Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

ОБЖИГ КИРПИЧА И ПРИЧИНЫ ПОЯВЛЕНИЯ ТРЕЩИН

Авторы:
Город:
Хабаровск
ВУЗ:
Дата:
05 марта 2016г.

Обжиг является конечной и важной стадией изготовления кирпича. Его основные отличия от сушки – это наличие более высокой температуры и других, более жестких, условий выдержки. Именно в процессе обжига вероятность появления деформаций и нарушений в структуре особенно высока.

Рассмотрим следующие причины появления трещин и нарушение структуры:

Наличие примесей и жидких расплавов ускоряют модификационные превращения кремнезема и сопровождаются значительными объемными изменениями, оказывают существенное влияние на прочность и целостность обожженного керамического изделия. Наибольшее значение при этом имеет переход кварца из одной формы в другую и переход кварца в кристобалит.

Во многих глинах в качестве примесей встречаются карбонаты кальция и магния. В некоторые керамические смеси их вводят в качестве добавки. Карбонат кальция интенсивно диссоциирует в керамических массах при температуре 900-950оС, выделяя углекислый газ. Если в этот период керамическое тело является пористым и достаточно газопроницаемым, то диссоциация карбонатов увеличивает лишь пористость обожженных изделий, не вызывая каких-либо нарушений их целостности.

Если же керамическое тело сильно уплотнено до начала интенсивного разложения карбоната, то выделяющийся углекислый газ может явиться причиной образования пузырей, вспучивания и других пороков в обжигаемых изделиях. Существующие в глине каменистые карбонатные включения в процессе обжига превращаются в кусочки извести, которые поглощая из воздуха водяные пары, гасятся, превращаясь в кусочки гидрооксида кальция с четырехкратным увеличением в объеме. На поверхности изделия появляются рваные вздутия («дутики»), а иногда и полностью разрушается.

При температуре 350-400оС происходит выделение летучих веществ и их сгорание. Коксовый остаток выгорает сравнительно медленно при более высоких температурах – 700-800оС. Скорость его выгорания обратно пропорциональна квадрату толщины изделия и очень зависит от избытка воздуха в печных газах.

Выгорание коксового остатка должно быть завершено в период, когда керамическое тело является пористым и газопроницаемым по всей толщине, чтобы газы, образующиеся при выгорании коксового остатка, могли свободно удаляться из толщи керамического изделия. Если же процесс уплотнения периферийной оболочки изделия опережает процесс выгорания коксового остатка, то образующиеся газы, создавая повышенное давление внутри керамического тела, могут вызвать деформацию размягченного изделия, а прорывы газов в отдельных местах приведут к образованию трещин.

К основным деструктивным явлениям можно отнести удаление остаточной (после сушки) влаги, дегидратацию глинистых минералов, выделение летучих газообразных веществ, модифицированные превращения, термические напряжения на границах раздела отдельных фаз и термические напряжения вследствие неоднородного температурного поля в нагреваемом (охлаждаемом) изделии.

Сырец-полуфабрикат в виде сформованного изделия загружают в печь после сушки с некоторой остаточной влажностью. Форсированное испарение остаточной влаги, особенно характерное для скоростных режимов обжига, приводит к ситуации, когда скорость образования водяных паров опережает скорость их фильтрации через толщу обжигаемого тела. В этом случае внутри нагреваемого изделия возникает избыточное давление водяных паров, которое, достигнув критической величины, разрушает изделие с взрывным эффектом. Деструктивным явлениям по аналогичным причинам сопровождается также дегидратация глинистых минералов в интервале температур 500-750оС, которую по влиянию на трещиностойкость изделий при обжиге делят на три периода, соответствующие степени дегидратации, %: 0-15; 15-80; 80-100.

Наиболее опасен для возникновения в изделии предельных напряжений первый период, в котором допустимая скорость дегидратации должна быть в 1,5-2 раза ниже, чем во втором. Безопасная для целостности изделий длительность первого периода дегидратации в сильной степени зависит также от их толщины. В третьем периоде процесс дегидратации самопроизвольно замедляется и при принятых температурах обжига не достигает опасных пределов.

