一、烧结砖瓦产品表面泛白与泛霜是怎样形成的?
1、关于泛白与泛霜术语和含义的区别
    表面泛白和泛霜这两种缺陷的主要区别在于形成过程不同，即在制品制造和出窑后的两个不同阶段出现的；其次这两种缺陷所产生的物质，在其物理化学性能上也有着很大的差别。然而，这两种缺陷在形成过程中又有着本质上的、内在的联系。一般说来，表面泛白是指：制品在制造过程中，原材料中的可溶性盐或干燥气体介质中的某些成分(SO2—SO3)与原材料中的某些成分(CaCO3，MgCO3，)反应形成可溶盐，干燥时随水分迁移到坯体表面并结晶沉积，焙烧后附着于制品表面上的一层不溶于水的薄膜。这种现象在制品出窑时就可以发现。表面泛白一般呈白色或灰白色，但是有时则呈褐色、灰色或浅黄色。如果有铝和钒化合物存在时则会呈现出"黄绿色"的表面[1]。表面泛白破坏了制品本身所具有的颜色，特别是其色调发脏发暗严重影响着制品的外观，且由于泛白层物质本身与制品基体有着截然不同的物理化学特性，特别是同时也出现泛霜时，在使用过程中因温、湿度变化的交替作用，易剥落，露出了制品原有的红色。此时制品的表面己被粉化，这种现象在实际使用中往往是可以观察到的。由于对这种缺陷认识上的模糊，有的地方甚至于说“砖烧不白不好卖,”把缺陷当成优点。实际上泛白是降低了制品的耐久性及影响着正常的颜色，是一种表面失色的缺陷。
    表面泛白与泛霜过去研究较少，因此没有一个确切的概念，其名称亦有多种，叫法不一。例如，曾被称之为：白灰浆（white-wash）、硝石(nitre)、盐斑(salt- stain)、霉菌(mould)、霜花(frostwork)、泛霜(efflorescence)、墙白(wall-white)、窑白(kiln-white)、白斑(white-stain)、浮渣(scum)、干燥泛霜(drying efflorescence)、干燥吐渣(drying scum)、干燥室泛白(dryer white)等。这些叫法从泛白和泛霜形成的机理与过程分析，均不能恰当地表示其含义。泛霜一词我国有关产品标准中已采用多年，但表面泛白缺陷一直没有引起足够的重视，对这种现象过去一直也没有一种确切的名称和表述方法。最近几年，随着我国高档装饰性砖瓦产品生产的不断增加和对表面质量要求的不断提高，对此缺陷逐渐引起了更多人们的关注。现在北美、西欧已统一使用“scum”一词来表述表面泛白；用“efflorescence”一词来表述泛霜。
    泛霜是指制品出窑后，暴露在潮湿环境一段时间后或是在使用过程中通过水的媒介作用，在制品表面或内部孔隙中形成的一种可溶于水的结晶盐(泛霜盐)类物质。通常在制品表面上可见到的是絮团状、粉末状或是连续的絮片状的盐积垢。这种泛霜形成的盐积垢层不仅影响墙体外观，而且也易造成粉刷层的剥落，降低制品的耐久性。可溶性的盐溶解在制品的孔隙水中，因蒸发使孔隙水减少形成过饱和溶液，便析出结晶。随着晶体在体积上的不断增长，在制品孔隙中产生了巨大的内应力而导致制品破坏。尤其是对“欠火”砖的破坏更为严重。
    表面泛白、泛霜这两种缺陷的联系在于：在形成过程中都是由于可溶性盐随着水分而迁移到制品（或坯体）表面，由于水分的蒸发，可溶盐沉积在制品表面，形成了这种表皮的污染物。从形成的过程看，往往同一种盐可形成表面泛白，也可以引起泛霜。所不同的是，前者在制品表面上出现后(干燥阶段或焙烧初期)经历了焙烧这一高温过程，形成了不溶性的硅酸盐、硅铝酸盐或是“死烧”石膏，而后者是在出窑后或是在使用中出现，所形成的物质是可溶性的盐类，如碱金属或碱土金属盐类物质。然而，在实际中往往可以观察"到，有严重表面泛白的砖，在使用中也出现严重的泛霜。

图1、2分别是这两种缺陷的产品照片。

图1：表面泛白的砖样（最左者为原材料中含有可溶盐所致，可见明显的工人码湿坯时的操作手印；依次向右的第二组砖样全部表面泛白，表明窑内或干燥室中SO2——SO3气体的浓度很高；第三组砖坯叠压处没有出现泛白；第四组砖样表面泛白，但其内部仍是砖红色，这也是由于窑内或干燥室中SO2——SO3气体所致。）

图2：表面泛霜同时又有泛白的砖样

2、表面泛白的形成过程
2.1、由原料中的可溶盐引发的表面泛白
这类在原材料中含有可溶性盐形成的表面泛白，主要是由于原材料中含有硫酸钙、硫酸镁、氯化钡、二价铁和铝的硫酸盐、钒、钼化合物，偶尔也有其它氯化物和硝酸盐引起的泛白[1、2、8]。其中硫酸钙，硫酸镁最易形成表面泛白。硫酸钙以石膏的形式存在许多粘土和页岩中，是最常见的杂质之一。如果被干燥的生砖坯的水中存在溶解的硫酸钙，干燥后所谓的泛白就会出现。水中含有的正、负离子随着水被传递到砖坯的表面上。由于水分蒸发，超过溶解度极限时，在砖坯表面上就会出现硫酸钙结晶。其结果是砖坯表面上出现灰白色的沉积物，这种沉积物在干燥的生砖坯上几乎看不见，但是在烧成后的产品上犹如一层轻灰色的面纱复覆盖了砖的真实颜色。德国最新研究表明，砖表面的电子显微镜照片显示出表面泛白决不是在表面上有均匀的、轻度颜色的矿物材料的覆盖层，而是由大量的像火山小丘一样的构形组成，在小丘中部有可辨认出的小洞，如图3所示。

图3：砖表面约为1mm宽度上的表面泛白的电子显微镜照片（照片来自Karsten Junge and Dirk Deppe“Drying efflorescence”,2005 Zi-ANNUAL）

    因此得到的结论是：在生坯干燥过程中，传递水分到坯体表面，夹带的Ca2+及SO42-离子在微孔出口处周围结晶。表面泛白的转化反应出现在焙烧过程中。温度达120℃时，石膏失去大部分的结合水，一直到170℃的温度范围内，都是以带有0.5H2O分子的半水石膏存在。之后形成无水石膏，直到1000℃不再反应，出现“死烧”石膏。硫酸钙仅当温度超过1200℃后才发生分解，可是在烧结砖瓦行业中仅在非常少的个别情况下才有这一焙烧温度。然而由于粘土矿物的存在，坯体和硫酸钙结晶体之间的界面上，在低于1000℃的情况下就已发生硫酸钙的转化反应。在这种情况下，钙与粘土矿物中的硅或是石英反应形成硅酸钙，焙烧之后也显示出白颜色：CaSO4 + SiO2→CaSiO3+SO3。这种反应根据原材料的成分和焙烧温度的高低以不同的速率发生着，因此部分的硫酸钙分解或是转化改变了形态。但是这种反应形成的白色到灰色的表面失色产品是不希望有的缺陷，而且反应形成的产物已烧结在砖体上，又不能将其移走。
    硫酸镁即使数量很少也可引起严重的泛白。因硫酸镁具有更大的溶解度。这两种硫酸盐均会溶于坯体的自由水中，随着干燥的进行。由于水分的迁移被带到坯体的表面沉淀下来，称为“干燥室泛霜”。这些析出的盐在焙烧期间部分分解(未分解部分后面讨论)或与粘土中的矿物反应生成了不溶性的硅酸盐或铝硅酸盐，出窑时可发现。所以有时把这种现象称之为“窑白”(kiln-white) [1]。这些潜在的形成表面泛白的物质有两个共同的物理特性，即较高的熔点和熔解于水，它们都可与粘土矿物应形成白色的熔点高的硅酸盐或铝硅酸盐。如在焙烧后产品表面上可看到的钙泛白层是钙长石(CaAlSiO8或硅灰石(CaSiO3)，也有未参与反应的“死烧”石膏；镁泛白层是镁橄揽石(Mg2SiO4)或顽辉石(MgSiO3)，钡泛白层是正硅酸钡(Ba2Si04)等。
由硫酸盐引起的表皮泛白，能够由加入化学外加剂来消除。加入的化学剂与硫酸盐反应生成难溶解的产物，使其不能随坯体中自由水迁移到制品表面，从而阻止了表面泛白形成的趋势。通常加入原材料中的外加剂是BaCO3。BaCO3与硫酸钙、硫酸镁的反应式如下:

因为碳酸钡在水中的溶解度很小，所以加入钡盐的量通常为原材料中SO3含量的两倍，以保证能与硫酸盐充分反应[2]。
氯化钡也是一种能够引起表面泛白的物质。这是因为BaCl2有较大的溶解度，并且熔点很高。因此当原材料中含有极少量时，在干燥过程中也会迁移的坯体表面，焙烧后在成品表面形成正硅酸钡的泛白层。但是在砖瓦产品的原材料中极少发现这种物质，所以在原材料中不存在BaCl2而含有硫酸盐时，BaCl2也可以用来当作防止硫酸钙，硫酸镁泛白的外加剂。特别是当硫酸钙、硫酸镁含量相对高时，效果则更佳。这是因为BaCl2比BaCO3的溶解度大得多，所以BaCl2是一种更易反应的外加剂。实际上沉淀硫酸盐用氯化钡的量约相当为理论需要量的三分之二，余量用碳酸钡做最后的补充来校正。采用这种方法是因为氯化钡有极少的过量时，反而导致了严重的表面泛白。BaCl2与硫酸钙、硫酸镁的反应式如下，

