烧结普通砖，作为建筑墙体材料中最基础、应用最广泛的材料之一，其质量直接关系到建筑物的安全性、耐久性和节能效果。本文将从原料选择、生产工艺、关键性能指标、常见问题及解决方案等方面，对烧结普通砖的技术要求进行详细解析，旨在为相关从业人员提供一份全面、实用的技术参考。

一、 原料选择与预处理：质量的基础

烧结普通砖的质量，七分靠原料，三分靠工艺。原料的物理化学性质决定了砖坯的成型性能、干燥性能和最终的烧结性能。

1.1 主要原料及其要求

烧结普通砖的主要原料是粘土（或页岩、煤矸石等），通常还需添加适量的内燃料（如煤粉、煤矸石粉）以调节烧成温度。

  • 粘土：是传统烧结砖的主要原料。优质粘土应具备以下特性：

    • 可塑性：指粘土在加水后能被塑造成各种形状而不破裂的性能。可塑性指数（塑性指数）通常在7-15之间为宜。过高则干燥收缩大，易开裂；过低则成型困难，坯体强度低。
    • 干燥敏感性：指粘土在干燥过程中开裂的倾向。干燥敏感性高的粘土，干燥速度必须严格控制。
    • 化学成分：主要成分是二氧化硅（SiO₂）、三氧化二铝（Al₂O₃）和三氧化二铁（Fe₂O₃）。SiO₂含量过高（>70%）会导致砖体强度低、耐久性差；Al₂O₃含量高（>20%）则烧结温度高，但制品耐火度高、强度好；Fe₂O₃含量影响砖的颜色（红砖）和烧结温度。
    • 杂质含量：应严格控制钙、镁、钾、钠等碱金属和碱土金属的含量。这些杂质在高温下易形成低熔点物质，导致砖体变形、泛霜（表面出现白色盐类结晶）甚至粉化。

  • 页岩：是一种沉积岩，成分与粘土相似，但结构更致密。页岩砖具有强度高、耐久性好、颜色自然等特点。使用前需进行破碎、粉磨处理。

  • 煤矸石：是采煤和洗煤过程中产生的固体废弃物，主要成分是粘土矿物。利用煤矸石制砖，既能节约土地资源，又能实现固废利用。但需注意其含碳量和有害元素（如硫）的控制。

  • 内燃料：通常使用煤粉或煤矸石粉。其发热量、灰分和挥发分是关键指标。内燃料的掺加量需根据窑炉类型、砖坯规格和原料特性精确计算，以保证烧成温度均匀。

1.2 原料预处理工艺

原料预处理是确保后续工艺稳定的关键步骤。

  1. 破碎与筛分：将大块原料破碎至所需粒度（通常小于3mm），并筛除过大颗粒和杂质。粒度分布应合理，粗颗粒提供骨架，细颗粒填充空隙，保证坯体致密。
  2. 均化：通过堆取料机或均化库，使原料成分和水分均匀一致，避免因原料波动导致产品质量不稳定。
  3. 陈化：将混合后的原料堆放一段时间（通常7-15天），使水分分布更均匀，粘土颗粒充分水化，提高可塑性和均匀性，减少干燥收缩和开裂。
  4. 加水搅拌：通过轮碾机或搅拌机，将原料加水搅拌至适宜成型的含水率（通常12%-18%）。含水率过高，坯体强度低，干燥收缩大；过低，则成型困难，坯体易产生裂纹。

二、 成型工艺：决定坯体结构的关键

成型是将可塑性泥料制成具有一定形状和强度的砖坯的过程。成型方式主要有挤出成型和压制成型，其中挤出成型最为普遍。

2.1 挤出成型工艺

挤出成型是利用真空挤出机，将泥料通过模具挤出成连续的条状，再经切割制成砖坯。

  • 关键设备：真空挤出机。其核心是真空室，用于排除泥料中的空气，提高坯体致密度和强度。
  • 工艺参数控制：
    • 真空度：一般要求达到-0.092MPa以上。真空度不足，坯体内部气孔多，强度低，干燥时易开裂。
    • 挤出压力：根据泥料性能和砖型调整，通常为0.8-1.5MPa。压力过低，坯体不密实；过高，可能导致泥料过热或设备损坏。
    • 挤出速度：需与切割机速度匹配，保证砖坯尺寸稳定。
  • 示例：某砖厂生产240mm×115mm×53mm的普通砖，采用双级真空挤出机。设定真空度为-0.095MPa，挤出压力为1.2MPa，挤出速度为25m/min。通过调整模具间隙，确保砖坯尺寸偏差在±1mm以内。

