Materiały Ceramiczne - Laboratorium		2016/2017
		Rok III
		Grupa L2
Ćwiczenie Numer 1	Wpływ domieszek na właściwości tworzyw ceramicznych formowanych metodą plastyczną	Ocena:

1. Wstęp teoretyczny:

Plastyczność - własność ciał stałych polegająca na zdolności do nieodwracalnych odkształceń powstających pod wpływem sił zewnętrznych lub wewnętrznych naprężeń. Dla ciał sprężystych obszar odkształceń plastycznych odpowiada naprężeniom większym od granicy sprężystości. Mikroskopowo zmiany plastyczne odpowiadają dyslokacjom grup atomów.

Szkodliwe składniki występujące w stanie naturalnym w iłach i glinach służących do produkcji ceramiki budowlanej możemy podzielić na trzy zasadnicze grupy:

• mechaniczne, stanowiące ziarna i okruchy skał o średnicy większej od 2mm,

• organiczne, czyli części korzeni i pozostałość roślinne, zbutwiałe i zwęglone (węgiel)

• chemiczne, do których zalicza się węglany, siarczany i siarczki.

Zanieczyszczenia mechaniczne działają szkodliwie wskutek swojej twardości i wielkości ziaren oraz skurczliwości wysychania i wypalania odmiennej od zasadniczej masy surowca. Szkodliwe składniki organiczne stanowią szczątki roślinne o różnym stopniu zwęglenia. Występują jako okruchy roślinne, zwęglone kawałki roślin, przewarstwienia torfu, węgla brunatnego lub kamiennego. Podczas procesu formowania domieszki organiczne powodują uszkodzenia półproduktów, zatykanie ustników pras formierczych (pasmowych), niszczenie drutów ucinaczy. W gotowych wyrobach podwyższają porowatość i nasiąkliwość oraz tworzą duże pustki i deformacje. W niektórych tworzywach mogą być przyczyną pęcznienia wyrobów w wysokich temperaturach, zwłaszcza gdy proces wypalania odbywa się w atmosferze redukcyjnej. Zanieczyszczenia chemiczne w surowcach ilastych zalicza się do najbardziej szkodliwych domieszek. Obejmują one węglany wapnia, magnezu, żelaza oraz związki siarki: nierozpuszczalne siarczki (piryt i markazyt) i rozpuszczalne sole siarczanowe. Węglany występują w surowcach ilastych przeważnie w postaci kalcytu, dolomitu lub magnezytu, natomiast rzadko w postaci aragonitu lub syderytu. Kalcyt występujący w surowcach plastycznych pochodzi albo z roztartego podczas transportu materiału skalnego, albo z wtórnej krystalizacji z roztworów wodnych kwaśnego węglanu wapniowego w zbiornikach, w których w drodze sedymentacji następowało osadzanie surowca ilastego. W surowcach plastycznych występuje także często kalcyt pochodzenia organicznego w postaci okruchów morskiej fauny, której szkielety zbudowane są z wapienia.

Margle – są to okruchy wapienne o średnicy powyżej 0,5 mm występujące w surowcach plastycznych.

Margle dzielimy na:

• pierwotne

• wtórne

Do margli pierwotnych zalicza się piasek i żwir wapienny występujący w glinach zwałowych, skamieliny i okruchy skamielin występujące w osadach jurajskich, konkrecje syderytowo – kalcytowe w osadach oligoceńskich.

Wyróżnia się trzy rodzaje marglu wtórnego:

• konkrecje wypierające, zawierające do 90% czystego CaCO3 i w związku z tym bardzo szkodliwe. Spotyka sieje w surowcach bardzo plastycznych,

• konkrecje metasomatyczne, zawierające do 80% CaCO3. Składają się one poza kalcytem z ziarn dendrytycznego kwarcu i minimalnej ilości minerałów ilastych. Występują w surowcach średnio plastycznych, np. iłach zastoiskowych,

• konkrecje cementujace zawierajace najmniej CaCO3. Kalcyt stanowi w nich jedynie spoiwo łączące ziarna surowca.

