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。