(3)、(4)式中反应生成的氯化物不会形成表面泛白，因为它们的熔点(CaCl2—772℃，MgCl2—712℃)低于产品的最终烧成温度，在到达烧成温度之前就熔融了。当这些氯化物熔融后，其液相就被坯体吸收，并在制品内部反应形成硅酸盐或是玻璃相。尽管钡化物很贵，但是目前还没有发现更好的化学外加剂用来防止表面泛白（泛霜）的形成。每年仅德国就要进口约10万吨碳酸钡，主要用于防止烧结砖瓦产品的泛白和泛霜。为防止泛白和泛霜，德国艾森砖瓦研究所于2005年专门开发出了泛白（泛霜）的计算机模拟模型。迄今为止，除钡化物外，还没有更有效的根除泛白和泛霜的方法。
在研究制砖粘土的外加剂——改性木质素磺酸钙的过程中发现，由于木质素磺酸钙在粘土泥料中的物理、化学上的双重作用，使坯体成型含水量降低，坯体的致密度增大，可有效地减缓这种由于硫酸盐引起的表面泛白[11]。
据有关资料介绍，可溶性硫酸盐的含量少于0.1%时，通常不会引起有害的表面泛白。当可溶性硫酸盐的含量为1%或超过1%时,往往会引起整个砖的表面泛白，完全改变了制品的颜色。当可溶性硫酸盐含量0.2%到0.5%时，在制品的拐角，边棱处则常会出现泛白。这是由于在这些地方干燥得最快[1]。有的资料介绍，如果SO3的含量超过0.12%，而CaO的含量超过0.8%时，差不多总是要形成表面泛白。当SO3和CaO的含量低于0.3%时，这种泛白现象极为少见[9]。
另外，在原材料中如含有低价态铁化合物时，这些可溶性的铁化合物常在己干燥的坯体上形成浅色的失色膜，焙烧后又转变成为不美观的褐色或黑色的斑点，即铁斑。这是因为二价态Fe2+比三价态Fe3+在水中和酸溶液中更易溶解。
必须指出的是，在粘土原材料中如含有极细颗粒的某些材料时，由于不正确的干燥操作使这种极细颗粒迁移到坯体表面，也会形成表皮泛白而失色，例如在粘土坯体中存在有极细颗粒的白垩、硅砂都有可能形成这种不良的缺陷。
硫酸钙在自然界以石膏（CaSO42H2O）或是无水石膏（CaSO4）出现。然而仅在非常稀少的砖瓦原材料中含有石膏，因此不能将其作为搅拌水中硫酸盐和钙离子的直接来源。另一方面，砖瓦原材料中常含有换黄铁矿和白铁矿。此处的问题是二硫化铁矿物，在露天情况下，如有水和空气或是潮气存在，相对讲会迅速的形成硫酸钙。在含有黄铁矿制砖原料的调查中发现，在湿环境下储存时原料中的硫酸盐的含量有轻微增加。
2.2、干燥介质和干燥条件对形成的表面泛白的影响
另一个在生产中形成表面泛白的原因是干燥介质和干燥的条件。如果砖坯的干燥室直接引用焙烧窑炉的烟气，不可避免的要有含硫气体进入干燥室(可参考第三节中的有关叙述)。干燥室中相对湿度很高，以及坯体中大量的自由水存在，由于SO2、SO3在水中的溶解(见表1)，在干燥介质中形成了雾状硫酸。如果原材料中包含有碳酸盐物质如方解石、菱镁矿或白云石等，硫酸和这些碳酸盐发生反应生成硫酸盐。干燥介质中的含硫气体只有百万分之几，也会引起表面泛白。在焙烧后产品上留下白色的不溶性的硅酸盐泛白层。后面第三节的研究实例也证实了这一点。

这种在干燥室形成潜在的表面泛白物质的必要条件有三，即：在原材料中存在钙、镁的碳酸盐；在干燥介质中有含硫气体；坯体中有自由水[2]。
迄今为止，还没有一种外加剂能够防止干燥过程中产生的硫酸盐。解决的办法是坯体在清洁空气中干燥到临界点，或将引入干燥室空气中的含硫气体完全清除掉。清除含硫气体的方法是使用空气净化器，排出的气体通过一个喷出磨细生石灰或石灰石的容器，使气体中的SO2—SO3与生石灰或石灰石反应生成固体状的硫酸钙或亚硫酸钙而被清除掉。由SO2—SO3气体引起的表面泛白与第一节中所述的由原材料中存在的可溶性盐类物质引起的表面泛白很易区分。后者多出现在制品的棱角、棱边，或细部结构的凸出部分，因为这些地方干燥得最快，可溶性的盐也最先到达这些地方。在码坯时工人手指的压印处，由于引起了过量的水和可溶盐迁移到了坯体表面，所以也优先出现表面泛白，有的产品上甚至工人操作的手指纹也可看到。而在表面纹理刮痕的底部或凹进部分则看不到或是很轻微的泛白层；由SO2——SO3引起的表面泛白，是在整个制品表面上生成一层均匀的白色薄膜层。如果要进行严格的检查，可用放大镜来观察。将会看到，在纹理刮痕的底部或凹进部分同凸出部分有程度相同的泛白覆盖层。当这两种作用同时出现时，表面泛白的这种界线就变得模糊不清不易区分了[2]。
研究表明，干燥介质中有SO2存在时，坯体中如含有较高的钙、镁碳酸盐，表面泛白就变得非常明显。英国在实验室对8种不同的制砖原材料进行了研究，测定了原料中的可溶性盐，采用了4种外加剂[化学纯级碳酸钡、氯化钡；两种磨细（通过100目、300目筛）碳酸钡矿—毒重石]，并改变干燥介质中SO2的浓度，在不同成型含水量的条件下来观察泛白的程度。为了便于比较，每种粘土的坯体都包含有各种外加剂的以及没有外加剂的试样。氯化钡在水中溶解后调入坯料。其它三种外加剂是预先和磨细的粘土粉末干混合后加入水。用挤出方法成型，试样尺寸为75×38×25mm。坯体成型后，立即用石蜡封存，以防止水分蒸发。干燥之前，在每一坯体上只除去75×25mm一个条面上的蜡，以限定仅从这一特定的表面上蒸发水分。此后试样放在没有或在有5ppm和20ppm的SO2的空气中以慢速干燥。在含有SO2的气氛下干燥24小时，干燥的速率为0.2%/h。此后在清洁的空气中完成干燥。
完全干燥后除去蜡封，坯体在100O℃下焙烧2小时。此时就能观察出每一坯体干燥的特定表面上(75×25mm)可见表面泛白的程度。在清洁空气中干燥后，可溶性SO42-含量最少的原料没有出现泛白，而可溶性SO42-含量最高原料出现严重的泛白。尽管如此，由于如前述SO2一SO3的干扰，泛白的程度既不是与原料中SO42-含量又不是与可溶性金属离子有关。因此原材料中可溶性盐的分析不能够完全用来估计在干燥期间或焙烧后产品形成表面泛白的趋势，当然特殊情况例外。另外发现成型含水量高的坯体则会出现更严重的泛白。这则充分表明，当有泛白潜在物质存在时，成型含水量与出现泛白的程度有密切的关系。
所有的钡类外加剂对防止泛白都是有效的。化学纯级的外加剂效果最好。由化学反应计算表明，所需钡盐的量大约是存在的可溶性SO42-离子量的两倍。即，0.05%的SO42-需要0.10%的BaCl2或BaCO3，这种理论上的需要量被从实际中获得的结果证实是有效的。在原料中没有加入防止表皮泛白外加剂的情况下，干燥空气中有5ppmSO2存在时，泛白显著；干燥空气中合5ppm和2Oppm的SO2的干燥环境下，粘土形成表皮泛白的程度几乎没有差别。坯体表面上SO2与粘土基本成分之间的反应是没有限制地，由于溶解和扩散的作用，SO2可以渗透到粘土——水系统内，并反应生成硫酸盐，所以引起了在表面泛白程度的显著变化。从上述研究实例来看，在砖瓦实际生产中，降低入窑坯体含水量和成型水分，也可减缓表面泛白的形成。有的砖瓦厂从实际生产中得到了这样的经验，在入窑坯体较湿时，烧出的砖呈灰白色者多而色重。
德国艾森砖瓦研究所2005年的研究表明[13]，干燥初始速度非常慢时，最初泛白的量非常高，此后降低到最小，然后再次增加，直到最后不再泛出。即从坯体中迁移到坯体表面的硫酸钙的强度和干燥速度有关，干燥速度愈慢，泛出硫酸钙的强度就愈大。随着干燥速度的增加，泛出的强度降低到最小，此后随干燥速度的增大，泛出的强度再次上升，并最终达到最大，此时在更高的干燥速度情况下，泛出强度再次下降。充分说明泛白的强度和干燥的条件关系极大。所以适当的干燥制度可减缓泛白的程度。
降低成型含水量，改变干燥制度，加入能使坯体密实的外加剂，可有效的减缓泛白的程度和趋势。
迄今为止，对泛白的研究仍有很多问题没有搞清楚，如随着坯体中含水量的降低（湿砖坯干燥中的典型状态），硫酸盐形成的离子是否是出现变化及变化达到什么样的程度；仍不知道在干燥过程中粘土矿物表面在固定的吸附和移动的凝聚之间界面上出现怎样的变化；随着流动速度的增加夹带不同的粘结离子时，其摩擦力是怎样增加的；在干燥过程中是否是由于水的释放而是溶解的CaSO4的浓度增大，导致流动性上发生变化；泛白产物中的无水烧石膏在使用中是否还会出现变化等。此外，温度对硫酸盐溶液流动性的影响到什么程度依然不清楚。
3、泛霜的形成过程
不管泛霜以何种形式出现，其过程均是由于可溶盐随着水分迁移到制品的表面，水分蒸发使可溶盐结晶沉积在制品表面上。引起泛霜的可溶盐来源如下：
(a) 原材料本身含有可溶盐；
(b) 原材料中的其它组分由于风化分解产生了可溶盐；
(c) 原材料的矿物成分在焙烧过程中互相反应或是粘土中的某些成分与窑内气体的作用而产生了可溶盐。这里特别要指出的是窑内气体中的含硫气体在硅酸盐物质表面的吸附；
(d) 在砖建筑物砌筑中使用的砂浆含有可溶盐；
(e) 砂浆和砖之间的相互作用产生了可溶盐；
(f) 在制品制造过程中使用的水含有可溶盐或是在后来这种含有可溶盐的水进入了建筑物的结构中(如海水)；
(g) 制品砌筑(或堆积)在地下时，地下的可溶盐进入了制品，或是烟灰及其它含有可溶盐的材料与制品接触时使可溶盐进入了制品中；
(h) 来自空气中的酸性气体(或酸雨)与制品中的矿物反应形成可溶盐
(i) 来自建筑物中混凝土构件的可溶盐。
分析种种可溶盐的来源，可概括为三类，即原材料本身存在的可溶盐；在制造过程中由于（SO2——SO3）在硅酸盐物质表面的吸附含硫气体的作用形成的可溶盐；来自制品外界的可溶盐。现就这三个方面分述如下：
3.1、原材料本身存在的可溶盐引起的泛霜
如前述，原材料中含有可溶盐时，是形成表面泛白和泛霜的主要根源之一。但是在表面泛白出现之后，为什么这种可溶盐还会引起后期的泛霜呢？硫酸钙是原材料中常见的杂质之一。现以硫酸钙为例说明如下：
首先是由于硫酸钙在水中的溶解度(见表2)相对较小，在干燥期间没有完全被水分带到坯体表面，仍以石膏的形式留在坯体中。

然而更重要的是单一成分的硫酸钙在大多数砖瓦品的烧成温度范围内并不是完全被分解了。硫酸钙在1316℃下完全分解约需二个半小时，在1204℃下无论保温时间多长，分解也是甚微的。硫酸镁在971℃的低温下一个小时就可完全分解，当MgSO4分解后照例与硅酸盐反应。硫酸钙与二氧化硅及铝硅酸盐的直接反应，比纯组分经分解后再反应所需的温度低得多，反应的同时并放出含硫气体。这类反应如(5)式所示。

