Глина какой она бывает ее свойства

Пластические свойства сырья зависят от наличия в соединении кварца и алюминия. Характерные особенности материала обусловлены наличием значительного содержания шамота и глинозема.

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.

Состав глины

Материнской породой для глины являются граниты и гнейсы. В результате выветривания они распадаются на кварц, слюду и полевые шпаты. Дальнейшая деградация ведет к образованию каолинита, монтмориллонита и гидрослюды. Процесс занимает сотни тысяч, а то и миллионы лет.  Глинистые минералы (глиноземы) представляют собой соли алюминия и кремния. Кроме них в состав глины входят молекулы воды. Соотношение компонентов может быть разным, в зависимости от места добычи. Оксиды кремния (кремнезем) составляют приблизительно 45-50%, оксид алюминия (глинозем) – около 40-45%, вода – до 15%.

Глины могут включать и другие глиноземы (соединения алюминия):

• Андалузит
• Дистен
• Силлиманит
• Галлуазит
• Гидраргиллит
• Монотермит
• Корунд
• Мусковит
• Диаспор
• Накрит
• Пирофиллит

Глиноземы влияют на свойства глины. Например, андалузит повышает ее огнеупорность (температуру плавления). Глины с монотермитом набухают сильнее, чем обычные каолиновые. Некоторые примеси снижают пластичность, изменяют цвет материала.

В глинах могут содержаться красящие вещества – хромофоры. К ним относятся оксиды железа, титана, магния, меди, никеля, хрома. Они придают материалу разные оттенки, от желтого и коричневого до синего, красного и даже черного.

Глины загрязняются песком (оксидом кремния), соединениями кальция (гипсом, доломитом, кальцитом), солями металлов. В массивах грунтов нередко присутствует органика. Эти включения ухудшают качество материала. При высоком содержании посторонних примесей глину нельзя использовать в некоторых работах (например, для производства керамики).

Около 50% глинистых частиц имеют диаметр до 0,01 мм, больше 25% – до 0,001 мм. Форма зерен у материала плоская, напоминает чешуйки. Заряд частиц отрицательный, к их поверхности притягиваются положительные молекулы воды. Это одна из причин гигроскопичности глины, способности впитывать и накапливать жидкость.

В следующей части статьи мы расскажем о видах глины и принципах классификации этого вида грунта.

Виды глины

Существует много характеристик, по которым классифицируются глины. Учитываются условия их образования, химический состав и физические свойства. Иногда в систему включается разделение в зависимости от специфических способов применения.

Глина делится на виды по следующим признакам:

• Содержанию глинистых минералов
• Происхождению
• Кислотности
• Наличию включений
• Дисперсности
• Пластичности
• Цвету
• Огнеупорности
• Способности к спеканию
• Способу применения

Дальше мы подробно расскажем о каждой группе глин и перечислим основные виды материала.

По содержанию глинистых минералов

В глинах может преобладать один или несколько глинистых минералов. В первом случае их называют олигомиктовые, во втором – полимиктовые.

Олигомиктовые глины разделяют на:

• Гидрослюдные
• Каолиновые
• Монтмориллонитовые

Гидрослюдные

Эти глины характеризуются низкой пластичностью, в воде могут увеличивать свой объем в 9 раз. В них много примесей обломочных пород (полевого шпата, слюды), кварца. К гидрослюдным глинам относятся аргиллиты – продукт уплотнения глины с уменьшенной пористостью. Сюда же включают породу зеленоватого цвета, сложенную из глауконита.

Каолиновые

Основной компонент грунтов – каолин. Средний размер частиц в них – 0,01 мм. Глина отличается высокой пластичностью, в воде ее объем увеличивается в 3 раза. Цвет материала светлый, серый, белый или желто-коричневый. Эти разновидности чаще всего используются в производстве керамики.

Монтмориллонитовые

Эти виды глин образовались из вулканического пепла. Средний размер их частиц – 0,001 мм. При намачивании такой материал способен увеличиваться в объеме в 40 раз. Монтмориллонитовые глины обладают выраженными сорбционными свойствами. Иногда их так и называют – адсорбционными. Раньше эти глины также называли сукновальными, так как они использовались для отбеливания полотна. Сейчас их применяют в нефтеперерабатывающей и химической промышленностях в качестве сорбентов.

