В.В. Эвальд. Строительные материалы, их свойства, испытание и приготовление. (§1. Общие сведения о производстве изделий из обожженной глины)

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ОБОЖЖЕНОЙ ГЛИНЫ.

Все изделия, изготовляемые из глины и ей подобных масс путем обжига, можно разделить, в зависимости от свойств их массы и от их внешнего вида, на следующие главные группы:
I. Изделия с пористой массой, в изломе шероховатой и матовой:
А. Не огнеупорные:
1. Без глазури: Обыкновенный кирпич, черепица, самая простая домашняя утварь. Масса более или менее красного цвета, не огнеупорная, готовится из самых простых глин; часто содержат известь.
2. Терракоты — фигуры, барельефы, декоративная утварь. Масса более ровная, чем в предыдущем случае, вследствие более тщательно подготовленной, более пластичной глины; цвет обыкновенно несколько светлее предыдущего (красновато-желтый).
3. Глазурованные или поливные гончарные изделия. Глина в дешевых сортах — простая, красная; в более дорогих — белая или желтоватая. Поверхность покрыта слоем свинцовой глазури — либо прозрачной (глазурованные кирпичи, черепица, дешевая кухонная посуда), либо непрозрачной (глухой) — изразцы, майолики и т. п.
Б. Огнеупорные.
4. Без глазури — огнеупорные кирпичи и различные предметы для заводских печей — тигли, муфеля и т. п.; масса в изломе более или менее белая, но довольно грубая.
5. Глазурованные — различные сорта фаянса: масса в изломе ровная, белого цвета. Более дешевые сорта, со слабо-огнеупорной глиной, приближаются к 3-й группе. .
П. Изделия со сплошной массой. Излом гладкий, раковистый, не липнет к языку. Масса почти вовсе не пористая, более тяжелая и твердая, чем в предыдущих группах.
6. Клинкерный товар — керамиковые трубы, кувшины для минеральных вод, каменная посуда (глазурованные). Мостовой клинкер и, тротуарные плитки (не глазурованные). Масса довольно грубая, окрашенная железом (у плиток иногда белая), сильно спекшаяся пли даже сплавленная, настолько твердая, что при ударе о сталь дает искры.
7. Различные сорта фарфора. Масса совершенно белая, иногда искусственно окрашенная, тонкая и ровная.
Из всех крайне разнообразных и многочисленных изделий, относящихся к перечисленным группам, в настоящем курсе рассматриваются только те, которые имеют непосредственное отношение к строительному делу. Производство всякого рода изделий из глины путем ее обжига слагается из следующих последовательно производимых операций: 1) приготовление массы, 2) формовка изделий, 3) сушка их и 4) обжиг.
Приготовление массы. Главную и необходимую составную часть массы составляет, разумеется, глина, которую подвергают известной предварительной обработке и перемешивают, если надобно, с теми или иными примесями сообразно роду изделия. Всякая природная глина по высыхании оказывается более или менее слоистой, что крайне вредно отзывается на прочности изделия; поэтому одна из задач подготовки глины заключается в уничтожении, насколько возможно, этой природной слоистости. Простые глины, напр., при кирпичном производстве, с этой целью выкапывают осенью и оставляют зимовать под открытым небом, причем влага и мороз заставляют глину растрескиваться и терять слоистую структуру. Для производства более ценного товара необходимо и более совершенное уничтожение этой слоистости: в таких случаях глину высушивают и измалывают в тонкий порошок. Затем, в том и другом случае перед формовкой глину замачивают, иногда подолгу оставляя в особых ямах, причем органические примеси сгнивают, и вообще происходят некоторые химические процессы, не закончившиеся еще в природной глине. Если глина содержит механические примеси (камешки, крупный песок и т.п.), которые могли бы повредить делу, то ее предварительно очищают посредством отмучивания водой, или же пропускают через вальцы, раздавливающие эти примеси.
Обработанную таким образом глину переминают для сообщения ей необходимой пластичности, причем одновременно прибавляют к ней необходимые примеси.
Как мы уже говорили в предыдущей главе, для того, чтобы глина не растрескивалась при высыхании, необходимо присутствие в ней скелета в виде более или менее крупных (по сравнению с мельчайшими частицами глинистого вещества) зерен, не изменяющих своих размеров и формы ни при высыхании, ни при обжиге. Для простых глиняных изделий — кирпича, черепицы и т.п. такой прибавкой служит или песок, или содержащая песок тощая глина, которую примешивают к жирной глине в требуемой пропорции, устанавливаемой опытом. Для огнеупорных изделий обыкновенный песок непригоден, так как содержит окись железа, понижающую точку плавления глины; поэтому для них приготовляют искусственный песок — шамот, из огнеупорной глины, слабо обожженной и размолотой в крупнозернистый порошок. Для специальных сортов товара служат, в качестве скелета, особые прибавки; напр., для графитных огнеупорных тиглей — порошок графита, для фарфора — молотый кварц и т. д. Наконец, некоторые специальные виды огнеупорного кирпича (напр. динасовые, бокситовые, магнезитовые кирпичи и др.) для заводских печей изготовляют с очень малым количеством глины, или даже вовсе без нее, заменяя ее каким-либо другим веществом, связывающим зерна, напр., каменноугольной смолой.
Если требуется особая плотность обожженниой массы, достигаемая ее спеканием (т. е. начавшимся плавлением) при обжиге, то к массе, кроме зерен скелета, примешивают флюсы или плавни, понижающие ее точку плавления. Флюсы эти чрезвычайно разнообразны; так напр. при производстве фарфора флюсующим средством служит порошок полевого шпата.
При выборе всех этих прибавок руководствуются также и тем, какую они окраску придают глине при обжиге; так напр., для получения массы, совершенно белой после обжига, она не должна содержать окиси железа, малейшие следы которой уже сообщат после обжига желтоватый или красноватый цвет.