2. Wykonanie ćwiczenia:

Skład mas plastycznych: ( masa 1000g):

WR-Pl → 70% ił z Woli Rzędzińskiej (700 g surowca)

30% popiół lotny; (300 g)

1. Rodzaje i ilość formowanych próbek:

Z masy plastycznej uformowano dwa rodzaje próbek:

• kostki o wymiarach 40 mm x 40 mm x 40 mm (6 sztuk)

• cegiełki o wymiarach 65 mm x 35 mm x 10 mm (6 sztuk).

2. Homogenizacja składników mas:

Po odważeniu odpowiednio 700 g iłu z Woli Rzędzińskiej oraz 300 g popiołu lotnego, składniki umieszczono w woreczku foliowym w celu dokładnego wymieszania.

3. Przygotowanie mas plastycznych:

Po wymieszaniu składników, powstałą mieszaninę umieszczono na blacie i dodają wodę masę doprowadzono do konsystencji pozwalającej na formowanie kształtów. Masę poddano zabiegowi ścierania cieniutkimi warstwami oraz ponownego ich łączenia w jedną całość miało to na celu ujednorodnienie masy.

4. Formowanie próbek:

Przy użyciu matryc stalowych uformowano próbki.

5. Suszenie próbek:

Przebiegało w dwóch etapach: pierwszy to suszenie w warunkach pokojowych a drugi etap w warunkach sztucznych.

6. Wypalanie próbek:

Próbki włożono do pieca laboratoryjnego. Po zakończeniu procesu wypalania próbek oraz ich ochłodzeniu przeprowadzono odpowiednie oznaczenia.

2. Opracowanie wyników:

• Kostki:

Masa kostek w stanie wilgotnym (po uformowaniu) i suchym (po suszeniu):

	Kostki
Nr kostki	mw [g]	ms [g]
1	115,98	90,27
2	115,61	90,46
3	115,87	90,81
4	115,63	90,60
5	115,95	90,87
6	116,00	90,85

Woda zarobowa:

gdzie:

W_z - woda zarobowa [%]

m_w - masa próbki wilgotnej [g]

m_s - masa próbki wysuszonej [g]

		Kostki
Nr kostki	mw [g]	ms [g]	Wz [%]
1	115,98	90,27	22,17
2	115,61	90,46	21,75
3	115,87	90,81	21,63
4	115,63	90,60	21,65
5	115,95	90,87	21,63
6	116,00	90,85	21,68

Badania makroskopowe próbek:

Próbki po wypaleniu mają czerwonawą barwę, nie posiadają większych uszkodzeń mechanicznych, widoczne lekkie spękania. Zmieniły swoją objętość. Zwiększona twardość.

Po wypaleniu:

Masa próbek:

Nr kostki	m [g]
1	81,14
2	81,27
3	81,60
4	81,40
5	81,65
6	81,73

Wymiary kostek:

Nr kostki	a[mm]	b [mm]	h[mm]
1	37	37	38
2	37	37	37
3	37	38	37
4	37,5	38	38
5	37	37	37,5
6	37	37	37,5

Gęstość brutto (netto):

ρ_min = [g/cm³]

gdzie: m- masa próbki [g]

V- objętość [cm³]

V=a*b*h

gdzie: a,b - krawędzie kostki

h - wysokość kostki

Nr kostki	V [cm^3]	p [g/cm^3]
1	52,02	1,56
2	50,65	1,6
3	52,02	1,57
4	54,15	1,5
5	51,34	1,59
6	51,34	1,59

Wytrzymałość na ściskanie

f_Bi = [MPa]

gdzie: F_i - siła ściskająca [N]

A_i- pole powierzchni nacisku [mm²]

