烧结砖瓦生产技术问答(一)

答》一书，详细地介绍了烧结砖瓦的原料采集和制备、坯体成型、坯体干燥、制品焙烧等各工序的生产技术，并对生产中易出现的问题及其预防、消除的办法作了详细的论述，对有关基础知识也作了简要介绍，可供烧结砖瓦厂的技术人员、管理人员及生产人员阅读，亦可供科研人员、大专院校师生参考。经作者本人同意，本刊节选其中内容连载，以飨读者。烧结砖瓦生产技术问答（一）赵镇魁第一部分基础知识1什么是材料的真密度（密度）？真密度（亦称密度）是指材料在绝对密实状态下（不包括空隙在内），单位体积的质量。用下式表示：式中ρ——材料的真密度，g/cm3、kg/m3；m——材料的质量，g、kg；v——材料在密实状态下的体积，cm3、m3。对于不规则的密实材料可用排水体积法求得体积。对于有孔隙的材料，应把干燥后的材料磨成细粉，用李氏瓶法测定其实际体积，进行计算。由于材料磨得越细，内部孔隙消除得越完全，越接近绝对密实体积，测试结果越精确，通常要求粉末材料的粒径小于0.2mm。烧结砖的真密度为2400~2800kg/m3。重庆叠叠砖厂生产的煤矸石砖的真密度为2500kg/m3。2什么是材料的表观密度（体积密度）？表观密度（体积密度）是指材料在自然状态下（包括空隙在内），单位体积的质量，用下式表示：式中ρ0——材料的表观密度，g/cm3、kg/m3；m——材料的质量，g、kg；v0——材料在自然状态下的体积，cm3、m3。对于烧结砖瓦等有孔隙的材料，如果是规则形状，可根据实际测量的尺寸求得自然体积；如果外形不规则，可用排液法求得，为了防止液体由孔隙渗入材料内部而影响测值，应在材料表面涂蜡。材料内常含有水分，材料的质量随材料的含水率而改变，因此表观密度应注明其含水程度。一般用材料在气干状态下的表观密度，即干表观密度。材料的表观密度取决于材料的真密度、构造、孔隙率及含水情况。确定材料表观密度时，应考虑要有较小的导热系数、较高的机械强度和较高的抗震性能等因素。在一般情况下，材料的表观密度过大，则气孔率下降，导热系数增大，强度提高；材料的表观密度过小，虽然固相导热能力下降，但气孔中空气对流作用会增大传热损失，最终反而增大导热系数，同时机械强度会大幅度降低。故应选择一个“最佳表观密度”。“最佳表观密度”通常是用测试方法确定的。重庆叠叠砖厂生产的普通煤矸石砖的表观密度为1705kg/m3。3什么是材料的堆积密度？堆积密度是散粒材料（粉状、颗粒状）在堆积状态下单位体积的质量，用下式表示：式中ρ′0——材料的堆积密度，g/cm3、kg/m3；m——材料的质量，g、kg；v′0——材料的堆积体积，cm3、m3。材料的堆积体积包括所有颗粒的体积以及颗粒之间的空隙体积，它取决于材料颗粒的体积密度和堆积疏密程度。材料的含水状态也会影响堆积密度值。重庆某电厂排出的干粉煤灰堆积密度为560kg/m3。4什么是材料的密实度？密实度是指材料体积内被固体物质充实的程度，即材料的密实体积与总体积之比。材料由固体物质和空隙两部分组成，固体物质的比例越高，材料就越密实，体积密度也就越大。计算式为：×100％或：×100％式中D——材料的密实度，%一般含孔隙的固体材料的密实度均小于1。例：重庆二砖厂的普通页岩实心砖的ρ=2500kg/m3，ρ0=1800kg/m3，求其密实度。解：×100％=72%即该厂普通页岩实心砖的密实度为72%。5什么是材料的孔隙率？孔隙率是材料内孔隙体积所占的比例。孔隙率越大，材料的密实度和表观密度就越小。孔隙率P为：材料孔隙率和密实度有关，有孔隙的材料，两者之和D+P=1；完全密实的材料，孔隙率P=0，密实度D=100%。材料的许多性质，如强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性、吸声性都与孔隙有关。材料的孔隙率是指材料内部孔隙的比例。材料的某些性质不但与材料的孔隙率有关，还与材料的孔隙特征有关。材料内部孔隙有连通与封闭之分，连通孔隙不仅贯通而且与外界相通，封闭孔隙不仅彼此不贯通，而且与外界隔绝。