложенные из монтмориллонита, сильно набухают в воде и весьма пластичны. Если в глинах содержатся только одни монтмориллонитовые минералы, глины называют бентонитом. Глины, сложенные из гидрослюды, характеризуются средней пластичностью.

Легкоплавкие глины обычно сложены из нескольких минералов, преимущественно монтмориллонитовой и гидрослюдистой группы, и редко с незначительной примесью минералов каолинитовой группы.

В легкоплавких глинах из минералов-примесей наиболее часто встречаются кварц, известняк СаС0₃ и доломит СаС0₃ · MgC03.

Кварц находится в глинах в виде окатанных зерен или частиц неправильной формы. Кварц отощает глину, а повышенное содержание его уменьшает прочность изделий.

Известняк и доломит, находящиеся в глинах в виде крупных включений,-- это вредные примеси и после обжига изделий вызывают разрушение.

Если эти минералы-примеси содержатся в глине в тонкодисперсном состоянии и равномерно распределены, они не вызывают разрушения изделий и лишь уменьшают пластичность и огнеупорность глины.

Использованная литература

1. Кашкаев И. Я Шейнман Е. Ш. Производство глиняного кирпича. Изд. 2-е, испр. и доп. М., «Высш. школа», 1974. 288 с, с ил.