韓瑞祥，安金夢，張琛，曹成林，沈毅

(1.華北理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，河北 唐山 063210；2.河北省無機(jī)非金屬材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063210)

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透水瓷化磚的制備

韓瑞祥，安金夢，張琛，曹成林，沈毅

(1.華北理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，河北 唐山 063210；2.河北省無機(jī)非金屬材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北 唐山 063210)

透水瓷化磚；干壓成型；水渣；工業(yè)廢料

通過搜集傳統(tǒng)水泥型透水磚和陶瓷型透水磚的制備方法，設(shè)計(jì)制備出具有優(yōu)良透水性能的瓷化磚。依據(jù)當(dāng)今節(jié)能減排的大環(huán)境，利用工業(yè)廢料水渣作為原料，摻入細(xì)長石和黏土。采用干壓成型結(jié)合高溫煅燒法，運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，并檢測了其抗折、抗壓、抗凍性能；采用XQK-02型顯氣孔體密測定儀測定坯體吸水率；用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)表征其物相組成與微觀結(jié)構(gòu)，探究組成結(jié)構(gòu)對透水磚透水性能的影響。結(jié)果表明，制備出的透水磚透水率大于20 mm/s、抗壓強(qiáng)度為25 MPa、-40～40 ℃凍融循環(huán)25次以上性能優(yōu)異。

近年來，對于性能優(yōu)良的新型建筑材料的研究備受關(guān)注，其中透水磚因具有一定的抗壓、抗凍及透水性能，可以很好地替代不透水性鋪裝材料，而被廣泛應(yīng)用在城區(qū)道路鋪裝、居民小區(qū)和各大廣場[1-3]等。在住建部頒布的《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南》中，其中提及要建設(shè)海綿城市，透水磚因其為一種優(yōu)良的道路鋪裝材料，該項(xiàng)研究引起很多學(xué)者的重視。該項(xiàng)目以工業(yè)廢料水渣、黏土、細(xì)長石為原料，采用干壓成型結(jié)合高溫煅燒的方法，制得透水瓷化磚，最后測試其透水率、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、抗凍值。傳統(tǒng)透水磚的基本類型為水泥型和陶瓷型，近年來出現(xiàn)了塑料型和風(fēng)沙復(fù)合型。透水磚的制備方法多種多樣，其中透水瓷化磚[4]的制備研究也是一個(gè)焦點(diǎn)。該項(xiàng)目制備透水磚的主要原料為水渣。馬克思指出“生產(chǎn)排泄物”，“廢物不廢”是馬克思主義對待“廢物”的基本觀點(diǎn)，所謂“廢物”是相對而言的，在一定條件下是可以變廢為寶的[5]。用水渣制備透水磚，變廢為寶[6-9]，符合我國集約高效的綠色節(jié)約型發(fā)展模式[10]，也為綠色節(jié)約型城市的建設(shè)作出了貢獻(xiàn)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原料

透水瓷化磚的制備所需原料為水渣、細(xì)長石、黏合劑(山西紫木節(jié))、粘結(jié)劑。近年來，由于紫木節(jié)越發(fā)稀少，故改用黏土作為黏合劑。粘合劑采用百分之一的水，將原料磨成粉狀。水渣利用GJ-1密封式制樣機(jī)磨制，過200目篩；細(xì)長石為固態(tài)玻璃狀成品，將其在研缽中磨制，過200目篩；黏土亦采用研缽磨制，過200目篩。將磨好的粉狀原料添加百分之一的蒸餾水，進(jìn)行充分的機(jī)械混勻，保證混合料的性質(zhì)均一穩(wěn)定。表1所示為透水瓷化磚原料成分。

表1 透水瓷化磚原料成分

1.2 試驗(yàn)流程和原料配比

圖1所示為透水瓷化磚制備流程圖。

圖1 透水瓷化磚制備流程圖

將水渣、細(xì)長石、黏土破碎粉磨，后進(jìn)行均化，按照配方進(jìn)行配料，原料配比如圖2所示。將配好的原料球磨均勻，按料：球組成=1：2用行星式球磨機(jī)球磨5 h，轉(zhuǎn)速為160 r/min，另一種粉磨方式為利用GJ-1密封式制樣機(jī)。