Выделяют 2 группы монтмориллонитовых глин:

• Флоридины (гумбрины, нальчикины)
  Они отличаются жирной консистенцией, высокой пластичностью и наличием большого количества мелких частиц.
• Бентониты (асканиты, гюльаби, огланлинские глины)
  Имеют слоистую структуру. При намачивании увеличивают свой объем в 30-40 раз, превращаются в студенистую субстанцию. После высыхания проседают и покрываются трещинами.

Монтмориллонитовые глины являются составляющей буровых установок. Эти разновидности впитывают в себя не только жидкость, но и растворенные в них вещества.

По происхождению

По своему происхождению глины разделяют на:

• Элювиальные
• Морские осадочные
• Континентальные осадочные

Элювиальные

Элювиальные, или остаточные глины – это продукт выветривания материнской породы, вулканической лавы и туфа. Залегает грунт в месте своего образования. Чаще всего массивы не сплошные, образуются плоские прослойки (линзы) или ограниченные участки (карманы, гнезда). Нижние слои постепенно переходят в горную породу, могут быть засорены включениями камней (слюды, полевых шпатов, гранита). Залежи часто сохраняют структуру, характерную для материнской породы.

Морские осадочные

Образуются путем переноса выветрелых пород на морское дно или побережье.

Выделяют 3 типа глин такого происхождения:

• Прибрежные
  Отличаются неоднородным составом с высоким содержанием примесей песка и карбонатов.
• Лагунные
  В соленых лагунах состав грунта неоднородный, с примесью солей. В опресненных лагунах в глинах преобладают мелкие частицы, количество солей также повышенное.
• Шельфовые
  Залегают на глубине около 200 м. Они образуют мощные пласты толщиной до 100 м и площадью в десятки квадратных километров. Структура однородная, количество примесей минимальное.

Континентальные осадочные

Континентальные осадочные глины образовались после переноса выветрелой породы по суше (ветром, потоками воды, после землетрясений и горных обвалов).

В эту группу входят:

• Делювиальные
  Образуются у подножия возвышенностей. Гранулометрический состав изменчивый, в глинах есть много примесей песка и мелких камней.
• Озерные
  Однородные по составу глины с мелкими частичками. В пресных озерах залегают каолиновые виды, а в соленых – монтмориллонитовые. Материал из озер отличается высоким качеством.
• Пролювиальные
  Образуются после схождения оползней, селевых потоков. Отличаются неоднородным составом, большим количеством посторонних включений.
• Речные
  Располагаются на дне и в поймах рек. Состав неоднородный, массивы глины переходят постепенно в песчаники и галечники.

По кислотности

Эта характеристика определяется содержанием оксидов алюминия и титана (Al2O3 + TiO2).

По кислотности глины разделяются на:

• Высокоосновные (более 40% оксидов)
• Основные (30-40%)
• Полукислые (15-30%)
• Кислые (до 15% оксидов)

Основные и высокоосновные глины обладают высокой температурой плавления. В эту группу также включают бокситы – основной источник промышленного алюминия. Кислые разновидности используются в качестве катализаторов различных химических процессов.

По наличию включений

В глине могут быть включения частиц большего размера или минералов разного происхождения.

По их наличию глины разделяются на материалы:

• С мелкими включениями (до 2 мм)
• Со средними включениями (2-5 мм)
• С крупными включениями (от 5 мм)

По количеству частиц с размерами от 0,5 мм:

• С низким содержанием (до 1%)
• Со средним содержанием (1-5%)
• С высоким содержанием (более 5%)

Высокий процент включений снижает пластичность глины. Она не может применяться в гончарстве. Зато такой материал не трескается при спекании и может идти на изготовление кирпичей. Крупные частицы (1-5 мм) – это песчинки. Их высокое содержание характерно для супесей и суглинков.

На качество материала также влияет химическая структура примесей.