材料中的孔隙按其尺寸大小分为极微细孔隙、细小孔隙和较粗大孔隙，孔隙的大小及其分布对材料的性质影响也较大。6什么是材料的亲水性？材料在空气中与水接触时，容易被水润湿的性质，称为材料的亲水在水、空气、材料三相交点沿水滴表面的切线与水和材料接触面所成的夹角为润湿边角θ。当水分子之间作用力（即表面张力）小于水分子与材料分子之间的相互作用力时，材料易被水润湿，润湿边角θ90°，这种材料为亲水性材料。木材、混凝土、砂石等都属于亲水性材料。7什么是材料的憎水性？材料不易被水润湿的性质，称为憎水性。当水分子之间的作用力（即表面张力）大于水分子与材料分子之间的相互作用力时，材料不易被水润湿。润湿边角θ90°，这种材料为憎水性材料。钢材、玻璃、塑料、沥青等为憎水性材料。建筑上使用的防水材料一般为憎水性材料；大多数亲水性材料可通过表面处理而具有憎水性。8什么是材料的吸水性？材料在水中吸收水分的性质称为吸水性。吸水性可用吸水率表示。吸水率为材料吸水饱和时，水的质量占材料干燥质量的百分率。即：式中Wm——吸水率，%；m1——材料吸水后的质量，g、kg；m0——材料干燥时的质量，g、kg。材料的吸水率与材料的孔隙率及孔隙特征有关。一般说密实的及具有封闭孔隙的材料是不吸水的；具有粗大孔隙的材料因水分不易存留，其吸水率也不大；而孔隙率较大，且具有细小开口连通孔隙的亲水性材料往往有较大的吸水能力。9什么是材料的吸湿性？吸湿性是材料在空气中吸收水分的性质。材料中水分的多少可用含水率表示，它等于材料吸入水分质量占干燥时质量的百分率。一般地说，开口、孔隙率较大的亲水性材料具有较强的吸湿性。材料的含水率为：式中W含——材料的含水率，%；m湿——材料含水时的质量，g、kg；m干——材料干燥时的质量，g、kg。材料的含水率受环境条件的影响，它随温度和湿度的变化而变化。材料含水后，不但质量增加，而且强度降低，抗冻性变差，有时还会发生明显的体积膨胀，使材料变形。材料中含水对材料的性质往往是不利的。10材料的吸水率和孔隙构造是什么关系？如果材料具有细微而与外界连通的孔隙，则其吸水率较大。若是封闭孔隙，水分不容易渗入。粗大而与外界连通的孔隙水分虽然容易渗入，但仅能润湿孔壁表面，而不易在孔内存留。故封闭或粗大而与外界连通的孔隙材料，其吸水率较低。11什么是材料的耐水性？材料在水的作用下不破坏、其强度也不显著降低的性质称为材料的耐水性。材料含有水分时，由于内部微粒间结合力减弱而强度有所降低，即使致密的材料也会受到影响。若材料中含某些易被水软化的物质（如黏土等），遇水后强度降低就更严重。材料的耐水性可用软化系数K表示：式中K——材料的软化系数；fw——材料在吸水饱和状态下的抗压强度，MPa；f——材料在干燥状态下的抗压强度，MPa。软化系数的范围在0~1之间，软化系数小，材料吸水饱和后强度降低多，耐水性差。经常处于潮湿环境中的重要建筑物或部位，必须选用软化系数不低于0.85~0.90的材料。用于受潮较轻或次要的建筑物，其材料的软化系数也不宜小于0.7~0.85。12什么是导热系数？导热系数（亦称热导率）是指厚度为1m的材料，当其两侧温度差为1℃时，单位时间内在单位面积上所传递的热量。导热系数可用下式表示：式中λ——导热系数，W/（m·K）；Q——通过材料的热量，J；δ——材料的厚度，m；t1，t2——材料两侧的表面温度，℃，t1t2；A——材料的表面积，m2；τ——热量通过材料的时间，h。导热系数的单位是：W/（m·K）符号含义：W——热负荷（瓦特），m——长度（米），K——温度（开尔文）。导热系数小于0.23W/（m·K）的材料称为绝热材料。几种材料的导热系数如表1所示。表1几种材料的导热系数表1可见，水和冰的导热系数分别约为空气的25倍和100倍，而冰的导热系数约为水的4倍。烧结砖、砌块的特点是内部具有较多的孔隙，热量通过材料实体和孔隙两部分进行传递。通过实体的部分是靠固体的传导，而通过孔隙的部分是以辐射和其中介质的传导、对流的复杂方式进行。