摘 要:采用拋光磚廢渣等工業(yè)廢渣為主要原料，以高可塑性粘土、黑滑石、鉀長(zhǎng)石、石英和煅燒氧化鋁為輔助原料制備陶瓷輕質(zhì)外墻磚，研究了拋光磚廢渣用量、成形壓力以及燒成制度對(duì)輕質(zhì)外墻磚性能和質(zhì)量的影響。結(jié)果表明:隨著拋光磚廢渣用量增加或成形壓力的降低，輕質(zhì)外墻磚的導(dǎo)熱系數(shù)提高而抗壓強(qiáng)度與容重則降低。粉料的TG-DSC分析表明:在750℃之前，升溫速率不宜太快，而750℃之后的升溫速率宜加快，這樣可有效避免黑心和裂紋的產(chǎn)生。通過(guò)實(shí)驗(yàn)制備出了導(dǎo)熱系數(shù)為0.20W/m·K、容重為0.95g/cm3、抗壓強(qiáng)度為14.5MPa的輕質(zhì)外墻磚。

關(guān)鍵詞:拋光磚廢渣;輕質(zhì)外墻磚;導(dǎo)熱系數(shù);容重;抗壓強(qiáng)度

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的改善，人們對(duì)住居環(huán)境的要求越來(lái)越高，推動(dòng)了陶瓷外墻磚材料的發(fā)展。目前，陶瓷外墻磚自重高達(dá)50~80kg/m2，是涂料飾面體系重量的5~8倍[1]，它重量大、導(dǎo)熱系數(shù)大，易引起建筑超負(fù)荷，存在安全性與保溫性差的問(wèn)題。另一方面，隨著我國(guó)陶瓷工業(yè)的的迅猛發(fā)展，所產(chǎn)生的工業(yè)廢渣如拋光磚廢渣、廢瓷等日益增多，造成了對(duì)生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重污染。據(jù)計(jì)算，每生產(chǎn)1m2拋光磚將形成1.5kg左右的磚屑，同時(shí)，刀具(磨具)的損耗約0.6kg左右，即生產(chǎn)1m2拋光磚約產(chǎn)生2.1kg左右的拋光磚廢渣。若以年產(chǎn)100萬(wàn)m2拋光磚的生產(chǎn)線為例，將產(chǎn)生2100噸/年的拋光磚廢渣[2]。

本研究采用拋光磚廢渣和廢瓷粉等作為主要原料，制備容重小、保溫性好、強(qiáng)度高的環(huán)境友好型陶瓷輕質(zhì)外墻磚，以提高其保溫性能和強(qiáng)度[3~4]。另一方面，通過(guò)大量使用拋光磚廢渣和廢瓷粉，使工業(yè)廢渣資源化，變廢為寶，節(jié)約了寶貴的礦物資源，同時(shí)也減少了對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染。本文研究主要原料用量、成形壓力和燒成制度等主要工藝參數(shù)對(duì)陶瓷輕質(zhì)外墻磚性能的影響。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1原料

以拋光磚廢渣、廢瓷粉等工業(yè)廢渣為主要原料，以高可塑性粘土、黑滑石、鉀長(zhǎng)石、石英和煅燒氧化鋁為輔助原料，并添加少量分散劑三聚磷酸鈉和增塑劑羧甲基纖維素，以及不同顏色的色料。

2.2試樣制備

將拋光磚廢渣、廢瓷粉烘干后粉碎，將其作為主要原料;將高可塑性粘土、黑滑石、鉀長(zhǎng)石、石英和煅燒氧化鋁細(xì)磨，配制成輔助原料，過(guò)220目篩;三聚磷酸鈉與水以1:9比例配成溶液作為分散劑;羧甲基纖維素與水以1:9比例配成溶液作為增塑劑。主要工藝流程為:先將一定配比的骨料、輔助原料、分散劑、增塑劑和色料加水球磨，然后脫水、過(guò)篩造粒、半干壓成形、干燥、燒成制得輕質(zhì)外墻磚，制品規(guī)格為60mm×108mm×6mm(制品見(jiàn)圖1)。

