我国制砖原料种类繁多，西部的陕西、甘肃、新疆、青海和中部的河南、河北、安徽等省市以黏土原料为主，再加入内燃料生产黏土烧结砖；西部的云南、贵州、四川、广西及东部沿海省市以页岩为主，生产页岩烧结制品；东北及陕西是我国煤炭生产的主要区域，以煤矸石为主，生产煤矸石石砖；粉煤灰和炉渣作为电厂废渣，各地均有以粉煤灰和炉渣为内掺料或以粉煤灰主的混合料生产烧结砖或蒸压砖。近几年，国家加大了工业废渣利用力度，各地陆续建设了一些污泥、江河淤泥、化工厂气化渣等生产线，实地投入运行后，存在出多问题，原因是多方面的，但未对多变的原料进行系统的试验分析是其中主要原因之一。

1 自然含水率

   自然含水率是原料中水的质量占原料总质量的百分比，由于我国地域、季节和气候条件的差异，制砖原料含水率波动范围也比较大。如果制砖原料含水率过高，就无法满足一次码烧要求。另外，含水率不同，对工艺设备和干燥技术参数也要做相应的调整，甚至将一次码烧改为二次码烧工艺。

   一次码烧工艺自然含水率一般应低于17%，这是因为硬塑挤出成型（成型含水率12%~17%、挤出压力1.8MPa以上）和湿坯体强度的要求所决定的。根据资料介绍，高度1.4m的坯垛，施加在底层坯体压力为0.45～0.5kg/cm²；高度为1.8m的坯垛，底层坯体压力为0.6kg/ cm²。有效地控制自然含水率，也是为了满足一次码烧硬挤出成型的前提。如果自然含水率超过硬塑成型含水率，挤出机生产时压力和真空度就会受到影响，给后续码坯等工艺环节带来不利因素，除脱水外，能耗也会增加。含水率过高，码坯时重压会使坯体上下连接更紧密，气流很难进入受压部位，也不利于干燥焙烧，加重产品条面压痕及降低底层产品合格率。

2 可塑性

   对于一次码烧工艺来说，可塑性性能非常重要。原料与适量水分拌和捏练制成的泥团，在外力作用下泥团可以塑造成任何形状，当外力移除后，能永远保持其形状。一次码烧隧道窑在设计建设时，原料这种性能称为可塑性。根据瑞典农学家阿托伯格（Atferbeig）定义，判别塑性好坏的指标是塑性指数，而塑性指数为液限与塑限之差，塑限表示原料被水湿润后形成水化膜，使原料粒子能相对滑动而产生可塑性的含水率，所谓塑限高，说明原料粒子的水化膜厚，需要工作水分高，可塑性好。液限反映黏土粒子与水分子亲和力的大小、液体介质的表面张力和黏度等，液限高说明粒子很细，在水中的分散度大。塑限低而液限高的原料，如果没有瘠性料塑化，不宜采用一次码烧工艺。

  可塑性指数实际上就是原料形成可塑泥团的水分变化范围。指数大则成型水分范围大，其结合为也愈大，成型时不易受环境湿度及模具的影响，即挤出成型性能好。一般情况下，塑性指数高的制砖原料，干燥收缩大，敏感系数高，不适宜一次码烧工艺而应当选择二次码烧工艺。低塑性原料一般情况下干燥收缩值较小，敏感系数也低，即适合二次码烧工艺，同样也适合一次码烧工艺。如果从工程造价和生产成本讲，可以优先考虑一次码烧工艺。

  制砖原料中矿物高岭石、蒙脱石、多水高岭石、水云母等对塑性影响不同，前者大，后者次之。原料颗粒越细，比表面积越大，毛细管半径越小，可塑性就越高，表1数据也说明了这一点。颗粒形状对塑性也有影响，板状和短柱状颗粒的比表面积比等轴状的要大得多，移动阻力增大，其可塑性也好。除此之外，前叙的液体介质表面张力和黏度愈大，可塑性也越高。一次码烧制砖可塑性指数控制在5.5～12之间为宜。

5 颗粒组成

   原料的颗粒组成，直接影响到制砖原料的可塑性、干燥收缩、气孔率和烧成收缩率。我国目前采用国际上许多国家常用颗粒分级，大于0.02mm为砂粒，没有黏住，在干燥和焙烧过程中起骨架作用，影响坯体成型，含量高时会降低可塑性指数，不利成型但却有利于干燥，焙烧温度也有所提高；0.02～0.002mm为尘粒，有一定的粘结性，在坯体成型和焙烧过程中，一方面起骨架作用，另一方面起填充作用；小于0.002mm为粘粒，粘结性能好，干燥后结合力强，在坯体成型和焙烧过程中起填充作用，与水作用产生可塑性。原料中小于0.001mm颗粒愈多，则可塑性指数愈高，干燥收缩愈大，干后强度愈高。但含量不宜过高，否则会影响干燥性能。表1列出墙地砖黏土颗粒大小对物理性能的影响实验，从中可看出：平均颗料在1.1um以上时无法正常成型，小于0.14um对成型非常有例，但对干燥性能另当别论。