Формовка. Существуют два. главные приема: 1) формовка из влажной глины и 2) формовка из полусухой глины. В первом случае глина, поступающая в формовку, настолько смочена водой, что образует мягкое, легко лепящееся тесто. Это—наиболее распространенный способ формовки; таким образом формуют почти все виды кирпича и гончарные, изделия, всякого рода посуду, в том числе и фарфоровую. Самая формовка производится или ручным способом, вдавливая глину рукою (или пяткою ноги—т. наз. подпятный кирпич) в соответственную форму, чаще всего деревянную, а при более сложных очертаниях пользуясь приемами лепной (скульптурной) работы—или же машинным способом, при помощи разнообразных прессов. Для формовки разнообразных видов кирпича, некоторых видов черепицы, канализационных труб и т.п. предметов простого очертания, чаще всего применяют ленточные прессы, выдавливающие глину в виде непрерывной полосы соответственного поперечного сечения, которая тут же, при выходе из пресса, разрезается проволокою на куски потребной длины; для формовки из более крутого, не так увлажненного теста, а также в тех случаях, когда форма изделия не позволяет пользоваться ленточным прессом, применяют ящичные прессы — где глина, вдавливается в металлическую или гипсовую форму посредством штемпеля, с большей или меньшей силой.
При полусухой формовке пользуются исключительно ящичными прессами — глина поступает в них не в виде мягкого теста или в виде лишь слегка увлажненного порошка, или в виде болванок, заранее заготовленных из глиняного теста (вручную, или машиною), и здесь сжимается с весьма большой силой. Способ этот применяется только тогда, когда от изделий требуется особенная плотность массы.
Сушка. Во время сушки из глины испаряется большая часть механически примешанной к ней воды, причем, как нам уже известно, глина уменьшается в объеме; это уменьшение (усушка), равно как и дальнейшее уменьшение объема во время обжига (усадка), заранее принимаются во внимание при самой формовке; а именно, определяют путем опыта величину усушки и усадки,, и соответственно увеличивают размеры формуемого изделия, в расчете на их. последующее уменьшение.
Сушка производится или естественным путем — на открытом воздухе или под навесами, — или искусственная, в отапливаемых сушилах различного устройства; нередко для их отопления пользуются теплом, распространяемым обжигательной печью. Во всех случаях сушка ведется весьма постепенно и осторожно, чтобы изделия не потрескались и не покоробились; чем сложнее форма изделий и чем они крупнее, тем более заботливо должна производиться их сушка.
Обжиг производится в обжигательных печах, устройство которых рассматривается во 2-й части нашего курса. При обжиге изделия нагревают до различной температуры, большей частью в пределах от 1000 градусов (обыкновенный кирпич) до 1500° (огнеупорные изделия). При таком нагревании и самая глина, т. е. водный силикат глинозема, теряет не только остаток механически примешанной воды, не успевшей удалиться во время сушки, но и всю химически связанную воду, обращаясь в безводный силикат глинозема. Вследствие этого обожженная глина уже более не размокает, не разбухает от воды и не образует с водой пластичного теста, даже будучи предварительно истерта в порошок. Водные металлические окислы также при обжиге теряют свою химически связанную воду, обращаясь в безводные, вследствие чего меняется и цвет глины; так, присутствие окислов железа всегда придает обожженной глине красный цвет, какого бы она ни была цвета в сыром виде. Органические вещества при обжиге выгорают, оставляя пустоты.
Кроме состава глины, на цвет, получаемый ею при обжиге, влияет также и характер обжига, так как при восстановительной атмосфере в обжигательной печи, т.е. при избытке топлива и недостаточном притоке воздуха, металлические окислы отдают часть своего кислорода, переходя в низшие степени окисления (напр. окись железа — в закись), имеющие иной цвет; обратно, при окислительном обжиге, т.е. при обильном притоке воздуха в печь, образуются высшие степени окисления.
Достигнув известной высокой температуры, глина начинает размягчаться вследствие образования сложных, более или менее легкоплавких силикатов — соединении глины с находящимися в ней плавнями (флюсами); усадка глины при этом становится еще более и масса после обжига получается спекшаяся, очень плотная, что иногда и требуется.
Наконец, при еще более высоких температурах глина плавится окончательно и изделия оказываются пережженными; они теряют свою форму и более или менее расплываются. Простые железистые глины поэтому не выдерживают сильного обжига без порчи товара; хорошие же огнеупорные глины при обжиге до 1500 градусов, и даже выше, не обнаруживают признаков не только плавления, но и спекания, и изделия получаются пористыми.
Обратно, при недостаточной силе обжига глина не вполне изменяет свои свойства, как это только что указано, и сохраняет отчасти способность размокать от воды — что в большинстве изделий является недопустимым недостатком.
Так как в обжигательной печи простого устройства, служащей для обжига кирпича и т.п. простых товаров, очень трудно достигнуть совершенно равномерного жара, то обычно наряду с нормально обожженным товаром получается некоторый процент как необожженного, так и пережженного товара, представляющего собою брак, но все же могущего быть употребленным на некоторые надобности при постройке.
По окончании обжига дают печи, со всем находящимся в ней товаром весьма медленно остыть, после чего ее разгружают и разделяют полученный товар на сорта по достоинству.

Источник: Эвальд В.В. Строительные материалы, их свойства, испытание и приготовление//Часть I. — Гос. тех. изд, 1923. — С. 82-85