以陶瓷拋光渣為輔助骨料制備瓷磚粘結(jié)劑的研究

龔暉++許林峰++鐘保民

摘 要：以陶瓷拋光廢渣為輔助骨料制備瓷磚粘結(jié)劑，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和社會環(huán)保意義。本文通過實(shí)驗研究了拋光廢渣和膠粉添加量對水泥砂漿拉拔強(qiáng)度的影響。并研究了拋光廢渣添加量對水添加量的影響。結(jié)果表明，拋光廢渣對水泥砂漿拉拔強(qiáng)度有顯著的影響。當(dāng)膠粉添加量為2 wt%、拋光廢渣的添加量為25 wt%時，樣品的各項性能指標(biāo)最優(yōu)。

關(guān)鍵詞：陶瓷拋光渣；粘結(jié)劑；骨料

1 引言

從2014年開始，我國陶瓷磚產(chǎn)量已突破100億平方米，其中需要拋光的產(chǎn)品超過35%。每生產(chǎn)1 m2拋光磚需拋掉0.8 ～1.2 mm厚的陶瓷表面層，從而產(chǎn)生2.0 kg左右的陶瓷廢料。由此計算，拋光廢渣每年的排放量超過700萬噸。這些廢料作為陶瓷原料循環(huán)再利用時，在燒成過程中容易引起陶瓷磚嚴(yán)重發(fā)泡、變形，導(dǎo)致生產(chǎn)工藝難以穩(wěn)定，產(chǎn)品不合格。

如此大量的陶瓷拋光廢渣，通過簡單的填埋進(jìn)行處理，將占用大量的土地，污染水源、空氣和土壤環(huán)境[1-3]。因此，如何變廢為寶，將廢料資源化利用，己成為陶瓷生產(chǎn)廠家和環(huán)保部門共同關(guān)注的問題。

本文設(shè)想將陶瓷拋光廢渣作為輔助骨料來制備瓷磚粘結(jié)劑[4]，瓷磚粘結(jié)劑的市場需求量大，可以消耗大量的拋光廢渣。同時，瓷磚粘結(jié)劑的售價可以達(dá)到2000 ～3000元/噸，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。這項研究對陶瓷拋光廢渣的資源化利用具有重要的指導(dǎo)作用，有利于提高廢料資源化利用的附加值和消耗量，具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和社會環(huán)保意義。

2 實(shí)驗

2.1 實(shí)驗原料

水泥：海螺P.O 42.5R水泥。

陶瓷拋光廢渣：廣東某陶瓷廠提供。先將濕的拋光廢渣充分烘干（含水率< 0.5%），然后將粉料團(tuán)聚顆粒充分碾碎。

羥丙基甲基纖維素（HPMC）：河南天禾新型建筑材料有限公司生產(chǎn)。

可再分散乳膠粉：德國瓦克5044N可再分散乳膠粉。

淀粉醚：河南天禾新型建筑材料有限公司。

2.2 樣品制備

（1）原料配比

基料：按質(zhì)量計算，水泥24.5%，陶瓷拋光廢渣+石英砂+添加劑75.5%。

添加劑：按質(zhì)量計算，HPMC 0.4%，膠粉0～4%，淀粉醚0.1%。

（2）測試用瓷磚的準(zhǔn)備

將正常生產(chǎn)的600 × 600 mm瓷磚切割成10 × 10 mm的小樣備用，樣品的吸水率< 0.10%。砂漿涂覆前需將瓷磚小片粘貼表面的水或灰塵用濕抹布擦干凈。

（3）砂漿制備

將水泥、陶瓷拋光廢渣、石英砂、HPMC、膠粉、淀粉醚，按比例均勻混合，然后加入水，均勻攪拌至膏狀，靜置10 min待用。

（4）砂漿涂覆

將砂漿均勻涂覆在切割好的瓷磚上，厚度約4 mm。然后將涂覆好的樣品在室內(nèi)條件下養(yǎng)護(hù)28天。

（5）熱循環(huán)、凍融循環(huán)、浸水處理

熱循環(huán)：將在室內(nèi)條件下養(yǎng)護(hù)28天的樣品，置于80℃烘箱中4 h。然后冷卻到室溫，接著80℃處理4 h，循環(huán)5次。

凍融循環(huán)：將在室內(nèi)條件下養(yǎng)護(hù)28天的樣品，置于-18℃凍箱中4 h。然后自然升溫到室溫，接著-18℃處理4 h，循環(huán)5次。

