廢陶瓷質(zhì)燒結(jié)型透水磚的研制

張留生 許小靜

摘 要 本文研究了利用廢棄的陶瓷制品生產(chǎn)燒結(jié)型透水磚的工藝技術(shù)，具體通過采用廢棄陶瓷制品的顆粒為基本骨架料，以其較粗顆粒級配為底層骨架料、較細(xì)顆粒級配為面層骨架料，并分別外加適量的無色或有色高溫粘結(jié)劑、有機(jī)粘結(jié)劑CMC、水，經(jīng)混合、陳腐、二次布料壓制、干燥、燒成及檢驗(yàn)等工藝的生產(chǎn)方法，制得合格的燒結(jié)型透水陶瓷磚。

關(guān)鍵詞 廢陶瓷；顆粒；壓制；燒結(jié)；透水磚；無機(jī)非金屬材料

0 前 言

在快速的城市化、城鎮(zhèn)化的建設(shè)進(jìn)程中，石材、水泥和陶瓷磚等建筑材料被大量使用。這些材料的共同特點(diǎn)是透水性能差，甚至有的完全不透水。城區(qū)地面鋪設(shè)這類建筑材料而“硬化”的區(qū)域逐年增加，加劇了“城市熱島效應(yīng)”。有的區(qū)域還因地下水被過度開采而得不到地表水的及時補(bǔ)充，出現(xiàn)了地面沉降的現(xiàn)象。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展、社會文明的進(jìn)步，隨著人們在對各種建筑材料不斷提出功能上新的要求，也對其實(shí)用性、美觀性有著更高的要求，以期達(dá)成城市建筑功能化、生態(tài)化與設(shè)計個性化、人文化的統(tǒng)一，為人們提供“海綿型城市”的宜居環(huán)境。

我國是世界陶瓷生產(chǎn)大國，在我國陶瓷工業(yè)快速發(fā)展的過程中，不合格而被廢棄的陶瓷制品逐年增多，居高不下。據(jù)報道，2015年我國僅建筑陶瓷產(chǎn)量就超過100億平方米，同時全年產(chǎn)生的廢棄陶瓷制品就達(dá)1 000萬噸以上。眾所周知，陶瓷制品是經(jīng)高溫?zé)贫傻臒o機(jī)非金屬材料，幾乎沒有在自然條件下降解、風(fēng)化的能力。在陶瓷生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢棄陶瓷制品，成了陶瓷企業(yè)在日常生產(chǎn)中需解決的全國性的棘手生態(tài)環(huán)境問題。

燒結(jié)型透水磚的定義為，以無機(jī)非金屬材料為主要原料，經(jīng)成型、高溫?zé)频裙に囂幚砗笾瞥蓾B水性能較好的鋪地磚。選用廢棄的陶瓷制品為主要原料，制成燒結(jié)型透水磚，實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢棄物的資源化再利用，既減少了所消耗的資源，又保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，符合當(dāng)前“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”的產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策。燒結(jié)型透水磚不但透水性好、抗壓強(qiáng)度高，而且色彩豐富、實(shí)用耐久性好，更有降溫降噪、調(diào)節(jié)地面水體循環(huán)和改善空氣質(zhì)量的功能，是建設(shè)“海綿型城市”宜居環(huán)境的優(yōu)選建筑材料之一。

1 試 驗(yàn)

1.1原料選用

我們選用1 150℃以上溫度燒成的廢棄陶瓷制品作為透水磚的骨架料，并以鋰長石、鉀長石、蘇州土、方解粉、白云石、滑石、玻璃粉及陶瓷著色劑等常規(guī)陶瓷原料為高溫粘結(jié)劑原料。

1.2試驗(yàn)過程

（1）骨架顆粒料的制備

廢陶瓷采用顎式破碎機(jī)破碎，篩分成8～30目與16～30目二種級配的粗、細(xì)顆粒體，分別用作透水磚的底層與面層骨架料。

（2）高溫粘結(jié)劑的制備

高溫粘結(jié)劑選用的是普通陶瓷透明釉基料結(jié)構(gòu)，正交法進(jìn)行各原料配方優(yōu)化組合的試驗(yàn)，并根據(jù)透水磚面層色澤的需要在配料中加入適量陶瓷色料，分別制成無色、有色的高溫粘結(jié)劑，在透水磚底層骨架料與面層料骨架中均勻混合使用。高溫粘結(jié)劑的配料采用干法混合、球磨工藝處理，加工成細(xì)粉，細(xì)度控制為：250目篩余小于1.0%。