图4：CaSO4与方石英、莫来石在不同温度下的反应（虚线——莫来石；实线——方石英）
然而这种反应过程则与泛霜的发生有着紧密的关系。在某些特定条件下，硫酸钙与二氧化硅和铝硅酸盐之间的反应表示在图2中。图中实线表示了第一个小时内两种温度下硫酸钙与方石英之间反应的程度，可以看到，在1055℃下反应缓慢，而在1117℃时反应接近完全。
图中虚线表示了硫酸钙与铝红柱石的反应，可以看到其反应活化能比方石英低。CaSO4与莫来石混合物的反应在1022℃时是很明显的，而在1097℃下30分钟几乎完全反应了。这些反应是在大大过量的方石英和莫来石的环境下进行的，所以增加了反应物颗粒表面接触的几率。
由图4描述的试验结果来看。一些硫酸钙在大多数建筑粘土产品的最大焙烧温度范围内，即从1010℃到1066℃下并未参与反应，这是完全可能的。即使未反应的硫酸钙是微量的，当产品暴露到潮湿环境中后，由于这种盐在水中溶解，也将会引起泛霜。
国内有关研究的结论[12]是：“泛霜程度与制品的吸水率关系不大，而与砖制品和原料土中的可溶盐含量，尤其是Ca2+、Ma2+、SO2-离子含量关系密切。一般情况下，含量越高，泛霜程度就越严重。……划定了生产优等砖、合格砖制品时原料土中Ca2+、Ma2+、SO2-的限定范围。优等品：Ca2+含量小于0.00285%，Ma2+小于0.00195%，SO2-小于0.00875%；合格品：Ca2+含量小于0.00593%，Ma2+小于0.00208%，SO2-小于0.0094%。这种限定数值是非常严格的。但是既就是达到了这种限定数据，也不能保证烧结后成品不泛霜，因在制造过程中会增大硫酸盐的含量，如用的是高硫煤来焙烧，并使用烟热干燥的情况下。图5所示照片中的砖样表面有均匀的一薄层泛白，同时泛霜试验中也正在向外泛霜。非常明显是在干燥或烧成窑炉中受到了SO2——SO3的影响，生成了可溶性盐。完全有可能在最终产品中的可溶性盐要比原材料中的高。

图5：既泛白又泛霜的砖样

在原材料中含有钒(或钼)时，则可形成绿色的硫酸钒 [VO2(SO4)3]和褐色的钒酸（H5VO5）泛霜。它们常在浅色制品如黄色，红—黄色，米黄色，白色制品上面出现。当这种泛霜出现后是特别难看的。在白色或米黄色砖的原材料中一般都含有钒化物。粘土矿物，特别是高岭石中，可能有含有百分之零点几的钒，在固溶体中代替了三价的铝而存在。在原材料及成品内钒的数量很少，约0.01%。对它的化合物的存在形式目前还不太清楚。钒盐通常可分为两种:1)无色盐:它在碱性或中性溶液中形成结晶；2)有色盐，是从酸性溶液中得到的。无色盐在水中很易溶解，而有色盐仅少量溶解。无色盐的化学反应极快，而有色盐的化学反应缓慢[6]。由此可见，这种绿色的钒霜是在酸性溶液中形成的。对这种泛霜成因的解释是，在焙烧过程中，钒从粘土矿物结构中释放出来，并与氧反应，其反应可用下式[3，4]来表示：

钒的五价化合物有着低的熔点，但是它既不和二氧化硅反应又不和氧化铝反应，而它却在水中溶解。当水通过微孔侵入砖后，某些五氧化二钒就溶解。当水蒸发时就在制品表面沉淀析出，如果砖内有硫酸盐存在时，褐色的钒酸就生成绿色的硫酸钒析出。目前还没有防止这种泛霜的有效方法。
3.2、制造过程中由于SO2——SO3的影响引起的泛霜
在绝大多数烧结砖瓦的原料、内燃掺料以及所使用的燃料煤中，程度不同的都含有各种硫的化合物。在焙烧的窑炉中，由于硫化物的氧化及硫酸盐的分解，窑内气体中不可避免含有SO2——SO3气体。这种煤歼石作内燃掺料时更为严重，因为大多数煤矸石周都含有硫化物。有SO3含量达9%以上[9]。由于SO2——SO3在内部硅酸盐物质表面的吸附，形成了潜在的泛霜物质，这种情况也可能在冷却阶段也会发生。换句话说，就是在焙烧窑炉中一方面有SO2一SO3气体的生成，另一方面又有可引起泛霜物质的硫酸盐生成。这种循环如图6所示：

图6：在焙烧窑内硫的循环

窑内生成的SO2——SO3气体，不但会引起严重的泛霜，而且还会带来其他问题，如利用废热干燥对干燥车的腐蚀破坏，余热锅炉的腐蚀破坏以及对环境的污染等。如硫化物在坯体中过多的存在，由于焙烧时在低温环境下就会放出含硫气体，造成坯体体积膨胀而影响着产品的质量，严重时会造成开裂。下面以黄铁矿(FeS2)的分解与硫酸盐的形成为例说明这种循环过程。
黄铁矿在于许多煤矸石、燃料煤以及粘土和页岩原料中。暗灰色、蓝色、黄色、黑色粘土中都含有黄铁矿。在焙烧过程中黄铁矿释放出的含硫气体是造成最终产品泛霜的主要原因之一。黄铁矿与碳在同样的温度下分解和氧化，并且由于碳和水蒸汽的存在使氧化受到影响。在缺氧的环境下，于482℃时分解反应生成单质硫：

在氧气充足的情况下，黄铁矿的分解分别为两个阶段，第一阶段发生在482℃，第二阶段发生在约588℃，其反应式为：

在有碳存在时仅发生式(9)的第一步反应。在碳完全氧化后，黄铁矿的第二步氧化才出现。这就是为什么坯体中所含有的碳要在高温即烧成温度下必须完全燃烧的原因之一。因为坯体中的碳不能完全燃烧时，势必形成黑心，而在黑心区域内是缺氧的，FeS2自然不会被完全氧化，其它硫化物也不会被完全分解，因此黑心内部就隐藏了泛霜物质的组分。如果FeS2在最高焙烧温度下由于碳的影响没有被完全分解，在进入冷却带后，还将继续有含硫的气体释放出来。这是完全有可能的，因为冷却带某些区域的温度，显然是高于碳及FeS2的氧化温度。这时随着碳的氧化，FeS2也氧化放出含硫气体，这样就导致了在冷却带中SO2——SO3气体在制品内部硅酸盐物质表面上的吸附，并与碱金属、碱土金属的化合物反应生成可溶性的硫酸盐，而这以后的温度又低于硫酸盐的分解温度，从而造成了直接的泛霜物质。例如，虽然说一些碱金属，碱土金属的盐类物质，在焙烧时已经被溶融或分解或与硅酸盐起了反应，但是从出窑后产品的直接试验表明，它们还是出现在泛霜物质中，如泛霜物质中的钠、钾化合物。造成这种泛霜的机理可解释为：SO2——SO3气体在硅酸盐物质表面吸附后，由于毛细管作用水进入产品，SO2——SO3就在水中溶解，产生了腐蚀性的硫酸，这种腐蚀性的酸将从各种结晶体和玻璃相中溶解钠、钾、镁等化合物，当这种溶液被迁移到制品表面后，水分蒸发便析出盐的结晶沉淀——即泛霜。这就是泛霜物质MgSO47H2O，Na2SO410H2O，K2SO4nH2O等可能性最大的来源[6,7]，所以笔者认为：如果用含有FeS2的原材料制砖时，燃烧一定要完全，并应严格限制升温速度，更不能用还原气氛烧成，最好在到达最高烧成温度前燃烧完全。
在黄铁矿的分解中，水蒸汽亦可参与反应，其反应式为：

与水——碳的反应一样，要达到完全氧化，必须有氧气存在。但是水蒸汽的存在明显地加速了黄铁矿的分解过程[2]。由于黄铁矿氧化放出的含硫气体在低温下就进入了窑内，在高温时由于硫酸盐的分解反应，并且也由于在整个焙烧期如使用含硫的燃料，据此推断，在窑内必然存在着SO2——SO3的平衡系统。由等式(13)表示的反应是放热反应，因此当加热时平衡是有利于向生成SO2的方向移动。
 

图7：在有实际意义的温度范围内SO2和SO3的体积百分率，假定氧气保持有恒定的分压[2]
根据这两种含硫气体平衡时的体积百分率，当氧气保持恒定的分压时，可以绘制出如图7对生产很有实际意义的曲线。从图中可以清楚地看到，由黄铁矿氧化产生的含硫气体是SO3，而在较高温度下硫酸盐的分解反应产生的含硫气体大部分是SO2，同时也表明，如果含硫气体是由于在冷却阶段由于黑心的氧化释放出的，即在816℃时，窑内空气中两种硫化物的量几乎是相等的。因此在较低温度下坯体更易吸附硫气体（SO3）。
上述的分析仅是理论性的，然而在实际焙烧过程中，黄铁矿、硫酸盐的分解往往被推迟进行，这则与其原料颗粒尺寸，坯体致密度，产品种类(实心砖、空心砖、瓦)，升温速度，最高焙烧温度，燃烧气体流速，窑内气氛及坯体含碳量的多少有关，为了更好地说明这种变化过程，图8、图9给出了黄铁矿、白铁矿、硫酸镁含量高的坯体焙烧时的重量变化曲线及黄铁矿混合物的DTA曲线。
 
温度（℃）
图8：黄铁矿、白铁矿、硫酸镁在焙烧期期间的重量变化
A=没有外加剂(预烧过的)
B=加入25%黄铁矿(粒状的)
C言加入50%黄铁矿
D=加入50%白铁矿
E=加入25%硫酸镁(MgSO47H2O)
黄铁矿分解时，差热曲线上出现一个放热峰，但是这个放热峰与另一个相同的有机物的放热峰叠加在一起，因此不易区分。
 
图9：富石英粘土和高含量黄铁矿混合物的差热分析由线
整个焙烧过程中，SO2——SO3气体形成的同时，与在坯体中各种形态的碱金属、碱土金属的化合物反应形成亚硫酸盐和硫酸盐，这是由于SO2——SO3在硅酸盐物质表面的吸附所致，而SO3比SO2在硅酸盐物质表面的吸附有更大的倾向性。从300℃以后在SO2——SO3气体逸出时开始形成硫酸镁；稍晚时形成硫酸钙，形成硫酸镁的成分继续增长至600℃，一直到90O℃它们重新再全部分解。分解出来的大部分亚硫气体再与钙的化合物反应，最大的反应温度是在100O℃左右。新形成的硫酸钙直到1300℃左右才能分解完全，它显著地高于烧结砖瓦的焙烧温度，这就是形成泛霜的主要原因之一，如图10所示：
 
温度（℃）
图10：黄铁矿的分解，硫酸镁和硫酸钙形成与分解的过程
但是在图7所示的更低温度下硫酸盐形成的直接原因是：在焙烧的预热阶段，由于气体中所含的硫酸雾滴(温度下降到“酸雾点”以下而形成)凝聚在冷的砖坯表面上，硫酸与粘土中的碳酸钙、碳酸镁反应生成硫酸盐，其化学反应式如下，

