烧结砖瓦生产技术问答(DOC 31)

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θ<90°，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θ>90°，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W m ——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；

f w ——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，℃，t1>t2；

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=0.81 W/（m·K），水的λ=0.58

W/（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0.08~0.12 W/（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，或者是机械能或电磁能转变为热量或内能的特殊规律。它有许多表述方式，其中之一是：“不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其它变化”。此外还有很多说法，但本质上都是一致的。热不能自发地从低温流向高温，但能自发地从高温流向低温，也就是说自发过程是有方向性的，通过第二定律的研究，可以判断在给定条件下过程进行的方向和限度，即在什么情况下变化到达平衡。

28 什么是稳定传热？什么是不稳定传热？

当物体处于传热过程中，物体内部各点的温度不随时间而变

化，这种传热称稳定传热。此时各点的得热和失热相等。如隧道窑生产时，其窑壁可视为稳定传热。当物体内部各点的温度随时间而变化，这种传热称不稳定传热。此时各点的得热和失热不相等。如隧道窑的窑车和轮窑的窑壁可视为不稳定传热。

29 什么是矿物？

何为矿物？在地壳中由于各种地质作用所形成的天然化合物或单质称之为矿物（mineral），例如石英（是俗称砂子中的主要成分）就是一种固体矿物。它们具有相对固定的内部构造、化学组成和物理性质，在一定物理化学条件下稳定，是组成岩石、矿石和土壤的基本单位。

自然界矿物以三种形态存在：固态、液态和气态。绝大多数为固态，如方解石（CaCO3）；其次为液态（如自然汞）和气态（如氦）。目前世界上已知矿物有三千多种，工业上现利用的矿物约二百多种，其中绝大部分为地壳中所有。少数来自其他天体的单质或化合物称为宇宙矿物。由人工合成的矿物称为人造矿物。按照成因条件可分为原生矿物（primary mineral）和次生矿物（secondarymineral）。原生矿物是在内生成条件下，成岩或成矿作用过程中，从岩浆熔融体或热水溶液中结晶或沉淀出来的矿物，如花岗岩中的长石、石英；次生矿物即在原生矿物形成以后，由于经受化学变化而产生的新矿物，如正长石经风化分解所形成的高岭石。次生矿物是相对原生矿物而言。

按其性质又分为金属矿物、非金属矿物、硅酸盐矿物、盐类

矿物等。对烧结砖瓦产品而言，所涉及到的矿物种类较多，其

中最重要的矿物是硅酸盐矿物（silicate mineral）和盐类矿物（saline mineral）。

30 什么是硅酸盐矿物？什么是硅酸盐工业？

硅酸盐矿物是由金属阳离子与硅酸结合形成的矿物。“硅酸盐”按严格的化学概念，是指二氧化硅（SiO2）和金属氧化物（MxOy，M=Na、K、Ca、Mg、Al、Fe 等）所形成的盐类。这类矿物在自然界分布极广，种类在800 种以上，占已知矿物总数的1/4 左右，是构成地壳岩石、土壤和许多物质的主要成分。它是火成岩、变质岩及许多沉积岩的主要造岩矿物，构成地壳总重量的75% 左右。其组成的主要元素有：O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K，有时为Mn、Ti、B、Be、Zr、Li、H、F 等。以这类矿石为主要原材料，经高温处理制成的制品或材料称为硅酸盐制品（silicate products）或硅酸盐材料（silicate materials）；制造这类制品或材料的工艺过程称为硅酸盐工艺（ceramicprocess）；生产这类制品或材料的工业称为硅酸盐工业（silicate industry）。传统的硅酸盐制品有陶瓷、砖瓦、玻璃、耐火材料、水泥、搪瓷等。在硅酸盐矿物中包括对烧结砖瓦产品生产和性能起决定性作用的黏土矿物（clay mineral）。对烧结砖瓦产品来说，影响最大的盐类矿物是硫酸盐和碳酸盐。

31 什么是pH 值？

用于表示溶液的酸碱度。pH 值一般在0~14之间，pH=7 时是

中性溶液，pH<7 时是酸性溶液，pH>7 时是碱性溶液。pH 值越低，则溶液的酸性越强；pH 值越高，则溶液的碱性越强。用酸碱指示剂可粗略地测定溶液的pH 值，用pH 计可以进行精确测定。

32 什么是矢量？

科学中的测量分为两大类。一类就是简单地测量数量的多少。如某窑的内拱高度为160mm，或顶车机的推力为30t，或某个角是45°。……这些都是“标量”。“标量”仅仅是计数而已。

但有时，只是计数还不够，人们不仅要问有多少，还要问方向如何。例如，顶车机的30t 推力推向何方。换言之，这个推力不是标量，而是“矢量”。“矢量”一词源自拉丁词“携带”的意思。“携带”的含义是：在任何矢量中都隐含着将某物从此处带至彼处的意义。

33 什么是摩尔（mol）?