（3）透水磚生產(chǎn)工藝（見圖1）

2 結(jié)果與討論

2.1廢陶瓷的選用

燒結(jié)型透水磚有耐壓強(qiáng)度高、透水性強(qiáng)的特征。廢棄陶瓷顆粒作為磚體骨料，采用1 150℃以上高溫?zé)Y(jié)而成，本身強(qiáng)度高；又該透水磚經(jīng)1180～1200℃高溫?zé)桑葻蓵r不熔融，是一種優(yōu)質(zhì)的骨料，燒成的透水磚強(qiáng)度高。

2.2高溫粘結(jié)劑的作用

高溫粘結(jié)劑即陶瓷常規(guī)的透明基釉，需在透水磚的燒成溫度下充分熔融。該透明基釉均勻包裹透水磚廢陶瓷骨架顆粒料表面，在高溫作用下呈玻璃相，在廢陶瓷顆粒表面形成了共熔體，這使得磚體中各廢陶瓷骨架顆粒相互牢固粘結(jié)，賦予了透水磚體更高的強(qiáng)度。且該玻璃相僅在廢陶瓷的顆粒表面形成，不充滿磚體骨架顆粒孔間的空隙，確保了磚體的氣孔率，同時在磚體內(nèi)部孔隙周壁形成的玻璃相，又顯著降低了水在磚體內(nèi)滲入與滲出時的流動阻力，提高了透水磚的透水性。

2.3合適的骨架料顆粒級配

透水磚采用了底層與面層骨架料分別布料再壓制的成型工藝，在僅占不足磚體總厚度五分之一的面層骨架料中加入適量陶瓷色料，既豐富了透水磚的色彩變化又降低了生產(chǎn)成本。面層骨架料選用較細(xì)級配的廢陶瓷顆粒體，使得透水磚面層顆粒間的孔徑整體小于底層顆粒間的孔徑，在透水磚的鋪設(shè)及使用過程中，該面層骨架料結(jié)構(gòu)對積聚在磚體表面的大顆粒雜質(zhì)產(chǎn)生過濾作用，避免較多大顆粒雜質(zhì)滲入磚體內(nèi)部，造成顆粒間孔隙的堵塞而影響透水性能；透水磚面層材料的“細(xì)顆粒化”處理，使得人們在磚面行走更舒適，同時磚體面層顆粒保持的適度粗糙度又保障了防滑效果。

2.4磚坯增強(qiáng)劑的使用

廢陶瓷骨架顆粒料與高溫粘結(jié)劑的混合比例為85：15，透水磚的干壓坯料幾乎無塑性。為保證磚坯在壓制及輸送過程中不致?lián)p壞，在坯料混合的同時加入2%的有機(jī)粘結(jié)劑CMC及8%的水并充分?jǐn)嚢瑁僭诿荛]的儲存空間內(nèi)陳腐24h以上，壓制的磚坯在60～80℃的環(huán)境溫度下干燥48h，磚坯從有機(jī)粘結(jié)劑的充分硬化中得到了足夠的強(qiáng)度。

2.5成型壓力的保障

透水磚不但要求透水性好而且要求強(qiáng)度高，磚體厚度一般需在50～60mm。透水磚坯料的堆積密度為1.4g/cm3左右，磚坯的壓縮比約為1.5，為保證磚坯的致密度，在壓制成型時壓力應(yīng)不低于100MPa。超高的成型壓力提高了生磚坯的強(qiáng)度，同時由于骨架顆粒表面間的結(jié)構(gòu)緊密，在燒成時顆粒界面間的晶相反應(yīng)更充分，形成更牢固的骨架結(jié)構(gòu)，確保磚體的高強(qiáng)度。

3 結(jié) 論

（1）采用本研制方法制得的燒結(jié)型透水磚主要性能指標(biāo)為：保水性≥0.8g/cm2，透水系數(shù)≥0.10cm/s，抗壓強(qiáng)度≥60MPa。

（2）本研制方法適合于利用廢陶瓷制品產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)燒結(jié)型透水磚，制成的透水磚透水性強(qiáng)、抗壓強(qiáng)度高、色彩豐富、實(shí)用耐久性好，廣泛適用于大型停車場、廣場及城市道路、藝術(shù)景觀等室外公共場所的地面鋪設(shè)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李家駒.陶瓷工藝學(xué)[M].中國輕工業(yè)出版社.2001

[2]同繼峰，閆開放.現(xiàn)代建筑衛(wèi)生陶瓷技術(shù)手冊[M].中國建材工業(yè)出版社.2010