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粘土砖的矿物组成主要是高岭石（Al2O3·2SiO2·2H2O）和6~7的杂质（钾、钠、钙、钛、铁的氧化物）。粘土砖的烧成过程，主要是高岭石不断失水分解生成莫来石（3Al2O3·2SiO2）结晶的过程。粘土砖中的SiO2和Al2O3在烧成过程中与杂质形成共晶低熔点的硅酸盐，包围在莫来石结晶周围。
粘土砖属于弱酸性耐火制品，能抵抗酸性熔渣和酸性气体的侵蚀，对碱性物质的抵抗能力稍差。粘土砖的热性能好，耐急冷急热。

粘土砖的耐火度与硅砖不相上下，高达1690~1730℃，但荷重软化温度却比硅砖低200℃以上。因为粘土砖中除含有高耐火度的莫来石结晶外，还含有接近一半的低熔点非晶质玻璃相。
在0~1000℃的温度范围内，粘土砖的体积随着温度升高而均匀膨胀，线膨胀曲线近似于一条直线，线膨胀率为0.6~0.7，只有硅砖的一半左右。当温度达1200℃后再继续升温时，其体积将由膨胀最大值开始收缩。粘土砖的残余收缩导致砌体灰缝的松裂，这是粘土砖的一大缺点。当温度超过1200℃后，粘土砖中的低熔点物逐渐熔化，因颗粒受表面张力作用而互相靠得很紧，从而产生体积收缩。

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