A_i = a*b [mm²]

gdzie:

a, b - krawędzie próbki [mm]

a [cm]	a [mm]	b [cm]	b [mm]	A [mm^2]	F [kN]	F [N]	f Bi [MPa]
3,7	37	3,7	37	1369
3,7	37	3,7	37	1369	52,39	52390	38,26881
3,7	37	3,8	38	1406	50,91	50910	36,2091
3,75	37,5	3,8	38	1425	46,81	46810	32,84912
3,7	37	3,7	37	1369	44,88	44880	32,78305
3,7	37	3,7	37	1369	48,78	48780	35,63185
			ds.	1384,5		ds.	35,14839

• Cegiełki:

Skurczliwość suszenia

S_S= ·100% ,

gdzie: L_pl- długość znacznika na próbce w stanie surowym [mm],

L_S- długość znacznika na próbce wysuszonej [mm]

Skurczliwość wypalania

S_W= ·100%,

gdzie: L_S- długość znacznika na próbce wysuszonej [mm],

L_W- długość znacznika na próbce wypalonej [mm],

L_pl- długość znacznika na surowej próbce [mm]

		Cegiełki
Nr. Cegiełki	d1	d2 [mm]	Ss [%]	Sc[%]	Sw[%]
1	4,65	46,50	7	7	0
2	47,60	47,00	5,4	7,5	2,1
3	46,50	46,50	7	8	1
4	46,50	46,50	7	8	1
5	46,50	46,50	7	8	1
6	47,00	47,50	5,5	6	0,5
7	47,50	46,50	4	5	1
8	48,00	47,00	5	6	1

Absorpcja wodna:

- absorpcja na gorąco:

C_w^g=

gdzie: m_w - masa próbki nasiąkniętej wodą podczas gotowania [g]

m_s - masa próbki wysuszonej [g]

- absorpcja na zimno:

C_w^z=

gdzie: m_w - masa próbki nasiąkniętej wodą [g]

m_s - masa próbki wysuszonej [g]

Nr. cegiełki	Cw^z	Cw^g
	m [g]	m [g]
1	32,95
2	32,97
3	32,89
4		32,97
5		32,95
6		33,05
7
8

Współczynnik mrozoodporności:

K =

K= 1,05

2. Wnioski:

Po wysuszeniu próbek zaobserwowaliśmy wyraźny spadek masy jest to spowodowane wyparowaniem wody zarobowej. Po suszeniu obserwujemy największy ubytek masy ponieważ cząstki zbliżają się do siebie. Następnie po wypalaniu również zaobserwowaliśmy ubytek masy również następuje zmniejszenie wymiarów próbek. Działo się tak, ponieważ cząstki zbliżały się do siebie i łączyły się ze sobą tworząc większe agregaty. Podczas suszenia próbki wykonane z surowców plastycznych odkształcały się (wygięły) oraz powstawały drobne pęknięcia. Po zmierzeniu siły niszczącej i obliczeniu wytrzymałości na ściskanie zaobserwowaliśmy że kostki nie są zbyt odporne na działanie czynników mechanicznych. Może to być związane to z tym, że próbki przed poddaniem procesowi ściskania miały niewielkie pęknięcia. Różnice w wartości wytrzymałości mogą być spowodowane różnym rozkładem ziarn w kostkach. Wykonane przez nas próbki zarówno jak kostki i cegiełki po wszystkich etapach suszenia i wypalania jak i również po przeprowadzonych przez nas badaniach były do samego końca twarde, zachowały pierwotny kształt, nie posiadają większych pęknięć, brak obecności szkodliwej zawartości rozpuszczalnych soli. Posiadały jednolite zabarwienie, po zderzeniu dwóch próbek ze sobą wydawały charakterystyczny dźwięk. Cegiełki po procesie wypalania ujednoliciły swoją barwę, również zmieniła się plastyczność. Próbki poddane absorpcji na zimno wykazują mniejszą chłonność wody niż próbki poddane temu samemu doświadczeniu na gorąco. Ma to związek z tym że gorąca woda jest w większym stopniu chłonięta przez otrzymane wyroby. W przypadku kostek ich rozmiary po wypalaniu uległy również zmianie zaobserwowaliśmy w ten sposób skurczliwość próbek, jak i również zmianom uległa gęstość.