Свойства глинистых пород зависят от их структуры (в том числе от гранулометрического состава), минералогического и химического состава.
Гранулометрический состав характеризуется содержанием в них глинистой фракции (мельче 0,005 мм), пылеватых частиц (от 0,005 до 0,14 мм) и песка (от 0,14 до 5 мм). Соотношение между этими фракциями определяет также физические и керамические свойства глин: пластичность, связность, усадку, чувствительность к сушке, которые находятся в прямой зависимости от содержания в глинах глинистой фракции. В зависимости от гранулометрического состава глинистые породы подразделяют следующим образом:
Особую разновидность составляют лёссовые грунты, которые состоят преимущественно из пылеватых частиц с большим количеством известковых включений — до 15-20% и более от общего веса.
Механические свойства: а) во влажном состоянии сжимаемы; б) при сдвиге дают пластическую деформацию; в) прочность при сжатии может колебался в больших пределах — от 0,1 до 200 кг/см2; г) некоторые глинистые породы (сланцы и др.) обладают значительной твердостью.
Физические свойства: а) обладают определенными структурой и текстурой. По структуре, определяемой характером излома, глинистые породы могут быть: грубозернистыми, тонкозернистыми, плотными, пористыми; по текстуре: однородными, неоднородными (пестрыми), слоистыми. В изломе могут быть различные включения и прослойки: каменистые, песчанистые, известковые, более пластичные глины, органические остатки.
По степени уплотнения и отвердевания среди глинистых пород различаются камнеподобиые (обезвоженные толщи глин — приволжские шоколадные, майкопские и др., аргиллиты, глинистые сланцы), пластичные, рыхлые (глины и суглинки).
Физические и физико-технологические свойства глинистых пород определяются прежде всего свойствами глинистых минералов, количеством и характером глинистых частиц. Глинистые частицы имеют своеобразную форму в виде пластинок, листочков, чешуек, но не изометричных зерен. Суммарная поверхность их очень велика, что влияет на ряд важных свойств глин.
Получить сведения о содержании глинистых частиц позволяет гранулометрический анализ, который производят методом пипетки, а также по методам Рутковского, Сабанина, Фигуровского.
По структурно-текстурным особенностям среди глин можно выделить алевритовые разности (с преобладанием зерен крупностью от 0,01 до 0,1 мм), содержание обломочного материала в которых изменяется от 0,08 до 35%. Чистые глины имеют оптически-ориентированное и спутанно-волокнистое строение. В бентонитовых глинах хорошо выражена реликтовая (древних эпох) пепловая структура.
Глинистые породы различного генетического типа представляют собой естественные структурированные системы, возникшие в результате диагенетических процессов (совокупность процессов физического и химического преобразования рыхлых глин) с последующим эпигенетическим упрочнением структуры под действием различных факторов, см. таблицу ниже:
б) цвет глин меняется в большой гамме — от чисто белого (окрашивающие примеси отсутствуют) до черного в зависимости от вида и количества примесей. Красящими примесями являются окислы металлов и органические вещества. Окислы железа окрашивают в желтый, красный, бурый цвета; окись марганца — в серый; органические — в серый, черный и т. п.;
в) размокаемость глинистых пород зависит от состава глинистых фракций и структуры. Максимальной скоростью размокаиия обладают лёссовые породы;
г) способны резко изменять объем при насыщении (набухать) и высушивании (давать усадку). Набухание в воде легкоплавких глин составляет 4-41% от первоначального объема.
Физико-химические свойства:
а) обладают способностью при обжиге переходить в камневидное состояние. При этом в глине происходит ряд сложных процессов. Рассмотрим явления, возникающие в глине при нагревании — усадка воздушная и огневая.
Воздушная усадка характеризуется изменением линейных размеров и объема свежеотформованных образцов из сырья или массы под влиянием физических процессов, протекающих при сушке (в пределах до 100о).
Линейную воздушную усадку при сушке определяют по формуле:
где l0 — расстояние между усадочными метками на свежеотформованном образце, мм; l1 — то же, на образцах, высушенных до воздушно-сухого состояния, мм.
Объемная воздушная усадка при сушке соответственно равна:
где V0 — объем в начальной стадии процесса, см3; V1 — то же, в конечной стадии, см3.
Огневая усадка характеризуется изменением линейных размеров и объема воздушно-сухого образца под влиянием физико-химических процессов, происходящих при обжиге керамического сырья и изделий; выгорания органических примесей, дегидратации глинистых минералов, разложения карбонатов, модификационных превращений кварца, фазовых изменений состава глинистого вещества. Определяется огневая усадка по формулам, аналогичным тем, которые приведены для расчетов усадок при сушке:
?обж = (l1 - l2)·100%/l1
?обж = (V1 - V2)·100%/V1
где l1 и V1 — линейный размер и объем изделия до обжига; l2 и V2 — то же, после обжига.
Общая усадка выражается формулами:
? = (l0 - l2)·100%/l0
? = (V0 - V2)·100%/V0
где l0, V0 — линейный размер и объем свежеотформованного образца;
б) некоторые глины значительно вспучиваются при кратковременном нагревании их до температуры 1050-1250°.
