Основным сырьем для производства стеновых керамических изделий являются глинистые породы, представляющие собой механическую смесь глинообразующих минералов и примесей.

Данные химических анализов показывают, что глинообразующие минералы состоят главным образом из кремнезема, глинозема и воды. Они представлены обычно такими глинистыми минералами, как алофан, каолинит, галлуазит, монтмориллонит, бейделлит, иллит или гидрослюда, хлорит и др. Кроме перечисленных минералов в глинистых породах присутствуют также в разных количествах неглинистые минералы - кварц, кальцит, полевой шпат и др. Нередко в них содержатся органические вещества и растворенные соли.

Рентгенографические исследования глин показали, что глинистые минералы имеют кристаллическое строение. Именно минеральный состав этих кристаллов и относительное их содержание в породе определяют как природу, так и ее физические свойства.

Глинистые породы - это обычно рыхлые образования, обладающие способностью переходить при увлажнении в пластическое состояние, т. е. легко формоваться и сохранять приданную им форму. После сушки и обжига такая глинистая масса превращается в очень стойкий и прочный каменистый материал, обладающий высокой структурной связью. Именно на этих характерных свойствах глинистых пород основана технология керамических изделий.

Глины являются продуктом разрушения горных пород и по своему происхождению делятся на первичные и вторичные. К первичным относятся глины, образовавшиеся на месте в результате физико-химического выветривания материнских пород. Такие глины носят название элювиальных. Ко вторичным относятся глины, перенесенные и

отложенные на новом месте: перенесенные водой - аллювиальные, ветрами - эоловые, ледниками - ледниковые (моренные), сместившиеся по склонам - делювиальные. Глины, используемые для строительных целей, являются исключительно вторичными образованиями.

В зависимости от минерального состава глинистых частиц глины делятся на мономинеральные и полиминеральные.

Мономинеральные глины состоят в основном из одного минерала. К ним относятся, например, каолинитовые огнеупорные глины, в которых глинообразующие минералы представлены почти целиком минералом каолинитом (боровичские, латненские глины и др.).

В полиминеральных глинах комплекс глинообразующих минералов состоит из нескольких минералов: каолинита, гидрослюды, монтмориллонита и др. В природе чаще встречаются полиминеральные глины, относящееся к низким сортам и используемые главным образом для изготовления изделий стеновой керамики.

Залежи глин встречаются во всех геологических периодах, начиная с докембрия и кончая современным, послеледниковым временем. В производстве керамических изделий используют глины почти всех геологических эпох: кембрийские, девонские и каменноугольные - в Ленинградской области, верхнетретичные (киевского яруса) - в некоторых районах Украины, меловые - в Крыму, палеогеновые и неогеновые - во многих районах Советского Союза.

В практике производства строительного кирпича к качеству глин во многих случаях не предъявляется высоких требований. На первое место обычно ставится экономическая целесообразность их добычи, т. е. благоприятные геологические и горнотехнические условия залегания. Главным образом, обращают внимание на близость месторождения к предприятию, возможность добычи их открытым способом, небольшую вскрышу, отсутствие обводненности и рыхлую структуру.

Таким условиям, как правило, отвечают глинистые породы четвертичного периода, имеющие почти повсеместное распространение и потому наиболее широко используемые в кирпичной промышленности. Глинистые отложения дочетвертичного периода не всегда отвечают этим требованиям, и поэтому их используют редко.

Среди глин и суглинков четвертичного периода можно выделить несколько основных генетических типов, отличающихся большим разнообразием свойств. К таким генетическим типам относятся моренные валунные глины и суглинки, широко распространенные в местах, подвергавшихся оледенению, покрывающие их безвалунные глины и суглинки, которые к югу переходят в лёссовидные суглинки, глины и лёсс. Сюда относятся также ленточные глины озерно-ледникового происхождения, залегающие на северо-западе СССР отдельными разрозненными площадями. Все они являются преимущественно легкоплавкими, а следовательно, низкосортными глинистыми породами, применяемыми главным образом в кирпичной промышленности.

Среди лёссовидных пород выделяются лёсс и его разновидности - лёссовидные суглинки и глины.

Кроме ледниковых и лёссовидных пород в кирпичной промышленности используют также глины четвертичных морских трансгрессий, залегающие в бассейне Северного Ледовитого океана и Каспийского моря. На Кольском полуострове и в северной части Карелии используют зеленовато-серые илистые иольдовые глины. Восточнее реки Онеги, по долинам крупных сибирских рек, впадающих в Северный Ледовитый океан, встречаются глины бореальной трансгрессии, в Прикаспийской низменности - глины хвалынской трансгрессии. На территории Западно-Сибирской низменности в качестве кирпичных глин используют главным образом аллювиальные разности. В Казахстане и прилегающих к нему районах широкое развитие имеют лёсс и его аналоги.

Глинистое сырье для керамической промышленности классифицируется по следующим основным качественным признакам (ГОСТ 9169-59): огнеупорности, содержанию глинозема в прокаленном состоянии, спекаемости, содержанию красящих окислов в прокаленном состоянии, пластичности, содержанию тонкодисперсных фракций, содержанию крупнозернистых включений.

В производстве кирпича обычно используют легкоплавкие глинистые породы с огнеупорностью ниже 1350°С, обладающие необходимой пластичностью и связующей способностью.

Однако на глинистое сырье, используемое при производстве кирпича, отсутствуют ГОСТы, технические условия и кондиции, утверждаемые в обычном порядке. Иными словами, к качеству сырья для изготовления глиняного кирпича не предъявляют строго определенных технических требований. Пригодность его определяют по качеству готовых изделий. Сырье считают пригодным, если из него получают изделия, отвечающие требованиям соответствующих ГОСТов.

