Глина – самый распространенный на земле грунт. Она образуется после распада и выветривания горных пород на мельчайшие частички , является последним этапом их деградации. Залегает глина сплошными массивами или тонкими прослойками (линзами) близко к поверхности.
Раньше этот материал добывали в поймах рек и озер. Сейчас это чаще делают в карьерах. Качество и состав глин в разных местах отличается, что определяет область их использования. Большинство предприятий (например, кирпичные и цементные заводы) строят в местах залежей глины. Это значительно удешевляет затраты на транспортировку.
Связь между частицами глины довольно прочная, что определяет многие ее свойства. Но разрушить эту связь несложно, так как глина – мягкий грунт. Поэтому ее добыча ведется открытым способом. Для извлечения материала используют экскаваторы , бульдозеры и другие наземные механизмы. Проводить бурение или взрывные работы при добыче глины нет необходимости.
Глина, свойства, виды и разновидности, происхождение, добыча и применение.
Глина представляет собой осадочную горную породу с мелкозернистой структурой и сложным составом. Пластичность, вязкость, огнеупорность и другие свойства глины определяются тем, какое породообразующее вещество является основным.
Глина
Характеристики и свойства глины. «Жирная» и «тощая» глины. Цвет. Водоупорность. Пластичность. Огнеупорность. Спекаемость
Виды и разновидности глины
Происхождение глины
Добыча глины. Методы разработки карьеров
Применение и использование глины. Преимущества
Глина:
Глина представляет собой осадочную горную породу с мелкозернистой структурой и сложным составом. Пластичность, вязкость, огнеупорность и другие свойства глины определяются тем, какое породообразующее вещество является основным.
Это могут быть такие глинистые материалы, как каолинит (Al2O3·2SiO2·2H2O), андалузит, дистен и силлиманит (Al2O3·SiO2), монтмориллонит (MgO·Al2O3·3SiO2·1,5H2O), галлуазит (Al2O3·SiO2·H2O), гидраргиллит (Al2O3·3H2O), диаспор (Al2O3·H2O), корунд (Al2O3), монотермит (0,2[K2MgCa]O·Al2O3·2SiO2·1,5H2O), мусковит (K2O·Al2O3·6SiO2·2H2O), накрит (Al2O3·SiO2·2H2O) и пирофиллит (Al2O3·4SiO2·H2O).
Например, монтмориллонит, который относится к слоистым силикатам, обладает сорбционными свойствами и имеет ярко выраженную способность к сильному набуханию.
Различные виды глины могут содержать в разном соотношении частицы каолинита, андалузита, мусковита, гидраргиллита, накрита, корунда, пирофиллита и прочих составляющих минералов.
Среди примесей наиболее часто встречаются частицы кварца, гипса, кальция, доломита, пирита, сидерита, магнетита, глауконита.
Характеристики и свойства глины:
Характеристики глинистых материалов зависят от их состава, размера гранул, влажности материала, места добычи. При оценке свойств глины применяется целый комплекс характеристик – от плотности и растворимости в воде до пористости и теплопроводности.
Основные свойства глины:
– при попадании в воду она размокает и распадается на отдельные частицы, образуя взвесь или образует массу, похожую на тесто;
– в сухом состоянии она имеет структуру пыли, во влажном – приобретает мягкость, пластичность, легко принимает любую форму;
– после высыхания или обжига она становится крепкой и прочной. Высыхая, она немного уменьшается в объеме из-за естественной усадки;
– во увлажненном состоянии она обладает хорошими связующими способностями. Благодаря этим качествам ее применяют в изготовлении кирпича, некоторых видов посуды;
– глина во влажном состоянии имеет хорошие кроющие качества, поэтому раньше она часто применялась для обмазки дровяных печей, стен домов и хозяйственных построек;
– этот материал способен поглощать вещества, растворенные в жидкостях. Сорбционные свойства позволяют использовать ее для фильтрации и очистки от посторонних примесей растительных жиров, нефтепродуктов.
