陶瓷拋磨廢料免燒磚的制備與強(qiáng)度研究

諶 俊，楊福偉，朱方才，陳志川，鄭彩華

（1.廣東清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 清遠(yuǎn) 511510；2.廣東家美陶瓷有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511510）

陶瓷拋磨廢料免燒磚的制備與強(qiáng)度研究

諶 俊1，楊福偉2，朱方才1，陳志川2，鄭彩華1

（1.廣東清遠(yuǎn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 清遠(yuǎn) 511510；2.廣東家美陶瓷有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511510）

拋光磚產(chǎn)量位列瓷磚產(chǎn)量第一，但拋光磚的拋磨廢料已嚴(yán)重污染周邊環(huán)境。本文研究了用陶瓷拋磨廢料替代部分石粉和砂制備免燒砌墻磚，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在未加激發(fā)劑時，陶瓷廢料的加入降低磚坯強(qiáng)度；加入1%自制激發(fā)劑后，與陶瓷廢料活性成分分別生成CSH和Aft，可提高磚坯強(qiáng)度2至3倍，并明顯降低磚坯原料生產(chǎn)成本，最大降低幅度達(dá)到26.8%。

拋磨廢料；免燒磚；抗壓強(qiáng)度；激發(fā)劑

0 引 言

近十幾年來，我國陶瓷工業(yè)得到了迅猛發(fā)展，建筑陶瓷產(chǎn)量位居世界總產(chǎn)量第一位。據(jù)中國建筑衛(wèi)生陶瓷協(xié)會發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2012年瓷磚產(chǎn)量已達(dá)92多億平方米，而拋光磚產(chǎn)品產(chǎn)量占全國瓷磚總產(chǎn)能的35.99%，位列第一，全國拋光磚產(chǎn)量達(dá)33億平方米。據(jù)測試統(tǒng)計，生產(chǎn)每平方米拋光磚將產(chǎn)生1.5kg拋磨廢料，磨頭損失約0.6kg，即每平方米拋光磚將產(chǎn)生2.1kg左右的廢料[1]，則全國每年產(chǎn)生690萬噸拋磨廢料。我國大部分企業(yè)主要采取填埋方式處理廢料，擠占了土地，同時對環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。目前國內(nèi)很多學(xué)者對陶瓷拋磨廢料的回收應(yīng)用做了大量的研究，如廣東宏陶陶瓷有限公司通過技術(shù)研發(fā)，成功引入18%的陶瓷拋光廢渣等作為原料生產(chǎn)陶瓷釉面磚，并得到專家確認(rèn)[2]，但18%的拋光廢料摻入量比例太低，廢料的消耗量有限；華南理工大學(xué)的稅安澤等人以拋磨廢料為主要原料，通過燒結(jié)研制出輕質(zhì)多空建筑材料[3]；佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院的周松青等人在拋磨廢料中加入潔具粒子后攪拌、陳腐、壓制成型、燒成制備出多孔透水磚[4]，但通過燒結(jié)工藝對陶瓷廢料加以利用，無疑增加了能源的消耗和生產(chǎn)成本。國內(nèi)利用粉煤灰制備免燒磚的研究[5-6]報道較多，而用陶瓷拋磨廢料制備免燒磚的研究報道極少，用拋磨廢料替代價格日益上漲的粉煤灰制備免燒磚，具有廢料使用量大、經(jīng)濟(jì)前景廣闊，同時節(jié)約土地和減少環(huán)境污染等優(yōu)勢。

1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料

陶瓷廢料：選用廣東家美陶瓷有限公司拋磨廢料，表觀密度為2.48g/cm3，堆積密度0.85g/cm3，細(xì)度為80μm篩余3.5%，化學(xué)成分見表1。

水泥：采用海螺牌42.5普通硅酸鹽水泥，實(shí)測28d抗壓強(qiáng)度為44.2MPa。

砂：河砂，過9.5mm方孔篩除去大顆粒，細(xì)度模數(shù)為2.78，表觀密度2.64g/cm3，堆積密度1.42g/cm3。

石粉：清遠(yuǎn)采石場下腳料，道路所用石粉。激發(fā)劑：硫酸鈉和石灰混合自制而成。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