Для производства кирпича качество глинистого сырья с достаточной полнотой можно оценить по двум основным признакам - гранулометрическому составу и пластичности, на характеристике которых остановимся более подробно. Гранулометрическим составом принято называть весовое содержание в породе частиц разной крупности, выраженное в процентах по отношению к весу сухой навески. Он характеризует структурные признаки рыхлых пород, которые предопределяют технологию производства керамических изделий.

Общепринятой классификации сырья для грубой керамики по гранулометрическому составу пока нет. Наиболее приемлемой для этой цели, как нам представляется, может стать классификация горных пород, разработанная применительно к дорожному строительству.

Рыхлые породы (глины, алевриты, пески) обычно разделяются на несколько основных фракций. Основой такого разделения является различие их физических свойств.

Глинистая фракция (размер зерен меньше 0,005 мм) характеризуется связностью, пластичностью, способностью связывать воду и сопротивляться действию разрывающих усилий. Глинистые частицы уменьшают водопроницаемость породы. При увлажнении они набухают, а при высыхания уменьшают свой объем. Глинистые частицы делятся: на грубые, или собственно глины (размер зерен 0,005-0,001 мм), и тонкие, или коллоиды (размер зерен меньше 0,001 мм).

Песчаная фракция (размер зерен 2-0,05 мм) обладает свойствами, которые противоположны свойствам глинистых частиц. Песчаная фракция легководопроницаема, не имеет связности, не набухает при увлажнении и не уменьшает своего объема при высыхании. Песчаные частицы делятся: на очень крупнозернистые (1 - 2 мм), крупнозернистые (0,5-1 мм), среднезернистые (0,25-0,5 мм), мелкозернистые (0,1-0,25 мм) и тонкозернистые (0,05-0,1 мм).

Пылеватая фракция (размер зерен 0,05- 0,005 мм) занимает промежуточное положение между глинистой и песчаной фракциям. В ней слабо проявляются как свойства глинистых частиц, так и свойства песчаных. Пылеватые частицы имеют относительно меньшую связность, чем глинистые, а будучи в сухом состоянии, подобно песку, быстро размокают в воде. Такими свойствами характеризуется большая часть покровных лёссовидных суглинков и лёссов.

Пылеватые частицы делятся на крупную (0,05- 0,01 мм) и мелкую (0,01-0,005 мм) фракции. Последняя фракция нередко носит название иловатой.

По содержанию глинистых частиц глинистые породы делят на глины, суглинки и супеси. При значительном содержании пылеватой фракции глинистые породы называют алевритами, а слабосцементированные их разности - алевролитами. В кирпичном производстве используют, как правило, глины и суглинки и почти совсем не применяют супеси и алевриты.

Классификация глинистых пород, используемых в производстве грубой строительной керамики, может быть основана также на относительном содержании трех групп фракций - менее 0,005, от 0,005 до 0,05 и более 0,05 мм. На этом принципе построены треугольные диаграммы, на которых очерчены зоны гранулометрического состава глинистых пород, пригодных для производства отдельных видов керамических изделий.

Гранулометрический состав определяют путем разделения рыхлой породы на фракции с установлением их процентного содержания (ГОСТ 12536-67 “Методы лабораторного определения зернового (гранулометрического) состава”). Песчаные породы разделяют просеиванием пробы через набор сит с разными диаметрами отверстий (ситовой метод), а глинистые породы - измерением ареометром изменяющейся плотности или удельного веса суспензии (ареометрический метод).

Для определения гранулометрического состава глинистых пород кроме ареометрического метода часто применяют способ Сабанина-Робинзона, или способ отмучивания, основанный на различной скорости падения частиц разной крупности в жидкой среде, метод Рутковского, использующий способность глинистых фракций к набуханию, и др.

При оценке пригодности глинистых пород для производства глиняного строительного кирпича наиболее прост пипеточный метод (ГОСТ 5499-59). Исследуемую глинистую породу после соответствующей ее подготовки просеивают (с промывкой водой) на ситах с отверстиями размером 1; 0.5 и 0,25; фракции менее 0,25 мм определяют способом отмучивания на приборе Сабанина.

При оценке глинистого сырья на пригодность его для производства кирпича наибольший интерес представляет песчаная и глинистая фракции. По содержанию фракции с зернами размером больше 0,5 мм судят о сырье с точки зрения его засоренности крупнозернистыми включениями, а по содержанию фракции с частицами размером меньше 0,01 мм - о дисперсности породы.

Фракцию с зернами размером больше I мм просеивают (также с промывкой водой) на ситах с отверстием 2 и 5 мм. В результате этого рассева получают три фракции: зерна размером более 5 мм, от 2 до 5 и от 1 до 2 мм. Фракция с зернами размером более 5 мм относится к вредным включениям. Наличие ее в породе затрудняет обработку глины, усложняет технологию производства и вызывает брак изделий.

В составе вредных включений встречаются карбонаты кальция и магния, а также железистые соединения в виде стяжений, конкреций и т. п. Если эти соединения присутствуют в глинистой массе в мелкорассеянном виде, и, если их содержание не превышает определенного предела, они не являются вредными.

Присутствие тонкодисперсных органических веществ растительного происхождения повышает пластичность, связующую способность, пористость и спекаемость.

Для определения гранулометрического состава глинистых пород берут пробы весом: 5 кг при полузаводских испытаниях, 2 кг при технологических испытаниях и 0,5 кг при рядовых (сокращенных) испытаниях.