在这种情况下完全可以形成硫酸雾滴，“酸露点”与水蒸汽和硫酸的分压呈函数关系。由经验得知，砖瓦窑炉中的酸露点通常约在130—180℃之间，在某些情况下甚至超过200℃。
在生产实际中也证实了图7所示的情况，如在煤歼石烧结砖中，正火砖的泛霜比欠火砖的要轻。欠火砖泛霜严重时多产生鱼鳞状剥落。这是由于在欠火砖中新形成的和原材料中固有的硫酸盐分解的很少。
不单是原材料中黄铁矿分解出来的含硫气体能够形成硫酸盐，来自于燃料或其它方面的SO2和SO3在窑内也同样可形成硫酸盐。新形成的易溶硫酸盐在达到最终烧成温度前又再部分分解或全部分解，然而低溶解度的硫酸盐仅在高于砖瓦的烧成温度时才分解，大部分低溶解度的硫酸盐(钙)仍然留在产品内，最终产品中十分可能要比干燥前坯体中(或粘土原料中)的SO3含量要高得多，当产品遇水后这些硫酸盐会引起更严重的泛霜。据有关资料报道，在最终产品中如含有0.1%的硫酸钙也能引起严重地泛霜;如含有0.01%的硫酸镁,亦能招致泛霜的出现[1]。使用外加剂还不能够完全阻止以这种形式形成的泛霜。因为这些新形成的硫酸盐有很大可能是在气——固相反应中形成的，而这种类型的泛霜，要比上节所述的泛霜严重得多。内燃掺料用煤歼石的砖，其泛霜大多都与此种原因有关。要完全防止这种泛霜，关键是要彻底弄清楚SO2——SO3气体在硅酸盐物质表面的吸附性态及滞留于制品中的机理。已有的研究成果表明，在高石灰含量的粘土中， CaCO3有滞留来自焙烧气氛中SO3的能力(虽然在原材料中SO3的含量很低)，因而使砖产品出现泛霜。这种形式的泛霜能够由加入足够量的石英或砂以降低CaO/SiO3的比率来预防[10]。
3.3、来自制品外界可溶盐引起的泛霜
除了制品中固有的(包括原材料中及生产过程中新形成的)可溶盐之外，外来的可溶性盐也可能随着水一起迁移到制品的微孔结构内，并在制品干燥时于表面上形成泛霜，如果这种形式的可溶性盐在制品上作用几个月或更长的时间后，在砖的微孔结构中就能够形成盐的结晶，结晶体的膨胀使制品内部产生了巨大的内应力，制品以开裂或剥落的形式被破坏，这种情况在低洼处或盐碱地的房屋基础上是可以看到的。来自外界的能够引起砖砌体泛霜的可溶盐的来源是：海水中的可溶盐、混凝土构件中的氢氧化物和碳酸钙、地下水中的可溶盐、空气中的含硫气体、砂浆中的游离碱——氢氧化钾、氢氧化钠及碱金属的碳酸盐等等。后者在新的建筑物上常常可以看到，主要就是由于砂浆中常见的游离碱引起的。水泥中的游离碱含量差别很大，钾钠总量约占0.02—0.9%；砌墙用水泥的游离碱量约为0.03—0.27%[5]。普通水泥砂浆中，如果水泥含有0.1%的游离碱，砖墙表面即可形成泛霜。但是在建筑物建成后不久，由于砂浆已达到了最终凝结，相应地阻止了水的渗入，所以这种泛霜仅仅出现一次。如果新建筑物墙体完全干燥后，将这些盐洗刷除去，就不会再出现[2，5]。
在砖墙上可能出现的另一类泛霜是由于用过量的盐酸清洗砖砌体，而没有用水完全冲洗干净引起的。盐酸溶液容易腐蚀砂浆缝产生氯化钾的溶液，当KCl作为主要的泛霜物质出现时，就应当在墙体完全干燥后，用干刷子清除，并用清洁水冲洗干净[2]。如果砖本身含有钒化合物时，用盐酸清洗砖墙则可产生蓝绿色的氯化氧钒(VOCl2)结晶出现，造成了绿色的霜斑。
有时由于砂浆和砖之间化学性质上的不同，而产生了碱金属硫酸盐的泛霜盐。这是因为在某些砖的内部硅酸盐物质表面上吸附有硫化物分子，水进入产品的微孔结构后，形成酸溶液。当这种酸腐蚀到砂浆时，从砂浆中溶出的钠和钾离子进入溶液，即产生泛霜。这种情况的发生，是由于砖在冷却或存放时暴露到含硫气体中吸附了硫化物所致。这类产品在实验室试验时常常表现不出来泛霜。
砂浆接缝处的锰污斑也涉及到泛霜问题。坯体中加入二氧化锰，在红色产品上产生了褐色或黑色色调的外观，这是常用的改变表面颜色的方法。但有时会出现褐色的霜斑，在砖的表面形成条纹状，有时在砖砌筑好几周后，砂浆缝处就出现褐色污斑。这种污斑的发展过程由下列四步形成：

二氧化锰加热到588℃时按等式(16)分解。此后，锰的氧化物在高温下的反应类似于铁的氧化物。所有三种锰的高温氧化物(Mn2O3，MnSO4，MnO)在酸溶液中都溶解，其溶解度按给出的顺序增加。在生产实际中，焙烧期间常常用还原气氛增强锰砖的暗色，因此增加了锰的溶解度。等式(17)表示的是在砖内部硅酸盐物质表面上吸附SO3分子产生的硫酸溶中Mn2O3的反应情况，这对其它锰化物也是一样。用盐酸清洗砖砌体表面所产生的结果也是同样的可以引起锰氧化物的溶解，结果使锰的盐溶液扩散到墙的外表面，包括砂浆缝处。与高碱性的含有氢氧化钾 (KOH)的砂浆接触后，就会立即发生中和反应并且出现氢氧化锰的沉淀。最初这种氢氧化锰是一种可见的白色沉淀，但暴露在空气中干燥后，氢氧化锰就转变成为褐色的氧化锰——Mn3O4，这就是砂浆缝褐色污班形成的机理和性质。但多年来使用二氧化锰制造暗色的烧结粘土制品很少出现有褐色污斑。这是由于在较高的温度下加速了锰的反应，特别是在还原气氛中形成了锰铝硅酸盐——锰铝榴矿[Mn3Al2(SiO4)3]，这种结晶相在酸中是不溶解的，因此褐色污斑就不会出现。所以含有锰的坯体的焙烧温度要相应地高一些。
总而言之，除上述防止泛霜的方法外，还可以来用下列方法来防止或减少泛霜：
1、在原材料中加入碳酸钡、氯化钡，这样可将原材料中可溶性的硫酸盐转化成为不溶性的硫酸钡，从而消除或减少这种泛霜物质。但是这种处理方法，对引起泛霜的其它盐类和方式并没有效果。
2、在燃烧的最初阶段要保持完全的氧化条件，并尽量降低窑内气体中的含硫量到最小。
3、尽量避免使用含有过多可溶盐的水或砂浆。
4、在制造的各阶段要尽量避免杂质（含有潜在泛霜物质）的混入。
5、在砖墙表面涂刷硅酮或其它有机硅酸盐物质的溶液，即浸渍法。烧结砖瓦产品用有机或无机溶液浸渍处理，彻底地消除了泛霜的通道。虽然费用较高，但是它是有效的方法之一。
6、砖墙表面出现泛霜后，根据不同情况可以采用刷洗，酸洗的方法来清除掉。须注意的是用酸洗时，特别是对浅色及含锰的砖砌体，洗后须及时清除残留的酸。
4、结论
反映在砖瓦表面上的表面泛白、泛霜这两种缺陷，是受许多因素的影响。这些因素的交替作用使这两种缺陷的形成过程变得错纵复杂，对其机理的分析就变得困难。事实上，这两种缺陷确实是影响到了烧结砖瓦产品的耐久性和声誉。但是把这两种缺陷的形成都错误地归因于砖，则是不符合实际情况的。然而这些因素中最主要的是产品本身在制造过程中形成的潜在的可溶性物质。除了在原材料中含有的可溶性盐外，更重要的是由于含硫内燃掺科和含硫燃料的使用，原料中硫酸盐、黄铁矿的分解、氧化使干燥环境中及焙烧窑炉中形成了含硫气体，如SO2——SO3气体或形成硫酸雾滴，与原材料中的碳酸盐成分反应形成可溶性盐类。在干燥介质中甚至有千分之几的含硫气体也会引起表面泛白，这种泛白或泛霜最难消除。因而很有可能在最终产品中SO3的含量要比原材料中的高得多。这些新生成的可溶性硫酸盐在砖瓦产品的最大烧成温度下，只有部分分解，其中一部分仍留在产品中，在焙烧阶段的冷却带仍可产生SO2——SO3气体吸附在硅酸盐物质表面，当遇水后形成腐蚀性的硫酸，溶解各种晶相或玻璃相中的镁、钠、钾等而造成泛霜。因外界条件不同，也可能引起其它可溶性盐而造成泛霜。上述这几种过程并不是截然独立进行的，如CaSO4、MgSO4可形成表面泛白，而在焙烧中分解或部分分解，又可在冷却期间吸附SO2——SO3气体,形成泛霜的可溶盐，而高石灰质粘土中的CaCO3也有滞留焙烧气氛中SO2——SO3气体的能力，在最终产品中形成CaSO4而引起泛霜。
在焙烧燃料的选用上，避免使用含硫高的煤，可能是大多数砖瓦厂应特别注意的事情。这不仅仅是关乎到泛白与泛霜问题，而且也涉及到排放烟气中SO2指标是否达到国家允许的排放标准，是否对环境构成了污染。大量使用煤矸石的砖瓦厂，建议最好对所用煤矸石中的全硫量进行定期监测，以便在生产中及时采取相应的预防措施，以免造成产品上墙后出现严重泛霜。生产高档装饰产品时，也应对自己所用原材料中的硫酸盐、硫化物（黄铁矿、白铁矿）、碳酸盐进行定期测定，对所用燃料中的含硫量要有其最高限定值的要求。
泛白与泛霜是复杂的物理化学过程，涉及从原材料始到制造的全过程，一直延伸到使用中的诸多因素。此外，还与所用燃料、水质有关。

二、石灰爆裂：在砖瓦行业最怕的就是生石灰爆裂，现在的砖瓦制作技术要求原材料中的氧化钙值含量应该是多少?
答：氧化钙含量多少在一定范围内与石灰爆裂没有必然的联系，而是碳酸钙（矿物名称为石灰石）以何种形式存在于原材料中才是最重要的。笔者曾作过的研究并在德国《国际砖瓦工业》上发表的《高钙质原材料制造烧结砖研究》的情况简单介绍如下：
实例一：四种原材料的化学成分

四中原材料的矿物成分

烧结后样品的石灰爆裂状态
钢渣样品，强度很高无爆裂:

实例二：为了进一步验证石灰石存在形态对爆裂的影响，特采取了含块状石灰石的煤矸石进行了进一步试验。该煤矸石的化学成分如下：

    对该种煤矸石分成两组，一组全部粉碎通过0.9mm筛，另外一组全部粉碎通过0.5mm筛，烧结之后的样品：通过0.9mm筛的一组样品全部爆裂，通过0.5mm筛的一组完好，且强度较高。