浸水處理：將在室內(nèi)條件下養(yǎng)護(hù)28天的樣品，浸沒在水中，持續(xù)7天。然后將樣品擦干，置于50℃烘箱中干燥28 h。

2.3 樣品測試

采用拉拔儀（PosiTest AT-M Manual Adhesion Tester）對制備好的樣品進(jìn)行測試。測試過程如下：

（1）在水泥砂漿表面切出一個圓圈，需徹底切開，深入到瓷磚表面。

（2）將拉拔圓盤用云石膠固定在切開的砂漿圓圈表面，將樣品靜置5 min固化。

（3）用拉拔儀將圓盤緩慢拔起，記錄數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)測試10個樣品。

2.4數(shù)據(jù)處理

計算10個數(shù)據(jù)的平均值，舍去超過平均值±20%的數(shù)據(jù)。若剩余的數(shù)據(jù)超過5個，則求剩余數(shù)據(jù)的平均值。若剩余的數(shù)據(jù)少于5個，則重復(fù)試驗。

3 實(shí)驗分析

3.1 膠粉含量對樣品拉拔強(qiáng)度的影響

圖1為膠粉含量對樣品拉拔強(qiáng)度的影響。企業(yè)項目的技術(shù)指標(biāo)中要求拋光廢渣的添加量大于33%，因此本實(shí)驗將拋光廢渣的含量設(shè)定為35%。從圖中可以看出，隨著膠粉含量的增加，樣品的拉拔強(qiáng)度有一個很緩慢的增加趨勢。但增加的幅度相當(dāng)小，對于產(chǎn)品粘附性能的影響是可以忽略不計的。但是拋光廢渣的粒度非常細(xì)，平均粒徑只有10～20 μm，導(dǎo)致樣品的干燥收縮較大。較大的收縮使樣品的抗凍、抗熱和抗水性變差。通過添加膠粉可以改善樣品的韌性，提升其抗熱脹冷縮和吸水膨脹的能力[4]。為了兼顧樣品的使用性能和經(jīng)濟(jì)效益，將膠粉的添加量設(shè)定為2%。

3.2 拋光廢渣添加量對樣品拉拔強(qiáng)度的影響

圖2為拋光廢渣添加量對樣品拉拔強(qiáng)度的影響。樣品中膠粉的添加量設(shè)定為2%。從圖中可以看出，隨著拋光廢渣添加量的增加，樣品的拉拔強(qiáng)度先有一個增加的趨勢。當(dāng)添加量超過25%時，樣品的拉拔強(qiáng)度開始緩慢減小。當(dāng)添加量超過35%時，樣品的拉拔強(qiáng)度出現(xiàn)較快的下降趨勢。同時，通過觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)拋光廢渣的添加量達(dá)到或超過45%時，樣品干燥后會產(chǎn)生明顯的裂紋。所以，拋光廢渣的添加量不能超過40%。

3.3 拋光廢渣含量對干混砂漿的水添加量的影響

水的添加量主要是影響砂漿的干燥收縮和干燥后的致密度，從而影響其粘附性能和本身的強(qiáng)度。通常水的添加量不能超過30%，以24～27%為佳。圖3為拋光廢渣含量對干混砂漿的水添加量的影響。從圖中可以看出，隨著拋光廢渣添加量的增加，水的添加量不斷增加。當(dāng)拋光廢渣的添加量超過25%時，水的添加量增加幅度明顯加大。當(dāng)拋光廢渣的添加量達(dá)到35%時，水的添加量超過30%。當(dāng)拋光廢渣的添加量為45%時，水的添加量達(dá)到33.3%，直接導(dǎo)致了樣品的干燥開裂。

4 討論

由以上實(shí)驗結(jié)果可知，在干混砂漿中添加一定量的拋光廢渣可以有效改善其拉拔強(qiáng)度。主要是因為細(xì)顆粒的拋光廢渣可以有效提高樣品的致密度，從而使強(qiáng)度得到提高。但是當(dāng)拋光廢渣的添加量太多時，由于拋光廢渣的局部聚集、集料的表面積太大，而水泥的量有限，難以在顆粒表面形成均勻的水泥層，以及水添加量大導(dǎo)致干燥收縮大等原因，導(dǎo)致樣品的拉拔強(qiáng)度隨拋光廢渣的添加量增加而降低。

5 結(jié)論

拋光廢渣的添加量對干混砂漿的拉拔強(qiáng)度有非常顯著的影響?？刂茠伖鈴U渣的添加量在25 ～35%的范圍內(nèi)，既可以確保干混砂漿具有優(yōu)良的使用性能，又具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。研究表明，當(dāng)配方組成中拋光廢渣為25 ～ 35%，膠粉2%，水添加量26.8 ～30.2%時，產(chǎn)品具有良好的施工性能，拉拔強(qiáng)度大大優(yōu)于國標(biāo)要求。

參考文獻(xiàn)

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[2] 王繼杰，李旭. 中國陶瓷產(chǎn)業(yè)與環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)性發(fā)展[J]. 中國陶瓷， 2006，42 （10）： 3-6

[3] 李玉峰. 陶瓷廠廢料的開發(fā)和利用[J]. 佛山陶瓷，2003，13（3）： 16-18

[4] 許林峰，鐘保民. 可再分散乳膠粉對瓷磚粘結(jié)劑粘附性能的影響[J]. 佛山陶瓷，2016， 26（5）： 30-33.