Описание шамотной глины и сферы ее применения

При изготовлении кирпича с огнеупорными свойствами, а также печей, каминов или изделий декоративного назначения используется шамот – огнестойкая глина. Шамот состоит из белого каолина, который при обработке в условиях высокотемпературных режимов приобретает высокую степень огнестойкости. После прохождения закалки высокими температурами у шамота появляется особая прочность, которую можно сравнивать с каменной горной породой.

Измельченный шамот называется «шамотная глина». Она обладает высокой степенью пластичности, стойкостью к высоким температурам, а также имеет декоративный внешний вид, что и используется при процессе оштукатуривания поверхностей печи.

Огнеупорная шамотная глина включает в свой состав гидроалюмосиликаты с высокой дисперсией. Данный материал относят к природным ископаемым и подразделяют на глины морского типа и материкового происхождения. Морская глина добывается со дна моря, тогда как материковые залежи встречаются в речных и озерных донных отложениях. В Россию шамотную глину добывают на месторождениях, самыми крупными из которых являются Астафьевское, Кыштымское и Палевское.

Состав огнеупорной шамотной глины выглядит следующим образом:

• элементы кварцевого песка;
• калия оксид;
• алюминия оксид;
• кальция оксид;
• магния оксид;
• натрия оксид;
• железа оксид.

Востребованность и популярность шамота довольно высока, и объясняется это тем, что состав продукта полностью натуральный и имеет высокую степень устойчивости к высокотемпературным режимам. Кроме того, шамотная смесь при высыхании не склонна давать усадку и поэтому не растрескивается. Длительность просушки глины зависит от температуры окружающей среды, в среднем этот срок составляет 10-12 суток.

Характеристики шамотной глины у каждого производителя должны соответствовать нормативам ГОСТ 6137-8, который определяет основные параметры продукта:

• цвет сухой шамотной смеси – серый, по структуре продукт сыпучий, без комков и крупных конгломератов;
• фракция зерен по диаметру – приблизительно 2 мм;
• высокожженый шамот имеет коэффициент поглощения влаги от 2 до 10%;
• низкожженый шамот имеет коэффициент степени влажности в пределах 25%;
• общая влажность продукта не должна превышать 5%;
• температура плавления находится в диапазоне от 1550 до 1850°C.

Срок годности сухого шамотного состава не превышает 3 лет, при хранении его в сухой и плотно закрытой упаковке. Шамотные глиняные смеси применяют для кладки печей, каминов, дымоходов.

Обоженный каолин обладает следующими полезными свойствами:

• высокая степень устойчивости к высоким температурным режимам дает возможность применять продукт для обустройства каминов, печей, а также дымоходов;
• глина способна пропускать сквозь себя влагу, тем самым удерживая комфортный микроклимат в помещении;
• при кладке глина используется в виде раствора, который обладает высокими адгезивными свойствами;
• натуральный состав глины является абсолютно безопасным продуктом для здоровья человека и окружающей среды;
• срок службы глины длительный, и в процессе эксплуатации материал не растрескивается и не крошится.

Основными физическими свойствами шамотной глины является ее огнеупорность, хорошая пластичность, способность к спекаемости и огневой усадке.

• Пластичность – под этим термином у увлажненного шамотного состава подразумевается возможность при приложении небольших усилий видоизменять заданную форму, при этом смесь остается в своем пластичном виде и не растрескивается. У глины пластичные свойства проявляются только при условии контакта с водой, причем в небольших количествах. Свойства пластичности находятся в зависимости от состава минералов, входящих в структуру глины, а также от размера частиц. В условиях нагревания до 150°C пластичность смеси носит обратимый характер. Однако если после окончания дегидратационного процесса нагреть шамот до 500-600°C, то обратимость пластичности будет утрачена. Если требуется снизить пластичность, то к глине добавляются так называемые отощители в виде кварца, шамотного песка. Кроме того, излишняя пластичность может быть снижена путем добавления малопластичных глин другого состава.

• Связующая способность – у шамотной глины она заключается в способности к связыванию между собой мелкодисперсионных частиц песка или шамота, которые сами по себе не имеют пластичности. При высыхании разведенного глиняного порошка получается плотное и прочное образование, называемое «сырец». Само по себе понятие связности подразумевает усилие, которое необходимо приложить, чтобы разъединить частицы глины. Связующая способность этого материала объясняется небольшой по размеру и пластинчатой по форме частиц компонентов шамотной глины. Наибольшая связность присуща тем видам шамотной глины, в составе которых имеется наибольшее число подобных глинистых компонентов.