表2 試驗(yàn)原料配比/%

原料配好后進(jìn)行成型處理，由于原料本身的限制，注漿成型等方式不適用，故采用干壓成型，利用TYE-300B型壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行壓制(模具100 mm×100 mm×40 mm)，以加壓速度為1 mm/s加壓至25 MPa。得到的半成品透水瓷化磚要注意小心拿放，謹(jǐn)防破碎。利用KJ-1700X型電爐燒成，升溫速度為3 ℃/min，在燒成溫度1 000 ℃下保溫1 h。

2 性能測試

該項(xiàng)研究對透水磚的測試主要針對其物理性能，物理性能測試按JC/ T945-2005《透水磚》標(biāo)準(zhǔn)依次對各配方所得試樣的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、透水性、抗凍性等進(jìn)行性能測試。

2.1 抗壓強(qiáng)度

將成品透水磚去除表面所粘連殘?jiān)投嘤嗟拿?，將透水瓷化磚在水中浸泡1 d。浸泡后將透水磚從常溫水中取出，用一塊擰干的濕抹布擦去表面水分。將透水磚放置在壓力試驗(yàn)機(jī)下壓板的中間位置，打開壓力試驗(yàn)機(jī)，控制加壓速率為0.4～0.6 MPa/s，盡量保證其均勻連續(xù)的加壓，最終記錄下透水磚受到破壞時(shí)的臨界壓力值。測出每塊磚的抗壓值，取平均值即可得到某配方下的抗壓性能。

2.2 抗折強(qiáng)度

類似與抗壓強(qiáng)度測試，將成品透水磚去除表面所粘連殘?jiān)投嘤嗟拿?，將透水瓷化磚在水中浸泡1 d。浸泡后將透水磚從常溫水中取出，用一塊擰干的濕抹布擦去表面水分。在支座上沿著長度方向放置透水磚。支距為透水磚試樣厚度的4倍，將3～5 mm厚的膠合板墊層墊在支座、施壓棒與透水瓷化磚接觸面之間。打開抗折實(shí)驗(yàn)儀，負(fù)荷速率控制為120～180 N/s，要注意均勻連續(xù)加荷，當(dāng)透水磚受到破壞時(shí)，記錄下此時(shí)的抗折破壞荷載，取抗折數(shù)值的平均值，作為此配方下的抗折性能。

2.3 透水系數(shù)

用數(shù)學(xué)教學(xué)用直尺測量圓形透水磚試樣的直徑D和厚度L，多次測量取平均值，精確至百分位，計(jì)算出式樣的表面園的面積S。用玻璃水將透水磚試樣的四周密封好，保證其不漏水，水僅能透過試樣的上表面穿過透水磚進(jìn)行滲透。當(dāng)玻璃水固化后，將透水磚放入真空裝置中，抽真空至90 kPa±1 kPa，并且保持0.5 h。與此同時(shí)，在真空裝置中加入足夠多的水將透水磚覆蓋，并且保持試樣上方10 cm的水位，停止抽真空操作，使其浸泡20 min后取出，將透水磚放入測透水系數(shù)的實(shí)驗(yàn)裝置中，將透水圓筒和試樣密封連接好，放入水槽，打開供水系統(tǒng)開關(guān)，使無氣水進(jìn)入容器中，待溢流水槽的溢流孔有水流流出時(shí)，此時(shí)要調(diào)整進(jìn)水量，要保證透水圓筒的水位在150 mm，等出水量穩(wěn)定后，從出水口用量筒接住流出的水量，記錄3次取均值。最后用教學(xué)用直尺測量透水圓筒的水位與溢流水槽水位的差值，同時(shí)記錄水的溫度。