Технологии обработки глины, изменение ее состава или «жирности» позволяют получать сырье с заданными свойствами – нужного оттенка, с большей огнеупорностью, меньшей усадкой и пр.
Цементный состав
При наружном оформлении дымохода возникает вопрос о том, какой раствор нужен для кладки печи в этом случае.
Понадобится смесь из песка, цемента и воды. Для её приготовления соединяют 3 доли песка с 1 порцией цемента марки М 400. Компоненты перед замешиванием просеивают. В глубокой ёмкости соединяют сухие вещества, тщательно перемешивают и заливают водой. У готового раствора консистенция тягучая и густая, он остаётся подвижным, но не стекает со шпателя.
При кладке дымохода желательно применять цементный раствор
Можно сделать огнеупорную бетонную смесь из цемента, гравия, шамотного и мелкозернистого песка, соединяя их в соотношении 1:2:0,4:2. Если необходимо увеличить прочность раствора, то можно использовать крошку кварца. На 25 килограмм массы добавляют 10 литров чистой воды, перемешивать лучше бетономешалкой или миксером. Смесь быстро застывает, поэтому нужно класть сразу после замешивания.
«Жирная» и «тощая» глины:
Изменение пропорций основных компонентов и примесей делают глину «тощей» или «жирной». От этого свойства зависит пластичность материала, качество конечного продукта.
Изделия из слишком «жирной» глины портятся на этапе сушки или обжига – покрываются трещинами или коробятся. Применение отощающих добавок позволяет уменьшить усадку материала при естественной сушке или термической обработке. В качестве такой добавки чаще всего применяется песок: мелкий, средней дисперсности или крупный. Его тщательно промывают, чтобы избавиться от пыли, поскольку она снижает вязкость глиняной массы.
«Тощая» глина имеет низкую пластичность и малопригодна для лепки или формования. Для повышения пластических свойств применяется технология отмучивания. Это обогащение материала путем отделения частиц глины от примесей. После разведения исходного сырья водой медленно оседающие глиняные частицы отфильтровывают от более тяжелого песка, камней.
Удаление примесей
Практически все карьерные глины и пески содержат примеси и требуют очистки. Из сырья разными способами удаляют остатки растений, корешки, песчинки, гальку, кусочки щебня.
Как удалить примеси из глины
Примеси сильно ухудшают качество кладки. Очистка сырья проводится в три этапа:
- ручная выборка остатков растений, корней, щебня, гальки;
- просеивание через металлическое решето с размером отверстий 1,5 мм;
- замачивание глины;
- протирание через металлическое мелкоячеистое решето.
Фото 2. Процесс просеивания глины через металлическое решето. Надо нажимать на неё ладонью, чтобы все частички проходили через сетку равномерно.
На практике для очистки глины для раствора мастера обходятся без трудоемкого процесса отмачивания сырья.
Как удалить примеси из песка
Песок считается подготовленным, когда вода, проходящая через него, станет чистой. Чтобы подготовить материал, нужно выполнить следующие действия:
- Из песка вручную выбирают остатки растений, корешки, крупные камни.
- После грубой выборки материал просеивают через металлическое сито с размером ячеек 1,5 мм.
- Песок помещают в мешок (или сачок) из мешковины и промывают проточной водой. Для промывки используют шланг, вода подается под напором.
Цвет глины:
Окраска породы может быть желтой, коричневой, синей, зеленоватой, черной. Цвет зависит от концентрации хромофоров – ненасыщенных атомов. Соединения кобальта придают материалу голубой оттенок, хром делает ее оливковой, примеси магния и никеля — коричневого и серого. После обжига изделия из глины становятся красного или белого цвета.
Сколько времени требуется для просушки отопительных сооружений
Кладка с глиной застывает очень долго, кирпич втягивает влагу и практически не отдает ее. Поэтому сушка печки проходит в 2 этапа.
Естественная сушка занимает не менее пяти—семи дней. В это время в печи должна быть открыты заслонка, дверца и поддувало.
Рекомендуется направить вентилятор в устье топки. За 5—6 дней естественной сушки застывает раствор только на поверхности печи, топки, дымохода.