• Воздушная усадка – этот параметр проявляется изменением размеров исходной заготовки, сделанной из пластичной смеси и просушенной, в сторону уменьшения. Выражается эта величина в процентном соотношении относительно исходного размера непросушенной заготовки. Изменение показателя воздушной усадки у шамотной глины составляет не более 5-11%. Самый больший процент усадки показывают глины, обладающие высокой степенью пластичности, их еще называют «жирные», а наименьшую степень усаживаемости имеют так называемые тощие малопластичные сорта глины. Если использовать шамотную глину с большой степенью усадки, то при обжиге изделие изменит свои первоначальные параметры, что станет вызывать сложности при изготовлении изделий с заданными параметрами. Чтобы изменить ситуацию, к глинистому составу добавляется шамот, а его количество зависит от связующих характеристик глинистых фракций.

• Огневая усадка – проявляет себя изменениями объемов и размерных показателей первоначальной заготовки в процессе обжига. Усадка материала объясняется тем, что соединения глины, легко поддающиеся плавке при высоких температурных режимах, переходят в жидкое состояние. Образующаяся жидкая субстанция полностью обволакивает собой все частицы глины, не поддающиеся плавлению, а также забивает все пустоты между этими частицами. Подобная частичная переплавка компонентов глинистой смеси, в совокупности с действием силы поверхностного натяжения жидкостей, обусловливает максимальное приближение друг к другу всех компонентов смеси, при этом объем заготовки уменьшается, что и называют усадкой огневого типа. Если в шамотном составе содержится большое количество кварцевого компонента в виде мелких фракций, то усадки может и не быть, либо осуществляется расширение частиц состава, так как при нагреве кварцевые частицы будут образовывать новую разновидность кристаллической решетки частиц с увеличением их объема. У шамотной глины усадка огневого типа, как правило, не превышает 3-6%. Существует еще и понятие полной усадки, которая состоит из взаимодействия огневой и воздушной усадок в сумме, такой показатель находится в пределах 6-18%.

Чтобы получить изделие по заданным размерным и объемным параметрам, при формовании необходимо учитывать процент усадки и увеличивать параметры заготовки. Процесс усадки у шамотной глины начинает происходить уже при температуре от 600°C, он протекает довольное длительное время. Происходит этот равномерный процесс до того момента, когда температура не повышается до 1000°C. После этого рубежа усадка идет наиболее интенсивно и продолжается до температуры 1300-1400°C, после достижения этой отметки усадка останавливается.

• Температура спекания – это показатель температурного режима, при действии которого глиняная смесь утрачивает способность к впитыванию влаги, то есть она спекается. Огнеупорный шамотный состав и все изделия, выполненные из него, спекается без расплавления и деформации, не утрачивая способность к огнеупорности.
• Огнеупорность – под этим термином понимают свойство глиняной смеси не расплавляться под воздействием температурных режимов в пределах 1580°C. Такая огнестойкость у глины достигается из-за малого процента содержащихся в ней посторонних примесей. Подобный тип глины используется при изготовлении жаропрочных изделий, в том числе фаянса или фарфора.

Благодаря своим огнеупорным качествам глина чаще всего востребована для выполнения кладки печей. Кроме того, из этого материала изготавливается огнеупорный кирпич, необходимый для выкладывания печи изнутри, то есть для формирования топки. Эта же глина применяется и в качестве кладочного раствора, так как имеет хорошую адгезивную способность к поверхностям. Кроме использования шамотной глины в печном деле, она используется и для обмазок в виде огнеупорных масс и мертелей. Для этих целей применяют марки ПГБ или ПГА.

Огнеупорный шамот является компонентом, на основе которого можно приготовить различного назначения растворы. Глина подразделяется на комовую и молотую. Комовая разновидность применяется для изготовления клинкера, керамических и жаростойких изделий, а порошок шамота применяют для приготовления рабочих растворов, используемых при обмазывании или оштукатуривании поверхностей. Кроме того, из порошка готовят набивные и формовочные смеси.

Каолиновая глина подразделяется еще и по составу, в зависимости от пропорции шамотного песка. Для приготовления растворов используют:

• связующий тип глины с содержанием 55% песка;
• плавной тип, где песка может быть от 20 до 48%;
• истощенный тип с содержанием песка не более 21%.

В зависимости от содержания окислов алюминия шамотный состав подразделяется на следующие разновидности:

• высокоосновную – не более 40%;
• основную – от 25 до 37%;
• полукислую – не более 27%.