  对于一次码烧工艺来说，砂粒、尘粒和粘粒三组粒度要有合适的比例，它是制砖原料工艺性能最主要的指标之一。德国教授温克勒尔于1954年就研究了适用于各种砖瓦产品的原料组成，砖瓦杂志也曾发表过1973年原西德砖瓦研究所的施密特统计公布的146种砖瓦原料粒度组成及绘制成的三角形，供大家查阅和做出颗粒及配是否合适的粗步判断。一次码烧工艺与二次码烧工艺比，通常采用高真空，高压力硬塑挤出成型，含砂粒可在粒度范围内取高值，粘粒可去低值，即实心砖砂粒含量不大于70%，尘粒和粘粒不小于30%；多空站砂粒含量不大于60%，尘粒和粘粒不小于40%；空心砖和空心切块砂粒含量在8%~48%之间，尘粒在10%~47之间，粘粒不小于23%；薄壁空心砌块砂粒含量在6%~45%之间，尘粒在30%~47%之间，粘粒不小于25%。有关颗粒组成详细论述请查阅资料，这里不在详述。

表1 黏土颗粒大小对物理性能影响

注：数据来源于1983年中国建筑出版社《陶瓷墙地砖生产》一书。

4 干燥性能

   当原料符合制砖要求时，烧结砖产品的一次码烧工艺生产线，其干燥性能比烧成性能更为重要。一次码烧工艺的干燥性能主要包括干燥收缩、干燥敏感性、临界含水率和理想干燥制度。干燥收缩指坯体干燥脱水过程中发生的收缩现象，未干燥的坯体，可以看成由连续的水膜包围原料颗粒所组成。随着水分的排出，颗粒开始靠拢，使坯体发生收缩。水分不断排出，坯体不断收缩。当坯体各颗粒之间相互连接后，坯体基本上不再收缩。再继续排出水分，仅增加坯体的气孔率。收缩值的大小，依原料的性质及成型水分而定，一般来说，成型水分高可塑性高的原料干燥收缩大一些；同种原料及同种工艺参数，成型水分增加，干燥收缩也会增加。对于一次码烧工艺，原料的干燥线收缩做好小于4%。

   干燥敏感性反映了坯体干燥过程中产生开裂的倾向。对于一次码烧工艺来说，干燥敏感性比干燥收缩性更重要。能否实现一次码烧和快速干燥就在于干燥敏感系数的高低。干燥敏感性系数的高低，与原料本身的矿物组成、颗粒级配及收缩值大小有关。就主要原料看黏土干燥敏感系数较高，页岩和煤矸石干燥敏感系数较低。特别是南方一些黏土必须掺入低塑性原料来降低干燥敏感系数，才实现一次码烧工艺。陈化后的原料可以降低干燥敏感系数。虽然陈化后原料塑性指数提高，干燥收缩值也有所增长，但其抵抗收缩应力的能力也随之增加，反而干燥过程中产生开裂的倾向降低。

临界含水率是坯体表面自由水分已基本蒸发，只存在大气吸附水，坯体收缩已基本停止的状态，它是干燥技术中重要工艺参数，也是进行一次码烧干燥设计和实际生产中调整干燥制度的重要依据。众所周知，当坯体内水分小于临界含水率以后，可采取加快干燥速度的措施，坯体也不会产生裂纹，但在临界含水率以前，干燥过程要特别小心，以防出现裂纹。由于临界含水率是坯体表面停止收缩时的平均含水率，影响其值最根本的原因是原料本身的性质。另外，采用硬挤出成型设备，成型水分低，坯体密实性提高，干燥周期显著缩短。除此之外，空气湿度、温度、流速及坯体的厚度，都会影响临界含水率指标。根据试验所得，空气温度在35℃，流速在2.14m/s不变的情况下，空气相对湿度由18.7%提高到75.8%，临界含水率由20.1m/s下降到11%，说明过高的湿度对临界含水率影响很大；空气相对湿度在37.3%，流速在2.1m/s不变的情况下，空气温度由15℃提高到45℃，临界含水率由15.2%提高到18.6%，说明相对较高的温度对干燥有利；空气温度在40℃，相对湿度在30%不变的情况下，空气流速由15℃提高到2.15m/s，临界含水率由9.8%提高到14.7%，说明相对较高的流速会提高临界含水率，虽加快干燥速度，但坯体产生裂纹的可能性增加；空气温度在80℃，相对湿度在30%，流速2.1m/s不变的情况下，试件厚度由6mm降到0.5mm，临界含水率由17.75%下降到8.8%。这一结论对砖瓦来说，特别是不同规格产品有待进一步讨论。国家“七五”攻关项目，建设在哈尔滨第一制砖厂，同孔洞率多孔砖，90mm厚干燥效果和质量不如60mm,朔明相对较厚的产品对干燥不利。福建多条一次码烧页岩砖生产线，送风温度在150℃以上，采用一条干燥室，两条隧道窑烧成也非常成功，产量比同类窑型还要高一些。应该说通过实验和生产实践证明后，适合当地原料的干燥空气温度、湿度、流速的干燥制度才是最佳干燥制度。

                                                                                                           作者：闫开放 林永淳