粘土或坯料的可塑性测定

陶瓷实验一粘土或坯料的可塑性测定拉坯成形法可塑性是粘土或坯料的主要工艺技术指标，是粘土能够制成各种陶瓷制品的成型基础。可塑性：具有一定细度和分散度的粘土或坯料，加适量水调和均匀，混练制成含水率一定的塑性泥料，在外力作用下能塑造成任意形状，但不开裂，外力解除后仍能保持其原有形状不变。粘土达到可塑状态时包含有固体和液体两种形态，属于由固体分散相和液体分散介质所组成的多相系统，因此粘土可塑性的大小主要决定于固相与液相的性质和数量。固相性质主要指固体物料类型、颗粒形状、颗粒大小及粒度分布、颗粒的离子交换能力等。液相性质主要指液相对固相的浸润能力和液相的粘度。固相与液相的相对数量对粘土的可塑性有很大影响测定粘土可塑性的方法很多，概括地讲，一般分为直接法和间接法。直接法：以塑性泥料在压力、张力、剪力、扭力作用下的变形程度来表示。例如可塑性指标法，是测定塑性泥料对形态变化的抵抗力，是应力－应变的关系。间接法：把饱水率、风干收缩率、粘度、吸湿水分与可塑性联系起来表示。可见，粘土或坯料的可塑性是多种性质的综合体现。要想用一个测定值把这么多性质全部表达出来，到目前为止还没有找到更完善的测定方法，只是通过测定个别性能，近似对可塑性加以推断和定量，实际上是有局限性的。目前我国常用的方法有可塑性指数法与可塑性指标法两种。可塑性指标法是利用一定大小的泥球，测定其在受力情况下产生的应变，对粘土或坯料的可塑性进行初步评价，对陶瓷的成型和干燥性能进行分析。可塑性指数是表示泥料呈可塑性状态时含水量的变化范围，它虽不是评定泥料可塑性的直接方法，但应用极广。一、目的和意义1.了解粘土或坯料的可塑性指标和可塑性指数对生产的指导意义。2.熟悉影响粘土可塑性指标和可塑性指数的因素。3.掌握粘土或坯料的可塑性指标和可塑性指数的测定原理及测定方法。二、实验原理原理：粘土可塑性与调和水在颗粒周围形成的水膜厚度有一定的关系。一定厚度的水化膜会使颗粒相互联系，形成连续结构，加大附着力。水膜还能降低颗粒间的内摩擦力，使质点能沿着表面相互滑动，从而产生可塑性而易于塑造各种形状。但加入水量过多则会产生流动而失去可塑性。而加入水量过少则连续水膜破裂，内摩擦增加，质点难于滑动，甚至不能滑动而失去可塑性。由此可见，液体和粘土矿物结构是粘土具有可塑性的必要条件，而适量的液体（水）则是另一个重要条件和充足条件。可塑性指标：一定大小的泥球受压力作用到出现裂纹时所产生的变形大小与变形力的乘积。以此表示粘土或坯料的可塑性。可塑性指数：液限与塑限之差。液限是指泥料具有可塑性时的最高含水量；塑限则是指泥料具有可塑性时的最低含水量。可塑性指数表示粘土能形成可塑泥团的水分变化范围。指数大则成型水分范围大，成型时不易受周围环境湿度及模具的影响，即成型性能好。但可塑性指数小的粘土调成的泥浆厚化度大、渗水性强，便于压滤榨泥。影响粘土可塑性的因素：1.粘土颗粒的分散度；2.粘土矿物杂质（如石英、云母、长石等）的含量；3.粘土矿物的组成形式（如高岭石、伟晶高岭石、水云母质粘土等）；4.可溶性杂质的存在等是影响天然粘土可塑性的主要因素。从影响粘土可塑性的因素可知增塑或减塑的措施是什么，从粘土的可塑性可判断同一矿区所产生粘土的质量是否稳定。三、仪器设备华式平衡锥（包括流变性限度仪全套附件）；可塑性测定仪及印制泥球试样的双和模；天平，感量0.01克；调泥皿、调泥刀、保湿器、小瓷皿、干燥器、烘箱（105～110℃，恒温）；毛玻璃板等。