Принудительная сушка проводится в течение 9—10 дней летом и 3,5—4 недель зимой.
Длительность просушивания зависит от конструкции печи, ее размера и времени года. В печи ежедневно (2 раза в день) сжигают несколько тонких поленьев.
Сушка считается завершенной, если через 3—4 часа после топки на внутренней поверхности дверцы и на задвижке нет конденсата.
Огнеупорность глины:
По способности выдерживать воздействие высоких температур без потери прочности глинистые материалы бывают:
– легкоплавкими. Их обработка выполняется при температуре +1350 °C. Они применяются в производстве облицовочного кирпича, черепицы, декоративных элементов кладки стен;
– тугоплавкими. Минимальное количество примесей в составе делает возможной обработку при более высокой температуре — до +1580 °C. Их используют в производстве облицовочных строительных материалов, канализационных труб;
– огнеупорными. Материалы этой группы практически не содержат примесей в своем составе, поэтому для их плавки нужна температура выше +1580 °C. В основном их используют в производстве шамотного кирпича для облицовки печей, кладки каминов, дымоходов.
№7. Готовые смеси для кладки печей
Те, кто опасается, что с подбором глины и пропорций не справится, могут остановить свой выбор на готовых смесях для печей. Они продаются в сухом виде, а приготовление их заключается в добавлении воды и тщательном перемешивании. Все очень просто и быстро, но опытные печники все равно советуют заморочиться и приготовить глиняный раствор своими руками.
Готовые сухие смеси для печей бывают:
- простые, состоят только из глины и песка. Это самый экономный и оптимальный вариант;
- улучшенные с добавлением пластификаторов и лингосульфатов, которые увеличивают прочность и огнеупорность раствор, повышают устойчивость к резким перепадам температуры и влажности;
- жаростойкие смеси, в состав которых входит глина и шамотный наполнитель. Такие составы выдерживают до 13000С и подходят для кладки топочной части.
Если в составе смеси указан цемент, то от покупки лучше отказаться. Сколько понадобится готовой смеси для кладки 100 кирпичей, сказать трудно, так один и тот же состав одного изготовителя от партии к партии и даже от мешка к мешку может сильно отличаться. Что же касается производителей, то в магазинах представлены смеси от ряда отечественных , «Плитонит», «Печникъ», Termix, от Боровичевского, Костромского и Ярославского кирпичных заводов.
Спекаемость глины:
Это свойство определяется как способность пластичного материала при высокотемпературном обжиге переходить в твердое, камневидное состояние. Глина после обжига не должна размокать в воде. Это свойство приобретается из-за необратимых изменений структуры материала, а именно — удаления физически связанной воды, разложения глинистого материала на оксид кремния и оксид алюминия. При температуре от +1000 °C до +1200 °C образуются новые водостойкие минеральные соединения. Расплав легкоплавких составляющих при охлаждении затвердевает, делая массу твердой и прочной.
Виды и разновидности глины:
В промышленности, строительстве, косметологии применяются глины разные по составу, характеристикам, цвету. Разделение материалов на виды определяется сочетанием таких свойств, как пластичность, спекаемость, огнеупорность, количество примесей. Самыми распространенными являются:
– каолиновая (белая) глина. Белую глину применяют в производстве фарфора и фаянса;
– голубая глина. Востребована в косметологии и медицине;
– бентонитовая глина. При изготовлении водного раствора она увеличивается в объеме в несколько раз. Это свойство делает ее незаменимой в строительстве свайных фундаментов, бурении скважин;
– шамотная глина. Используется в производстве огнеупорного кирпича;
– сланцевая глина. Глинистый сланец идет на изготовление цемента;
– гончарная (комовая) глина. Комовая глина идет на изготовление гончарных изделий;
– монтмориллонитовая (сукновальная) глина. Ее применяют для очистки таких продуктов, как патока, пиво, вино, сиропы, соки, масла, нефтепродукты, а также применяют как улучшающую добавку при изготовлении мыла.
