李利方 孫國(guó)梁 余劍峰 劉春江

（景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，江西景德鎮(zhèn)333001）

1 引言

透水磚是一種用于鋪貼地面裝飾的功能材料，它具有一定的透氣透水性，可以減緩城市“熱島效應(yīng)”、減少燥熱、減少城市噪音、保護(hù)水資源、減少空氣粉塵、防滑等，是生態(tài)城市改建和城市可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

透水磚可分為燒結(jié)透水磚和免燒透水磚。燒結(jié)透水磚即陶瓷透水磚，制品需要燒制，成本偏高，但材料的強(qiáng)度高、裝飾效果豐富，免燒透水磚主要以水泥制品為主，成本低廉，但材料強(qiáng)度偏差，裝飾單一。

釉面陶瓷透水磚是在陶瓷透水磚的表面施一層釉，形成帶很多細(xì)孔的釉面表層，不僅豐富了透水磚的裝飾效果，而且很大程度上提高了透水磚的強(qiáng)度。

本文使用廉價(jià)的粘土、砂和社會(huì)廢棄資源生活垃圾、廢玻璃為主要原料，在降低成本的同時(shí)，節(jié)約自然資源，變廢為寶，是一種環(huán)境友好型生態(tài)功能建筑材料。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)原料

鈉長(zhǎng)石、蘇州土、滑石、白云石、廢玻璃粉、氧化鋅、復(fù)合添加劑、碳酸鍶、生活垃圾、粘土、砂等，部分原料化學(xué)組成如表1。2.2實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 試樣制備

實(shí)驗(yàn)利用廢玻璃粉、復(fù)合添加劑、生活垃圾、釉、粘土、砂為主要原料制備陶瓷釉面透水磚。首先將生活垃圾分類、粉碎、篩選，將砂分級(jí)處理；按釉料配方配制釉，將各種原料稱好后，以料∶球∶水=1∶1.5∶1的比例放入行星球磨機(jī)中，球磨60分鐘（球磨速率為500rpm）。

將篩選出來的生活垃圾、復(fù)合添加劑、廢玻璃粉、粘土、砂按一定比例混合均勻，制備試樣。壓制直徑為55mm，高為60mm的圓柱狀試樣，然后于110℃下干燥8小時(shí)，待試樣充分干燥后，放入高溫箱式電阻爐中燒成，達(dá)到最高溫度后保溫30分鐘。

2.2.2 試樣的測(cè)試

根據(jù)JC/T945－2005行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，自制透水系數(shù)試驗(yàn)裝置，測(cè)量試樣的透水系數(shù)，利用300KN液壓萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。

表1 化學(xué)組成Tab.1 The chem ical com position of the body batch

表2 化學(xué)組成Tab.2 The chem ical composition of the optimalglaze batch

圖1 骨料粒徑對(duì)抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)的影響Fig.1 Influences of aggregate size on com pression strength and permeability coefficient

圖2 成型壓力對(duì)抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)的影響Fig.2 Influence of form ing pressure on com pressive strength and permeability coefficient

3 結(jié)果與討論

3.1 釉料的配制及釉的性質(zhì)對(duì)制品性能的影響

通過大量的實(shí)驗(yàn)得出，釉料的最佳配方范圍為：鈉長(zhǎng)石32％～48％、石英10％～15％、高嶺土3％～6％、方解石9％～15％、螢石6％～9％、碳酸鍶8％～10％、氧化鋅3％～5％、熔塊10％～15％。最優(yōu)配方的化學(xué)組成如表2所示。

實(shí)驗(yàn)表明，釉的流動(dòng)性越好，透水磚的抗壓強(qiáng)度越差，釉面效果越差，透水性能越好。釉的流動(dòng)性直接影響透水磚的綜合性能，當(dāng)釉的粘度小時(shí)，流動(dòng)性大，容易造成流釉、干釉現(xiàn)象，結(jié)果導(dǎo)致制品表面形成的釉面厚度薄，釉面效果差，且制品容易發(fā)生變形。當(dāng)釉的粘度大時(shí)，流動(dòng)性差，容易造成堵孔、堆釉現(xiàn)象，影響制品的透水性。

3.2 骨料的顆粒級(jí)配對(duì)制品性能的影響

相同的配方下，采用不同顆粒級(jí)配的砂制備透水磚，測(cè)得試樣的抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)與顆粒級(jí)配的關(guān)系圖如圖1所示。

由圖1可知，隨骨料顆粒級(jí)配粒度的增大，透水磚的抗壓強(qiáng)度先增大后降低，透水系數(shù)不斷增大。

骨料粒徑越小，比表面積越大，表面的缺陷越多，在外在的作用下更容易被破壞，導(dǎo)致制品強(qiáng)度低，所以制品強(qiáng)度隨骨料粒徑的增大而增大，當(dāng)骨料的粒度過大時(shí)，顆粒與顆粒之間的接觸面積小，粘結(jié)作用小，導(dǎo)致制品的強(qiáng)度反而降低。

隨著骨料粒徑的增大，根據(jù)顆粒緊密堆積原理，顆粒與顆粒之間的堆積空隙變大，有利于水在制品中的透過，所以制品的透水系數(shù)不斷增大。

3.3 成型壓力對(duì)制品性能的影響

成型壓力的大小，直接影響坯體強(qiáng)度、致密度和燒結(jié)性。坯體的強(qiáng)度和致密度隨成型壓力的增大而增加，并且促進(jìn)燒結(jié)。