图1-1华氏平衡锥装图(流限仪)1-圆锥仪(呈30º尖)2-螺丝3-半圆形钢丝4-金属圆柱5-土样杯6-玻璃板7-木质台图2-4可塑性指标测定仪1-水平调节螺钉2-游快3-电磁铁4-支架5-滑板架6-机座7-镜子8-座板9-泥团10-下压板11-框架12-拧紧螺钉13-中心轴14-上压板15-盛砂杯图1-1华氏平衡锥装图(流限仪)四、实验步骤1、可塑性指标法①将500克通过0.5mm孔径筛的粘土（也可直接取用生产上使用的坯料），加入适量水充分调和捏练使其达到具有正常工作稠度的致密泥团（这种泥团极易塑造成型而又不粘手）。将泥团铺于玻璃板上，压延成厚约30mm的泥饼，用直径45mm的铁环切取5块，保存于恒温器中备用。②将泥团用手搓成圆球，球面要求光滑无裂纹，球的直径45±1mm，为了使手掌不致在搓泥时消耗泥料水分和玷污泥球表面，搓泥球前先用湿毛巾擦手或戴上薄膜塑料手套。最好用双合金属模印制泥球，这样单重和尺寸一致。③按先后顺序把圆球放在压球式塑性仪座板的中心，右手旋开框架上指紧螺钉，让中心轴慢慢放下，至下压板刚接触泥球为止，从中心轴标尺上读取泥球直径数。④把盛砂杯放在中心轴压板上，用左手握住压杆，右手旋开制动螺丝，让中心轴慢慢下降，直至不再下降为止。⑤打开盛铅丸漏洞开关（滑架板），让铅丸匀速落入铅丸容器中，逐渐加压到泥球上，注意观察泥球的变形情况，可以从正面和镜中观察。随着铅丸重量的增加，泥球逐渐变形至一定程度后将出现裂纹时，立即按动按钮开关，利用电磁铁迅速关闭铅丸漏斗开关，锁紧指紧螺钉，读取泥球的高度数值，称取铅丸重量（加上压杆、盛铅丸容器等重量为800克）。⑥将试样取下置于预先称量恒重并编好号的称量瓶中，迅速称重，然后放入烘箱中，在105℃～110℃下烘干至恒重，在干燥器中冷却后称重。2、可塑性指数法液限的测定方法①将200克通过0.5mm孔径筛的天然粘土（也可直接称取用生产用坯料），在调泥皿内逐渐加水调成较正常工作稠度稀一些的均匀泥料，不同粘土加水量一般在30～50％，陈腐24小时备用，若直接称取自真空练泥机的坯料，可不陈腐。②实验前，将制备好的泥料再仔细拌匀，用刮刀分层将其装入试样杯中，每装一层轻轻敲击一次，以除去泥料中气泡，最后用刮刀刮去多余的泥料，使泥料与试样杯平，置于试样杯底座上。③取出华式平衡锥，用布擦净锥尖，并涂以少量凡士林，借电磁铁装置将平衡锥吸住，旋转螺杆调节试样杯的高度，使平衡锥尖刚与泥料面接触。然后，切断电磁装置电源，使平衡锥垂直下沉，也可用手拿住平衡锥手柄轻轻地放在泥料面上，让其自由下沉（用手防止歪斜），待15秒后读数。每个试样应检验5次（其中一次在中心，其余四次在离试样中心不小于5mm的四周），每次检验落入的深度应一致。④若锥体下沉的深度均为10mm时，即表示达到了液限，则可测定其含水率。若下沉的深度小于10mm则表示含水率低于液限，可将试样取出置于调泥皿中，加入少量水重新拌和，或将试样置于湿布上用湿布捏练。待水分合适后再进行测定。若下沉的深度大于10mm则表示含水率高于液限，可将试样取出置于干布上用干布捏练。待水分合适后再进行测定。⑤取测定水分的试样前，先刮去表面一层（约2～3mm），再用刮刀从中心部位挖取约15克，置于预先称量恒重并编号的称量瓶中，称重后在105℃～110℃下烘至恒重，在干燥器中冷却至室温称重（准确至0.01克），每个试样应平行测定五个。