Кроме того, шамотный порошок глины подразделяют и по сортам. Всего существует 4 сорта в зависимости от состава примесей и степени огнестойкости:

• особый;
• I сорт;
• II сорт;
• III сорт.

В виде сухой смеси шамотная глина используется для приготовления рабочих кладочных или штукатурных растворов, а также из нее изготавливают и огнеупорные кирпичи. Шамотная глина является незаменимым продуктом в случаях, когда для сада нужна костровая чаша, печь для обогрева дома, тандыр для приготовления пищи, тигель для обжига материалов.

Для выполнения печных работ, когда устанавливаются сборные элементы при кладке печи, барбекю или камина, используется не только специальный огнеупорный кирпич, но и шамотная смесь, полученная из глины. Для работ потребуется приобретать сухую глину с маркировкой «Ш», что обозначает «шамот».

Так как огнеупорный кирпич стоит дорого, то его в основном применяют для обустройства внутренней топки печи, а наружную часть печной конструкции собирают из красного глиняного кирпича. Чтобы надежно связать все элементы кладки между собой, кирпичи нужно укладывать на шамотную огнестойкую глину, которая имеет равный с кирпичами коэффициент расширения при нагревании.

Кроме смесей для выполнения кирпичной кладки, из шамота делают и штукатурные составы для отделки стеновых поверхностей или в качестве адгезивного вещества при облицовке отделочным материалом. Шамотная штукатурка является отличным вариантом для придания надежности кладке при обустройстве печей. Таким составом обрабатывают те части печи, которые имеют выход в другие помещения. Этот подход позволяет снизить нагрев стеновых поверхностей и создать заслон для нагретого воздуха. Толщина такой штукатурной отделки не должна превышать 1,2 см.

Все виды работ с растворами из шамотной смеси выполняют с применением шпателя. Упрощает процесс применение ленты-серпянки. После завершения процесса кладки или штукатурки потребуется дождаться, чтобы раствор успел схватиться и высохнуть.

Современные дизайнеры нередко используют шамотную глину не только для обустройства жаропрочных конструкций, но и для создания эстетически привлекательных декоративных изделий. Это может быть керамика, изразцы, горшки для цветов, кашпо, посуда, плитка, уличные вазоны для цветов. Шамот применяют для лепки фигурок, статуэток, сувениров. Всесторонняя применяемость шамотной глины объясняется привлекательной фактурой, а также высокой прочностью и огнестойкостью.

Шамотная глина – это податливый и пластичный материал, с которым приятно работать. Изделия из него всегда выглядят оригинально и могут гармонично сочетаться с любым дизайнерским стилем. В составе шамота полностью отсутствуют вредные для человека примеси, поэтому работать с ней можно не только взрослым, но и детям. После того как изделие будет сформовано, его отправляют в печь для обжига, в процессе которого все геометрические пропорции сохраняются у изделия в неизменном виде.

Чтобы использовать порошок шамотной глины, потребуется приготовить рабочий раствор. Его положительное свойство состоит в том, что смесь не трескается при высыхании. Например, чтобы сделать штукатурный состав, следует поступить следующим образом.

• Берут шамотный песок, портландцемент и обычный песок из карьера в пропорциях 7: 1: 2. С целью увеличения прочности готового состава к смеси можно добавить соль из расчета 100 г на 8 л раствора.
• Сыпучие фракции нужно постепенно разводить водой, одновременно проводя помешивание, чтобы все компоненты равномерно распределялись между собой. Воду добавляют малыми порциями, чтобы густоту состава можно было контролировать. Наиболее удобной для работы считается консистенция густой сметаны.
• Перед началом штукатурных работ поверхность зачищают, а затем покрывают раствором огнеупорной шпаклевки, на которую укладывается строительная сетка. Далее поверх этого слоя наносят еще слой раствора. Поверхность выравнивают и дают ей полностью застыть.

Для создания огнестойкой смеси нельзя применять обычный речной или карьерный песок, так как под действием высоких температур он имеет свойство расширяться, и кладка или штукатурная облицовка в этом случае начнет растрескиваться и разрушаться. Добавление в состав шамотной смеси портландцемента увеличивает прочность смеси, но из-за такой добавки снижаются ее огнеупорные свойства – состав может выдерживать нагрев только до 800°C. Иногда к шамотной глине добавляют стекловолокно, такой шаг также увеличивает прочность кладки.