Skurcz gliny

Dlaczego glina się kurczy?

Glina kurczy się w dwóch etapach: podczas suszenia i podczas wypału.

Przy suszeniu woda odparowuje, a cząstki gliny „zapadają się” w miejsca, które wcześniej zajmowała woda. Stąd ryzyko pęknięć, jeśli suszymy zbyt szybko albo nierówno.

Po wyschnięciu w masie zostają drobne kanaliki — kapilary. Dzięki nim glina jest chłonna i szkliwo może się do niej „przykleić”.

Przy wypale (u nas często okolice 1250°C) kapilary się zamykają, gazy uchodzą, a naczynie staje się znacznie mniej chłonne i — po prostu — mniejsze.

Gdzie znaleźć informacje o skurczu gliny?

Informacje zwykle są na opakowaniu masy ceramicznej. Szukajcie zwłaszcza:

• dry shrinkage,
• firing shrinkage.

Warto też poszukać karty katalogowej w Google (np. „Beton 2002 clay datasheet”) albo zapytać sklep, w którym kupiliście masę.

Jak obliczyć skurcz całkowity?

Posłużę się przykładem masy Betongrau firmy Sibelco. Na karcie mamy skurcz przy suszeniu 5,8% oraz skurcz przy wypale 9,5% w 1250°C.

Możemy łatwo policzyć, co to oznacza w praktyce.

• Najpierw, po wyschnięciu, glina kurczy się o 5,8%, więc zostaje nam: 100% − 5,8% = 94,2% pierwotnego rozmiaru
• Następnie, podczas wypału, zmniejsza się o kolejne 9,5%, czyli: 94,2% − 9,5% = 85,25%
• To oznacza, że na końcu otrzymujemy 85,25% pierwotnego rozmiaru.
• Całkowity skurcz wynosi więc: 100% − 85,25% = 14,75%

Można to też zapisać prostym wzorem:

Skurcz całkowity % = (1 − (1 − S suszenia) × (1 − S wypału)) × 100

Uwaga: ważna jest kolejność — najpierw uwzględniamy skurcz przy suszeniu, a potem przy wypalaniu (procenty działają na to, co zostało).

To o ile mam zrobić wyższy kubek?

Kiedy mamy już obliczony całkowity skurcz, możemy ustalić, jak duży powinien być wyrób na początku, żeby po wypale miał konkretny wymiar.

Liczymy „w drugą stronę”: zaczynamy od końcowego (mniejszego) rozmiaru i odwracamy procent skurczu.

Ile razy większe = 1 / (100% − Skurcz całkowity %)

Przykład:

• Chcę, żeby mój kubek miał po wypale na 1250°C wysokość 10 cm.
• Obliczam skurcz całkowity: ≈ 14,75%
• Następnie wyliczam, ile razy większy musi być początkowy wymiar: 1 ÷ (100% − 14,75%) ≈ 1,17
• Na koniec mnożę: 10 cm × 1,17 = 11,7 cm
• Czyli kubek powinien mieć na początku około 11,7 cm wysokości, żeby po wypale osiągnąć 10 cm.

Jak obliczyć objętość po wypale?

Opisany wcześniej skurcz dotyczy wymiaru liniowego, czyli np. wysokości kubka. Jeśli jednak chcemy obliczyć objętość, musimy uwzględnić to trzykrotnie. Dlaczego?

W skrócie: objętość zależy od trzech wymiarów.

Dla przykładu — kostka o boku 1 cm ma objętość:

1 cm × 1 cm × 1 cm = 1 cm³

Jeśli zwiększymy długość boku dwa razy (do 2 cm), to objętość nie rośnie dwa razy, tylko aż osiem razy:

2 cm × 2 cm × 2 cm = 8 cm³

Dzieje się tak dlatego, że każdy z trzech wymiarów rośnie osobno, więc długość boku podnosimy do potęgi trzeciej.

Jeśli to nadal nie jest do końca jasne, warto obejrzeć film: What Happens If We Throw an Elephant From a Skyscraper? Life & Size 1

Dlatego przy obliczaniu objętości musimy uwzględnić ten efekt w odpowiednim wzorze:

Ile razy większa objętość = 1 / (100% − Skurcz całkowity %)³

Szybki przykład:

• Załóżmy, że chcę uzyskać kubek o objętości 300 ml.
• Korzystam ze wzoru: 1 ÷ (100% − 14,75%)³ ≈ 1,61
• To oznacza, że początkowa objętość musi być 1,61 razy większa.
• Liczymy: 300 ml × 1,61 = 483 ml
• Czyli na początku naczynie powinno mieć około 483 ml pojemności, żeby po skurczu zostało 300 ml.
• Sporo, prawda?

Testy!

Okazuje się jednak, że same obliczenia to nie wszystko. Zrobiłem kafelek testowy, który w chwili formowania z wilgotnej gliny miał wymiar 100 × 50 mm. Po wypale okazało się jednak, że jego długość wynosi 88,5 mm, co oznacza skurcz 11,5%, a nie 14,7%, jak wynikało z wcześniejszych obliczeń.

Może to wynikać z tego, że glina, której użyłem, była już trochę bardziej podsuszona niż masa świeżo wyjęta z paczki. Możliwe też, że wpływ miało lekkie wypaczenie testera — widać je nawet na zdjęciu.

Niezależnie od przyczyny, bardzo ważne jest, żeby robić własne testy mas ceramicznych. Dzięki temu można lepiej poznać ich właściwości i mieć większą pewność, jak będą się zachowywać w praktyce. Gdy później powtórzyłem testy, otrzymany wynik był już znacznie bliższy obliczonym 14,7%.

Czemu znajomość skurczu jest istotna?

Kiedy tworzymy prace na zamówienie albo takie, które muszą pasować do elementów z innych materiałów (np. metalu czy drewna), bardzo ważne jest, żeby końcowe wymiary były dokładnie takie, jak trzeba.

Dobrym przykładem jest umywalka, którą zrobiłem w zeszłym roku. Wiedząc, jaki odpływ będzie do niej użyty, dokładnie obliczyłem skurcz gliny podczas wypału. Dzięki temu w dniu montażu wszystko idealnie do siebie pasowało i nie było potrzeby niczego szlifować ani poprawiać.