2.4 抗凍性能

仔細(xì)觀察透水瓷化磚試樣，標(biāo)記好缺損和裂紋位置，記錄相應(yīng)缺陷情況。然后將其放入常溫水(20 ℃±10 ℃)中浸泡1 d。同理，水面要高于試樣一定高度(20 mm)。浸泡后將透水磚從常溫水中取出，用一塊擰干的濕抹布擦去表面水分，此時(shí)立即放入抗凍試驗(yàn)機(jī)，溫度調(diào)制在-5 ℃(需之前預(yù)處理)，相鄰兩試樣間隔不得小于2 cm。每個(gè)試樣所凍時(shí)間要保證3 h以上，冷凍后取出試樣，將其放入常溫水中浸泡2 h。整個(gè)過程為一個(gè)凍融循環(huán)周期，需要重復(fù)25次。進(jìn)行完所有的凍融循環(huán)過程后，將試樣從常溫水中取出，用擰干的濕抹布擦去表面附著水，檢查并記錄好經(jīng)凍融后透水磚試樣的缺損和裂紋情況，與未經(jīng)凍融時(shí)作對比，最后放到壓力試驗(yàn)儀上進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的測試。

3 結(jié)論

當(dāng)配比為黏土32%、水渣62%時(shí)透水率最好，試樣的抗折性能為0.4 Mpa，抗壓數(shù)值為25.12，透水率為2.16 mm/s。

[1] 王萊.透水透氣性材料在園林中的應(yīng)用研究[D].杭州:浙江農(nóng)林大學(xué),2010.

[2] 李湘洲.城市雨水利用與透水磚的發(fā)展前景[J].磚瓦世界,2012,(02):17-19.

[3] 戴武斌,曾令可,王慧,等.透水磚的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].磚瓦,2007,(08):22-25.

[4] 冶金工業(yè)部建筑研究總院,等編.國外工業(yè)廢渣利用概況.北京：中國建筑工業(yè)出版社,1981.

[5] 魏宗華.冶金工業(yè)綜合利用100例[M].北京:中華人民共和國冶金工業(yè)部安全環(huán)保司,1986.

[6] 劉富業(yè).利用建筑垃圾制作生態(tài)透水磚研究 [D].廣州:廣東工業(yè)大學(xué),2012.

[7] 成智文,閆開放.陶瓷透水磚的生產(chǎn)技術(shù)及發(fā)展前景[J].磚瓦,2016,(02):21-23.

[8] 馬養(yǎng)志.透水磚的生產(chǎn)工藝與發(fā)展前景[J].磚瓦,2004,(07):47-49.

[9] 王立華.新型生態(tài)環(huán)保陶瓷透水磚及其應(yīng)用[J].中小企業(yè)科技,2007,(10):93-93.

[10] 《綠色建筑》教材編寫組.綠色建筑[D].北京:中國計(jì)劃出版社,2008.

Preparation of Permeable Ceramic Brick

HAN Rui-xiang,AN Jin-meng,ZHANG Chen,CAO Cheng-lin,SHEN Yi

(1.College of Materials Science and Engineering,North China University of Science and Technology,Tangshan Hebei 063210,China;2.Key Laboratory of Inorganic Nonmetallic Materials of Hebei Province,Tangshan Hebei 063210,China)

permeable vitrified brick; dry pressing; water granulated slag; industrial waste

Porcelain brick with excellent water permeability was designed and prepared by collecting the preparation methods of traditional cement permeable bricks and ceramic permeable bricks.Nowadays,under the background of energy saving and emission reduction,industrial waste water granulated slag as raw materials was used,and some feldspars and clays were mixed.Dry pressing and high temperature calcination method were used,and orthogonal test design was used,the fracture resistance,compressive resistance and frost resistance were tested.The water absorption of the green body was tested by XQK-02 density test,the phase composition and microstructure of the body were characterized by X-ray diffraction (XRD).The influence of the composition and structure on the water permeability of the permeable bricks was investigated.The results show that the permeable brick with excellent water permeable rate of more than 20 mm/s,compressive strength of 25MPa and freeze-thaw cycle 25 times between -40-40℃.

2095-2716(2017)03-0021-04

2017-03-09

2017-05-08

華北理工大學(xué)2016年大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)資助項(xiàng)目(X2016266)。

TQ176.76

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