Особенности выбора материала
Процесс возведения современных печей разделен на несколько этапов:
- Первый этап – обустройство печного фундамента при помощи бетонного состава;
- Второй этап – кладка печи из огнеупорного кирпича с использованием кладочной соединительной массы на основе глины;
- Третий этап – облицовка печи штукатурным составом.
Наиболее важным является этап непосредственной кладки и приготовление надежной основы, которая должна обладать высокими эксплуатационными характеристиками – жаростойкостью, адгезией, водонепроницаемостью, прочностью и долговечностью.
Для обустройства современных печей применяется несколько вариантов кладочных растворов: глиняный, известковый и цементный.
Кладочные растворы бывают простыми и сложными. Простые состоят из одного вида вяжущего компонента и заполнителя; сложные смеси включают от двух и более вяжущих материалов и несколько заполнителей. Вяжущие компоненты – известь, глина и цемент.
Чтобы приготовить раствор для выполнения кирпичной кладки потребуются следующие инструменты:
- Миксер;
- Емкость для замеса;
- Сито;
- Кельма;
- Мастерок;
- Пластиковый шпатель;
- Строительный термометр;
- Весы.
Происхождение глины:
Глина — это продукт природного происхождения, образованный из полевого шпата и магматических скальных пород, который в сухом состоянии имеет мелкодисперсную структуру. По происхождению эти породы бывают континентальными, образованными на материке, и морскими — образованными на дне морей.
В результате сдвигов земных пластов, землетрясений, наводнений происходило измельчение гранитов, вулканического стекла, туфов, порфиритов. На физическое изменение и разрушение горных пород оказывала влияние кристаллизация солей, замерзание воды, жизнедеятельность микроорганизмов.
Образование пластов морской глины происходило при наносе глинистых веществ водными течениями, их скоплении и оседании. Глины морской группы бывают:
– прибрежно-морскими. Их место образования это береговые регионы, дельты рек и заливов. Часто глинистые пласты чередуются с угольными, песчаными, алевритовыми;
– лагунными. Глины, образованные в морских лагунах, содержат в высокой концентрации сульфиды, кальциты, железо. Среди лагунных наносных пород часто встречаются огнеупорные виды;
– шельфовыми. Породы, которые были образованы на глубине более 200 м, имеют более плотную структуру и однородный состав.
Континентальные глины также делятся по месту происхождения. Они бывают:
– делювиальными. Характерная черта — смешанный состав, его неоднородность даже в одном временном пласте;
– озерными. Самые лучшие огнеупорные глины образованы именно на дне и берегах озер. В их составе содержатся все компоненты, необходимые для изготовления шамотных материалов;
– пролювиальными. Они образованы путем разрушения скальных пород, смываемых и выносимых по эрозионным бороздам к подножиям гор. Их характерная черта — слоистость, рыхлость, неоднородный состав;
– речными. Их можно встретить в поймах рек, они содержат большое количество примесей в составе и чаще всего переходят в галечники.
Еще выделяют остаточные породы с невысокой пластичностью, образованные в результате выветривания горных пород.
Добыча глины. Методы разработки карьеров:
В нашей стране добыча глины ведется на Урале, в Восточной и Западной Сибири. Часто на одном месторождении ведется выработка нескольких типов глины. По сложности добычи карьеры бывают 3 групп:
– первая группа. Разработка верхних слоев почвы с растительными остатками, ведутся работы по выемке суглинка;
– вторая группа. Это уплотненная порода, насыщенная влагой, а также залежи комковатых пород, с примесями гравия;
– третья группа. Ведется разработка затвердевших сланцевых пластов, промерзшего глинистого грунта.
Методы разработки карьеров зависят от объема и глубины залежей, их расположения. Самым распространенным способом добычи глиносодержащих пород является выемка полезных ископаемых при помощи спецтехники – зубофрезерных экскаваторов. Подрыв скальных пород применяется при глубинной разработке больших залежей. Каолиновую белую и голубую глину добывают с применением устройств, создающих плотную водяную струю. Чаще всего гидромониторы применяют при большой влажности слоя.
