冷壓成型是小麥秸稈砌塊制作過(guò)程中的重要工序，作為核心工藝參數(shù)的冷壓溫度、冷壓壓力、冷壓時(shí)間，對(duì)砌塊的成型質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定性具有直接影響。砌塊的三維尺寸及其穩(wěn)定性直接影響砌塊能否填充到混凝土空心砌塊中去，以及在使用過(guò)程中的保溫效果。本文主要研究冷壓時(shí)間對(duì)小麥秸稈砌塊變形的影響。
1、材料與方法
1.1材料與設(shè)備
材料：石灰漿；小麥秸稈纖維；水。
儀器與設(shè)備：①精度為1g的YP10K型電子天平；②WA - 100型電液式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)；③模具，為定做的鋼質(zhì)模具；④直尺，精度為0.5 mm；⑤小鐘表。
1.2方法
在原料及其他條件不變的前提下，只改變小麥秸稈砌塊在冷壓機(jī)上的保壓時(shí)間，探討冷壓時(shí)間對(duì)砌塊尺寸變形量的影響。在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)置6種冷壓時(shí)間，每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)2次。冷壓時(shí)間分別為2、4、6、8、10、12h。具體試驗(yàn)步驟：
① 稀釋后的石灰漿與小麥秸稈纖維均勻攪拌，之后裝進(jìn)模具內(nèi)，在壓機(jī)上冷壓成型。
②脫模后的砌塊，在大氣環(huán)境中干燥48h，測(cè)量其長(zhǎng)度、寬度、高度上的三維尺寸。
2、結(jié)果與分析
2.1成型過(guò)程及變形機(jī)理分析
冷壓成型的原理是借助冷壓機(jī)對(duì)小麥秸稈和石灰漿的混合料施壓．混合料內(nèi)部的空隙隨壓力的增大而減小；當(dāng)混合料變形到一定程度時(shí)，大顆粒在壓力作用下破裂變成更小的粒子，并發(fā)生變形或塑性流動(dòng)，顆粒開(kāi)始充填空隙，粒子間因更加緊密地接觸而互相嚙合，使石灰漿與相鄰顆粒膠接，經(jīng)壓縮成型得到具有一定形狀的砌塊，富通新能源生產(chǎn)的秸稈顆粒機(jī)專業(yè)壓制小麥秸稈顆粒燃料。
從小麥秸稈纖維與石灰漿的拌合料到具有穩(wěn)定尺寸的砌塊，主要包括冷壓和干燥工序。其間，砌塊會(huì)發(fā)生一系列的物理和化學(xué)變化，并伴隨著一系列的外形尺寸變化。主要的變形類型及機(jī)理是：
第一，壓縮變形。石灰漿和小麥秸稈纖維均勻攪拌后裝進(jìn)模具內(nèi)，在壓機(jī)上冷壓成型。由于原料是比較均勻一致的，所以在壓縮變形中，長(zhǎng)、寬、高在各自方向上的壓縮是均勻的。只是加壓方向是垂直向下的，高度方向受到的壓力比較大；而長(zhǎng)度、寬度方向上受到的是側(cè)壓力，壓力比較小，纖維在三個(gè)方向上的壓縮比是不同的。在冷壓時(shí)間內(nèi)，石灰漿和秸稈纖維主要是機(jī)械力混合，伴隨有石灰漿的固化帶來(lái)兩者之間的膠合。
第二，彈性恢復(fù)變形。彈性恢復(fù)變形開(kāi)始的時(shí)間是卸壓后的瞬間，持續(xù)時(shí)間短。在卸壓脫模后，由于外加壓力的消失，冷壓成型的砌塊會(huì)發(fā)生彈性變形，外形尺寸由此增大，這是砌塊發(fā)生變形的主要原因之一。相關(guān)研究表明，彈性恢復(fù)變形在砌塊變形量中占的比重比較大。
第三，固化變形。石灰漿是膠結(jié)材料，固化時(shí)把小麥秸稈纖維粘結(jié)在一起。在固化過(guò)程中，石灰漿中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鈣和水，砌塊尺寸因此而增加。
第四，蠕變變形。由于砌塊是粘彈性材料，在壓力恒定（壓力為零）的前提下，會(huì)隨著時(shí)間的推移而產(chǎn)生蠕變變形。
