Wpływ składu mineralnego oraz aktywacji chemicznej surowców ilastych na wytrzymałość na zginanie tworzyw ceramicznych
DOI:
https://doi.org/10.55225/sti.711Słowa kluczowe:
minerały ilaste, wytrzymałość na zginanie, moduł pękania, aktywacja sodowa, smektyt, kaolinit, illit, tworzywa ceramiczne, wytrzymałość w stanie powietrznie suchymAbstrakt
Wytrzymałość mechaniczna tworzyw ceramicznych w stanie powietrznie suchym jest jednym z kluczowych parametrów technologicznych determinujących przebieg procesów formowania, suszenia oraz transportu surowych wyrobów ceramicznych. W niniejszej pracy oceniono wpływ składu mineralnego oraz aktywacji chemicznej surowców ilastych na wytrzymałość na zginanie tworzyw ceramicznych, ze szczególnym uwzględnieniem kaolinitu, iłów illitowych oraz surowców bogatych w smektyty. Dodatkowo zbadano wpływ dodatku piasku kwarcowego oraz aktywacji sodowej (Na₂CO₃) na właściwości mechaniczne próbek.
Próbki przygotowano z kaolinu KOC, iłu krakowieckiego oraz iłu bentonitowego ze złoża Bełchatów, zarówno w postaci niemodyfikowanej, jak i po aktywacji sodowej w zakresie 3–10% Na₂CO₃. W przypadku mas bentonitowych zastosowano dodatek piasku kwarcowego w ilości 10–30%. Wytrzymałość na zginanie oznaczono metodą trójpunktowego zginania w stanie powietrznie suchym oraz po suszeniu w temperaturze 105 °C. Dodatkowo przeanalizowano wilgotność próbek po suszeniu.
Uzyskane wyniki wykazały istotny wpływ zarówno składu mineralnego, jak i modyfikacji chemicznej na wartości modułu pękania. Najwyższą wytrzymałość na zginanie w stanie powietrznie suchym uzyskano dla surowców bogatych w smektyty, natomiast masy na bazie kaolinu charakteryzowały się najniższą zdolnością wiążącą. Aktywacja sodowa prowadziła do wyraźnej poprawy wytrzymałości wszystkich badanych tworzyw ceramicznych, przy czym efekt ten był silnie zależny od rodzaju surowca oraz jego rozkładu wielkości cząstek. W przypadku mas bentonitowych zawierających 30% piasku kwarcowego najwyższe wartości modułu pękania uzyskano przy dodatku 10% Na₂CO₃, co wskazuje na istnienie optymalnego poziomu aktywacji sodowej dla tego układu. Próbki suszone w temperaturze 105 °C wykazywały wyższe wartości wytrzymałości, co przypisano ściślejszemu upakowaniu pakietów minerałów ilastych oraz wzmocnieniu oddziaływań elektrostatycznych.
Statystyka pobrań
Bibliografia
Nait-Ali B, Alzina A, Lauro N, Smith DS. Perspectives in drying of ceramics. Open Ceramics. 2024;17:100554. https://doi.org/10.1016/j.oceram.2024.100554. Google Scholar
Dondi M, Raimondo M, Zanelli C. Clays and bodies for ceramic tiles: Reappraisal and technological classification. Applied Clay Science. 2014;96:91–109. https://doi.org/10.1016/j.clay.2014.01.013. Google Scholar
Lauro N, Oummadi S, Alzina A, Nait-Ali B, Smith DS. Computer model of drying behaviour of ceramic green bodies with particular reference to moisture content dependent properties. Journal of the European Ceramic Society. 2021;41(14):7321–7329. https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.07.042. Google Scholar
Murzyn P, Brylska E, Stolecki J. Ceramiczne materiały budowlane: metody badań surowców i wyrobów. Kraków: Wydawnictwo AGH; 2014. Google Scholar
Vieira CMF, Sánchez R, Monteiro SN. Characteristics of clays and properties of building ceramics in the state of Rio de Janeiro, Brazil. Construction and Building Materials. 2008;22(5):781–787. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2007.01.006. Google Scholar
Wyszomirski P, Galos K. Surowce mineralne i chemiczne przemysłu ceramicznego. Kraków: Uczelniane Wydawnictwo Naukowo-Dydaktyczne AGH; 2007. Google Scholar
Kordek M. Technologia ceramiki. Cz. 1. Warszawa: Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne; 1975. Google Scholar
Reed JS. Principles of Ceramics Processing. 2nd ed. New York: Wiley; 1995. Google Scholar
Carter CB, Norton MG. Ceramic Materials: Science and Engineering. New York: Springer; 2013. Google Scholar
