环保釉面陶瓷透水砖的研制

2011-03-06李利方孙国梁余剑峰刘春江

中国陶瓷工业 2011年1期

关键词：釉面制品骨料

李利方孙国梁余剑峰刘春江

（景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院，江西景德镇333001）

1 引言

透水砖是一种用于铺贴地面装饰的功能材料，它具有一定的透气透水性，可以减缓城市“热岛效应”、减少燥热、减少城市噪音、保护水资源、减少空气粉尘、防滑等，是生态城市改建和城市可持续发展的必然趋势。

透水砖可分为烧结透水砖和免烧透水砖。烧结透水砖即陶瓷透水砖，制品需要烧制，成本偏高，但材料的强度高、装饰效果丰富，免烧透水砖主要以水泥制品为主，成本低廉，但材料强度偏差，装饰单一。

釉面陶瓷透水砖是在陶瓷透水砖的表面施一层釉，形成带很多细孔的釉面表层，不仅丰富了透水砖的装饰效果，而且很大程度上提高了透水砖的强度。

本文使用廉价的粘土、砂和社会废弃资源生活垃圾、废玻璃为主要原料，在降低成本的同时，节约自然资源，变废为宝，是一种环境友好型生态功能建筑材料。

2 实验

2.1 实验原料

钠长石、苏州土、滑石、白云石、废玻璃粉、氧化锌、复合添加剂、碳酸锶、生活垃圾、粘土、砂等，部分原料化学组成如表1。2.2实验方法

2.2.1 试样制备

实验利用废玻璃粉、复合添加剂、生活垃圾、釉、粘土、砂为主要原料制备陶瓷釉面透水砖。首先将生活垃圾分类、粉碎、筛选，将砂分级处理；按釉料配方配制釉，将各种原料称好后，以料∶球∶水=1∶1.5∶1的比例放入行星球磨机中，球磨60分钟（球磨速率为500rpm）。

将筛选出来的生活垃圾、复合添加剂、废玻璃粉、粘土、砂按一定比例混合均匀，制备试样。压制直径为55mm，高为60mm的圆柱状试样，然后于110℃下干燥8小时，待试样充分干燥后，放入高温箱式电阻炉中烧成，达到最高温度后保温30分钟。

2.2.2 试样的测试

根据JC/T945－2005行业标准，自制透水系数试验装置，测量试样的透水系数，利用300KN液压万能试验机对试样的抗压强度进行测试。

表1 化学组成Tab.1 The chem ical com position of the body batch

表2 化学组成Tab.2 The chem ical composition of the optimalglaze batch

图1 骨料粒径对抗压强度和透水系数的影响Fig.1 Influences of aggregate size on com pression strength and permeability coefficient

图2 成型压力对抗压强度和透水系数的影响Fig.2 Influence of form ing pressure on com pressive strength and permeability coefficient

3 结果与讨论

3.1 釉料的配制及釉的性质对制品性能的影响

通过大量的实验得出，釉料的最佳配方范围为：钠长石32％～48％、石英10％～15％、高岭土3％～6％、方解石9％～15％、萤石6％～9％、碳酸锶8％～10％、氧化锌3％～5％、熔块10％～15％。最优配方的化学组成如表2所示。

实验表明，釉的流动性越好，透水砖的抗压强度越差，釉面效果越差，透水性能越好。釉的流动性直接影响透水砖的综合性能，当釉的粘度小时，流动性大，容易造成流釉、干釉现象，结果导致制品表面形成的釉面厚度薄，釉面效果差，且制品容易发生变形。当釉的粘度大时，流动性差，容易造成堵孔、堆釉现象，影响制品的透水性。

3.2 骨料的颗粒级配对制品性能的影响

相同的配方下，采用不同颗粒级配的砂制备透水砖，测得试样的抗压强度和透水系数与颗粒级配的关系图如图1所示。

由图1可知，随骨料颗粒级配粒度的增大，透水砖的抗压强度先增大后降低，透水系数不断增大。

骨料粒径越小，比表面积越大，表面的缺陷越多，在外在的作用下更容易被破坏，导致制品强度低，所以制品强度随骨料粒径的增大而增大，当骨料的粒度过大时，颗粒与颗粒之间的接触面积小，粘结作用小，导致制品的强度反而降低。

随着骨料粒径的增大，根据颗粒紧密堆积原理，颗粒与颗粒之间的堆积空隙变大，有利于水在制品中的透过，所以制品的透水系数不断增大。

3.3 成型压力对制品性能的影响

成型压力的大小，直接影响坯体强度、致密度和烧结性。坯体的强度和致密度随成型压力的增大而增加，并且促进烧结。

由图2可以看出，随着成形压力的增大，透水砖的抗压强度不断增加，透水系数不断下降。成型压力在10MPa前，透水砖的抗压强度和透水系数的变化都很快，10MPa以后，透水砖的抗压强度和透水系数的变化比较平缓。成型压力过小时，制品很难烧结，强度差。成型压力过大时，会导致砂粒的破裂，破裂的部分会堆积到空隙中，在高温时，与其它物质发生反应，生成新的物相，导致堵孔，影响制品的透水性。综合考虑，在10MPa下成型，制品的综合性能比较好。

3.4 生活垃圾的掺入量对制品性能的影响

生活垃圾的主要成分是纸类、塑料和玻璃陶瓷等固体废弃物。本文所使用的生活垃圾，经过筛选、粉碎，测得其成分为：纸类52.6％，塑料等有机物7.4％，果皮易腐有机物4.2％，玻璃陶瓷等固体物质35.8％。将生活垃圾掺入基础配料后，对透水砖性能的影响如图3所示。

从图3可以看出，随着生活垃圾掺入量的增加，透水砖的抗压强度不断增大，透水系数先增大后减小。生活垃圾的掺入量不能过多，比较好的掺入量为5％。

生活垃圾中含有的纸类物质和塑料等有机物，在透水砖的制备过程中充当造孔剂的作用，高温中将烧失，增加制品的气孔率，有利于提高透水系数。而玻璃、陶瓷等固体物质，里面含有易熔物，在高温时，易形成低共熔物，填充在空隙中，降低制品的气孔率，甚至导致堵孔。当加入适量时，在增加制品强度的同时，增大透水系数，当加入过量时，体积收缩大，气孔率降低，制品易发生变形，透水系数不断的减小。

3.5 釉干粉的厚度对制品透水性能的影响

制备透水砖使用的大部分原料都是瘠性料，对釉浆的吸附性很小，浸釉工艺很难得到好的釉面效果，故采用干法施釉，将釉干粉做为透水砖的面料，与底料共压成型。

透水砖表面形成的釉面层，可以消除透水砖表面的许多缺陷，同时在制品的表面形成压应力层，当制品受到外应力作用时，首先要克服表面层中残余的压应力，从而提高了强度，也提高了制品表面的耐磨性，同时也丰富了表面装饰效果。实验证实釉面层会对制品的透水性能产生负面的影响，实验数据如图4所示。

从图4可以看出，随着釉层厚度的增加，制品的透水系数不断下降。釉层越厚，表面形成的孔越小、并且数量越少，严重的会导致堆釉、堵孔等现象的发生，同时改变了釉层的表面张力，不利于水的润湿。通过大量的实验发现，施釉层的厚薄，对制品的釉面装饰效果有影响，当釉层薄时，容易产生色差，由于制品表面的孔径各异，不均匀，导致部分面釉少，部分面釉多，当掺入色料后，釉面色调不均匀，从而形成色差。综合考虑，施釉层的厚度控制在1.5mm左右效果比较好。