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袁东海
现在我国砖瓦行业沿用的表述可塑性的方法是1911年由瑞典人阿特博格（A.Aterberg）提出来的，以粘土呈塑性状态时的含水量范围来表示，称为可塑性指数，其值等于流限和塑限之差。流限（flowlimit）又称液限，是粘土进入流动状态时的含水量；塑限（plasticlimlit）是指粘土刚能被滚搓成直径3毫米细泥条时的含水量。根据这一方法，按可塑性指数将粘土分成为：高可塑性粘土＞15%；中可塑性粘土7%-15%；低可塑性粘土＜7%。这种方法多年以来广泛用于土壤学、工程地质学等部门。我国砖瓦行业虽说使用了多年，但仅是针对软质、分散的粘土原材料而言。对煤矸石、页岩等这些靠颗粒尺寸减小而获得塑性的材料来讲，使用这种方法有着很大偏差。例如煤矸石、页岩这类原材料可塑性的高低，是依靠加工破碎，使其颗粒尺寸减小到一定程度，加入水分后颗粒的疏解（陈化）等来实现的，并在加工处理过程中是可变化的。如果将富含伊利石的硬质粘土质页岩或煤矸石磨细到足够细的程度（如水泥的细度），其可塑性指数有可能会达到很高的程度，成型含水量和干燥收缩有可能比常见的粘土材料还要大，这完全与普通制砖粘土不一样。普通制砖粘土所具有的可塑性指数是相对稳定的，而这类依靠破碎加工处理时颗粒尺寸减小而获得可塑性的材料，其可塑性指数在加工处理过程中是可变的，例如某种煤矸石在实验室中全部粉碎到0.9毫米以下时，按照土工实验方法，对其可塑性指数测定，可塑性指数仅为7.2%，但是加入40%的过火矸石后（基本上无可塑性），其混合料经加水搅拌、陈化、细碎对辊机碾练、真空机挤出后，其成型后小试样的可塑性指数竟达到了10.5%；又如其他的页岩，在试验中全部粉碎至0.9毫米以下时，按土工实验方法测得的可塑性指数为8.4%，但是加入40%（重量比）的粉煤灰后，经加水搅拌、陈化、细碎对辊机碾练，真空挤出机挤出的小试样的可塑性指数竟达到了9.5%。按照土工实验方法经过再验证后仍是如此，这就充分说明了目前砖瓦行业沿用的土工实验方法不能正确的反应出煤矸石、页岩这类原材料在加工、处理成型中物料的特性。为了进一步证明页岩或煤矸石这类原材料依靠颗粒尺寸减小而获得塑性的事实，在实验室中对石家庄附近某地的硬质页岩，将其分两组进行粉碎。一组为全部通过0.9毫米筛；另一组为全部通过0.5毫米筛。而这一同样矿物组成的页岩，仅因粒度不同，其可塑性指数的差异很大，一为4.8%（0.9毫米），一为8.9%（0.5毫米）。为进一步验证这种现象，又将这两组分别粉碎的页岩原材料按不同比例掺和在一起，测定其可塑性指数、干燥线收缩率和干燥敏感性指数，测定结果见表1；同一半硬质页岩不同粒度的混合料的物理性能（表）
从表中可明显看出，随着混合料中0.5毫米以下颗粒组分的增加，混合料的可塑性指数、干燥敏感性指数及干燥线性收缩率均有增大的趋势。这就充分说明了用土工实验方法不能够完全对页岩、煤矸石等依靠颗粒尺寸减小而使塑性变化的原材料的性质进行正确的评价。 从以上分析说明，可塑性的高低，与粘土矿物的颗粒尺寸的关系极大。例如，假设某种粘土中所含的粘土矿物种类和总量与某种页岩 所含的粘土矿物的种类和总量完全相同的情况下，由于粘土中粘土矿物颗粒分散的很均匀，而且很小，用土工实验方法测得的可塑性指数就要高出页岩很多。如果将页岩充分地粉碎，使页岩中的粘土矿物达到像粘土中所含粘土矿物颗粒的细分散状态，有可能用土工实验方法测得的可塑性指数会与粘土的相同。但是实际生产中是无法做到的，从而使得煤矸石、页岩这类的原材料，在生产加工、处理过程中，可塑性的波动很大。究竟用什么方法来描述和比较这类原材料的可塑性呢？首先应对这类原材料破碎后的颗粒尺寸组成要有所限定，根据美国多年用页岩生产砖瓦的实践和研究认为：页岩粉碎后能够提供塑性的颗粒尺寸为0.053毫米（270目筛）以上的颗粒。并认为页岩粉碎后应有三种级别的颗粒级配：（1）饰纹性粗颗粒应占有：0-3%（颗粒尺寸一般为1.2-2.4毫米，有时可达到9.5毫米。不做粗颗粒饰纹时可不用）;(2)填充型颗粒应占有：20-65%（1.2-0.3毫米，这部分颗粒的功能是限制坯体产生过度的收缩、裂纹、变形）；塑性颗粒应占：35-50%（0.053以下）。这就向我们指明：无论是页岩还是煤矸石，粉碎后小于0.053毫米以下的塑性颗粒的最小限度。以往在设计中提出的小于1毫米，或是小于0.05毫米以下的颗粒占多少，是一种很不准确的方法。假如将煤矸石全部粉碎成为1毫米等径的颗粒，有可能这种物料就没有可供成型使用的塑性。对煤矸石、页岩等这类材料测定其可塑性前，应将原材料粉碎后测定小于0.053毫米颗粒的含量，并应将这一组分的含量控制在40%以上，这一限定数值，也可以用作工厂设计时设备选型的依据和产品质量控制的基本要求。另外，因这类依靠颗粒尺寸减小而获得塑性的材料，在生产过程中，经破碎搅拌加水、陈化、碾练、抽真空处理等，每经过一道工序，其颗粒尺寸都在减小，或因水的作用而颗粒疏解，其可塑性会得到逐步提高。因而对这类原材料可塑性的测定，除在粉碎后限制小于0.053毫米颗粒组分大于40%的情况外，应在挤出机出口处取样测定其可塑性，或是采用其他表述方法。 另一值得注意的情况是：在页岩和煤矸石等硬质或半硬质原材料破碎中，由于选择的破碎设备或工艺不当，使破碎后的物料的颗粒尺寸分布范围很狭窄。造成的直接后果是坯体强度差，或是成型困难，或是烧结后产品的抗冻性不好等。因为颗粒级配不合理时，导致了坯体中的颗粒不能达到最紧密的聚集状态。 |
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