由圖2可以看出，隨著成形壓力的增大，透水磚的抗壓強(qiáng)度不斷增加，透水系數(shù)不斷下降。成型壓力在10MPa前，透水磚的抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)的變化都很快，10MPa以后，透水磚的抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)的變化比較平緩。成型壓力過小時(shí)，制品很難燒結(jié)，強(qiáng)度差。成型壓力過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致砂粒的破裂，破裂的部分會(huì)堆積到空隙中，在高溫時(shí)，與其它物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成新的物相，導(dǎo)致堵孔，影響制品的透水性。綜合考慮，在10MPa下成型，制品的綜合性能比較好。

3.4 生活垃圾的摻入量對(duì)制品性能的影響

生活垃圾的主要成分是紙類、塑料和玻璃陶瓷等固體廢棄物。本文所使用的生活垃圾，經(jīng)過篩選、粉碎，測(cè)得其成分為：紙類52.6％，塑料等有機(jī)物7.4％，果皮易腐有機(jī)物4.2％，玻璃陶瓷等固體物質(zhì)35.8％。將生活垃圾摻入基礎(chǔ)配料后，對(duì)透水磚性能的影響如圖3所示。

從圖3可以看出，隨著生活垃圾摻入量的增加，透水磚的抗壓強(qiáng)度不斷增大，透水系數(shù)先增大后減小。生活垃圾的摻入量不能過多，比較好的摻入量為5％。

生活垃圾中含有的紙類物質(zhì)和塑料等有機(jī)物，在透水磚的制備過程中充當(dāng)造孔劑的作用，高溫中將燒失，增加制品的氣孔率，有利于提高透水系數(shù)。而玻璃、陶瓷等固體物質(zhì)，里面含有易熔物，在高溫時(shí)，易形成低共熔物，填充在空隙中，降低制品的氣孔率，甚至導(dǎo)致堵孔。當(dāng)加入適量時(shí)，在增加制品強(qiáng)度的同時(shí)，增大透水系數(shù)，當(dāng)加入過量時(shí)，體積收縮大，氣孔率降低，制品易發(fā)生變形，透水系數(shù)不斷的減小。

3.5 釉干粉的厚度對(duì)制品透水性能的影響

制備透水磚使用的大部分原料都是瘠性料，對(duì)釉漿的吸附性很小，浸釉工藝很難得到好的釉面效果，故采用干法施釉，將釉干粉做為透水磚的面料，與底料共壓成型。

透水磚表面形成的釉面層，可以消除透水磚表面的許多缺陷，同時(shí)在制品的表面形成壓應(yīng)力層，當(dāng)制品受到外應(yīng)力作用時(shí)，首先要克服表面層中殘余的壓應(yīng)力，從而提高了強(qiáng)度，也提高了制品表面的耐磨性，同時(shí)也豐富了表面裝飾效果。實(shí)驗(yàn)證實(shí)釉面層會(huì)對(duì)制品的透水性能產(chǎn)生負(fù)面的影響，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖4所示。

從圖4可以看出，隨著釉層厚度的增加，制品的透水系數(shù)不斷下降。釉層越厚，表面形成的孔越小、并且數(shù)量越少，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致堆釉、堵孔等現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)改變了釉層的表面張力，不利于水的潤(rùn)濕。通過大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施釉層的厚薄，對(duì)制品的釉面裝飾效果有影響，當(dāng)釉層薄時(shí)，容易產(chǎn)生色差，由于制品表面的孔徑各異，不均勻，導(dǎo)致部分面釉少，部分面釉多，當(dāng)摻入色料后，釉面色調(diào)不均勻，從而形成色差。綜合考慮，施釉層的厚度控制在1.5mm左右效果比較好。

4 結(jié)論

（1）在透水磚的表面施釉可以提高制品的各項(xiàng)物理性能，根據(jù)基料的性質(zhì)，可以找到與制品基料相適應(yīng)的釉。

（2）骨料的顆粒級(jí)配對(duì)透水磚的性能有影響，最佳顆粒級(jí)配為2～2.5mm。

（3）成型壓力的大小對(duì)透水磚的性能會(huì)產(chǎn)生影響，最佳的成型壓力為10MPa。

（4）利用生活垃圾雖然可以變廢為寶，但生活垃圾對(duì)透水磚的透水系數(shù)有影響，根據(jù)生活垃圾的不同成分，它的摻入量會(huì)不同，在本實(shí)驗(yàn)中，最佳摻入量為5％。

（5）施釉的厚度對(duì)透水磚的性能有影響，厚度越大，釉面效果越好，透水系數(shù)越小，通過實(shí)驗(yàn)得出，最佳的施釉厚度為1.5mm。

1李家駒.陶瓷工藝學(xué).北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2001

2[日]素木洋一.釉及色料.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1982

3姚治才.環(huán)境廢棄物及其再利用.陶瓷，1999，（3）：16～20

4陳平，王瑞生.綠色環(huán)保型滲水磚的研制.中國(guó)陶瓷工業(yè)，2003，10（2）：14～18

5戴武彬，曾令可.簡(jiǎn)潤(rùn)桐等.工藝條件對(duì)透水磚基本性能的影響.中國(guó)陶瓷工業(yè)，2007，44（6）：6～10

6姚治才.環(huán)境廢棄物及其再利用.陶瓷，1999（3）：19～20