烧结之后的煤矸石样品的爆裂与非爆裂状况
   上述情况充分说明烧结之后产品是否会出现石灰爆裂，在一定范围内并不取决于原材料化学分析中的氧化钙含量，而是与含钙矿物——石灰石在原材料中的存在形态有着非常重要的关系。钢渣、粉煤灰中的氧化钙以高度分散的极细粒子状态出现，在焙烧过程中能很好地与其他硅酸盐、铝酸盐等矿物发生固相反应，转化成为其他的矿物，不是石灰了，就不会出现石灰爆裂。而在上述的页岩、煤矸石中，虽然化学成分分析中的氧化钙含量均7%以下，但是，这些钙质矿物却是以团块状存在，在原材料制备过程中，由于石灰石块的硬度较高，不能完全被破碎到0.5mm以下，烧结之后以一种过烧生石灰的形态保留在了产品中，遇水或潮湿空气时就会爆裂。小于0.5mm的石灰石颗粒在产品内会与其他颗粒发生固相反应，即就是没有反应，由于其颗粒小，所产生的爆裂力相对较小，不足以破坏产品，所以也就不会出现爆裂。以上的研究结论也得到了国际上同行专家们的认可。前苏联时期的苏联砖研究所，在上世纪七十年代末出版过一本《高石灰质原材料制砖》的一本书，该书中就提到了在条件许可的情况下，原材料中的氧化钙含量可以达到35%;而且也提到利用氧化钙和三氧化二铁在原材料中所占比例的不同，可以改变制品的颜色,有时还专门加入氧化钙。
   对于原材料的石灰石存在形态简便的判别方式：利用5%的稀盐酸溶液，对块状煤矸石或是块状页岩（或页岩中的夹杂物），或是黏土中的块状夹杂物进行滴定。如果滴定时发生反应冒出大量气泡，对此就必须高度注意。
但是在实际生产中，无法做到将块状石灰石破碎到0.5mm以下。应急处理的方法就是，将刚出窑之后的成品砖，用水浸透，使声生石灰颗粒在短时间内与水充分反应，形成石灰浆体，即可避免爆裂。实际上已有煤矸石砖厂就这样做了，效果很好。

三、码放方式的中缝，边缝留多少最合适？
这是一个很重要的问题。根据国外最近的研究，并从传热的效果考虑，在焙烧中引入了环流（Peripheral Flow）和穿流 (Through Flow) 的概念，环流是指焙烧中通过坯体外围流过的气体；穿流是指焙烧中通过砖的孔洞或坯垛中孔洞流过的气体。从热工方面讲，这种概念是建立在坯体与传热面积的增加上，其中也包括着热交换的过程和坯体中传导传热路线的有效降低。下表给出了几种常见的烧结制品计算的环流和穿流存在时的热工数据。从下表中可以看出具有纯环流时的垂直多孔砖仅有着0.023m2/kg的传热面积，其有效传热路线长度是13.8cm。具有纯环流的垂直多孔砖的单位传热面积还没有实心砖的高（0.028 m2/kg）。表面看来垂直多孔砖是很难烧结的产品，但是垂直多孔砖穿流的单位传热面积却增加到了0.11 m2/kg，其有效传导传热路线长度减少到了0.5 cm（减少了96%）。
常见的几种烧结产品的热工数据

具有较大的传热面积和较短的传导传热路线，其焙烧才能够容易进行，才能够缩短焙烧周期。某地两条4.6M的一次码烧隧道窑，焙烧非承重空心砖，年产量达到近1.0亿，其最主要的原因就是码垛的方式允许坯体孔洞中通风。
坯垛的码放形式与加热的方向也有关系，例如：侧面加热（Side fire）时，应码成空心坯垛或是中部留有较大的通风道，以便中部通风流畅；顶部加热 (Top fire)时，在坯垛下部，即窑车面上设置空心烟道砖，以便提高坯垛下部的温度。
边隙对坯垛穿流和传热的影响（或是对产量的影响）
   所谓边隙（Edge gap）是指窑墙和窑顶与坯垛之间的距离。根据德国Stefan Vogt 和Regina Vogt的研究认为边隙对隧道窑的焙烧是非常有害的，甚至将其描述成为隧道窑中的“邪恶点”。据测定边隙较大的隧道窑中，超过90%的气体在通过边隙流动，大量的气体没有与坯垛进行充分的接触就被排出。随着边隙的减小，坯垛中的流量增加，其传热效果得到增强，坯垛中的温差降低，产量提高，同时质量也得到了改善。Stefan Vogt 和Regina Vogt计算了边隙从0 ~ 20 cm变化时对产量的影响，结果表明，边隙从20 cm降到5 cm时其产量几乎增加了一倍。因此他们提出了无边隙焙烧的隧道窑的概念。大断面隧道窑的边隙应限定在8 cm以内，最好在5 cm以内（西欧的研究发现，当坯垛与窑墙的间隙为4cm时，空气与砖的比才能接近较理想的状态）。较大的边隙使大量气流从边隙通过，减少了坯垛中穿流气体的量，使传热效果降低，加大了坯垛中的温差；同时由于边隙中的流速高，容易使冷空气侵入窑内，如果窑的密封性差时，会使大量的错误空气进入窑道，严重影响着产品的质量，加大了焙烧周期。（其实例就是原天津国环，数条6.9米宽的隧道窑建成之后靠窑墙两侧一直在出欠火砖，而且产量也一直提不起来。原先认为是窑墙保温不好。但是仔细检查后发现，是由于坯垛边隙过大，将边隙从15cm左右降到10cm以内时，欠火砖就没有了，产量也得到了提高。）
码坯形式对隧道窑内气流分布的影响
根据上述概念及西欧目前提倡的作法，无论码成何种坯垛形式，就是要让气流尽最大量的穿过坯垛中间或是砖的孔洞，尽量减少边隙，增加坯垛的有效传热面积，缩短传导传热路线。这种作法不但有利于预热和焙烧，而且也有利于冷却。不同的码坯形式，对整个窑的断面上气流分布的影响很大，例如某地的测定证明，窑的边隙大于15cm以上时，只有5%的气流能从坯垛中部穿过，而95%的气流从边隙和坯垛周围流走了。现在某些煤矸石空心砖厂，为了避免在砖的条面上产生“压花”等缺陷，将多孔砖孔洞向上两块叠码的坯垛形式，是非常不利于传热和减小坯垛的温度梯度码坯形式。（从坯体烧结的原理上讲，在坯体出现液相之前，坯体中所有的可燃物都应该燃烧完毕。一般砖瓦坯体焙烧中出现液相的温度约在850℃左右。也就是说在850℃到最高烧成温度这一段，应由另外的燃料来补充加热，而不能将坯体中的未燃内燃料带入最高烧成温度段。将内燃料带入最高烧成温度段，对产品的质量非常有害，例如产品的抗冻性就无法保证。如果真正按照这一焙烧原理设计、建造、操控隧道窑，也许压花的现象就消除了，焙烧的周期将会大大缩短，产品的质量也会提升档次）大断面隧道窑中码坯的原则首先需从坯垛的热工性能最佳化上去考虑，其次才是坯垛的稳固性。具体来说应考虑下列问题：
（1） 坯垛具有尽可能小的边隙；达到40mm为理想状态，最大不应超过80mm;
（2） 具有非常好的传热性能，允许坯垛进行有效的加热和冷却，有尽可能小的传导传热路线和大的有效传热面积；
（3） 尽可能减少坯垛中（或是一块砖）的温度梯度，让温度梯度仅在砖的肋壁厚度中出现。这样一来，由于热应力引发裂纹的危险性也就大大降低了，同时在焙烧和保温阶段的温差也会最小化；
（4） 砖坯暴露的表面（含孔洞内表面）上所经受的气流速度尽可能是恒定的，或是均衡的，这样氧气就能够均匀地输送到砖坯的表面，使其在坯体中的有机物质的氧化能均衡地进行，同时也可使坯体中的反应产生的气体尽可能快地被排走；
（5） 坯垛之间通风道的尺寸选择应适当，最大不超过240mm。 坯垛间有较大通风道时，易于在坯垛中形成较大的温差；
（6） 坯垛前后（含在不同窑车上的坯垛）应对齐。因每当一个窑车被顶入窑道后，其坯垛就起着对后面坯垛气流分布的整流作用，如前一个坯垛错位，必然要影响后面坯垛中的气流量。
从热工性能上讲，高孔洞率空心砖较好的码坯形式是单坯交错多层叠码，尽可能小的边隙，且孔洞应顺着窑内气流的方向。因这种坯垛形式的热工性能好，可大幅度提高产量，由于坯垛中温差小，也有利于提高质量。非常明显，这种坯垛形式要比坯垛周围有较大通风道的1.0×1.0 m 基本坯垛的热工性能好的多，具有较大通风道的坯垛焙烧中也不好控制。但是单坯交错多层叠码也有缺点，例如气体流经这样的坯垛时，其压力损失要比其它坯垛大，所以对窑的密封性要求也高，特别是窑门的密封与车下密封；另外上述传热机理是建立在气流通过砖的孔洞或是坯垛中通道的基础上，因此对某些特殊形状的产品不适应。对二次码烧的坯体还存在着合理码高的问题，特别是高参量粉煤灰砖坯。
坯体形状对加热和冷却速率的影响
坯体的形状现显著的影响着传热过程和温度的分布，例如高孔洞率的空心砖与实心砖；较大尺寸的砌块与较低孔洞率的多孔砖等。孔洞率高和孔洞尺寸大的坯体更容易快速加热和冷却；而烧结程度较高，孔洞率低且孔洞尺寸小的坯体其加热和冷却速度相对就应慢一些。外形尺寸越大的坯体，越要注意温度的均匀性。
坯体本身传热性能对加热和冷却速率的影响
在加热坯体过程中，坯体的温度是由表面至中新逐渐提高，冷却过程反之。毫无疑问，用同样的热量加热不同的物体，热容量愈小的物体温度增加愈高；导热系数愈大的物体，传热速度愈快。因此由导热系数、比热和坯体密度所决定的导温系数对加热和冷却速率有显著的影响。导温系数的表达方式如下：
                   κ=  λ/ρс                       （12）
式中：κ---导温系数[m2/h]；λ---导热系数[W/mk]；ρ---密度[kg/m3]；
      с---比热[W/kgk]
上式表明，导温系数大的坯体其加热和冷却的速度就可以快，反之亦然。例如高掺量粉煤灰砖由于粉煤灰颗粒轻而导致其坯体的导热系数小，其导温系数也小，加热和冷却就应慢一些，特别是在冷却阶段。导温系数随温度升高而变大。

四、陈化仓的作用是什么？
陈化库（仓）的主要作用就是：陈化的目的，就是将粉磨至所需细度的原料加水浸润，使其进一步疏解，促使水分分布均匀。这不但可以改善原料的成型性能，而且可以改善原料的干燥性能，提高制品质量。
陈化一般在陈化库中进行。陈化库应力求密封，不要搞敞开式，因为这样做会使原料堆表皮水分蒸发，造成内、外水分不均匀。
经陈化后出料一般用多斗挖掘机，该设备可做到先进库的料先出，后进库的料后出，较合理；亦有用装载机的，装载机的优点是灵活，但应注意不要使新、老料混在一起运出；还有的厂以人工架子车出料的。
煤矸石砖厂普遍反映：经陈化3~6天的料，塑性指数提高了1.5~3，干燥和焙烧废品率明显降低了。
陈化库还兼有中间储料、缓冲作用，不至于因一台设备出故障而“一停全停”，对维持连续正常生产提供了不可小视的保证。