По этому признаку классифицируют глины следующим образом:

• С примесями кварца (песка)
  В качественной глине кварц должен составлять не более 50%. Если песка 70-90%, то грунт называется суглинком. Когда количество глинистых частиц составляет 10% и меньше, то материал называют супесью.
• С примесями железа
  Этот элемент влияет на цвет материала, в определенных концентрациях повышает качество керамических изделий, увеличивает способность глины к вспучиванию.
• С включением карбонатов (гипса, доломита, кальцита)
  Карбонаты понижают температуру плавления глины и ее способность к спеканию. Примеси мелкого объема уменьшают прочность изделий, крупного – после обжига превращаются в гашеную известь, могут спровоцировать полное разрушение изделий. У грунта с гипсом или доломитом повышается растворимость в воде и снижается несущая способность.
• С органическими включениями
  Такие примеси часто встречаются в верхних слоях залежей. Глина с большим количеством органики непригодна для изготовления керамики. Но она может использоваться в качестве материала при рекультивации земель.

По дисперсности

Это свойство связано с размером частиц. Чем они мельче, тем лучше утрамбовываются и образуют однородную дисперсную систему.

По степени дисперсности глины разделяют на:

• Высокодисперсные, или тонкодисперсные (содержат 85% частиц меньше 10 мкм или 60% – до 1 мкм)
• Дисперсные (частицы до 10 мкм составляют 40-85% или до 1 мкм – 20-60%)
• Грубодисперсные (в материале меньше 40% зерен с диаметром до 10 мкм или до 20% с диаметром до 1 мкм)

Дисперсность глины влияет на ее пластичность.

По пластичности

Под пластичностью понимают способность глины менять свою форму без разрушения структуры при намачивании и сохранять ее после высушивания. Измеряется показатель числом пластичности.

По этому параметру глина разделяют на:

• Высокопластичные (число выше 25) – это тяжелые или жирные глины
• Среднепластичные (15-25) – это легкая или тощая глина
• Умереннопластичные (7-15) – это суглинки
• Малопластичные (меньше 7) – это супеси, гидрослюда
• Непластичные – аргиллиты

Глины с высокой пластичностью используются для производства керамической посуды и скульптур, со средней и низкой – для кирпичей и плитки. Тяжелые жирные разновидности можно использовать для обустройства глиняного замка вокруг фундамента.

По цвету

Глина окрашивается в разные цвета из-за наличия в ней оксидов металлов.

Она бывает:

• Белая (не имеет примесей)
• Желтая охра (содержит 25% оксида железа)
• Красная охра (40% оксида железа)
• Ярко-красный сурик (60% оксида железа)
• Темно-коричневая (больше 60% оксида железа)
• Черная (высокое содержание битума или другой органики)
• Зеленая (содержит оксид меди)
• Голубая (за счет оксида кобальта)
• Оливково-зеленая (присутствует окись хрома)
• Пурпурная и коричневая (содержат оксид магния)
• Серо-зеленая (присутствует оксид никеля)

Окраска глины еще ярче проявляется после обжига. В гончарном производстве оксиды иногда специально добавляют в материал, чтобы получить разноцветные изделия.

По огнеупорности

Огнеупорность – это способность материала сохранять структуру и не расплавляться при высоких температурах. Она снижается при высоком содержании тонкодисперсных частиц, включениях карбонатов и оксидов металлов.

По этому признаку глины разделяют на:

• Огнеупорные (или шамотные)
  Они плавятся при температуре выше 1580°С. Состоят такие глины в основном из каолина, с небольшой примесью кремнезема. Включений оксидов металлов тут практически нет. Глины используются для производства высококачественной керамики, огнеупорных (шамотных) кирпичей и плитки.
• Тугоплавкие
  Выдерживают температуры от 1350 до 1580°С. В их состав входит 20-40% глинозема, в небольших количествах могут попадаться включения оксидов и солей металлов. Отличаются тугоплавкие глины высокой пластичностью, используются для производства клинкерных кирпичей и плитки, керамики.
• Легкоплавкие
  Такие глины содержат 60-80% кремнезема и 5-20% глинозема с примесью оксида титана. Плавятся они при температуре 1350°С. Используются легкоплавкие материалы в производстве обычного кирпича, керамической плитки, гончарных изделий.

По способности к спеканию

При высоких температурах материал уплотняется и превращается в твердый черепок. Этот процесс называется спеканием.

По способности к спеканию глины разделяют на:

• Сильноспека?