袁東海

    現(xiàn)在我國磚瓦行業(yè)沿用的表述可塑性的方法是1911年由瑞典人阿特博格（A.Aterberg）提出來的，以粘土呈塑性狀態(tài)時的含水量范圍來表示，稱為可塑性指數(shù)，其值等于流限和塑限之差。流限（flowlimit）又稱液限，是粘土進入流動狀態(tài)時的含水量；塑限（plasticlimlit）是指粘土剛能被滾搓成直徑3毫米細泥條時的含水量。根據(jù)這一方法，按可塑性指數(shù)將粘土分成為：高可塑性粘土＞15%；中可塑性粘土7%-15%；低可塑性粘土＜7%。這種方法多年以來廣泛用于土壤學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)等部門。我國磚瓦行業(yè)雖說使用了多年，但僅是針對軟質(zhì)、分散的粘土原材料而言。對煤矸石、頁巖等這些靠顆粒尺寸減小而獲得塑性的材料來講，使用這種方法有著很大偏差。例如煤矸石、頁巖這類原材料可塑性的高低，是依靠加工破碎，使其顆粒尺寸減小到一定程度，加入水分后顆粒的疏解（陳化）等來實現(xiàn)的，并在加工處理過程中是可變化的。如果將富含伊利石的硬質(zhì)粘土質(zhì)頁巖或煤矸石磨細到足夠細的程度（如水泥的細度），其可塑性指數(shù)有可能會達到很高的程度，成型含水量和干燥收縮有可能比常見的粘土材料還要大，這完全與普通制磚粘土不一樣。普通制磚粘土所具有的可塑性指數(shù)是相對穩(wěn)定的，而這類依靠破碎加工處理時顆粒尺寸減小而獲得可塑性的材料，其可塑性指數(shù)在加工處理過程中是可變的，例如某種煤矸石在實驗室中全部粉碎到0.9毫米以下時，按照土工實驗方法，對其可塑性指數(shù)測定，可塑性指數(shù)僅為7.2%，但是加入40%的過火矸石后（基本上無可塑性），其混合料經(jīng)加水?dāng)嚢?、陳化、細碎對輥機碾練、真空機擠出后，其成型后小試樣的可塑性指數(shù)竟達到了10.5%；又如其他的頁巖，在試驗中全部粉碎至0.9毫米以下時，按土工實驗方法測得的可塑性指數(shù)為8.4%，但是加入40%（重量比）的粉煤灰后，經(jīng)加水?dāng)嚢?、陳化、細碎對輥機碾練，真空擠出機擠出的小試樣的可塑性指數(shù)竟達到了9.5%。按照土工實驗方法經(jīng)過再驗證后仍是如此，這就充分說明了目前磚瓦行業(yè)沿用的土工實驗方法不能正確的反應(yīng)出煤矸石、頁巖這類原材料在加工、處理成型中物料的特性。為了進一步證明頁巖或煤矸石這類原材料依靠顆粒尺寸減小而獲得塑性的事實，在實驗室中對石家莊附近某地的硬質(zhì)頁巖，將其分兩組進行粉碎。一組為全部通過0.9毫米篩；另一組為全部通過0.5毫米篩。而這一同樣礦物組成的頁巖，僅因粒度不同，其可塑性指數(shù)的差異很大，一為4.8%（0.9毫米），一為8.9%（0.5毫米）。為進一步驗證這種現(xiàn)象，又將這兩組分別粉碎的頁巖原材料按不同比例摻和在一起，測定其可塑性指數(shù)、干燥線收縮率和干燥敏感性指數(shù)，測定結(jié)果見表1；同一半硬質(zhì)頁巖不同粒度的混合料的物理性能（表）

    從表中可明顯看出，隨著混合料中0.5毫米以下顆粒組分的增加，混合料的可塑性指數(shù)、干燥敏感性指數(shù)及干燥線性收縮率均有增大的趨勢。這就充分說明了用土工實驗方法不能夠完全對頁巖、煤矸石等依靠顆粒尺寸減小而使塑性變化的原材料的性質(zhì)進行正確的評價。

    從以上分析說明，可塑性的高低，與粘土礦物的顆粒尺寸的關(guān)系極大。例如，假設(shè)某種粘土中所含的粘土礦物種類和總量與某種頁巖 

    所含的粘土礦物的種類和總量完全相同的情況下，由于粘土中粘土礦物顆粒分散的很均勻，而且很小，用土工實驗方法測得的可塑性指數(shù)就要高出頁巖很多。如果將頁巖充分地粉碎，使頁巖中的粘土礦物達到像粘土中所含粘土礦物顆粒的細分散狀態(tài)，有可能用土工實驗方法測得的可塑性指數(shù)會與粘土的相同。但是實際生產(chǎn)中是無法做到的，從而使得煤矸石、頁巖這類的原材料，在生產(chǎn)加工、處理過程中，可塑性的波動很大。究竟用什么方法來描述和比較這類原材料的可塑性呢？首先應(yīng)對這類原材料破碎后的顆粒尺寸組成要有所限定，根據(jù)美國多年用頁巖生產(chǎn)磚瓦的實踐和研究認為：頁巖粉碎后能夠提供塑性的顆粒尺寸為0.053毫米（270目篩）以上的顆粒。并認為頁巖粉碎后應(yīng)有三種級別的顆粒級配：（1）飾紋性粗顆粒應(yīng)占有：0-3%（顆粒尺寸一般為1.2-2.4毫米，有時可達到9.5毫米。不做粗顆粒飾紋時可不用）;(2)填充型顆粒應(yīng)占有：20-65%（1.2-0.3毫米，這部分顆粒的功能是限制坯體產(chǎn)生過度的收縮、裂紋、變形）；塑性顆粒應(yīng)占：35-50%（0.053以下）。這就向我們指明：無論是頁巖還是煤矸石，粉碎后小于0.053毫米以下的塑性顆粒的最小限度。以往在設(shè)計中提出的小于1毫米，或是小于0.05毫米以下的顆粒占多少，是一種很不準確的方法。假如將煤矸石全部粉碎成為1毫米等徑的顆粒，有可能這種物料就沒有可供成型使用的塑性。對煤矸石、頁巖等這類材料測定其可塑性前，應(yīng)將原材料粉碎后測定小于0.053毫米顆粒的含量，并應(yīng)將這一組分的含量控制在40%以上，這一限定數(shù)值，也可以用作工廠設(shè)計時設(shè)備選型的依據(jù)和產(chǎn)品質(zhì)量控制的基本要求。另外，因這類依靠顆粒尺寸減小而獲得塑性的材料，在生產(chǎn)過程中，經(jīng)破碎攪拌加水、陳化、碾練、抽真空處理等，每經(jīng)過一道工序，其顆粒尺寸都在減小，或因水的作用而顆粒疏解，其可塑性會得到逐步提高。因而對這類原材料可塑性的測定，除在粉碎后限制小于0.053毫米顆粒組分大于40%的情況外，應(yīng)在擠出機出口處取樣測定其可塑性，或是采用其他表述方法。

    另一值得注意的情況是：在頁巖和煤矸石等硬質(zhì)或半硬質(zhì)原材料破碎中，由于選擇的破碎設(shè)備或工藝不當(dāng)，使破碎后的物料的顆粒尺寸分布范圍很狹窄。造成的直接后果是坯體強度差，或是成型困難，或是燒結(jié)后產(chǎn)品的抗凍性不好等。因為顆粒級配不合理時，導(dǎo)致了坯體中的顆粒不能達到最緊密的聚集狀態(tài)。