2.2 压制成型工艺

压制成型主要用于生产高强度、高密度的砖，如铺路砖、装饰砖等。通过液压机或机械压力机，将粉料在模具中压制成型。

  • 工艺特点：成型压力高（可达20MPa以上），坯体密度大，尺寸精度高，但设备投资大，能耗高。
  • 适用范围：适用于含水率较低（8%-12%）的粉料，如页岩粉、煤矸石粉等。

三、 干燥与焙烧：物理化学变化的核心

干燥和焙烧是烧结砖生产中两个最重要的热工过程，直接决定了砖的最终性能。

3.1 干燥工艺

干燥的目的是去除坯体中的物理水（自由水和结合水），使坯体具有足够的强度，以便安全地进入焙烧窑。

  • 干燥方式：主要有自然干燥和人工干燥（隧道干燥室、室式干燥室）。
    • 自然干燥：受气候影响大，周期长（10-30天），质量不稳定，但成本低。适用于小规模生产。
    • 人工干燥：采用热风干燥，周期短（24-48小时），质量稳定，适用于大规模连续生产。
  • 干燥制度：干燥过程需严格控制温度、湿度和风速，遵循“低温高湿-中温中湿-高温低湿”的原则，避免因干燥过快导致坯体开裂（尤其是表面裂纹和网状裂纹）。
  • 关键指标：干燥收缩率。干燥收缩率是衡量坯体干燥稳定性的重要指标，一般要求线收缩率在3%-8%之间。收缩率过大，干燥时易开裂。

3.2 焙烧工艺

焙烧是将干燥后的砖坯在高温下（通常900-1100℃）进行一系列物理化学反应，使其成为具有强度和耐久性的烧结砖的过程。

  • 焙烧窑炉：主要有轮窑、隧道窑和辊道窑。隧道窑是目前最主流的窑型，具有产量大、能耗低、质量稳定的特点。
  • 焙烧曲线：焙烧过程分为预热、烧成和冷却三个阶段。
    • 预热阶段（室温-600℃）：主要排除坯体中的残余水分（结合水）和有机物分解。升温速度不宜过快，防止坯体爆裂。
    • 烧成阶段（600℃-烧成温度）：是砖坯发生剧烈物理化学变化的阶段。主要反应包括：
      • 氧化反应：在氧化气氛下，Fe₂O₃生成红色的Fe₂O₃，使砖呈红色（红砖）。
      • 烧结反应：在高温下，粘土矿物分解，生成新的硅酸盐矿物（如莫来石），颗粒间发生熔融和粘结，形成致密的烧结体。
      • 还原反应：在还原气氛下，Fe₂O₃被还原为FeO或Fe₃O₄，使砖呈青灰色（青砖）。青砖的耐久性通常优于红砖。
    • 冷却阶段：从烧成温度降至出窑温度。冷却速度需控制，防止因温差过大导致砖体开裂（尤其是急冷裂纹）。
  • 关键参数：
    • 烧成温度：根据原料特性确定，通常为950-1100℃。温度过低，烧结不充分，强度低；温度过高，砖体变形、过烧。
    • 保温时间：在烧成温度下保持一定时间，使反应充分进行。通常为2-4小时。
    • 气氛控制：氧化气氛或还原气氛，根据产品颜色和性能要求调整。

四、 关键性能指标与检测方法

根据国家标准《GB/T 5101-2017 烧结普通砖》，烧结普通砖的技术要求主要包括尺寸偏差、外观质量、强度等级、抗风化性能、泛霜和石灰爆裂等。

4.1 尺寸偏差与外观质量

  • 尺寸偏差：包括长度、宽度、高度。优等品要求偏差更小。例如，长度偏差：优等品±2mm，一等品±3mm，合格品±4mm。
  • 外观质量：包括缺棱掉角、裂纹、弯曲、杂质凸出等。裂纹是主要缺陷，分为大面裂纹、条面裂纹和顶面裂纹，长度和宽度均有严格限制。