第五，干縮變形。在干燥過(guò)程中，隨著水分的蒸發(fā)，使砌塊尺寸變小。
在不同的時(shí)間段內(nèi)，各種變形影響的比重是不一樣的；在同一時(shí)間段內(nèi)，有些變形是同時(shí)存在的，有些只有一種變形；前面時(shí)間段內(nèi)發(fā)生的變形對(duì)后面發(fā)生的變形有直接或間接的影響。在冷壓時(shí)間內(nèi)，主要是壓縮變形；如果冷壓時(shí)間較長(zhǎng)，則伴隨有固化變形。在卸壓時(shí)，主要是彈性恢復(fù)變形；在脫模后干燥時(shí)，則伴隨有固化變形、蠕變變形和干縮變形，三者之間同步發(fā)生，共同影響砌塊的變形。
壓縮變形會(huì)影響到后續(xù)的彈性恢復(fù)變形、固化變形、蠕變變形和干縮變形。盡管從理論上分析，壓力、溫度、時(shí)間對(duì)壓縮變形都有影響．但冷壓時(shí)間是主要因素。壓力使石灰漿分子、水分子和秸稈纖維緊密接觸，增大了三者的界面面積，促進(jìn)它們的膠結(jié)。但在模具和砌塊尺寸一定的前提下，壓力主要是使小麥秸稈混合料壓縮成一定的形狀，或者說(shuō)壓力對(duì)砌塊成型的作用是固定的。溫度會(huì)影響分子的運(yùn)動(dòng)速度從而影響到固化速度，但冷壓成型時(shí)，溫度為大氣環(huán)境溫度，溫度從絕對(duì)量來(lái)說(shuō)是非常低的，不會(huì)使混合料的成分發(fā)生質(zhì)的改變，所以溫度對(duì)砌塊最初成型的影響是很小的。而冷壓時(shí)間對(duì)成型的影響較大，直接影響到在壓砌塊的塑性變形，而塑性變形是砌塊最終成型的決定因素。因此，對(duì)冷壓時(shí)間與砌塊變形量之間的關(guān)系進(jìn)行研究具有重要意義。
跟蹤觀察和測(cè)試證明，在脫模后的48h內(nèi)，砌塊外形尺寸會(huì)持續(xù)發(fā)生變化；在干燥48h后，砌塊的外形趨于穩(wěn)定。并且，脫模后干燥48h時(shí)砌塊尺寸對(duì)填充具有十分重要的意義，直接影響到秸稈砌塊對(duì)混凝土空心砌塊的填充效果和保溫效果，所以本研究只對(duì)冷壓時(shí)間與砌塊脫模后干燥48h時(shí)變形量之間的關(guān)系進(jìn)行探討。
2.2變形量研究
干燥48b的砌塊，長(zhǎng)、寬、高尺寸幾乎保持穩(wěn)定，所以，以脫模后干燥48h時(shí)的長(zhǎng)、寬、高尺寸變化量作為衡量砌塊最終的變化量指標(biāo)，以相對(duì)變形量來(lái)說(shuō)明。所謂相對(duì)變形量，是指在大氣環(huán)境下干燥48h時(shí)秸稈砌塊的變形量，用變形的絕對(duì)量與砌塊在壓時(shí)的尺寸之比來(lái)表示。相對(duì)變形量是因壓力卸除而產(chǎn)生的彈性變形、因時(shí)間而產(chǎn)生的蠕變變形和因水分蒸發(fā)而產(chǎn)生的干縮變形相互作用的結(jié)果。彈性變形和蠕變會(huì)使砌塊尺寸變大，干縮變形從理論上來(lái)講會(huì)使尺寸變小。
2.2.1維變形量分析
由圖l知，砌塊長(zhǎng)度方向變形量介于0. 36%一3. 22%之間，平均為1.25%，標(biāo)準(zhǔn)差為1. 17%。在2—6h內(nèi)，變形量隨著冷壓時(shí)間的增大而減小，這是因?yàn)槔鋲簳r(shí)問(wèn)越長(zhǎng)，伴隨壓縮變形的固化變形就越大，而固化變形又經(jīng)過(guò)壓縮，最終表現(xiàn)出的變形量就小。同時(shí)，冷壓時(shí)間越長(zhǎng)，顆粒間緊密接觸的時(shí)間越長(zhǎng)，從而有利于砌塊的固化。在6—12h內(nèi)，變形量隨著冷壓時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，這是因?yàn)槔鋲簳r(shí)間越長(zhǎng)，盡管固化變形的變形量會(huì)較小，但壓縮變形對(duì)后續(xù)的彈性恢復(fù)變形和蠕變變形的影響越大，最終表現(xiàn)出的變形量就大。