При температуре 573оС происходит полиморфное превращение кварца с объемными изменениями. Ему сопутствуют деструктивные явления, сопровождающиеся возникновения трещин в самих зернах кварца, однако этот деструктивный процесс, в стадии нагревания изделия имеет локальный характер и не приводит к деструкции изделия в целом, так как в этот период тело изделия, будучи пористым, амортизирует локальные напряжения в зернах кварца. В последующий период нагревания образующаяся жидкая фаза – силикатный расплав заполняет разрывы в отдельных зернах, как бы «залечивая» их дефекты.

До начала образования и прогрессирующего накопления жидкой фазы тело обжигаемого изделия находится в упругом состоянии. Его нагрев сопровождается возникновением термических напряжений, сжимающих изделия на поверхности становятся растягивающими, а во внутреннем ядре – сжимающими (Рисунок 1).

Восстановительная газовая среда резко интенсифицирует процессы спекания и снижает температуру их начала на 100-150оС.

Аналогичным образом действует и  среда водяного пара. При обжиге изделий  стеновой  керамики из легкоплавких глин восстановительная среда способствует разложению глинистых минералов и карбонатов, повышает активность освободившихся оксидов и создает благоприятные условия для протекания твердофазовых реакций. Появляющиеся в керамическом теле при восстановительном обжиге закись железа реагирует при низких температурах (600-700оС) с Al2O3 и SiO2, образуя метастабильные соединения, которые при последующем обжиге в окислительной среде распадаются, освобождая Al2O3 и SiO2 в высокоактивном состоянии, что способствует образованию повышенного количества стойких минералов анортита и муллита. Комбинированный обжиг при низких температурах в восстановительной, а при высокой – в окислительной среде повышает механическую прочность и морозостойкость изделий.

Термические напряжения на границе отдельных фаз возникают вследствие различия коэффициентов термического расширения, которые в интервале температур 20-780оС составляют, %: для кристобалита – 1,82; кварца – 1,38; тридимита – 1,21; муллита – 0,48; стеклофазы – 0,53-0,79.

Газовая среда является восстановительной при избытке кислорода до 1%, нейтральной – до 1,5-2, окислительной – до 2-5 и сильно окислительной при избытке кислорода до 10%.

Весь процесс обжига делят на три периода: нагрев до конечной температуры обжига, выдержка при этой температуре и остывание. Для каждого из этих периодов устанавливают определенный режим. Более того, весь период нагрева, а также и охлаждения, необходимо подразделять на отдельные этапы соответственно рассмотренным деструктивным процессам и для каждого назначать локальные температурные режимы скорости нагрева и охлаждения изделий, исключающие возникновение в изделии предельных напряжений, обусловленных деструктивными процессами.

При выборе режимов обжига необходимо принимать во внимание следующие общие положения: начальный участок температурной кривой следует замедлять по мере возрастания влажности сырца, поступающего в обжиг. Давление водяных паров внутри нагреваемого изделия достигает значительных величин уже при температуре 70оС и прогрессирующе возрастает с увеличением температуры, поэтому если скорость парообразования внутри материала будет опережать скорость фильтрации паров через его толщину, то возникающее при этом давление водяных паров внутри материала может привести к появлению трещин  и отслаиваний («лопанцев»). Опасным в этом отношении следует считать участок температурной кривой до 200оС, так как удаление физически связной воды может повлечь аналогичные последствия.

Выгорание органических компонентов сырьевой смеси, а также диссоциация карбонатов и других соединений, выделяющих летучие газы, должны заканчиваться до начала интенсивного спекания керамического тела во избежание его вспучивания и разрывов.

При назначении газового режима для обжига изделий из легкоплавких и тугоплавких глин необходимо до полного  выгорания  топливных  добавок  и  диссоциации  карбонатов  и  других  солей  поддерживать сильноокислительную среду, а в конечный период обжига – восстановительную среду для обеспечения более полного спекания и, следовательно, упрочнения изделия.

При назначении температурного режима обжига следует учитывать еще и влияние неравномерности обжига изделий, уложенных в печи штабелем. Обжиг единичного изделия (физический срок обжига) может быть осуществлен в несколько раз быстрее, чем обжиг штабеля таких же изделий.

Соблюдение всех технологических требований при изготовлении керамического кирпича поможет избежать возникновению трещин как внутренних, так и внешних, что неизменно позволит технологам выпускать керамический кирпич высокого качества.

 

Список литературы

1. Мороз И. И. Технология строительной керамики. 3-е изд. перераб. и доп.- М.: ЭКОЛИТ, 2011.- 95-110.