摩尔（mol）是用来表示物质量的国际制基本单位。1 摩尔的任何物质都是含有6.02×1023 个分子数（等于12g12C 中含有的原子数），这个数叫做阿佛加德罗常数。在标准状态下，1 摩尔的任何气体所占的体积都是22.4L，这个体积叫做气体的摩尔体积。

1 摩尔的硫原子含有6.02×1023 个硫原子，质量是32g；1 摩尔的氧分子含有6.02×1023 个氧分子，质量是32g；1摩尔的氢氧根离子含有6.02×1023个氢氧根离子，质量是17g；1 摩尔

的水分子含有6.02×1023 个水分子，质量是18g，水的摩尔质量为18g。54g 的水是3 个摩尔的水，所以54g 水的摩尔数是3。

摩尔数= 。

但国际制规定的基本单位：质量为kg、长度为m，导出的体积应是m3。因此，物质的质量单位和气体的体积单位都要作换算。可得出：水蒸气的千摩尔质量为18kg，干空气的千摩尔质量为28.96kg，它们的千摩尔在标准状态下的体积都是22.4m3。可算得在标准状态下水蒸气和干空气的体积密度：

ρ水蒸气= =0.8036（kg/m3）

ρ干空气= =1.293（kg/m3）

通过物质的质量、气体在标准状态下的体积，

可以计算出该气体的千摩尔数：

千摩尔数（kmol）=。

34 什么是晶体和非晶体？

晶体是固体的一类。它又分为单晶体和多晶体两种。单晶体具有规则的几何外形，物理性质上具有各向异性，在某一确定的压力下都有一个确定的熔解温度——熔点。多晶体既表现不出外

部的几何特征，在物理性质上也表现不出各向异性，相反在宏观上表现为各向同性。但它和单晶体一样具有晶体的本质特征：具有一定的熔点。

非晶体是固体的另一类。它具有一定得体积和形状，但不具有规则的几何形状、物理性质表现为各向异性，没有一定的熔点。从本质上说，非晶体是粘滞性很大的液体。

35 什么是温室效应？

温室效应就是由于大气中CO2 等气体含量增加，使全球气温升高的现象。

（1）大气中的CO2 有80% 来自人和动、植物的呼吸，20% 来自燃料的燃烧。散布在大气中的CO2有75% 被海洋、湖泊、河流等地面的水及空中降水吸收溶解于水中，还有5% 的CO2 通过植物光合作用，转化为有机物质贮藏起来，这就是多年来CO2占空气成分0.03%（体积分数）始终保持不变的原因。

（2）但近几十年来，由于人口急剧增加，工业迅猛发展，呼吸产生的CO2 及煤炭、石油、天然气燃烧产生的CO2，远远超过了过去的水平。而另一方面，由于对森林的乱砍乱伐、大量农田建成了城市和工厂，破坏了植被，减少了将CO2 转化为有机物的条件。再加上地表水域逐渐缩小，降水量大大降低，减少了吸收溶解CO2 的条件，破坏了CO2 生成与转化的动态平衡，就使大气中的CO2 含量逐渐增加。

3）如果CO2 含量比现在增加一倍，全球气温将升高3~5℃。

两极地区可能升高10℃，气候将明显变暖。气温升高，将导致某些地区雨量增加，某些地区出现干旱，飓风力量增强，出现频率也将提高，自然灾害加剧。更令人担忧的是，由于气温升高，将使两极地区冰川融化，海平面升高，许多沿海城市、岛屿或低洼地区将面临海水上涨的威胁，甚至被海水吞没。

36 什么是弹性形变？什么是塑性形变？

所谓弹性形变是除去外力后能够恢复原状的形变。

物体的形变过大，超过一定限度，这时候即使

除去外力，物体也不能完全恢复原状，这个限度叫

做弹性限度，超过了这个限度，物体发生的形变叫

做塑性形变。

37 什么是放射性？

（1）人们对于原子核运动变化的认识，是从发现某些元素的原子核具有天然放射性开始的。所谓放射性，是某些元素的原子核不断地自发地放射出某种看不见的射线，这种现象叫做天然放射性。天然的放射性元素约50 种。

（2）放射性元素在变化时（称为放射性衰变），从原子核中放出的射线常见的三种：α射线（甲种射线）、β射线（乙种射线）和γ射线（丙种射线）。α射线是带正电的高速粒子，就是氦原子核He，有很强的电离作用，易被物质吸收，穿透本领小；β射线是带负电的高速粒子流，就是电子，电离作用小，穿透本领很大；γ射线是不带电的，是一种电磁辐射，电离作用小，

穿透本领很大。原子核在衰变时，并不是同时放出这三种射线，通常只放出α射线或β射线，而γ射线往往是伴随α射线或β射线同时一起发射的。

（3）放射性原子核的衰变：有α衰变、β衰变和γ衰变等三种不同类型。

（4）放射性强度以I 表示。

（5）把放射性强度I 对时间t 作图，可看到放射性强度随时间而逐渐减小。

（6）λ是个常数，称为衰变系数。它表征着放射性衰减速度的快慢，各个放射性同位素有不同的λ值，λ值是各个放射性同位素的特征常数。λ值不会随着外界条件的变化而改变的。无论是加热、冷却、高压、加磁场以及化学状态的变化等等，都不能改变放射性衰变的速率。

（7）放射出来的粒子数N 的数值会随时间的增长而减少。

（8）放射性核素是随时间按指数比例而衰变，这一关系是对任何放射性核素的衰变都适用的普遍规律，通常称此式为放射性衰变定律。

（9）衰变常数λ数值大的放射性核素衰变得快，小的则衰变得慢。

（10）放射性原子核的数目衰变掉一半所需要的时间称为放射性核素的半衰期。

（11）寿命短的同位素很快就衰变完（几十分钟或几天）。