Добыча материалов для предприятий по изготовлению керамики ведется зубофрезерными экскаваторами путем срезания слоев разной толщины. Перед началом разработки проводится подготовка:
– прокладка подъездных путей;
– очистка карьерного горизонта;
– доставка оборудования.
Разработанный грунт и песок вывозят из карьера и высыпают в отвал, а глину перевозят к месту назначения. Если в одном месторождении найдено несколько разновидностей глин, разработка пластов ведется по отдельности. Эта технология носит название «Селективная выработка». Она более эффективна, чем валовая добыча, в процессе которой одновременно срезаются все слои.
Применение и использование глины:
При соединении сухой глины с водой образуется пластичная масса. В зависимости от места выработки и состава ее применяют в самых разных сферах и отраслях:
– производство керамики. Это одна из основных областей применения глины. Разные сорта идут на изготовление керамики, фаянса, фарфора. Из этих материалов изготавливают посуду, статуэтки, вазы, сувениры. Хотя гончарное дело известно уже очень давно, оно продолжает совершенствоваться и сейчас;
– изготовление строительных материалов. Глина является основным компонентом растворов, которые применяют в изготовлении облицовочного и кладочного кирпича, черепицы. Глиняная или керамическая черепица считается одним из самых лучших кровельных материалов. Она отличается долговечностью, прочностью, морозостойкостью, хорошо держит тепло, не «шумит» во время дождя;
– производство цемента. Для изготовления цемента применяют глинистый сланец, который содержит 22% диоксида кремния, 5% оксида кальция. Содержание глины в цементе не превышает 25%, на долю второго компонента, известняка, приходится 75%. Компоненты разводят водой, полученную массу отправляют на обжиг. Полученный гранулированный клинкер охлаждают, измельчают до состояния пыли, добавляют 5% гипса;
– техническая керамика. К этой категории относится довольно большая группа керамических изделий, для которых характерна повышенная твердость, жаростойкость, устойчивость к абразивному износу и механической деформации. Основные виды технокерамики — конструкционная, инструментальная, электрорадиотехничесчкая, керамика со специальными свойствами. Это сантехника, электрические изоляторы, нитепроводящая гарнитура, ролики, муфты, втулки. Корундовые керамические материалы применяют в производстве бронепанелей и бронежилетов.
№5. Известковый раствор для печи
Глиняный раствор не обладает достаточной прочностью для кладки фундамента, а под воздействием конденсата в зоне дымоходной трубы вообще может трескаться, поэтому для этих частей печи используют известковый раствор. Для его приготовления понадобятся:
- известковое тесто;
- песок;
- вода.
Гашеная известь для этих работ не подходит – необходимо брать негашеную и гасить ее самостоятельно для получения известного теста. В домашних условиях этот процесс выполнять не рекомендуется: это сложно и опасно. Известковое тесто лучше купить в строительном магазине готовым.
Готовить известковый раствор в десятки раз проще, чем глиняный. Необходимое количество самокопаного песка просеивают через сито с ячейкой в 1 мм, покупной выбирают фракции 0,7-0,9 мм. Наличие органики в песке в данном случае не будет проблемой, тем более известь имеет биоцидные свойства. Воду можно брать обычную водопроводную: требования к ее жесткости нестрогие.
Соотношение теста к песку 1:3, вода доливается до консистенции жирной сметаны. Возможно, понадобится откорректировать это соотношение. Известковое тесто хорошо вымешивают и начинают добавлять к нему песок, начиная с 1/2 части. После вымешивания смотрят на облипание раствором веселка: в идеале он должен налипать слоем 2-3 см, и именно до получения подобного эффекта добавляют песок. Обычно, это около 3 частей, но может быть и до 5.
Последний этап – тест на текучесть. На кирпич наносим раствор в 3 мм, сверху кладем второй кирпич, постукиваем и наблюдаем за поведением раствора. В идеале по краям должно появиться немного раствора, который не будет стекать. Если он не выдавливается, необходимо добавить чуть-чуть воды, стекает – добавить известкового теста, так как количество песка, необходимое для обеспечения должной пластичности, определено на предыдущем этапе.