砌塊寬度方向變形量介于0~2. 92%之間，平均為1. 18%，標(biāo)準(zhǔn)差為1.22%。在2—6h和8—10b內(nèi)，變形量隨著冷壓時(shí)間的增大而減小，原因同上。至于變形量在冷壓時(shí)間為8h時(shí)最大，則需要在以后的試驗(yàn)中進(jìn)行深入探討。
砌塊高度方向變形量介于1. 47% ~12. 65%之間，平均為5. 59%，標(biāo)準(zhǔn)差為3.94%，總的趨勢(shì)為冷壓時(shí)間越長(zhǎng)變形量越小，原因同上所述。由圖I可以看出，高度方向變形量與冷壓時(shí)間呈較為明顯的線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，即
由圖1知，冷壓時(shí)間相同時(shí)，砌塊高度方向的變形量最大，長(zhǎng)度和寬度方向的變形量接近，所以，在評(píng)價(jià)砌塊的尺寸穩(wěn)定性時(shí)應(yīng)主要考慮高度方向的變形量。這主要是因?yàn)槠鰤K在成型過(guò)程中垂直向下加壓，高度方向受到的壓力最大，長(zhǎng)度和寬度方向上只受到很小的側(cè)壓力。卸壓后，在受壓縮幅度最大的高度方向上砌塊的瞬間彈性變形最大。
3、結(jié)論與建議
3.1小麥秸稈在成型過(guò)程中主要發(fā)生壓縮變形、彈性恢復(fù)變形、固化變形、蠕變變形、干縮變形。壓縮變形會(huì)影響到后續(xù)的其他變形。
3.2在評(píng)價(jià)砌塊尺寸穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)主要考慮高度方向的變形量。冷壓時(shí)間與高度方向變形量呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系。
富通新能源不但銷(xiāo)售專業(yè)壓制小麥秸稈的秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)，而且我們還大量銷(xiāo)售楊木木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
1、材料與方法
1.1材料與設(shè)備
材料：石灰漿；小麥秸稈纖維；水。
儀器與設(shè)備：①精度為1g的YP10K型電子天平；②WA - 100型電液式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)；③模具，為定做的鋼質(zhì)模具；④直尺，精度為0.5 mm；⑤小鐘表。
1.2方法
在原料及其他條件不變的前提下，只改變小麥秸稈砌塊在冷壓機(jī)上的保壓時(shí)間，探討冷壓時(shí)間對(duì)砌塊尺寸變形量的影響。在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)置6種冷壓時(shí)間，每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)2次。冷壓時(shí)間分別為2、4、6、8、10、12h。具體試驗(yàn)步驟：
① 稀釋后的石灰漿與小麥秸稈纖維均勻攪拌，之后裝進(jìn)模具內(nèi)，在壓機(jī)上冷壓成型。
②脫模后的砌塊，在大氣環(huán)境中干燥48h，測(cè)量其長(zhǎng)度、寬度、高度上的三維尺寸。
2、結(jié)果與分析
2.1成型過(guò)程及變形機(jī)理分析
冷壓成型的原理是借助冷壓機(jī)對(duì)小麥秸稈和石灰漿的混合料施壓．混合料內(nèi)部的空隙隨壓力的增大而減小；當(dāng)混合料變形到一定程度時(shí)，大顆粒在壓力作用下破裂變成更小的粒子，并發(fā)生變形或塑性流動(dòng)，顆粒開(kāi)始充填空隙，粒子間因更加緊密地接觸而互相嚙合，使石灰漿與相鄰顆粒膠接，經(jīng)壓縮成型得到具有一定形狀的砌塊，富通新能源生產(chǎn)的秸稈顆粒機(jī)專業(yè)壓制小麥秸稈顆粒燃料。
