Исследования в этом направлении уже проводились ранее. Так, Колдрей и Ли при испытаниях силикатного кирпича установили, что оптимальная влажность сырца, сформованного при удельном давлении 31 МПа из смеси, включающей 90% песков различной гранулометрии и 10% гидратной извести, составляет 5-6%. т. е. она не меняется при изменении зернового состава песка. Показано (см. рис. 1), что при указанном соотношении песка и извести оптимум формовочной влажности смеси также составляет примерно 5%, хотя кирпич-сырец прессовали до одинаковой плотности, а не при одинаковом удельном давлении.
Рис. 1. Прочность кирпича-сырца в зависимости от влажности смеси
Ниже приводятся результаты исследований зависимости прочности сырца от формы, крупности и гранулометрии песков, состава, дисперсности и содержания муки (вяжущего) в смеси, формовочной влажности смеси. В качестве исходных были опробованы крупные, средние и мелкие остроугольные и окатанные пески, характеристика которых приведена в таблице на рис. 2. Как видно, люберецкий и вольский пески являются типичными монофракционными, а остальные - в той или иной степени разнозернистыми. В волгоградском I и березинском песках содержится значительное (4-7%) количество зерен фракции менее 75 мкм. В остальных песках оно приближается к нулю. Таким образом, набор принятых для экспериментов песков был достаточно разнообразным и представлял большинство типов песков, из которых изготовляют кирпич.
Рис. 2. Гранулометрический состав песков
Вяжущие были приготовлены из разных композиций гашеной извести и кварцевого песка, измельченных до удельной поверхности кварца 2000 см2/г (таблица на рис. 3).
Рис. 3. Состав и характеристики вяжущего
Для сравнения применяли также вяжущее, в котором удельная поверхность кварцевой муки составляла 4000 см2/г. Чтобы исключить влияние плотности сырца на его прочность при использовании различных песков, отличающихся размерами и формой зерен, а также разных составов и количества вяжущего, все образцы формовали до одинаковой средней плотности (ρ=1800 кг/м3) по сухому веществу.
Рис. 4. Прочность кирпича-сырца из смесей на основе остроугольных песков и известково-кремнеземистого вяжущего разного состава: а - И:К=1:1; б - И:К=1,5:1; в - И:К=2:1; содержание вяжущего в смеси: 1 - 10%; 2 - 15%; 3 - 20% (一 мелкий песок; - - - средний; - • - • - крупный)
Содержание вяжущих в силикатных смесях составляло 10, 15 и 20%. Влажность всех смесей изменяли в пределах 0-10%. Немедленно после формования каждого из образцов определяли прочность при сжатии, так как только в этом случае можно было получить картину, фактически наблюдаемую при работе пресса совместно с укладчиком кирпича-сырца. Результаты исследований приведены на рис. 4-6, из которых видно, что все кривые имеют одинаковый характер: при нулевой влажности смеси прочность сырца также равна нулю или близка к ней.
Рис. 5. Прочность кирпича-сырца из смесей на основе окатанных песков и известково-кремнеземистого вяжущего (обозначения те же, что и на рис. 4)
По мере увеличения влажности смесей прочность сырца растет, в какой-то точке (4-5,5%) достигает максимума, а затем падает. Такая же картина наблюдается при формовании сырца под одинаковым удельным давлением (см. рис. 6). Отсюда следует, что во всех случаях основой прочности сырца является натяжение воды в менисках микрокапилляров. Указанное подтверждается также тем, что по мере увеличения количества вяжущего в смеси от 10 до 20% растет и прочность сырца, что обусловлено увеличением в нем числа тонкодисперсных зерен, промежутки между которыми представляют собой открытые микрокапилляры, не до конца заполненные водой. Убедительным подтверждением является и то, что увеличение жирности вяжущего (т. е. содержания в нем извести) и в несколько меньшей степени дисперсности кварца также упрочняет сырец. По мере уменьшения крупности песка, за исключением моно фракционного с одинаковой формой зерен, прочность сырца возрастает, что объясняется увеличением числа контактов внутри системы. Прочность сырца, сформованного из остроугольных песков, на 0,1-0,15 МПа больше, чем сырца, изготовленного при тех же условиях из окатанных песков той же крупности в связи с наличием зацепления одних зерен за другие.
В общем случае очевидно, что формовочная влажность силикатной смеси должна быть пропорциональна удельной поверхности этой смеси и определяться не содержанием песчаных фракций, поверхность которых составляет всего 10-20% поверхности всей смеси, а содержанием дисперсной муки (вяжущего), обладающей многократно большей удельной поверхностью. Наибольшая влажность смеси поэтому может быть объективно охарактеризована ее максимальной молекулярной влагоемкостью.
Рис. 6. Прочность кирпича-сырца на вяжущем состава И:К=1,5:1 и различных песках при удельном давлении формования 40 МПа: а - мелком; б - среднем; в - крупном; 一 окатанном; - - - остроугольном; содержание вяжущего в смеси; 1 - 10%; 2 - 15%; 3 - 20%
