塑性在黏土砖瓦生产工艺中是原料性能的一个相当重要的概念。众所周知, 它直接关系着泥料是否能 在挤泥过程中成型, 成型后砖坯的强度, 间接地影响干 燥、焙烧等工序。目前不少砖瓦企业都深深意识到黏 土( 包括煤矸石、页岩、高掺量粉煤灰等原料) 塑性成型 问题的重要性, 并希望得到一些能指导当前企业生产 的有关塑性方面的知识。到目前为止, 我国砖瓦行业在塑性方面的研究还 是相当粗浅的。测定塑性指数的办法是袭用建筑地基 水利大坝等土工实验方法。这种方法基本内容是, 在 实验室条件下, 先试验并计算出黏土的流限( 黏土中掺 水量不断增加, 当使黏土变为液态时的含水量称为流 限) 。再用搓泥条法求出塑限( 使黏土中含水量不断减 少, 直到黏土泥条不能保持形状为止, 这时的含水量叫 塑限) 。然后用公式:塑性指数=流限-塑限, 求出塑 性指数。这样求出的塑性指数实质上只反映出某种黏土呈 塑性状况时含水率变化范围的宽、窄。根据统计规律, 含水率范围大的泥料塑性一般比较高。含水率范围小 的塑性比较低。但这种关系也不是绝对的, 在实际中 也存在相反的状况。目前这种方法测定的塑性指数, 只是对原料初步的判断, 为建厂初期提供一定的依据。实际上塑性是一个变化的量, 它随原料处理的方法, 含 水率的大小, 砖机挤压力大小, 以及机头、机口、真空度 等因素的变化而变化。文章想对塑性的机理、定义、它 和黏土矿物颗粒, 含水量以及原料处理之间的关系做 一些初步探讨, 供企业作为指导生产的依据。            窑炉

1 塑性的机理和定义  

当观察物体的流动和变形时, 发现流动和变形都 是物体中质点相互之间相对运动的结果, 研究物体内 部质点相互间相对运动规律的科学叫流变学。根据流 变学理论可将所有物质分为 3 类:

①在确定的外力的 作用下, 达到一个确定的变形, 并且在力移去后变形即 可恢复的物质叫弹性体, 如橡胶等;

②在确定外力作用 下达到确定变形, 外力移去后变形永远保留的叫塑性物质, 如泥料等;

③在有限力的作用下, 变形连续地无限增加的叫流体, 如水、气体等。

弹性体变形规律应符合虎克定律, 一般可用下列公式表示:

这个公式表示的是弹性体相对伸长和外力成正比, 可用图 1 表示。

粘性流体一般应遵守牛顿流体力学定理(见图 2) :

这公式用一般话来讲, 流体变形力和相对变形变 化率的微分成正比。比例系数是液体粘度η。

塑性物质介于弹性体和流体之间, 它既具有流体的特性, 也具有弹性体的特性。它的变形应符合下列公式:

这个公式的右边是由弹性体和流体公式相加而组成的。

在有了以上基本概念的基础上, 可以给塑性一个 比较确切的定义, 塑性是物体在一定外力作用下, 产生 确定的变形, 在外力移去后, 保持新确定的形状不变的性质。这个定义实际上讲塑性是由两种性能组成的: ①在一定外力作用下内部颗粒之间发生相对运动, 形 成变形。这种性能一般也叫延展性;②在外力移去后 保持新形状不变, 这种性能叫物体的内聚性或粘性。这里所谈的塑性就是延展性和内聚性的结合。在这里 特别强调一点是, 施加的外力必须达到一定的量值后, 才能使物体变形, 这个量值一般叫塑性体的屈服点, 低 于屈服点的外力不会引起流动变形。以上是从宏观的流变学理论定义了塑性。下面从 微观的角度分析探讨水和黏土的关系, 以及对塑性的 影响。

2 黏土塑性和掺合水之间的关系

黏土由大小不等的颗粒组成, 每个黏土颗粒表面 基本上都带有负电荷, 这样颗粒间存在电荷间的排斥 力。水一般都含有可溶性盐, 可溶性盐在水中电离后 产生正离子吸附在黏土颗粒表面, 因而在黏土颗粒表 面形成一层强结合水膜。颗粒之间压缩一起时形成毛 细管, 毛细管中有水, 必然形成表面张力, 这是一种吸 引力, 是产生黏土颗粒间粘性的主要作用力。没有水 黏土颗粒间基本没有吸引力也就没有粘性。当然, 除水膜的表面张力外, 还有一种力叫范德华力, 这种力和 距离的6 次方成反比, 当颗粒靠外力压缩很紧密时, 这种力才发生作用, 它也属于吸引力。颗粒间液体的表 面张力和试管中液体表面张力相类似。它的大小和液体的粘度成正比, 和黏土颗粒距离成反比。如果黏土 中含水率高, 颗粒间水膜厚则毛细管直径大, 表面张力降低, 粘性小, 表现为塑性降低。若降低含水率并在一 定压力下, 减少颗粒间毛细管直径, 则增大表面张力提 高塑性。但降低含水率有一定限制起码要保证每个黏 土颗粒表面的水膜厚度不小 30 个分子厚。在砖机挤 压成型砖坯时, 挤压力必须大于“ 屈服”点, 也就是克服颗粒间水的表面张力, 使颗粒能相互流动。等泥料出 了机口后, 挤压力移去, 黏土颗粒靠水表面张力聚集在 一起, 保持坯体形状。从上面分析看水在黏土中的作用是相当重要的。一方面对产生内聚力起了关键作用, 另外在颗粒受力 变形时起滑润作用。在黏土砖坯成型时, 一方面希望 泥料具有挤出时良好的流动性, 便于成型;另外又希望 在出机口后具有大的快速凝聚性, 保持砖坯不变形。含水量高则流动性好( 即每个颗粒表层水膜厚) , 但凝 聚性差, 坯体易变形。因此, 对每一企业来讲, 在原料 处理、挤泥机等条件固定的前提下, 摸索一个合适的成 型含水率, 既利于挤泥机成型, 又利于砖坯强度。根据我们对几十种黏土的试验数据, 每种黏土都 有一个最佳含水率, 在这种含水率的情况下, 黏土的粘 性( 稠度) 最好。典型的粘度曲线( 见图 4) :    隧道窑

从曲线可以看出, 大部分曲线都有一个最大值。因此, 在挤出时选择这种含水率时, 黏土粘度最大坯体 强度最佳。对同一种黏土, 在原料处理条件相同的情况下, 硬 塑挤出, 硬挤出和软塑挤出的成型方法对应的最佳含 水率也不同。挤压力不同颗粒间毛细管间距不一样, 反映出的表面张力不一样。因此, 对每一个企业都在 自己所选择的成型工艺的前提下确定合适恰当的成型 含水率。  本文来源《砖瓦杂志社》 作者：王浩