3 結(jié)果與分析

3.1拋光磚廢渣用量的影響

拋光磚廢渣用量對(duì)輕質(zhì)外墻磚容重、導(dǎo)熱系數(shù)和抗壓強(qiáng)度的影響較大，其影響見(jiàn)圖2。

從圖2中可以看出:隨著拋光磚廢渣加入量的提高，輕質(zhì)外墻磚的導(dǎo)熱系數(shù)也隨之增大，而容重、抗壓強(qiáng)度則隨之下降，且當(dāng)拋光磚廢渣的用量超過(guò)70wt%時(shí)，磚坯的抗壓強(qiáng)度、容重下降速度明顯加大。原因是:其一，隨著拋光磚廢渣用量的增加，磚坯氣孔率增加且氣孔直徑增大[5]，導(dǎo)致輕質(zhì)外墻磚容重下降。另外，輕質(zhì)外墻磚有效負(fù)荷面積減少，并且在氣孔鄰近區(qū)域容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而降低輕質(zhì)外墻磚的強(qiáng)度。其二，拋光磚廢渣用量的增加，使得輔助原料的量相應(yīng)減少，對(duì)應(yīng)高溫?zé)Y(jié)助劑的量也相應(yīng)減少，導(dǎo)致拋光磚廢渣顆粒之間的結(jié)合程度降低，即磚體燒結(jié)程度下降，結(jié)果使導(dǎo)熱系數(shù)相應(yīng)增大。因此，輕質(zhì)外墻磚的低導(dǎo)熱系數(shù)是與其高強(qiáng)度、低容重的要求相矛盾的，為了達(dá)到三者性能的均衡，本研究確定的拋光磚廢渣用量以70wt%最為適宜，此時(shí)，磚坯的導(dǎo)熱系數(shù)為0.20W/m·K，容重為0.95g/cm3，抗壓強(qiáng)度為14.5MPa。

3.2成形壓力的影響

成形壓力是影響輕質(zhì)外墻磚性能的主要因素之一，圖3給出了不同成形壓力對(duì)輕質(zhì)外墻磚容重、導(dǎo)熱系數(shù)和抗壓強(qiáng)度的影響。

由圖3可見(jiàn)，隨著成形壓力的增大，輕質(zhì)外墻磚的容重、抗壓強(qiáng)度增加，而導(dǎo)熱系數(shù)隨之降低。當(dāng)成形壓力小于14MPa時(shí)，隨著成形壓力的增加，輕質(zhì)外墻磚的容重、抗壓強(qiáng)度顯著增加，而導(dǎo)熱系數(shù)明顯降低;當(dāng)成形壓力大于14MPa后，隨著成形壓力的增加，輕質(zhì)外墻磚的容重、抗壓強(qiáng)度增加及導(dǎo)熱系數(shù)降低的趨勢(shì)減慢。這是由于加壓前期，坯料中的拋光磚廢渣顆粒在壓力作用下發(fā)生明顯移動(dòng)，相互間發(fā)生相對(duì)滑移與位置重排，顆粒逐漸趨于緊密堆積;同時(shí)，輔助原料中的燒結(jié)助熔劑進(jìn)入顆粒堆積形成的間隙中，使得坯體空隙減少，密度明顯增加，坯體體積密度高，物料顆粒接觸良好，有利于質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散，促進(jìn)燒結(jié)，從而使輕質(zhì)外墻磚的容重和抗壓強(qiáng)度增加、導(dǎo)熱系數(shù)降低。因此，成形壓力小于14MPa時(shí)，隨著成形壓力的增加，輕質(zhì)外墻磚的容重、抗壓強(qiáng)度顯著增加，而導(dǎo)熱系數(shù)明顯降低;當(dāng)成形壓力達(dá)到14Mpa后，坯體中的主要原料顆粒已經(jīng)接近密堆積。繼續(xù)增大壓力時(shí)，由于坯料隨之發(fā)生位移、重排及細(xì)粉料填充的作用趨于平緩，坯體密度的增加不明顯，所以，成形壓力的增加使制品容重、強(qiáng)度提高和保溫性能降低的作用趨于平緩。

為此，采用壓制成形工藝制造輕質(zhì)外墻磚，應(yīng)綜合考慮成形壓力對(duì)輕質(zhì)外墻磚的容重、強(qiáng)度和保溫性能的影響，才能得到理想的效果。本研究中，成形壓力為14MPa時(shí)，輕質(zhì)外墻磚具有較佳的綜合性能。

3.3 燒成制度的影響

為了確定燒成制度，對(duì)磚坯粉料進(jìn)行了綜合熱分析，其DSC-TG曲線見(jiàn)圖4。

從圖中的DSC曲線可知:52.4℃左右有一吸熱峰，為磚坯粉料吸附水排除所致;400~733℃存在一系列吸熱峰，形成的原因是結(jié)合水和有機(jī)物分解吸熱、β-石英轉(zhuǎn)化為α-石英吸熱和含鎂、鈣無(wú)機(jī)鹽的分解[6]，其中，400~574.3℃之間的吸熱峰主要是結(jié)合水和有機(jī)物的分解。574.3℃的吸熱峰對(duì)應(yīng)石英的晶型轉(zhuǎn)變。700℃以上的吸熱峰主要是無(wú)機(jī)鹽的分解;拋光廢渣中含有的SiC在高溫下氧化并放出CO2氣體，致使1166.7℃出現(xiàn)一個(gè)顯著的吸熱峰[7]。由圖4的TG曲線可知，磚坯粉料在燒成過(guò)程中產(chǎn)生了2.40%的失重，失重貫穿于室溫到733℃之間，燒失量的原因是吸附水的揮發(fā)，以及結(jié)合水、有機(jī)物以及無(wú)機(jī)鹽的分解。