從小麥秸稈纖維與石灰漿的拌合料到具有穩(wěn)定尺寸的砌塊，主要包括冷壓和干燥工序。其間，砌塊會(huì)發(fā)生一系列的物理和化學(xué)變化，并伴隨著一系列的外形尺寸變化。主要的變形類型及機(jī)理是：
第一，壓縮變形。石灰漿和小麥秸稈纖維均勻攪拌后裝進(jìn)模具內(nèi)，在壓機(jī)上冷壓成型。由于原料是比較均勻一致的，所以在壓縮變形中，長(zhǎng)、寬、高在各自方向上的壓縮是均勻的。只是加壓方向是垂直向下的，高度方向受到的壓力比較大；而長(zhǎng)度、寬度方向上受到的是側(cè)壓力，壓力比較小，纖維在三個(gè)方向上的壓縮比是不同的。在冷壓時(shí)間內(nèi)，石灰漿和秸稈纖維主要是機(jī)械力混合，伴隨有石灰漿的固化帶來(lái)兩者之間的膠合。
第二，彈性恢復(fù)變形。彈性恢復(fù)變形開(kāi)始的時(shí)間是卸壓后的瞬間，持續(xù)時(shí)間短。在卸壓脫模后，由于外加壓力的消失，冷壓成型的砌塊會(huì)發(fā)生彈性變形，外形尺寸由此增大，這是砌塊發(fā)生變形的主要原因之一。相關(guān)研究表明，彈性恢復(fù)變形在砌塊變形量中占的比重比較大。
第三，固化變形。石灰漿是膠結(jié)材料，固化時(shí)把小麥秸稈纖維粘結(jié)在一起。在固化過(guò)程中，石灰漿中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鈣和水，砌塊尺寸因此而增加。
第四，蠕變變形。由于砌塊是粘彈性材料，在壓力恒定（壓力為零）的前提下，會(huì)隨著時(shí)間的推移而產(chǎn)生蠕變變形。
第五，干縮變形。在干燥過(guò)程中，隨著水分的蒸發(fā)，使砌塊尺寸變小。
在不同的時(shí)間段內(nèi)，各種變形影響的比重是不一樣的；在同一時(shí)間段內(nèi)，有些變形是同時(shí)存在的，有些只有一種變形；前面時(shí)間段內(nèi)發(fā)生的變形對(duì)后面發(fā)生的變形有直接或間接的影響。在冷壓時(shí)間內(nèi)，主要是壓縮變形；如果冷壓時(shí)間較長(zhǎng)，則伴隨有固化變形。在卸壓時(shí)，主要是彈性恢復(fù)變形；在脫模后干燥時(shí)，則伴隨有固化變形、蠕變變形和干縮變形，三者之間同步發(fā)生，共同影響砌塊的變形。
壓縮變形會(huì)影響到后續(xù)的彈性恢復(fù)變形、固化變形、蠕變變形和干縮變形。盡管從理論上分析，壓力、溫度、時(shí)間對(duì)壓縮變形都有影響．但冷壓時(shí)間是主要因素。壓力使石灰漿分子、水分子和秸稈纖維緊密接觸，增大了三者的界面面積，促進(jìn)它們的膠結(jié)。但在模具和砌塊尺寸一定的前提下，壓力主要是使小麥秸稈混合料壓縮成一定的形狀，或者說(shuō)壓力對(duì)砌塊成型的作用是固定的。溫度會(huì)影響分子的運(yùn)動(dòng)速度從而影響到固化速度，但冷壓成型時(shí)，溫度為大氣環(huán)境溫度，溫度從絕對(duì)量來(lái)說(shuō)是非常低的，不會(huì)使混合料的成分發(fā)生質(zhì)的改變，所以溫度對(duì)砌塊最初成型的影響是很小的。而冷壓時(shí)間對(duì)成型的影響較大，直接影響到在壓砌塊的塑性變形，而塑性變形是砌塊最終成型的決定因素。因此，對(duì)冷壓時(shí)間與砌塊變形量之間的關(guān)系進(jìn)行研究具有重要意義。
跟蹤觀察和測(cè)試證明，在脫模后的48h內(nèi)，砌塊外形尺寸會(huì)持續(xù)發(fā)生變化；在干燥48h后，砌塊的外形趨于穩(wěn)定。并且，脫模后干燥48h時(shí)砌塊尺寸對(duì)填充具有十分重要的意義，直接影響到秸稈砌塊對(duì)混凝土空心砌塊的填充效果和保溫效果，所以本研究只對(duì)冷壓時(shí)間與砌塊脫模后干燥48h時(shí)變形量之間的關(guān)系進(jìn)行探討。
