利用废旧陶瓷制作免烧道路砖的试验研究

2016-01-07杨鹤,陶珍东,李旭光等

建材技术与应用 2015年1期

试验研究

利用废旧陶瓷制作免烧道路砖的试验研究

□□ 杨鹤，陶珍东，李旭光，赵林南(济南大学材料科学与工程学院，山东济南250022)

摘要：采用正交试验方法，研究了废瓷粉掺入量和颗粒级配对免烧道路砖的力学性能、吸水率、耐磨性的影响。试验结果表明，废瓷粉的颗粒级配以级配1较好，即粒径2 000~500 μm的占80%，500~300 μm的占10%，300~75 μm和<75 μm的各占5%；废瓷粉的掺入量以40%为宜。

关键词：废旧陶瓷；免烧砖；力学性能；吸水率；耐磨性

文章编号：1009-9441(2015)01-0001-03

中图分类号：X 799.1；TU 522.1

文献标识码：A

Abstract：Orthogonal experiment is used in researching the effect of ratio of waste ceramic and particle size distribution on the mechanical property，water absorption and wear resistance of baking-free brick.The results show that the better particle size distribution is gradation one with the 80% content of the particle size around 2 000~500 μm，10% content of the particle size of 500~300 μm，5% content of particle size around 300~75 μm and 5% content of particles size of small than 75 μm.The better mixing amount is 40%.

作者简介：杨鹤(1990-)，女，山东齐河人，硕士研究生，现从事废旧陶瓷回收利用方面的研究。

收稿日期：2014-12-05

引言

我国陶瓷产量巨大，其中日用陶瓷的年产量占世界陶瓷总产量的70%左右。仅我国山东淄博市的陶瓷墙地砖年产量就已达到5.8亿m3(折重约为1 740万t)[1]，以5%的废品率计算，淄博市每年仅陶瓷墙地砖生产过程中产生的废旧陶瓷就可达87万t，如果再考虑其他陶瓷生产中产生的废旧陶瓷，那么陶瓷垃圾的年排放量远高于此。

众所周知，废旧陶瓷是不可降解垃圾，目前主要采用的填埋处理方式占用大量土地资源[2]。同时，陶瓷中含有的重金属渗入土壤中，既污染土壤资源，又严重影响地下水质[3]。因此，与其他行业的工业废料再利用一样，积极推进废旧陶瓷的资源化再利用是节省资源、保护环境和实现我国经济可持续发展的重要途径[4]。本文进行了利用废旧陶瓷生产免烧道路砖的研究，以期扩大废旧陶瓷资源化利用的途径。

1试验用原材料

(1)山水集团生产的P·O 42.5水泥。

(2)废旧陶瓷外墙砖。其XRD图谱如图1所示。

由图1可以看出，废瓷砖的主要成分是石英和莫来石。莫来石硬度较高，在免烧道路砖中可起到骨料的作用，同时也能增强道路砖的耐磨性。

2试验

2.1　废陶瓷砖的粉碎及分级

废瓷砖先经PEF100×60型颚式破碎机破碎后，再置入Φ500 mm×500 mm的球磨机中粉磨。球磨后的粉料分别采用1 700 μm(10目)筛、425 μm(35目)筛、270 μm(50目)筛和75 μm(200目)筛分级成2 000~500 μm、500~300 μm、300~75 μm和<75 μm等4个粒级。这4个粒级的废瓷粉进行颗粒级配见表1。

图1　废瓷砖的XRD图谱

表1　废瓷粉颗粒级配　%

2.2　试样成型及养护

将不同粒度级别的废陶瓷粉与水泥分别按20%∶80%，40%∶60%和60%∶40%的比例计量并混合后，按照水灰比为0.5，采用JJ-5型水泥砂浆搅拌机搅拌均匀，然后按照水泥成型的方法制作40 mm×40 mm×160 mm试体，放入YH-42B型标准恒温恒湿养护箱(温度20 ℃±1 ℃，RH>95%)中养护24 h后脱模，在养护室中于20 ℃±2 ℃下养护28 d。养护结束后，测度其抗压强度、抗折强度、吸水率、空隙率及耐磨性[5]。

2.3　试样性能测定

2.3.1抗折强度测定

采用DKZ-5000型电动抗折试验机测定试件的抗折强度。

2.3.2抗压强度测定

采用YE-30型液压式压力试验机测定试件的抗压强度。抗压强度Re按(1)式计算：

(1)

式中:Re——抗压强度,MPa;

Fe——破坏时的最大荷载,N;

A——受压部分面积,mm2。

2.3.3显气孔率和吸水率测定

将试样用水冷式切割机切成约1 cm厚的薄片，将薄片放入DZF-30型干燥箱在60 ℃下干燥12 h后称重，利用XQK显气孔体密测定仪测定试件的显气孔率和吸水率。

显气孔率π按(2)式计算，吸水率ω按(3)式计算：

(2)

(3)

式中:π——显气孔率,%;

ω——吸水率,%;

m1——测试前已干燥的试样质量,g;

m2——饱和试样悬浮在液体(水)中的质量,g;

m3——饱和试样的质量,g。

2.3.4耐磨性测定

将试样用水冷式切割机切成大约1 cm厚的薄片，将薄片放入DZF-30型干燥箱在60 ℃下干燥12 h后称重，将No.1000的砂纸固定在PG-2B型金相试样抛光机上，以抛盘转速为650 r/min抛磨10 min，清洗干净试样表层后放入DZF-30型干燥箱在60 ℃下干燥12 h后称重，磨损量M按(4)式计算：

(4)

式中:M——试样磨损量,%;

m1——试样抛磨前的质量,g;

m2——试样抛磨后的质量,g。

3结果及讨论

3.1　试验结果

正交试验方案设计及试验结果见表2。

3.2　结果分析

由表2可以看出，废瓷粉颗粒级配和掺入量对抗折强度的影响不明显，反映在极差上二者相差不大。废瓷粉颗粒级配对抗压强度具有显著影响；废瓷粉掺入量对试体的显气孔率和吸水率影响较大，但在3个废瓷粉颗粒级配中，颗粒级配2的吸水率较高，这是由于颗粒大小较均匀，小颗粒少，产生的空隙较多；废瓷粉掺入量是影响耐磨性的主要因素，这是因为废瓷粉的主要成分石英和莫来石的硬度较高，可以提高免烧砖的耐磨性，所以其耐磨性随着废瓷粉掺量的增多而增大。