五、隧道窑和轮窑各有什么优势，一次码烧和二次码烧该如何选择？
    从发展的眼光看，轮窑已经没有什么优势可言。台湾地区已经建起了一个砖瓦博物馆，将轮窑保护起来，作为了文物在展览。南韩、日本在前20年左右都已经没有一座轮窑在运转了，西欧北美更不用说。仅在英国还有一两座轮窑和围窑在运转，其目的是生产仿古产品。如同我国某些地区生产仿古砖瓦而用的土窑一样。但从生产热耗来说，设计、建造、控制很好的隧道窑，其热耗指标是低于轮窑的。从耗电指标说，是高于轮窑的。但是，社会的发展就不能说现在耗用石油、煤炭、天然气等化石燃料，引发了全球气候变暖，而让人们再回到无电的“蜡烛”时代和“马车”时代去。
选择一次码烧工艺的原则
众所周知，选择一次码烧或是二次码烧生产工艺的原则，首先是与原材料的性能有关。而原材料的制备、成型、干燥、焙烧性能以及最终产品的性能不仅取决于原材料在自然界存在的状态，而且更重要的是取决于原材料所含的矿物成分、颗粒尺寸分布等。无疑，这些特性都与一次码烧或是二次码烧的生产工艺选择有关联；其次，烧结砖瓦行业最大特征之一就是要使用各种各样类型的、不同性态的原材料来生产出同一个国家标准中规定性能的产品。所以，生产什么类型的产品，与一次码烧或是二次码烧生产工艺的选择关系极大；第三，无论是一次码烧还是二次码烧生产工艺，都对所选用的设备有特定的要求。例如一次码烧工艺要求挤出的坯体应具有较高的湿强度，这就对挤出设备的选择有了限定的范围（半硬塑挤出成型或硬塑挤出成型）。现对一次码烧工艺的选择原则简述如下：
1．根据原材料的自然含水量（挤出成型含水量）来选择
如果某种原材料的自然含水量过大（例如江河湖泥）就不能采用一次码烧的工艺。因为自然含水量过大的原材料，目前情况下要将其脱水到能够满足一次码烧工艺要求的成型含水量，将是一个非常不经济的、不可行的过程。
此外，原材料自然含水量高时，即便使用具有较高挤出压力的成型设备，也无法挤出具有较高强度的、能够满足一次码烧工艺要求的坯体，也容易引起坯体在干燥室内受热软化而坍塌，也极有可能因坯体湿强度低而压坏了下层的坯体。
第三，由于一次码烧的隧道干燥室相对于二次码烧工艺的（单层或分层码坯）的干燥室来讲，其干燥的条件（脱水的难易程度）远不如后者。此时如果由于坯体中含水量过高，势必加大了一次码烧隧道干燥室的工作强度（就是在单位时间内要脱去更多的水分）。如果此时干燥不充分，坯体中残留含水量过大，在进入焙烧隧道窑的预热带后，由于急剧受热坯体中水分会直接形成水蒸汽，强大的水蒸汽分压会引发坯体爆裂（放炮），导致窑车上坯垛的倒塌，而爆裂或倒塌的坯体一旦落入坯垛和窑墙的空隙之间，则极有可能引起窑车上坯垛的连续倒塌，严重者会阻塞窑车的正常运行，这种情况在实际生产中屡见不鲜。
第四，坯体成型含水量过大的坯体，其干燥收缩也相应增大，在一次码烧隧道干燥室中本身气流分层、温度分布差别就严重的情况下，也易于造成坯体收缩不均匀，增大了裂纹出现的概率。
实际生产中也经常会发现，当成型含水量超过20%（干基）时，一次码烧的干燥过程出现故障的概率就大得多，不是窑车上坯垛倒塌，就是坯垛下层坯体被压坏（裂），再有就是干燥后坯体中残留水分过大，进入焙烧隧道窑后易于炸裂（放炮）。这些现象也说明：一次码烧工艺对坯体成型含水量有着一定的限度。
2． 根据原材料的干燥特性来选择
原材料的干燥特性不仅取决于坯体含水量大小，实质上也取决于原材料所含的矿物成分以及颗粒尺寸的分布范围等许多因素。现在行业内对原材料干燥性能的评价有两个基本指标,即干燥线性收缩率和干燥敏感性指数。
A．干燥线性收缩率
干燥收缩是挤出成型生产中的必然现象，干燥收缩率大的坯体，在干燥过程中容易产生缺陷。
干燥收缩形成的过程是：充满于坯体微气孔中的水分，干燥时出现水的蒸发和毛细管里水的表面张力增大，而导致体积上的压缩，因此表现在尺寸上是缩小的过程，这一尺寸缩小过程一直延续到坯体中颗粒之间直接接触发生磨擦为止。当颗粒之间的摩擦力大于毛细管中的表面张力时，收缩停止。此时坯体的平均含水率达到临界含水率。收缩停止后，继续排除水分，仅增加坯体的孔隙率，因为水是从微毛细管中排出。
所以在通常情况下，可适用于一次码烧的坯体混合料的线性干燥收缩率不大于5%。5%的线性干燥收缩率看似不大，须知，干燥过程中坯体的体积收缩率则近似等于3倍的线性收缩率。
B．干燥敏感性指数
坯体混合料（意思指多种材料的掺配）的干燥敏感性应该理解为坯体在干燥收缩阶段出现裂纹的倾向性。干燥敏感性高的坯体混合料即使在低速干燥时，也会出现裂纹。坯体原材料的干燥敏感性取决于混合料中矿物组成、颗粒尺寸分布、干燥收缩率、坯体的机械强度、微孔的特征和尺寸大小、坯体中颗粒表面碱金属阳离子的含量以及坯体的温度、初始含水率等一系列因素。干燥敏感性指数大于1.2的坯体混合料，就不适宜于采用一次码烧工艺。
C．干燥敏感性以及干燥收缩的评价
在世界烧结砖瓦行业范围内，为了能够更好地反映出塑性坯体的干燥敏感性，有多达十几种测定干燥敏感性指数的方法。国内行业中惯用的测定干燥敏感性指数的方法来源于前苏联时期，即1954年由前苏联的契日斯基（ЧИЖСΚИЙ А.Ф.）提出以坯体干燥处于收缩状态下的含水量范围（干基）同临界含水量的商作为干燥敏感性指数，即：
  Kc=(W初—W临)/W临
但是契日斯基最初提出的干燥敏感性指数划分标准为：
低干燥敏感性原材料： Kc < 1.2；
中等干燥敏感性原材料：1.2 < Kc <1.8；
高干燥敏感性原材料：Kc >1.8。
这一指数愈大，表明干燥过程中收缩阶段（易产生变形和裂纹的阶段）愈长，对干燥愈敏感。可见，这是一种确定干燥敏感性的间接方法。
我国砖瓦行业在实际使用中将上述划分标准逐步简化为：
低干燥敏感性原材料： Kc < 1；
中等干燥敏感性原材料：1 < Kc <2；
高干燥敏感性原材料：Kc >2。
而这种评价坯体干燥敏感性方法最初的针对对象是颗粒分散程度较高的黏土原材料。而对于国内现在大量使用的煤矸石或页岩原材料来说，这种评价方法有着非常大的易变性！众所周知，页岩或煤矸石原材料是依靠颗粒尺寸减小到一定的程度（习称“粉料”）之后，才能产生塑性。换句话说，其干燥敏感性指数也会随着能够产生塑性的“粉料”含量多少而在变化。例如煤矸石、页岩这类原材料的可塑性的高低，是依靠加工破碎，使其颗粒尺寸的减小到一定程度后，加人水分后颗粒的疏解(陈化)等来实现的，并在加工处理过程中是可变化的。如果将富含伊利石的硬质页岩或煤矸石磨细到足够细的程度(如水泥的细度)，其可塑性指数有可能会达到很高的程度，成型含水量和干燥收缩有可能比常见的黏土材料还要大，干燥敏感性指数也会随之而变化很大，这完全与普通制砖黏土不一样。普通制砖黏土所具有的可塑性指数是相对稳定的，而这类依靠破碎加工处理使颗粒尺寸减小而获得可塑性的材料，其可塑性指数、干燥敏感性指数在加工处理过程中是可变的。笔者曾做过如下的试验研究：例如某种煤矸石在试验室中全部粉碎到0.9mm以下时，按照土工试验方法，对其可塑性指数测定，可塑性指数仅为7.2%，但是加入40%的过火矸石后(基本上无可塑性)，其混合料经加水搅拌、陈化、细碎对辊机、真空挤出机后，其成型后小试样的可塑性指数竟达到了10.5%；又如某地的页岩，在试验室中全部粉碎至0.9mm以下时，按土工试验方法测得的可塑性指数为8.4%，但是加人40%(重量比)的粉煤灰后，经加水搅拌、陈化、细碎对辊机碾练，真空挤出机挤出后的小试样的可塑性指数竟达到了9.5%。按照土工试验方法经过再验证试验后仍是如此，这就充分说明了目前砖瓦行业沿用的土工试验方法不能正确地反映出煤矸石、页岩这类原材料在加工、处理、成型中物料的特性。为了进一步证明页岩(或煤矸石)这类原材料依靠颗粒尺寸减小而获得塑性的事实，在实验室中对石家庄附近某地的同一种半硬质页岩，将其分为两组进行粉碎。一组为全部通过0.9mm筛；另一组为全部通过0.5mm筛。而这一同样矿物组成的页岩，仅因粒度不同，其可塑性指数的差异很大，一为4.8%（0.9mm）；一为8.9%（0.5mm）。为进一步验证这种现象，又将这两组分别粉碎的页岩原材料按不同比例掺合在一起，测定其可塑性指数、干燥线收缩率和干燥敏感性指数，测定结果见下表。
同样一种半硬质页岩不同粒度的混合料的物理性能*
掺兑比例（%，重量） 液限（%） 塑限（%） 可塑性指数（%） 干燥敏感性指数 干燥线性收缩率（%）
0.5mm 0.9mm     
10 90 17.3 12.3 5.0 0.47 1.94
20 80 17.6 11.7 5.9 0.68 2.06
30 70 18.3 12.1 6.2 0.66 2.12
40 60 19.0 12.7 6.3 0.76 2.32
50 50 19.8 13.4 6.4 0.87 2.34
60 40 19.0 11.8 7.2 0.85 2.66
从表中可明显看出，随着混合料中0.5mm以下颗粒组分的增加，混合料的可塑性指数、干燥敏感性指数及干燥线性收缩率均有增大的趋势。这就充分说明了用土工试验方法不能够完全对页岩、煤矸石等依靠颗粒尺寸减小而使塑性变化的原材料的性能进行正确地评价。
