泥料形成可塑性泥团的过程是:全干的粉状泥料,开始加少量水混匀,其物理性能变化不大,并没有显现出塑性,仍未松散状态。继续加水混匀,泥料开始出现粘结,显现一定的塑性,但稍加外力,粘结的泥料立即散开,此时继续加水混匀,泥料成为可塑状态,取消外力而不变形,此时泥料的含水率叫塑性限度,简称塑限。如果此时继续加水混匀,泥料越来越软,直至成为可以流动的泥浆,此时泥料的含水率叫液性指数,简称液限。显然只有泥料的含水率介于其塑限和液限之间才能被挤出成型,这一范围越广泥料的成型越容易,反之越难。人们把液限和塑限只差叫做塑性指数,作为泥料成型的一个技术参数,写成公式就是:泥料的液限---泥料的塑限=塑性指数。
一般认为:塑性指数大于15时为高塑性泥料,小于7则为低塑性泥料,只有塑性指数为7~15时的中塑性泥料最适宜于挤出成型。
各种泥料的塑性指数十分悬殊,有的粘性土的塑性指数可达24或更高,有的煤矸石、页岩可低于4,粉煤灰、炉渣更是几乎为零。
泥料加水显现的塑性只有用二者之间的相互作用来解释。
当泥料颗粒处于有水环境时,水的离子被吸附到泥料颗粒表面。此时,围绕泥料颗粒表面建立了水的结构层。OH–离子被吸附到了氧离子的表面,是泥料颗粒表面被紧紧地包了一层很薄的“水膜”.依靠水的内聚力把相邻泥料颗粒“抱紧成团”,而有了塑性,这种水膜需水量有限,而可以在“水膜”﹙即泥料颗粒﹚之间的水称之为自由水,一旦自由水太多,颗粒之间的空隙装不了超过了液限,于是“溃坝”,泥团变成了泥浆,失去了塑性。
有塑性的泥料必须具备以下的基本条件:
﹙1﹚ 泥料本身在常温下必须具有塑性。
﹙2﹚ 泥料本身具备亲水性,和水分子牢固结合形成包围在颗粒外面的水膜。这就要求泥料遇水后产生离子反应,从而具有较大电荷的不完全配位的阳离子,能牢牢地粘在泥料颗粒表面形成水膜。
﹙3﹚ 合理的颗粒级配使成型的坯体有一定的强度(湿强度),才能在解除外力后保持其外形不变。
有塑性的泥料应具有以下的基本性能:
(1)干燥时产生收缩,其干燥时收缩的体积和其同期脱去水分的体积基本相当。
(2)随着干燥的进行砖坯强度同步提高。
面粉加水混匀揉紧以后可以蒸馒头、做大饼,厨师们常产:“面揉得真好馒头真好吃。”如果做拉面更必须细揉捏(陈化)力拉,否则拉不出细的拉面,因为塑性不够。可见原料的塑性要求靠适当的加工才能“激发”出来。
面粉是小麦做的但即使把小麦去皮加水,混匀也揉不成面团,做不成大饼,更不可能做拉面,这是因为小麦的颗粒比面粉大多了,水分进不去,也就表现不出塑性。
做砖的泥料也一样,要想充分激发其塑性,就必须要水分分渗透混匀。通常可以采取风化、细碎、搅拌、辊压、轮碾、捏和以及用热水、蒸气搅拌和外加增塑剂等方法。
(1) 风化:我国北方制砖来历就有用“隔年土”的习惯,即头一年把次年需用的土全挖出来堆在一起,借助风、霜、雪冷热交替之力促其自然崩裂、疏解透匀化,来年使用。四川省成都市邛崃宏林页岩砖厂,原来页岩现采用成品率一直在职干部80%左右徘徊,后改为提前一个月开采先行风化,不仅成品率提高到家95%---98%,产品质量也在成都市名列前茅。不仅如此,页岩经1个月风化,大块变成中块,中块变成小块,原料粉碎成本也同时降低。对于雨水较多的地区应采取一些防雨排水措施,以免原料含水率超标,粉碎困难。
(2) 陈化:是经粉碎后粒度合格的粉料初步加水,使其含水量达到其成型水分的80%~90%搅拌均匀,搅拌后的粉料以手握成团张开自然落下完全散开为合适。送入陈华库存放,是水分自然渗透到颗粒的内部,激发塑性和自然发酵相互渗透混匀,一般泥料陈化24~72小时,可以提高一个塑性指数或者更高。
陈化过程中作重要的一条是保持水分。我们有这样的经验:面揉好后放在一边用湿布盖好后等一会在揉一次,俗称叫“醒面”,尤其是做拉面,没醒好的面拉起来要断,没有筋。但一定要盖上湿布,否则面团干了要起副作用。泥料也是一样,陈化是要保持其含水率基本不变,否则成了干土就前功尽弃了。