塑限的测定方法①称100克通过0.5mm孔径筛的粘土或生产用坯泥，加入略低于正常工作稠度的水量拌和均匀，陈腐24小时备用，或直接取用经真空练泥机的坯泥和塑性指标法测定剩余的软泥，取小块泥料在毛玻璃板上，用手掌轻轻地滚搓成直径3mm的泥条，若泥条没有断裂现象，可用手将泥条搓成一团反复揉捏，以减少含水量，然后再按上法滚搓，直至泥条搓成直径为3mm左右而自然断裂成长度为10mm左右时则表示达到塑限水分。②迅速将5～10克搓断泥条装入预先称量恒重的称量瓶中，称重后放入烘箱内于105～110℃下烘干至恒重，冷却至室温后再称重（准确至0.01克）。③为了检查滚搓至直径3mm断裂成长度为10mm左右的泥条是否达到塑性限度，可将断裂的泥条进行捏练，此时应不能再捏成泥团，而是呈松散状。五、数据处理1.可塑性指标法的数据处理①记录表：见教材P72②计算公式S=(D-H)·P式中S------可塑性指标，cm·kg；D------试样直径，cm；H------试样变形出现裂纹后高度，cm；P------破坏负荷（包括压杆重量），kgW干=×100%W湿=×100%式中W干-------干基含水率，％；W湿-------湿基含水率，％；G0-------称量瓶重，g；G1-------称量瓶＋湿样重，g；G2-------称量瓶＋干样重（g）。0221GGGG0121GGGG全面表征可塑性指标的数据，应包括指标、应力、应变和相应含水率，数据应精确到小数点后一位。每个实验需平行测定五个试样，用于计算可塑性指标的数据，其误差不应大于0.5。高可塑性粘土的可塑性指标大于3.6；中可塑性粘土的可塑性指标为2.5～3.6；低可塑性粘土的可塑性指标低于2.4。2、可塑性指数法数据处理①记录表：见教材P73②计算公式式中:P液―――液限含水率，％P塑―――塑限含水率，％G0―――称量瓶重，g；G1―――称量瓶重＋湿试样重，g；G2―――称量瓶重＋干试样重，g。%1000221GGGGP＝液%1000221GGGGP＝塑湿试样重分别指液限试样和塑限试样的重量，即华式平衡锥下沉10mm符合液限测试要求的湿试样和泥条搓成直径为3mm左右而自然断裂成长度为10mm左右的湿试样重。液限和塑限含水率的数据应精确到小数点后一位；平行测定的五个试样平均值，其误差，液限不大于0.5％，塑限不大于1％，其中三个以上超过上述误差范围（液限）时应重新测定，二个以上超过上述范围（塑限）时应重新测定。Pi=P液－P塑式中Pi――可塑性指数。一般低可塑性泥料的可塑性指数在1～7；中可塑性泥料的可塑性指数在7～15；高可塑性泥料的可塑性指数范围大于15。六．注意事项1、试样加水调和应均匀一致，含水量必须是正常操作水分，搓球前必须经过充分捏练。2、搓球必须用润滑的掌心，每个球的搓球时间大致一样，球表面必须光滑、滚圆无疵，球径须控制在φ451mm范围内。3、试验操作必须正确，掌握开裂标准应一致。4、如需详细研究可塑性指标与含水率的关系时，可做不同含水率的可塑性指标测定，并绘制可塑性指标－含水率曲线图。5、搓泥条时只能用手掌，不能用手指，应是自然断裂，而不是扭断。6、泥料水分过高或过低，不得采用烘干、加入干粉、加水的办法调整水分，只能采用空气中捏练风干的办法或重新调整。7、泥料装入试样杯中内应保证致密无气孔，平衡锥应保证干净、光滑（锥体图薄层凡士林），下沉时应保证垂直、请缓、不受冲击和自由落下。