采用FN101-2A烘箱除去陶瓷拋磨廢料中水分；每次稱重7塊試樣份量，裝入JJ-5型膠砂攪拌機(jī)進(jìn)行混料，攪拌3分鐘；將攪拌均勻的物料裝填入自制的試驗(yàn)磚模具，模具尺寸50mm×50mm×30mm；在Y32型油壓機(jī)上壓制成型；脫模后放入SHBY-40B型養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)28天，養(yǎng)護(hù)溫度20±1℃，養(yǎng)護(hù)濕度大于80%；在100kN微機(jī)萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測定磚的抗壓強(qiáng)度。

1.3 試驗(yàn)成分配比設(shè)計

原料成分配比見表2，其中未加入激發(fā)劑編號為A，加入激發(fā)劑編號為B，每組成分制備7塊試樣用于檢測抗壓強(qiáng)度。由于陶瓷拋磨廢料顆粒粒徑小，比表面積大，吸水能力強(qiáng)，隨著陶瓷廢料含量提高，拌合水用量也逐漸提高。硫酸鈉和石灰比例為1∶1。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 廢料、石粉和砂配比對免燒磚強(qiáng)度的影響

圖1為廢料、石粉和砂配比的免燒磚強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果。從試驗(yàn)結(jié)果可知，免燒磚中加入拋磨廢料降低了抗壓強(qiáng)度，陶瓷廢料加入量越多強(qiáng)度降低越大。在無激發(fā)劑的情況下，陶瓷廢料在免燒磚中主要起填料作用，廢料粒徑細(xì)小、比表面積大，對起膠凝作用的水泥需求量大。水泥用量固定時，陶瓷廢料表面水泥量少，粘結(jié)作用力弱，磚坯強(qiáng)度下降。在加入陶瓷廢料的成分配比中，A3配方強(qiáng)度最大，原因在于河砂為細(xì)骨料，拋磨廢料為超細(xì)填料，河砂與拋磨廢料的級配搭配合理，壓制成型的試塊孔隙率小，試塊強(qiáng)度相對較高。石粉的加入對強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大，原因在于石粉粗顆粒較多，壓制成型的磚孔隙率大，強(qiáng)度較小，但在加入石粉的配方中，試塊表面粗糙，容易掛漿，磚與磚之間的粘結(jié)強(qiáng)度大，也便于后續(xù)建筑施工。

表1 陶瓷拋磨廢料化學(xué)成分分析結(jié)果Tab.1 The chemical analysis results of ceramic polishing and grinding waste

表2 免燒磚試驗(yàn)成分配比Tab.2 Test formulas for unf i red bricks

圖1 廢料、石粉和砂配比對免燒磚強(qiáng)度的影響Fig.1 Effects of waste, stone powder and sand ratios on the strength of the bricks

2.2 激發(fā)劑對免燒磚強(qiáng)度的影響

由圖2可知，加入自制外加激發(fā)劑，可提高磚坯強(qiáng)度2至3倍。陶瓷拋磨廢料與粉煤灰都經(jīng)歷過高溫產(chǎn)生，兩者都具有較好的活性，陶瓷拋磨廢料主要含有大量活性二氧化硅和氧化鋁成分[7]。激發(fā)劑的加入充分激發(fā)了拋磨廢料的活性，使廢料在試塊中發(fā)揮了水硬性，提高了試塊強(qiáng)度。具體原因可能在于硫酸鈉與石灰混合作為激發(fā)劑時，石灰與水反應(yīng)先生成Ca(OH)2，Ca(OH)2與Al2O3反應(yīng)生成水化鋁酸鈣(ASH)，與SiO2生成水化硅酸鈣(CSH)，這些水化產(chǎn)物可明顯提高試塊強(qiáng)度。同時硫酸鈉與Ca2+以及Al2O3在水溶液中易生成鈣礬石：

圖2 激發(fā)劑對免燒磚強(qiáng)度的影響Fig.2 Effects of activators on the strength of the brick