2.2變形量研究
干燥48b的砌塊，長(zhǎng)、寬、高尺寸幾乎保持穩(wěn)定，所以，以脫模后干燥48h時(shí)的長(zhǎng)、寬、高尺寸變化量作為衡量砌塊最終的變化量指標(biāo)，以相對(duì)變形量來(lái)說(shuō)明。所謂相對(duì)變形量，是指在大氣環(huán)境下干燥48h時(shí)秸稈砌塊的變形量，用變形的絕對(duì)量與砌塊在壓時(shí)的尺寸之比來(lái)表示。相對(duì)變形量是因壓力卸除而產(chǎn)生的彈性變形、因時(shí)間而產(chǎn)生的蠕變變形和因水分蒸發(fā)而產(chǎn)生的干縮變形相互作用的結(jié)果。彈性變形和蠕變會(huì)使砌塊尺寸變大，干縮變形從理論上來(lái)講會(huì)使尺寸變小。
2.2.1維變形量分析
由圖l知，砌塊長(zhǎng)度方向變形量介于0. 36%一3. 22%之間，平均為1.25%，標(biāo)準(zhǔn)差為1. 17%。在2—6h內(nèi)，變形量隨著冷壓時(shí)間的增大而減小，這是因?yàn)槔鋲簳r(shí)問(wèn)越長(zhǎng)，伴隨壓縮變形的固化變形就越大，而固化變形又經(jīng)過(guò)壓縮，最終表現(xiàn)出的變形量就小。同時(shí)，冷壓時(shí)間越長(zhǎng)，顆粒間緊密接觸的時(shí)間越長(zhǎng)，從而有利于砌塊的固化。在6—12h內(nèi)，變形量隨著冷壓時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，這是因?yàn)槔鋲簳r(shí)間越長(zhǎng)，盡管固化變形的變形量會(huì)較小，但壓縮變形對(duì)后續(xù)的彈性恢復(fù)變形和蠕變變形的影響越大，最終表現(xiàn)出的變形量就大。
砌塊寬度方向變形量介于0~2. 92%之間，平均為1. 18%，標(biāo)準(zhǔn)差為1.22%。在2—6h和8—10b內(nèi)，變形量隨著冷壓時(shí)間的增大而減小，原因同上。至于變形量在冷壓時(shí)間為8h時(shí)最大，則需要在以后的試驗(yàn)中進(jìn)行深入探討。
砌塊高度方向變形量介于1. 47% ~12. 65%之間，平均為5. 59%，標(biāo)準(zhǔn)差為3.94%，總的趨勢(shì)為冷壓時(shí)間越長(zhǎng)變形量越小，原因同上所述。由圖I可以看出，高度方向變形量與冷壓時(shí)間呈較為明顯的線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，即
由圖1知，冷壓時(shí)間相同時(shí)，砌塊高度方向的變形量最大，長(zhǎng)度和寬度方向的變形量接近，所以，在評(píng)價(jià)砌塊的尺寸穩(wěn)定性時(shí)應(yīng)主要考慮高度方向的變形量。這主要是因?yàn)槠鰤K在成型過(guò)程中垂直向下加壓，高度方向受到的壓力最大，長(zhǎng)度和寬度方向上只受到很小的側(cè)壓力。卸壓后，在受壓縮幅度最大的高度方向上砌塊的瞬間彈性變形最大。
3、結(jié)論與建議
3.1小麥秸稈在成型過(guò)程中主要發(fā)生壓縮變形、彈性恢復(fù)變形、固化變形、蠕變變形、干縮變形。壓縮變形會(huì)影響到后續(xù)的其他變形。
3.2在評(píng)價(jià)砌塊尺寸穩(wěn)定性時(shí)，應(yīng)主要考慮高度方向的變形量。冷壓時(shí)間與高度方向變形量呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系。
富通新能源不但銷(xiāo)售專業(yè)壓制小麥秸稈的秸稈顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)，而且我們還大量銷(xiāo)售楊木木屑生物質(zhì)顆粒燃料。
