古城墙砖制作工艺及其物理力学特征研究

2018-10-21徐佳诚张德恒黄梓宸季阳魏国访胡豹吴曼青

科学与信息化 2018年32期

徐佳诚张德恒黄梓宸季阳魏国访胡豹吴曼青

摘要城墙记载了一个国家，一个朝代的历史。但是随着时间的变迁，许多城墙砖受到了破坏，需要及时修缮。同时，部分地区发展也需要修建城墙。这需要城墙砖具有极好的性能。本文中将黏土作为原始材料，研磨成不同大小的颗粒，混合不同比例的水，烧制成砖。研究不同颗粒大小（粒度），不同含水率的城墙砖性能。规定颗粒大小分别不超过5mm和2mm。含水率分别为25%，30%，35%。根据抗压实验、抗剪实验、风化实验，测定出最优城墙砖颗粒的大小以及含水率。

关键词城墙砖；黏土；颗粒大小（粒度）；含水率；抗压抗剪

前言

黏土，是一种重要的矿物原料。是颗粒非常小的（<2?m）可塑的硅酸铝盐。黏土是一种重要的矿物原料，广泛分布于世界各地的岩石和土壤中，可用于制造陶瓷制品，耐火材料，建筑材料等。黏土矿物用水湿润后具有可塑性，在较小压力下可以变形并能长久保持原状，而且比表面积大，颗粒上带有负电性，因此有很好的物理吸附性和表面化学活性，具有与其他阳离子交换的能力。当含水量较小时，水处于强结合水状态，土粒之间摩擦力，黏结力都很大，土粒的相对移动有困难，因而不易被击实。当含水量增加时，水膜变厚，土块变软，摩擦力和黏结力也减弱，土粒之间彼此容易移动。而且粗大土粒其形状呈块状或粒状，随着搬运或风化程度不同而呈现不同的形状；细小土粒主要呈片状。土粒大小和含水率两个因素的同时作用将会对城墙砖的性能有很大的影响。大量的案例表明，城墙砖的很容易出现裂缝，碎裂，腐蚀等现象，后期修缮将耗费大量的人力物力。对城墙砖性能的改良将节省大量的资源，在合理范围之内降低工程成本的造价。同时在对黏土的研究以及工程实践的过程中有极大的推动作用。

古代人做砖，都会让牛在泥上来回踩，使水和土混合均匀。现代人工做砖，为了达到同样的效果，也采用相同的方法。人在按一定配比混合好的黏土上来回踩，黏土和水大致混合均匀即可停止。再将踩好的黏土放入准备好的可拆卸城墙砖模具中，在模具上人工来回踩，排出黏土中的气泡，并且将使黏土充分填满模具。完成这个过程以后，用硬铁丝将上表面多余的黏土剥离。最后用刮板将上表面抹平即可脱模。将侧面的模具脱掉后，拖住模具下底面将城墙砖立起来晾干，并且两天后倒置，使城墙砖水分散失均匀，倒置过程中用刮板将表面刮平，使城墙砖表面平整，如此反复一星期即可烧制[1]。

1 实验材料

（1）黏性土是采用的江苏省南京工程学院校园内土，塑限为23%，液限为39%，塑性指数为16%的粉质黏土，粉碎并烘干48h，然后将烘干后的土研磨，过2mm与5mm的筛。

（2）天然纯净水

（3）不锈钢模具（17.5cm*7.5cm*5cm）

2 实验方案

研究在不同含水率、不同黏土颗粒粒径下的砖抗压强度以及剥落强度，黏土的含水率分别为25%、30%、35%，黏土颗粒粒径分别为2mm、5mm。将颗粒粒径为2mm、5mm黏土加入相应天然纯净水，充分拌和，放至阴凉处闷料48小时。接着将闷土压入模具，隔层振捣压实，成型脱模。探究不同含水率以及顆粒粒径的最佳抗压强度。

2.1 试样制备

（1）取黏土试样，将土烘干至恒重，用木槌捣碎，并分别过2mm、5mm筛。

（2）根据试验要求，将2mm、5mm粒径分别掺入含水率为 25%、30%、35%，每组6份将闷料后混合黏土压入模具，振捣成型，脱模，阴干60天。

2.2 试验方法

（1）测试天然黏土的体积、液塑限、体积收缩率等物理特性指标。

（2）测试黏土砖在不同粒径以及不同含水率条件下的剥落强度、抗压能力。

2.3 力学强度试验

采用微机控制电子式万能试验机，以位移0.5mm/min作为控制指标，最大力为30kN，根据图像浮动，记录各个强度峰值，确定最佳配比[2]。

3 试验结果及分析

2mm粒径对应含水率25%、30%、35%的剥落强度、断裂强度。通过抗压试验结果，剥落强度在30%～32%的含水率时，强度接近最大。当含水率超过32%时，剥落、抗压强度急剧下降。

5mm粒径对应含水率25%、30%、35%时，大约在含水率27%～32%断裂强度最高，但是含水率在25%～30%之间，黏土砖的抗剥落强度较低。

相同含水率的情况下，2mm粒径的断裂强度远大于5mm粒径的断裂强度，抗剥落强度整体优于5mm粒径的试件。