徐佳誠 張德恒 黃梓宸 季陽 魏國訪 胡豹 吳曼青

摘 要 城墻記載了一個(gè)國家，一個(gè)朝代的歷史。但是隨著時(shí)間的變遷，許多城墻磚受到了破壞，需要及時(shí)修繕。同時(shí)，部分地區(qū)發(fā)展也需要修建城墻。這需要城墻磚具有極好的性能。本文中將黏土作為原始材料，研磨成不同大小的顆粒，混合不同比例的水，燒制成磚。研究不同顆粒大?。６龋?，不同含水率的城墻磚性能。規(guī)定顆粒大小分別不超過5mm和2mm。含水率分別為25%，30%，35%。根據(jù)抗壓實(shí)驗(yàn)、抗剪實(shí)驗(yàn)、風(fēng)化實(shí)驗(yàn)，測(cè)定出最優(yōu)城墻磚顆粒的大小以及含水率。

關(guān)鍵詞 城墻磚；黏土；顆粒大小（粒度）；含水率；抗壓抗剪

前言

黏土，是一種重要的礦物原料。是顆粒非常小的（<2?m）可塑的硅酸鋁鹽。黏土是一種重要的礦物原料，廣泛分布于世界各地的巖石和土壤中，可用于制造陶瓷制品，耐火材料，建筑材料等。黏土礦物用水濕潤后具有可塑性，在較小壓力下可以變形并能長久保持原狀，而且比表面積大，顆粒上帶有負(fù)電性，因此有很好的物理吸附性和表面化學(xué)活性，具有與其他陽離子交換的能力。當(dāng)含水量較小時(shí)，水處于強(qiáng)結(jié)合水狀態(tài)，土粒之間摩擦力，黏結(jié)力都很大，土粒的相對(duì)移動(dòng)有困難，因而不易被擊實(shí)。當(dāng)含水量增加時(shí)，水膜變厚，土塊變軟，摩擦力和黏結(jié)力也減弱，土粒之間彼此容易移動(dòng)。而且粗大土粒其形狀呈塊狀或粒狀，隨著搬運(yùn)或風(fēng)化程度不同而呈現(xiàn)不同的形狀；細(xì)小土粒主要呈片狀。土粒大小和含水率兩個(gè)因素的同時(shí)作用將會(huì)對(duì)城墻磚的性能有很大的影響。大量的案例表明，城墻磚的很容易出現(xiàn)裂縫，碎裂，腐蝕等現(xiàn)象，后期修繕將耗費(fèi)大量的人力物力。對(duì)城墻磚性能的改良將節(jié)省大量的資源，在合理范圍之內(nèi)降低工程成本的造價(jià)。同時(shí)在對(duì)黏土的研究以及工程實(shí)踐的過程中有極大的推動(dòng)作用。

古代人做磚，都會(huì)讓牛在泥上來回踩，使水和土混合均勻?，F(xiàn)代人工做磚，為了達(dá)到同樣的效果，也采用相同的方法。人在按一定配比混合好的黏土上來回踩，黏土和水大致混合均勻即可停止。再將踩好的黏土放入準(zhǔn)備好的可拆卸城墻磚模具中，在模具上人工來回踩，排出黏土中的氣泡，并且將使黏土充分填滿模具。完成這個(gè)過程以后，用硬鐵絲將上表面多余的黏土剝離。最后用刮板將上表面抹平即可脫模。將側(cè)面的模具脫掉后，拖住模具下底面將城墻磚立起來晾干，并且兩天后倒置，使城墻磚水分散失均勻，倒置過程中用刮板將表面刮平，使城墻磚表面平整，如此反復(fù)一星期即可燒制[1]。

1 實(shí)驗(yàn)材料

（1）黏性土是采用的江蘇省南京工程學(xué)院校園內(nèi)土，塑限為23%，液限為39%，塑性指數(shù)為16%的粉質(zhì)黏土，粉碎并烘干48h，然后將烘干后的土研磨，過2mm與5mm的篩。

（2）天然純凈水

（3）不銹鋼模具（17.5cm*7.5cm*5cm）

2 實(shí)驗(yàn)方案

研究在不同含水率、不同黏土顆粒粒徑下的磚抗壓強(qiáng)度以及剝落強(qiáng)度，黏土的含水率分別為25%、30%、35%，黏土顆粒粒徑分別為2mm、5mm。將顆粒粒徑為2mm、5mm黏土加入相應(yīng)天然純凈水，充分拌和，放至陰涼處悶料48小時(shí)。接著將悶土壓入模具，隔層振搗壓實(shí)，成型脫模。探究不同含水率以及顆粒粒徑的最佳抗壓強(qiáng)度。

2.1 試樣制備

（1）取黏土試樣，將土烘干至恒重，用木槌搗碎，并分別過2mm、5mm篩。

（2）根據(jù)試驗(yàn)要求，將2mm、5mm粒徑分別摻入含水率為 25%、30%、35%，每組6份將悶料后混合黏土壓入模具，振搗成型，脫模，陰干60天。

2.2 試驗(yàn)方法

（1）測(cè)試天然黏土的體積、液塑限、體積收縮率等物理特性指標(biāo)。

（2）測(cè)試黏土磚在不同粒徑以及不同含水率條件下的剝落強(qiáng)度、抗壓能力。

2.3 力學(xué)強(qiáng)度試驗(yàn)

采用微機(jī)控制電子式萬能試驗(yàn)機(jī)，以位移0.5mm/min作為控制指標(biāo)，最大力為30kN，根據(jù)圖像浮動(dòng)，記錄各個(gè)強(qiáng)度峰值，確定最佳配比[2]。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2mm粒徑對(duì)應(yīng)含水率25%、30%、35%的剝落強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度。通過抗壓試驗(yàn)結(jié)果，剝落強(qiáng)度在30%～32%的含水率時(shí)，強(qiáng)度接近最大。當(dāng)含水率超過32%時(shí)，剝落、抗壓強(qiáng)度急劇下降。

5mm粒徑對(duì)應(yīng)含水率25%、30%、35%時(shí)，大約在含水率27%～32%斷裂強(qiáng)度最高，但是含水率在25%～30%之間，黏土磚的抗剝落強(qiáng)度較低。

相同含水率的情況下，2mm粒徑的斷裂強(qiáng)度遠(yuǎn)大于5mm粒徑的斷裂強(qiáng)度，抗剝落強(qiáng)度整體優(yōu)于5mm粒徑的試件。

綜上，2mm粒徑的黏土試件剝落強(qiáng)度以及斷裂強(qiáng)度優(yōu)于5mm試件，2mm對(duì)應(yīng)的最佳含水率范圍大致在30%～32%，5mm對(duì)應(yīng)的斷裂強(qiáng)度最佳含水率在26%左右。

參考文獻(xiàn)

[1] 熊國軍，胡國祥.荊州古城墻損傷與保護(hù)[J].廣西城鎮(zhèn)建設(shè)，2007， （10）：43-45.

[2] 柳世華.淺談古城墻的修繕與保護(hù)[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2012，（22）：45.