圖3 每塊免燒磚的原料成本Fig.3 Cost of raw material for each brick

2.3 成本分析

對照砌墻磚試驗(yàn)方法 GB/T 2542-2003，本實(shí)驗(yàn)當(dāng)中制備的免燒磚截面積為砌墻磚標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)試塊截面積的1/4左右。試樣尺寸越小，試驗(yàn)檢測出的強(qiáng)度數(shù)值越大，基于強(qiáng)度數(shù)據(jù)需安全可靠的原則，本實(shí)驗(yàn)強(qiáng)度折合成標(biāo)準(zhǔn)磚的換算系數(shù)選取為0.5，則只有B3和B4編號的試樣強(qiáng)度合格。目前市場上原材料價格見表3。

以清遠(yuǎn)蓮塘磚廠的免燒磚配方為基準(zhǔn)，水泥∶砂∶石粉=1∶4.5∶4.5，水灰比1∶1。按照每塊砌墻磚重2.6kg估算，則每塊磚的原料成本可見圖3。通過用陶瓷拋磨廢料輔以外加激發(fā)劑替代部分石粉和砂，在強(qiáng)度符合要求的同時，可明顯降低磚的成本，B3配方成本可降低12.0%，B4配方成本降低26.8%。鑒于考慮后續(xù)的施工性能、磚與磚的粘結(jié)強(qiáng)度以及生產(chǎn)成本，B4強(qiáng)度雖低于B3強(qiáng)度，但B4表面粗糙、掛漿能力強(qiáng)、成本更具競爭優(yōu)勢，優(yōu)選B4作為免燒砌墻磚生產(chǎn)配方。

表3 原材料成本Tab.3 Cost of raw material

3 結(jié) 論

(1)在無激發(fā)劑激發(fā)條件下，陶瓷拋磨廢料粒徑細(xì)小，水泥用量大，降低免燒砌墻磚抗壓強(qiáng)度；

(2)通過加入混制的無機(jī)激發(fā)劑，與陶瓷拋磨廢料中活性Al2O3和SiO2生成的水化產(chǎn)物，可提高免燒砌墻磚強(qiáng)度2至3倍；

(3)在免燒砌墻磚的配方中，以陶瓷拋磨廢料替代部分石粉和砂，既減少了環(huán)境污染，又明顯降低了磚的原料成本，最大成本降低率達(dá)到26.8%。

[1] 鄭彩華, 諶俊, 朱方才, 等. 拋光磚拋磨廢料的綜合利用. 中國陶瓷工業(yè)[J], 2012, 19(2): 34-36.

[2] 許愛民, 曾令可. 陶瓷廢料的綜合利用. 中國陶瓷工業(yè)[J], 2006, 13(6): 16-20.

[3] 余國明, 王貴生, 李少平, 等. 陶瓷磚冷加工廢渣在釉面磚生產(chǎn)中的循環(huán)應(yīng)用. 佛山陶瓷[J], 2010, (6): 7-13.

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Preparation and Strength of Unfired Bricks from Ceramic Polishing and Grinding Waste

CHEN Jun1, YANG Fuwei2, ZHU Fangcai1, CHEN Zhichuan2, ZHENG Caihua1
(1. Qingyuan Polytechnic, Qingyuan 511510, Guangdong, China; 2.Guangdong Jiamei Ceramics Co., Ltd., Qingyuan 511510, Guangdong, China)

With the development of the manufacturing sector of polished bricks, the ceramic polishing and grinding waste has badly polluted the environment. In this study, ceramic polishing and grinding waste was used to replace stone powder and sand to manufacture unfired bricks. Results show that the strength of the unfired bricks gradually decreased with the increase of the polishing and grinding waste if no activator was added. Adding 1% activator improved the strength of the unf i red bricks by 2 to 3 times and signif i cantly reduced the cost of the brick raw material by 26.8% at most.

polishing waste; unf i red brick; compressive strength; activator

TQ175.9

A

1006-2874(2014)02-0014-04

2013-12-11。

2013-12-26。

Received date: 2013-12-11. Revised date: 2013-12-26.

2012年清遠(yuǎn)市產(chǎn)學(xué)研基金項目(編號：2012D021213006)

Correspondent author: CHEN Jun, male, Mast.

諶 俊，男，碩士。

E-mail: chenjun198109@163.com