4.2 强度等级

强度等级是烧结普通砖最重要的力学性能指标，根据抗压强度分为MU30、MU25、MU20、MU15、MU10五个等级。

  • 检测方法：取10块砖样，进行抗压强度试验。计算平均值和单块最小值。
  • 示例：MU15等级要求：10块砖样的平均抗压强度≥15.0MPa，单块最小值≥12.0MPa。
  • 影响因素：原料成分、成型密度、烧成温度和保温时间。烧成温度是关键，温度过高或过低都会影响强度。

4.3 抗风化性能

抗风化性能指砖抵抗冻融循环破坏的能力，主要针对寒冷地区。

  • 检测方法：将砖样浸水饱和后，在-15℃至-20℃下冷冻4小时，再在10-20℃水中融化4小时，为一个冻融循环。经过15次冻融循环后，检查砖样是否出现裂纹、缺棱掉角或质量损失。
  • 关键指标：质量损失率和强度损失率。优等品要求质量损失率≤2%，强度损失率≤25%。

4.4 泛霜与石灰爆裂

  • 泛霜：砖中可溶性盐类（如硫酸钠、硫酸钾）在砖表面结晶析出的现象，影响美观和耐久性。检测方法：将砖样浸水饱和后，在15-20℃、相对湿度60-80%的环境中放置7天，观察表面是否出现白色结晶。
  • 石灰爆裂：砖中未烧透的石灰石（CaCO₃）颗粒，在吸水后体积膨胀，导致砖体开裂或剥落。检测方法：将砖样浸水饱和后，在15-20℃环境中放置7天，观察是否出现爆裂点。

五、 常见问题解析与解决方案

在生产过程中，常会遇到各种问题，影响产品质量和生产效率。

5.1 干燥裂纹

  • 现象：砖坯在干燥过程中出现裂纹，主要分为表面裂纹、网状裂纹和角裂。
  • 原因分析：
    1. 原料问题：粘土可塑性差，干燥敏感性高；杂质含量高。
    2. 成型问题：坯体含水率过高或过低；挤出速度过快，坯体内部应力大。
    3. 干燥制度：干燥初期温度过高、湿度低，导致表面水分蒸发过快，内部水分迁移慢，产生应力。
  • 解决方案：
    • 优化原料配比，添加可塑性好的粘土或外加剂（如膨润土）。
    • 严格控制成型含水率，确保真空度达标。
    • 调整干燥制度，采用“低温高湿”起始阶段，逐步提高温度和降低湿度。

5.2 焙烧缺陷

  • 过烧与欠烧：
    • 过烧：砖体变形、颜色发黑、强度虽高但脆性大。原因：烧成温度过高或保温时间过长。解决方案：调整烧成曲线，降低烧成温度或缩短保温时间。
    • 欠烧：砖体颜色浅、强度低、吸水率高。原因：烧成温度不足或保温时间过短。解决方案：提高烧成温度或延长保温时间。
  • 黑心砖：砖体内部呈黑色或深灰色，外部呈红色。原因：烧成过程中还原气氛过强，内部氧气不足，Fe₂O₃被还原为FeO或Fe₃O₄。解决方案：加强窑内通风，确保氧化气氛，或调整内燃料掺量，避免局部过热。

5.3 泛霜与石灰爆裂

  • 泛霜：原料中可溶性盐类含量高。解决方案：选用低盐原料，或对原料进行水洗处理；在烧成过程中提高温度，使盐类分解或挥发。
  • 石灰爆裂：原料中含有未分解的石灰石颗粒。解决方案：严格控制原料粒度，确保石灰石颗粒充分破碎；提高烧成温度，使石灰石分解为氧化钙（CaO），再与粘土反应生成稳定的硅酸钙。

六、 结语

烧结普通砖的生产是一个系统工程，从原料选择、预处理、成型、干燥到焙烧，每一个环节都至关重要。只有严格控制各环节的工艺参数，才能生产出符合国家标准、满足工程要求的高质量烧结砖。随着环保要求的日益严格和建筑节能的推进，烧结砖行业也在向绿色化、高性能化方向发展，如利用工业固废、开发保温隔热砖等。掌握这些关键技术要求，不仅有助于提升产品质量，也是企业实现可持续发展的基础。

通过本文的详细解析，希望能为烧结砖生产企业、质检人员和相关技术人员提供有价值的参考，共同推动行业的技术进步和质量提升。