Nie wystarczy policzyć, trzeba jeszcze przetestować. Czyli jaki jest skurcz gliny po wypale.

Dlaczego glina się kurczy?

Jak wiecie, prace, które wykonujemy, po wyjęciu z pieca są wyraźnie mniejsze. Wynika to z tego, że kurczą się w dwóch etapach: podczas schnięcia oraz w trakcie wypału.

Kiedy glina wysycha, jej objętość się zmniejsza, ponieważ woda odparowuje, a materiał „zapada się” w miejsca, które wcześniej były przez nią wypełnione. To właśnie dlatego np. wyschnięte dna rzek na pustyniach mają charakterystyczną, popękaną powierzchnię – i to jest pierwszy etap skurczu.

Po odparowaniu wody w glinie pozostają drobne kanaliki i przestrzenie, tzw. kapilary, wypełnione gazem. Dzięki nim całkowicie wysuszona glina (a później także po wypale na biskwit) jest bardzo nasiąkliwa. To z kolei pozwala łatwo pokryć ją szkliwem – woda wnika w kapilary, a na powierzchni zostaje warstwa suchego szkliwa.

Podczas kolejnego wypału, np. w temperaturze około 1250°C, kapilary stopniowo się zmniejszają i zamykają, a znajdujący się w nich gaz wydostaje się na zewnątrz. W efekcie glina po wypale wysokotemperaturowym staje się znacznie mniej nasiąkliwa.

Gdzie znaleźć informacje o skurczu gliny?

Kiedy kupujemy masę ceramiczną, na opakowaniu często znajdują się informacje oznaczone jako:

• dry shrinkage,
• firing shrinkage.

Jeśli takich danych nie ma na paczce, najlepiej poszukać karty katalogowej danej masy. Najłatwiej zrobić to w Google, wpisując np. „Beton 2002 clay datasheet” – po angielsku zwykle szybciej znajdziemy potrzebne informacje.

Jeżeli w ten sposób niczego nie uda się znaleźć, warto skontaktować się ze sklepem, w którym kupiliśmy glinę. Być może będą mogli udzielić dodatkowych informacji.

Jak obliczyć skurcz całkowity?

Opiszę Wam to na przykładzie. 

W glinie, której najczęściej używam – Betongrau firmy Sibelco – podany jest skurcz 5,8% podczas suszenia (dry shrinkage) oraz 9,5% podczas wypału w 1250°C.

karta katalogowa masy Betongrau

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}\%-S_{wypału}\%))*100$

Uwaga: tutaj ważna jest kolejność działań – najpierw odejmujemy procent skurczu przy suszeniu a potem przy wypalaniu.

To o ile mam zrobić wyższy kubek?

Kiedy mamy już obliczony całkowity skurcz, możemy przejść do kolejnego kroku – czyli ustalenia, jak duży powinien być nasz wyrób na początku, żeby po wypale miał konkretny wymiar.

Trzeba pamiętać, że liczymy „w drugą stronę” – zaczynamy od końcowego (mniejszego) rozmiaru i musimy określić, o ile większa powinna być świeżo wykonana praca. Innymi słowy, odwracamy procent skurczu.

Do tego można użyć prostego wzoru.

$Ile\ razy\ większe$$= \frac{1}{100\% – Skurcz_{całkowity}\%}$

Przykład:

• Chcę żeby mój kubek miał po wypale na 1250 wysokość 10 cm.

• Obliczam skurcz całkowity:
  • 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\ objetość$$= \frac{1}{(100\% – Skurcz_{całkowity}\%)^3}$

Szybki przykład:

• Załóżmy, że chcę uzyskać kubek o objętości 300 ml.

• Korzystam ze wzoru:
  • Ile razy większa objętość = 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.

Umywalka lepiona ręcznie  

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.