古城墙砖制作工艺及其物理力学特征研究

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。……