据宋朝李诫所著的《营造法式》和明朝宋应星的《天工开物》都记载着泥料加水拌合后需经反复牛踩﹑堆垛﹑陈化后使用。
(3)细碎:研究表明制砖泥料有一个合理的“颗粒级配”在挤出成型时,粒径小于0﹒
(4)搅拌:搅拌是让水和泥料混匀,由于搅拌叶片对泥料的压力不大,不可能希望依靠它把水分“压入”颗粒内部。搅拌机应在其进料口就均匀喷水,使泥料一进入搅拌机就和水尽可能地均匀接触,然后搅拌槽中部加水的方法实际上削弱了搅拌机加水混匀的作用,实不可取。
(5)辊压,轮碾,捏和及搅拌挤出:水进入泥料颗粒内部有一个过程,陈化是用时间换空间,让水慢慢浸入。辊压。轮碾,捏和搅拌挤出是借助机械力把水挤进颗粒内部。
辊压:做机器切面时,面和得很干,手都不能把它捏成团,但压面机一压就成了面皮,这个压不仅是把面粉压在一起,还把水分压进了面粉颗粒内部。对辊机和压面机一样,不仅把泥料压碎,还同时把水压进泥料颗粒内部。和压面机不同的是对辊机的两个辊筒的转速不同一个快,一个慢,叫差速辊筒,目的是在挤压泥料的同时还起撕裂的作用,所以对辊机辊压出来的不是“泥皮”而是很薄的小的泥片,生产中最靠近挤出机的对辊机的辊隙应不超过
在生产较高掺量的粉煤灰烧结砖时轮碾机不仅可把粉煤灰碾破(粉煤灰多为空心玻璃珠)还可以使粉煤灰颗粒表面均匀而牢固地粘上一层粘结剂(粘土、页岩、煤矸石或膨润土)以便成型。
捏和机和搅拌挤出机都是在对泥料搅拌以后,逐渐加压挤出。其中搅拌挤出机在对泥料搅拌的过程较长,捏和机则更强调对泥料的揉练。
捏和机目前国内用得不多,而搅拌挤出机已是烧结砖厂的常用设备,搅拌挤出机又叫强力搅拌机,其实就是双级真空挤出机的上级部分,是把搅拌好的泥料用螺旋绞刀,从锥形泥缸挤出把水分挤进泥料里面以提高其性能。
(6)热水或蒸汽搅拌,众所周知用热水溶化食盐或糖比用冷水快,水的温度越高,食盐或糖溶化得也赶快,这是因为温度高的水具有较高的能量,渗透力也越强。热水或蒸汽搅拌泥料也一样,并具有如下的优点:
(1)降低挤出阻力,也就减小了挤出机挤出时的负荷电流,有利于节能。
(2)降低成型水分,加快砖坯干燥速度,减少干燥能耗。
这是因为热水(蒸汽)比冷水里更容易渗透泥料,使颗粒内外每一个泥料分子的塑性充分发挥出来,提高了塑性,易于挤出成型,应该注意的是一旦砖坯温度超过环境温度太多,砖坯表面脱水速度太快,容易在砖坯表面产生网状裂纹(干燥裂纹)。
(7)添加增塑剂,研究表明,在泥料中适量掺入乳酸、腐植酸、醋酸、硅酸(水玻璃),造纸厂的废水(碱性溶液)和电镀厂的废液(酸液)及专门的增塑剂,均有助于挤出成型。这些物质的水溶液或是酸性或呈碱性都将产生大量的带电离子和泥料中的离子及水离子互相吸引加快,形成附着于泥料颗粒表面的水膜降低挤出阻力有利于成型。
在塑性指数很低的泥料中,加入塑性指数较高的肥性粘土或页岩充分混匀使混合料的平均塑性指数提高,同样可以使塑性指数低的泥料得到充分利用。
(8)没有塑性的粉料如何成型:粉煤灰、炉渣、某些矿渣,完全没有塑性,它们只是在颗粒外面包覆一层塑性较高的外表皮,而在挤出时紧密靠拢,形成砖坯。例如河北省衡粉煤灰厂,其粉煤灰掺里大于85%,使用当地丰富的膨润土作粘结剂,同样产出了合格的烧结砖。
在这种混合料里,没有塑性的粉煤灰炉渣和某些矿渣就像汤圆芯子,以塑性较高的肥性粘土页岩或膨润土做的汤圆皮子将其紧紧裹住,并使其紧密团结。
(9)塑性指数太高的泥料可以瘦化,也可以掺入粉煤灰、炉渣某些矿渣、砂以及粉碎了的废砖充分混匀把混合料的塑性指数降低到允许的范围。经验证明,每加入1%(重量比)的粉煤灰混合料的塑性指数将下降0.2-0.3
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