直到现今，仍然没有统一的用于实验室的对可塑性测定的方法，因为可塑性是许多复杂性能的综合表现，例如粘度、顺应或是抵抗成型的能力、膨胀性能及粘结能力、所需搅拌含水量等。然而在所有这些因素中最重要的特征是达到特定塑性性能的含水量。从现已发表的研究文献看，测定原材料可塑性的方法多达几十种。现在我国砖瓦行业中沿用的表述可塑性的方法是1911年由瑞典人阿特博尔格(A、Atterberg)提出来的，以黏土呈塑性状态时的含水量范围来表示，称为可塑性指数，其值等于流限和塑限之差。流限(flow limit)又称液限，是黏土进人流动状态时的含水量；塑限（plastic limit）是指粘士刚能被滚搓成直径为3mm细泥条时的含水量。根据这一方法，按可塑性指数将黏土分成为：高可塑性黏土>15%；中可塑性粘上7%1~15%；低可塑性黏土<7%。这种方法多年以来广泛用于土壤学，工程地质学等部门。我国砖瓦行业虽说使用了多年，但仅是针对软质、分散的黏土原材料而言。对煤矸石、页岩等这些靠颗粒尺寸减小而获得塑性的材料来讲，使用这种方法时有着很大的偏差。阿特博格数值提供了黏土原材料在可塑性范围的信息。此处有塑性下限和塑性上限之分，塑性下限是指从固态转变成为塑性状态时的含水量；塑性上限是指从塑性状态转变成为液态时的含水量。这两种含水量之差被描述为可塑性指数。在土力学（土壤学）的实际应用中，塑性下限的测定是向黏土中逐步加入水，揉搓成为直径约3毫米的泥条不再出现碎裂时的含水量。塑性上限是指在黏土中继续加水液化，其标志是在短时间内以黏土悬浮液形态存在，其后再次凝集但没有变形出现。此段描述可看出阿特博格塑性指数本来其测定就是很粗放的方法，完全靠经验来做，可信度的确不够，同样的原料会因测定人员不同而得到不同的结果。实践中也证明，已知同一种可塑性指数、干燥收缩率、干燥敏感性指数的黏土原材料，由于加工处理过程中含水量、加工处理工艺等的影响，所表现出来的干燥性能也就大不一样。例如江西某厂黏土原材料的可塑性指数为13.7，流限为44.4，其干燥线收缩率为7.18%；而湖南某厂黏土原材料的可塑性指数为13.5，流限为39.8，其干燥线收缩率为4.42%。仅干燥线收缩率就相差悬殊。因此，仅靠阿氏可塑性指数来判断某种原材料是否适应于一次码烧工艺显然是不够充分的。因为就是两种可塑性指数非常相近的黏土原材料，而仅流限的不同所反映出的干燥性能就有很大的差异。
顺便提及，无论是煤矸石、页岩还是黏土，所含的矿物成分，特别是黏土矿物成分对干燥性能的影响占第一位。这里仅对烧结砖瓦行业频繁遇到的个体黏土矿物对干燥性能的影响简要叙述如下：
与黏土矿物有关的干燥收缩范围见下列（格利姆—Grim，1962）：
高岭石：干燥线收缩率为3~10%（无序高岭石的干燥收缩率处于上限范围内，这是烧结砖瓦原材料中所期待的矿物）；
伊利石：干燥线收缩率为4~11%；
蒙脱石：干燥线收缩率为12~23%。
蒙脱石在干燥后会很快吸收大气中的水分，从而引起了坯体的再次吸湿膨胀，这种坯体在焙烧窑内如果预热（干燥）太快时，常常会爆裂为碎片。
焙烧收缩大约为：
高岭石：     2~17%
伊利石：     9~15%
蒙脱石：       20%
从以上分析可说明，可塑性、干燥收缩、干燥敏感性的高低，与黏土矿物的颗粒尺寸的关系极大，例如，假设某种黏土中所含的黏土矿物种类和总量与某种页岩所含的黏土矿物的种类和总量完全相同的情况下，由于黏土中黏土矿物颗粒分散的很均匀，而且很细小，用土工试验方法测得的可塑性指数就要高出页岩很多。如果将页岩充分地粉碎使页岩中的黏土矿物达到像黏土中所含黏土矿物颗粒的细分散状态，有可能用土工试验方法测得的可塑性指数会与黏土的相近。但是实际生产中是无法做到的，从而使得煤矸石、页岩这样的原材料，在生产加工、处理过程中，可塑性、干燥收缩、干燥敏感性指数的波动很大。究竟用什么方法来描述和比较这类原材料的干燥性能呢？首先应对这类原材料破碎后的颗粒尺寸组成要有所限定，根据美国多年用页岩生产砖瓦的实践和研究认为：页岩粉碎后能够提供塑性的颗粒尺寸为0.053mm(270目筛)以下的颗粒。并认为页岩破碎后应有三种级别的颗粒级配：（1）饰纹性粗颗粒应占有：0~30%(颗粒尺寸一般为1.2~2.4mm，有时可达9.5mm。不做粗颗粒饰纹时可不用)；（2）填充性颗粒应占：20%-65%(1.2~0.053mm，这部分颗粒的功能是限制坯体产生过渡的收缩、裂纹、变形)；（3）塑性颗粒应占：35%~ 50%（0.053mm以下）。这就向我们指明：无论是页岩还是煤矸石，粉碎后小于0.053mm以下的塑性颗粒的最小限度。已往在没计中提出的小于1mm，或是小于0.5mm以下的颗粒占多少，是一种很不准确的说法。假如将某种煤矸石全部粉碎成为1mm等径的颗粒，有可能这种物料就没有可供成型使用的塑性。对煤矸石、页岩等这类材料测定其可塑性前，应将原材料粉碎后测定小于0.053mm颗粒的含量，并应将这一组分的含量控制在40%以上。这一限定数值，也可以用作工厂设计时没备选型的依据和产品质量控制的基本要求。另外，因这类依靠颗粒尺寸减小而获得塑性的材料，在生产过程中，要经破碎、搅拌加水、陈化、碾练、抽真空处理等过程，每经过一道工序，其颗粒尺寸都在减小，或因水的作用而颗粒疏解，其可塑性会得到逐步提高。因而，对这类原材料可塑性、干燥收缩、干燥敏感性的测定，除在粉碎后限制小于0.053mm颗粒组分大于40%的情况外，应在挤出机出口处取样测定其可塑性、干燥收缩和干燥敏感性，或是采用其它评价方法。
由于缺乏对坯体原材料干燥性能正确评价的方法，要想判断某种原材料是否可用于一次码烧工艺时，排除工艺设备的因素外，最好是由信誉程度好的有关专业机构进行专门的原材料干燥性能检验，因为一次码烧工艺更讲究其干燥过程。
D.干燥性能的调节改性
如果原材料干燥性能不能满足上述条件时，可以在原材料中掺入瘠性材料来改变其干燥敏感性和干燥收缩，使之达到上述的要求，如加入煤矸石、页岩或其他类型的瘠性材料。
在干燥过程中，坯体开裂是限制干燥速度的主要原因。对于人工干燥坯体，单从干燥介质的温度、湿度和流速方面着手解决干燥裂纹问题效果不大，特别是在干燥周期短的情况下。造成坯体开裂的原因是坯体内外层含水率相差过大，干燥收缩不一致。可见坯体水分内扩散速度是决定砖坯干燥质量和干燥周期长短的根本原因。在国内一次码烧工艺的生产线中还没有采用对混合料进行热处理的措施。笔者提出：在条件许可的情况下，也可以采用热成型的方法来改善坯体的干燥性能。
通过对混合料的热处理，可以提高坯体内水分扩散速度。混合料经过蒸汽热处理成型后，随着坯体温度的提高，坯体湿传导急骤增加。所以，坯体采用热挤出成型时有如下几个方面的优点：
（1）可将干燥时间缩短15～42%。包括加速坯体内扩散速度和节省坯体在干燥室内加热的时间。
（2）可提高干燥质量。因坯体加热成型时，坯体各部位干燥均匀，在干燥介质的温度、相对湿度和风速等波动较大的情况下，可减轻干燥裂纹的出现。
（3）可在动力消耗不增加的情况下降低成型水分。
3． 根据拟生产的产品类型来选择
“一次码烧”工艺，就目前国内可配置的机械设备而言，多一条生产线上要生产多品种、多规格的产品来说，还是有很大的制约性存在。例如现有码坯设备，对于多品种、多规格产品的码放就有着很大的限制性。
改扩建或建立新的生产线之前，应该对拟生产的产品类型做出正确的评估，要生产高孔洞率的空心产品时，例如保温隔热砌块或是非承重空心砖，如果选择“一次码烧”工艺就会有更多的风险，最好是采用“二次码烧”工艺，采用单层坯体干燥的方式，因为孔洞率高、块体大、整体是强度相对较低，在湿状态下很难码高；其次，由于块体大的产品，干燥中干燥收缩的绝对值也较大，如果相互叠码在一起，极易出现裂纹。有时，为了生产多种颜色、多种规格的清水墙装饰砖，也为了保证使用面（装饰面）的完全性，最好也选择“二次码烧”工艺。
如果只生产普通实心砖、承重多孔砖或是简单孔洞形状的空心砖时，在原材料性能满足的情况下，可以采用“一次码烧”工艺。
4． 根据所选用的成型工艺设备来选择
    一次码烧对坯体的湿强度有一定的要求。因此需要使用实际挤出压力较高的挤出机。
另一种值得注意的情况是：在页岩和煤矸石等硬质或半硬质的原材料破碎中，由于选择的破碎设备或工艺不恰当，使破碎后的物料的颗粒尺寸分布范围很狭窄，或是可产生塑性的颗粒太少。造成的直接后果是坯体强度差，或是成型困难，或是烧结后产品的抗冻性不好等。因为颗粒级配不合理时，导致了坯体中的颗粒不能达到最紧密的聚集状态。
虽说如此，自从1906年国内出现一次码烧工艺到现在100多年期间，特别是从上世纪六十年代到九十年代期间，行业内很多有识之士，通过大量的实践经验总结出，如果干燥线性收缩率大于5%以及干燥敏感性指数大于1.2的坯体混合料，就不适宜于采用一次码烧工艺。如果在原材料发现有较高比例的蒙脱石矿物存在时，采用一次码烧工艺更应当慎重。
上“一次码烧”工艺是有条件的（如原材料性能、产品种类、设备选用等），而“二次码烧”工艺可以说是适应于任何条件的（当然是在合理的条件下）。例如在有关书籍文献中20年前就已经提出了“一次码烧”要求采用湿坯强度较高（按照贯入度仪测定的坯体硬度值至少应在2.0以上）、坯体收缩率较低（线性收缩率在5%以下）的原材料。当然还有其他要求。上述选择原则同样适用于移动式隧道窑，因为移动式隧道窑是建立在一次码烧工艺的基础之上
（挤出坯体性能评价方法：贯入度仪，已经通过西欧的朋友9月份带来。无论谁家的挤出机，用该贯入仪在刚挤出的新鲜坯体上或泥条上插一下，就知好坏）