因此各种材料的导热系数相差很大，而同一种材料还受结构、湿度、温度等因素的影响。结构对材料的导热系数影响很大，若结构疏松多孔，则孔隙被气体所充满，气体导热系数远较固体为小，从而降低了导热系数。但是必须注意，细小且封闭的孔隙，才不会引起明显的对流作用，而粗大且连通的孔隙，会因介质对流作用增强，反而使材料的导热能力提高。材料潮湿其导热系数将会提高，这不仅是因为孔隙中水的导热系数比空气导热系数大，而且因为当水分由高温向低温迁移时也要携带热量，因此湿材料的导热系数比干材料和水的导热系数都要大。例如干实心砖的λ=0.81W/（m·K），水的λ=0.58W/（m·K），而湿实心砖的λ=1.0W/（m·K）。在空气相对湿度为80%时，砖的体积吸水量约为0.5%，导热系数约增加5%。西欧著名的“波罗顿”砖，最先进的导热系数仅为0.08~0.12W/（m·K）。应该说明的是，由于受成型方法的局限，烧结制品是不匀质的，是各向异性的，这种各向异性表现为多种性能的差异。拿抗压强度来讲，垂直于挤出方向仅为挤出方向的70%左右。各向异性对其导热系数也产生了一定的影响。如在烧结多孔（空心）制品中，既有微观的空隙又有宏观的孔洞，比实心制品复杂。为了简化起见，采用了“当量导热系数”这个名词，当量导热系数除考虑孔隙和孔洞类型的影响外，是将热流方向上的材料视作完全匀质的。因为烧结多孔砖或空心砖的各向异性，在测定其导热系数时，首先测定出平行热流方向的导热系数，再测定出垂直热流方向的导热系数，最后取其平均值作为多孔砖或空心砖的当量导热系数。在计算或测量制品的热阻时，使用的是当量导热系数。13什么是热阻？所谓热阻是将导热系数的公式改写成下式：由该式可以看出，λ/δ决定了材料在一定的表面温差下，单位时间内通过单位面积热量的大小，于是我们将λ/δ的倒数δ/λ称为该材料的热阻，用R来表示。于是热阻：式中λ——墙体材料的导热系数，W/（m·K）；δ——墙体的厚度，m。其物理意义是：当墙体两侧的温差为1℃，在1m2的墙体面积上，传出4.18kJ（1kCal）的热量所需的时间（h），热阻又称热绝缘系数，单位是（m2·K）/W。热阻是墙体保温性能的特征值，是衡量其保温性能的主要指标，是传热阻力的一种体现，热阻越大，传出墙体相同热量所需要的时间就越长，当然保温的效果就越好。热阻的倒数λ/δ称为传热系数，用符号K表示，即：（W/m2·K）。14常用的隔热保温材料主要性能有哪些？常用的隔热保温材料主要性能如表2所示。表2常用的隔热保温材料主要性能15什么是材料的热容量？材料在加热温度升高时吸收热量，冷却温度降低时放出热量。材料温度升高1K所需的热量或温式中摩尔气体恒量R=8.31J/（mol·K），M是气体的摩尔质量。只要温度不太低，压强不太大，这个方程对一切气体都适用。若气体的摩尔数为n，克拉珀龙方程还可写成PV=nRT。24什么是绝对压力？什么是表压力？以绝对真空作为零点的压力，称绝对压力。绝对压力=大气压+表压力；或绝对压力=大气压﹣真空度。表压力又称相对压力。是以大气压作为零点的压力。通常测压表的零点为大气压力，因此测压表所读得的压力为表压力。当流体的压力大于大气压时，称流体的压力为正压；当压力小于大气压时，称负压或真空度。25什么是真空度？有些真空泵把标准状态的大气压当0MPa，而绝对真空为-0.1MPa。实际负压值与绝对真空的比值即为真空度，如实际负压值为-0.092MPa，而绝对真空相对于标准状态下的大气压为-0.1MPa，则：真空度===92%26什么是热力学第一定律？以能量守恒和转换定律为基础的热力学基本定律。它有许多种表达方式，例如：“外界传递给一个物质系统的热量等于系统的内能的增量和系统对外所作功的总和”。“一个系统在一定状态下有一定的能值，如果这个系统的状态发生变化，系统中能量的变化完全由始态和终态决定，与中间过程无关”。应用第一定律可作各种物理、化学变化中能量平衡的计算。27什么是热力学第二定律？是关于热量或内能转变为机械能或电磁能，