Stoch L. Minerały ilaste. Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne; 1974 Google Scholar
Pisarczyk S. Gruntoznawstwo inżynierskie. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN; 2014. Google Scholar
Handke M. Krystalochemia krzemianów. Kraków: Wydawnictwo AGH; 2005. Google Scholar
Bergaya F, Lagaly G. Handbook of Clay Science. 2nd ed. Amsterdam: Elsevier; 2013. Google Scholar
Wilson, I. Applied Clay Mineralogy. Occurrences, processing and application of kaolins, bentonite, palygorskitesepiolite, and common clays. Clays and Clay Minerals. 2007;55:644–645. https://doi.org/10.1007/BF03406033. Google Scholar
Jasmund K, Lagaly G. Tonminerale und Tone. Darmstadt: Steinkopff Verlag; 1993. Google Scholar
Stoch L, Widaj J. Zależność wytrzymałości mechanicznej od uziarnienia surowców ilastych. Ceramika. 1970;2:45–56. Google Scholar
Vaculíková L, Plevová E, Vallová S, Koutník I. Characterization and differentiation of kaolinites from selected Czech deposits using infrared spectroscopy and differential thermal analysis. Acta Geodynamica Geomaterialia. 2011;8(1):59–67. Google Scholar
Śliwa T. Analiza odkształcania i pękania materiałów ilastych podczas suszenia konwekcyjnego. [Doctoral thesis]. Poznań: Politechnika Poznańska; 2014. Google Scholar
Bergaya F, Theng BKG, Lagaly G, editors. Handbook of Clay Science. Amsterdam–Tokyo: Elsevier; 2006. Google Scholar
Murray HH. Developments in Clay Science. Vol. 2. Amsterdam: Elsevier Science; 2007. Google Scholar
Ayadi A, Baklouti S, Kammoun A, Soro J. Study of clay’s mineralogy effect on mechanical properties of ceramic body using an experimental design. International Journal of Applied Ceramic Technology. 2021;19(3):1477–1489. https:doi.org/10.1111/ijac.13983. Google Scholar
Bernhardt M, Justnes H, Tellesbø H, Wiik K. The effect of additives on the properties of lightweight aggregates produced from clay. Cement and Concrete Composites. 2014;53:233–238. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.07.005. Google Scholar
Ayari F, Srasra E, Trabelsi-Ayadi M. Effect of exchangeable cations on the physicochemical properties of smectite. Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2007;43(5):369–378. https://doi.org/10.3103/S1068375507050110. Google Scholar
Slaný M, Jankovič L, Madejová J. Near-IR study of the impact of alkyl-ammonium and -phosphonium cations on the hydration of montmorillonite. Journal of Molecular Structure. 2022;1256:132568. https://doi.org/10.1016/j.molstruc.2022.132568. Google Scholar
Kłapyta Z, Żabiński W, editors. Sorbenty mineralne Polski. Kraków: Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH; 2008. Google Scholar
Galos K, editor. Surowce skalne: surowce ilaste. Kraków: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk; 2004. Google Scholar
Panna W, Wyszomirski P, Motyka J. (2012). Bentonit z Kopernicy jako materiał do zastosowań hydroizolacyjnych. Zeszyty Naukowe IGSMiE PAN. 2012;83:131–145. Google Scholar
Panna W, Prosowicz G, Wyszomirski P. Ocena zawartości smektytu w niektórych ceramicznych surowcach ilastych na podstawie spektrofotometrycznych badań sorpcyjnych. Chemik. 2014;68(7):612–619. Google Scholar
Panna W, Wyszomirski P, Gasek K, Dudek R, Łabuz A. (2015). Hot stage microscopy in determining the suitability of selected clay rocks from South-Eastern Poland to manufacture lightweight aggregates. Cement, Wapno, Beton. 2015;20(2):79–87. Google Scholar
Komadel P. Chemically modified smectites. Clay Minerals. 2003;38(1):127–138. https://doi.org/10.1180/0009855 Google Scholar
Oczoś K. Kształtowanie ceramicznych materiałów technicznych. Rzeszów: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej; 1996. Google Scholar
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
Licencja
Prawa autorskie (c) 2026 Sebastian Dydo, Wojciech Panna, Jarosław Cyboroń, Radosław Madej
Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa – Na tych samych warunkach 4.0 Miedzynarodowe.