六、原材料中所含的各种矿物质成分对焙烧有何影响？
在地壳中由各种地质作用所形成的天然化合物或单质叫做矿物。矿物具有相对稳定的化学成分、确定的内部结构及物理性质。因原材料是由各种矿物所组成，所以原材料中各种矿物组分称之为矿物成分。原材料中各矿物存在量的多少对焙烧性能的影响极大，在很大程度上决定着产品的性能。烧结过程改变了原材料中的矿物成分，形成了新的矿物相。反过来讲原材料中的矿物成分又在在很大程度上影响着烧结过程，因而矿物成分的测定可定性的预示出烧结特性的趋势。矿物成分的测定常用X-射线衍射法，红外线光谱法，电子扫描显微镜等，辅以化学分析和热分析方法；最先进的测定法方法是原子力显微镜。在烧结砖瓦原材料中常见的矿物有：
高岭石（Al2[Si2O5](OH)4）、伊利石（K0.6[Mg0.2Fe2+0.3Al1.5][Al0.6 Si3.4O10](OH)2）、  蒙脱石（X+0.3[Mg0.3Al1.8][Al0.3Si3.7O10](OH)2）、绿泥石（[Al,Fe2+,Mg]6[(Al,Fe3+,Si)4O10](OH)8）、石英（SiO2）、方解石（CaCO3）、白云石（[CaMg]CO3）、石膏（CaSO42H2O）、黄铁矿（FeS2）、碳（C）、闪石类、金红石（TiO2）、赤铁矿（Fe2O3）、菱铁矿（FeCO3）、针铁矿（FeOOH）、叶蜡石(Al2[Si4O10](OH)2)非晶相（玻璃体等）、长石类、云母类、有机物质等；在粉煤灰中还有：莫来石（Al2O32SiO2）、方石英以及大量的非晶相等。
1．2常见矿物成分对烧结性能的影响
为了更好的说明和评价各种矿物对烧结性能的影响，下面简述常见的矿物及其烧结性能：
（1）高岭石。在原材料中的高岭石可扩大烧成温度范围，并使烧结温度提高。高岭石矿物的熔点较高，且不会形成玻璃相，含量高的坯体可获得高的强度和很好的耐久性。这种矿物对焙烧是非常有利的，烧成收缩也较低，并在还原气氛下加速了莫来石的形成，这有助于在较低温度下就可获得较高的强度。高岭石矿物含量高的坯体，且铁含量较低时，在莫来石形成的晶格中可吸附铁离子，从而可获得黄白色的产品。在某些煤矸石、页岩中高岭石的含量较高。
（2）伊利石。由于其含有较高量的K2O，通常熔点较低（1050—1150℃），在1030—1100℃之间常会发生显著的焙烧收缩，在1100℃以上时会出现严重的焙烧收缩，这就是为什么要限定以伊利石为主要矿物成分的原材料其烧成温度范围在1030—1080℃之间的原因。焙烧收缩的出现是由于这种矿物在高温状态下极易于形成大量的液相。伊利石经过高温焙烧后的主要产物同高岭石一样，仍是莫来石。如果以伊利石为主要矿物成分的原材料经焙烧后，其产品中有尖晶石出现，这则说明产品是欠烧的，形成的莫来石是给予产品强度和耐久性的新生物相。伊利石是大多数原料中常见的主要矿物。
（3）蒙脱石。蒙脱石的高温反应类似于伊利石。但蒙脱石类矿物的化学成分是不稳定的，因而按种类不同，其高温相亦不相同。由于蒙脱石结构中含有大量的层间水，在150—260℃之间逸出，因而有较大量的蒙脱石存在的坯体，焙烧时要注意到这种层间水的排出。另，蒙脱石中含有较多的熔剂性物质，焙烧时会产生大量的液相，同时伴随着较大的收缩，通常表现出烧成温度范围较窄，并易于出现肿胀（面包砖）和塌陷。根据国外权威性文献记载，在低石灰质原料中，蒙脱石的含量最好在3%以下；在高石灰质（细分散的方解石）原料中，则蒙脱石的含量可达到10%。当然这种要求和其它工艺性能也有关。
（4）绿泥石。绿泥石一般源于伊利石质页岩及相应的矿层中，例如煤矸石。绿泥石的化学成分是不稳定的。含有绿泥石的坯体烧成温度范围较狭窄。
（5）云母类矿物。云母类矿物，特别是白云母和绢云母，由于其钾含量较高，在1000℃以下就会出现大量的液相，以云母类矿物为主要矿物成分的原材料，或是高含量云母的原材料，其烧成范围很小，烧结很困难。
在伊利石+云母类、伊利石+蒙脱石、绿泥石+绢云母+伊利石的原材料中，常在低于形成稳定结构晶相的温度下，就可能形成了大量的液相，此时虽然其收缩值和吸水率是在可容许的范围内，但是产品没有抵抗水分和化学侵蚀及抗冻融的能力。进一步加热这类产品则出现大量的液相，将导致剧烈的塌陷和变形。为了改变这类原材料的烧结性能，通常添加细粉状的CaCO3 , CaO,MgO,SrO来改善其烧结性能，SrO的效果最好。还可加入耐火材料或其它瘠性材料。
（6）石英。石英是最常见的矿物之一。在无碳酸钙存在的情况下，大量的游离石英存在时，在窑炉的结构设计上及焙烧操作上应特别注意预热和冷却中的石英晶形转变时的体积变化，否则极易引起坯体中的细裂纹。江河淤泥、黄沙土等高含量石英的原材料，通常焙烧后产品的强度低，脆性大。为了改变这类原材料的烧结特性，常加入碳酸钙或石灰，因为石英从900℃起就可与CaO生成稳定的硅酸钙，不但提高了产品的强度，而且同时也减弱了石英晶形转变时的应力。顺便提及，化学分析中测定的SiO2并不代表石英的含量。
（7）方解石。方解石是原材料中常见的一种碳酸盐。如果它的颗粒较细，并且均匀的分布在原材料中，其含量高达30%—35%时，仍然可以用来制造烧结砖产品。它可与粘土矿物、绿泥石、云母类矿物、石英等发生反应，生成硅酸盐。方解石对坯体的焙烧收缩、容重、孔隙率、吸水率及抗冻性均有很大的影响。但在其颗粒尺寸大于0.5mm以上时，焙烧中不能完全转化成硅酸钙，易于造成石灰爆裂。方解石是矿物名称，石灰岩是岩石名称，石灰石是俗称，虽然其主要成分都是碳酸钙，但其概念不同，石灰石主要是由方解石组成。
（8）白云石。白云石一般含量较低，常见在4%以下。但是由于镁的存在，提高了烧结温度，减少了焙烧收缩。只有在1100℃以上时，才会增大焙烧收缩。
（9）铁类氧化物。氧化铁、氢氧化铁等铁类化合物在焙烧过程中，氧化气氛下形成赤铁矿呈红色；还原气氛下形成磁铁矿(Fe3O4)和方铁矿（FeO）,而成黑色，因而铁类化合物是焙烧中的着色剂。但需注意的是原材料中有块状菱铁矿存在时，加工过程中很难将其破碎为细粉，常易于在产品表面形成黑色铁斑熔点。当针铁矿（FeOOH）高于10%时，会使坯体的组织结构硬化，并使烧结范围扩大，针铁矿也减弱了坯体的膨胀趋势。另由于赤铁矿在还原气氛下转变成为磁铁矿时而引起体积膨胀，易于出现裂纹，因此高含铁量的坯体在还原气氛下焙烧时应特别注意。
（10）黄铁矿（白铁矿）。黄铁矿（白铁矿，化学成分同黄铁矿，但晶体结构不同）常见于煤矸石及某些深色页岩中，某些煤矸石中黄铁矿的含量还非常高，俗称为“硫铁蛋”。 黄铁矿（白铁矿）在原材料中是非常有害的矿物成分，易于引起产品中形成“黑心”，因它燃烧时需要的空气量是同样量碳燃烧时的10—20倍。焙烧中黄铁矿在低温（480℃左右）时就开始氧化，是产品出现泛白（Scum）和泛霜（Efflorescence）缺陷的主要原因之一。在原材料中以较大的颗粒存在时将会在产品表面形成黑色的点状熔斑。此外随烟气排放出的含硫气体对环境也造成了很大污染，有的砖厂随烟气排放出的二氧化硫已达到了无法容忍的地步（关于黄铁矿与碳的氧化在后面专门阐述）。
（11）长石。长石在砖瓦产品的焙烧过程中与其它惰性材料一样起填充料的作用，一般情况不发生反应。
（12）石膏及硫酸盐类矿物。硫酸盐类物质存在于许多原材料中，常以石膏的形式出现，是非常有害的矿物。硫酸钙在大多数空心砖的烧成温度范围内是不分解的或是分解很少，因此高硫酸钙含量的原材料，其产品会出现严重的泛霜。硫酸镁虽说在大多数原材料中含量甚少，但在某些工业废料是应特别注意的矿物，由于硫酸镁的溶解度很大，既是含量很少也会引起严重的泛白。硫酸盐类物质同样在焙烧期间可少量分解，释放出含硫气体（主要是SO2）。
（13）粉煤灰中的莫来石和玻璃体。粉煤灰中的主要矿物组成是莫来石和玻璃体，所以莫来石和玻璃体含量的大小对高掺量粉煤灰烧结砖的烧结性能影响极大。从目前生产应用的实践证明，莫来石含量高的粉煤灰，其烧成温度范围宽，产品性能也容易保证；玻璃体含量高的粉煤灰，其烧成温度范围狭窄，焙烧过程很难控制，产品强度低，脆性大，易碎。莫来石含量太高的粉煤灰，可能会使烧成温度提高；玻璃体含量高的粉煤灰又极可能引发过大的湿膨胀。对粉煤灰这种已经过高温的材料在二次低温（相对于第一次）烧结过程的烧结特性目前研究的还不是很清楚。
（14）叶蜡石。叶蜡石存在于某些伊利石页岩中，叶蜡石是在不增加塑性和收缩的情况下在焙烧中提供氧化铝和氧化硅成分的，因此叶蜡石可作为一种耐火性能非常好的组分加入坯体中，可以起到减少烧成收缩和延宽烧成温度范围的作用。
（15）煤和碳氢化合物等有机物的氧化。碳和有机物是形成“黑心”及“面包”砖的主要原因，因此在坯体焙烧过程中，坯体初次出现液相（熔融）之前这些可燃物质必须燃烧完全，这样才能保证产品的质量和耐久性（碳和黄铁矿的氧化后面专门叙述）。
（16）烟气中的有害物质。随烟气排放出的有害物质有SO2、SO3、HF、NOX、HCl、CO及粉尘。SO2、SO3主要来自于原材料中的硫化物和硫酸盐。HF主要来自于原材料中的伊利石、蒙脱石、云母、莹石(CaF2)矿物等。粉尘主要来自于煤的燃烧过程。根据国家有关规定，如果烟气中的SO2 、HF及粉尘超标时，烟气必须经过净化后才能排放。另外，如坯体中含有碳酸盐物质时，在预热带烟气中的SO2、SO3随烟气经过坯垛时会与其反应生成硫酸盐，会导致产品在出窑后泛霜。如果将含SO2、SO3的高温烟气直接抽出用于干燥时，则会形成严重的泛白和泛霜。