根據(jù)坯料的DSC-TG曲線分析，本研究確定以下兩種燒成制度，以研究不同燒成制度對(duì)輕質(zhì)外墻磚質(zhì)量的影響。燒成制度A:20~750℃:升溫速率為5℃/min;750~1170℃:升溫速率為15℃/min;1170℃保溫10min，再自然冷卻到室溫。燒成制度B:20~750℃:升溫速率為10℃/min;750~1170℃:升溫速率為10℃/min，其它與燒成制度A一樣(見(jiàn)圖5)。

兩種燒成制度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:采用B燒成制度時(shí)，磚體很容易出現(xiàn)黑心和裂紋等缺陷;而經(jīng)過(guò)A燒成制度燒成的輕質(zhì)外墻磚則較少出現(xiàn)此缺陷。其原因在于拋光磚廢渣形成氣孔的分解溫度為室溫至750℃，因此，在此溫度段升溫速率不宜太快，一方面可促進(jìn)有機(jī)物的完全分解，消除黑心;另一方面，也可防止因SiO2晶型轉(zhuǎn)變、體積膨脹而出現(xiàn)裂紋。另外，為了使輕質(zhì)外墻磚具有良好的保溫性能，減少氣體的逸出，在750~1170℃宜加快升溫速率。

4 結(jié)論

(1) 隨著拋光磚廢渣用量增加或成形壓力的降低，輕質(zhì)外墻磚的導(dǎo)熱系數(shù)提高、抗壓強(qiáng)度與容重下降，拋光磚廢渣最佳用量為75%，成形壓力則以14MPa為宜;

(2) 制定了合理的燒成制度:20~750℃的升溫速率為 5℃/min;750~1170℃的升溫速率為15℃/min;在燒成溫度1170℃下保溫10min后隨爐自然冷卻;

(3) 選用拋光磚廢渣、廢瓷粉、高可塑性粘土、黑滑石、鉀長(zhǎng)石、石英和煅燒氧化鋁，經(jīng)14MPa半干壓成形，1170℃燒成，制備出導(dǎo)熱系數(shù)為0.20W/m·K、容重為0.95g/cm3、抗壓強(qiáng)度為14.5Mpa的輕質(zhì)外墻磚。(英文摘要見(jiàn)第39頁(yè))

參考文獻(xiàn)

[1] 許 威，孫詩(shī)兵，田英良. 輕質(zhì)外墻磚配方及其燒成制度的研究[J]. 磚瓦，2007(10):13-15.

[2] 蔡祖光.陶瓷工業(yè)廢料廢渣的處理[J].佛山陶瓷，2002(3):11-12.[3] 呂淑珍，顧幸勇，陳云霞等.利用廢礦原料研制輕質(zhì)外墻磚[J]. 中國(guó)陶瓷，2009，45(3):29-32.

[4] 繆松蘭，馬光華，李清濤等. 建筑陶瓷拋光廢渣制備輕質(zhì)陶瓷材料的研究[J]. 陶瓷學(xué)報(bào)，2005，26(2):71-79.

[5] 謝代義，吳清仁，楊媛等. 陶瓷拋光廢料對(duì)多孔陶瓷輕質(zhì)磚性能及結(jié)構(gòu)影響的研究[J].中國(guó)陶瓷，2008，44(1):26-29.

[6] 謝代義，吳清仁，吳啟堅(jiān)等.陶瓷拋光廢料對(duì)多孔陶瓷磚氣孔形成過(guò)程影響的研究[J]. 佛山陶瓷，2008(8):5-9.

[7] 余國(guó)明，李少平，王貴生. 陶瓷拋光廢渣循環(huán)利用新技術(shù)[J]. 佛山陶瓷， 2009(12):1-5.

Preparation of Lightweight External Brick with Tile Polished Waste

YANG Chao1，RAO Zong-wang2，DENG Jian-yong3

(1.School of Art Ceramic Jingdezhen Ceramic Institute， Jingdezhen 333000，China;

2.Ceramic Research Institute of Light Industry of China， Jingdezhen 333000，China;

3.Foshan Rongzhou No.2 Building Ceramics Factory Co.，Ltd ，F(xiàn)oshan 528061，China.)

Abstract:Lightweight external brick has been fabricated by using industrial slags such as tile polished waste as main raw materials， and using the mixture of high plasticity clay， black talc， feldspar， quartz， calcined alumina as assistant raw materials. The effects of tile polished waste content， forming pressure and firing schedule have been studied on the properties and quality of the brick. The results showed that with the increase of tile polished waste content or the decrease of forming pressure， the thermal conductivity of the brick was improved while its compression strength and the bulk density reduced. By means of TG-DSC analysis， it was revealed that the heating rate should not be too rapid when the temperature was below 750℃，thus drawbacks of black core and cracks can be effectively avoided. The thermal conductivity of the sample was 0.20W/m·K， the compression strength was 14.5MPa and the bulk density was 0.95 g/cm3.

Key words: tile polished waste;lightweight external brick; thermal conductivity;bulk density;compression strength