废陶瓷质烧结型透水砖的研制

张留生 许小静

摘 要 本文研究了利用废弃的陶瓷制品生产烧结型透水砖的工艺技术，具体通过采用废弃陶瓷制品的颗粒为基本骨架料，以其较粗颗粒级配为底层骨架料、较细颗粒级配为面层骨架料，并分别外加适量的无色或有色高温粘结剂、有机粘结剂CMC、水，经混合、陈腐、二次布料压制、干燥、烧成及检验等工艺的生产方法，制得合格的烧结型透水陶瓷砖。

关键词 废陶瓷；颗粒；压制；烧结；透水砖；无机非金属材料

0 前 言

在快速的城市化、城镇化的建设进程中，石材、水泥和陶瓷砖等建筑材料被大量使用。这些材料的共同特点是透水性能差，甚至有的完全不透水。城区地面铺设这类建筑材料而“硬化”的区域逐年增加，加剧了“城市热岛效应”。有的区域还因地下水被过度开采而得不到地表水的及时补充，出现了地面沉降的现象。随着经济建设的发展、社会文明的进步，随着人们在对各种建筑材料不断提出功能上新的要求，也对其实用性、美观性有着更高的要求，以期达成城市建筑功能化、生态化与设计个性化、人文化的统一，为人们提供“海绵型城市”的宜居环境。

我国是世界陶瓷生产大国，在我国陶瓷工业快速发展的过程中，不合格而被废弃的陶瓷制品逐年增多，居高不下。据报道，2015年我国仅建筑陶瓷产量就超过100亿平方米，同时全年产生的废弃陶瓷制品就达1 000万吨以上。众所周知，陶瓷制品是经高温烧制而成的无机非金属材料，几乎没有在自然条件下降解、风化的能力。在陶瓷生产过程中所产生的废弃陶瓷制品，成了陶瓷企业在日常生产中需解决的全国性的棘手生态环境问题。

烧结型透水砖的定义为，以无机非金属材料为主要原料，经成型、高温烧制等工艺处理后制成渗水性能较好的铺地砖。选用废弃的陶瓷制品为主要原料，制成烧结型透水砖，实现工业废弃物的资源化再利用，既减少了所消耗的资源，又保护了生态环境，符合当前“循环经济”的产业发展政策。烧结型透水砖不但透水性好、抗压强度高，而且色彩丰富、实用耐久性好，更有降温降噪、调节地面水体循环和改善空气质量的功能，是建设“海绵型城市”宜居环境的优选建筑材料之一。

1 试 验

1.1原料选用

我们选用1 150℃以上温度烧成的废弃陶瓷制品作为透水砖的骨架料，并以锂长石、钾长石、苏州土、方解粉、白云石、滑石、玻璃粉及陶瓷着色剂等常规陶瓷原料为高温粘结剂原料。

1.2试验过程

（1）骨架颗粒料的制备

废陶瓷采用颚式破碎机破碎，筛分成8～30目与16～30目二种级配的粗、细颗粒体，分别用作透水砖的底层与面层骨架料。

（2）高温粘结剂的制备

高温粘结剂选用的是普通陶瓷透明釉基料结构，正交法进行各原料配方优化组合的试验，并根据透水砖面层色泽的需要在配料中加入适量陶瓷色料，分别制成无色、有色的高温粘结剂，在透水砖底层骨架料与面层料骨架中均匀混合使用。高温粘结剂的配料采用干法混合、球磨工艺处理，加工成细粉，细度控制为：250目筛余小于1.0%。

（3）透水砖生产工艺（见图1）

2 结果与讨论

2.1废陶瓷的选用

烧结型透水磚有耐压强度高、透水性强的特征。废弃陶瓷颗粒作为砖体骨料，采用1 150℃以上高温烧结而成，本身强度高；又该透水砖经1180～1200℃高温烧成，二度烧成时不熔融，是一种优质的骨料，烧成的透水砖强度高。

2.2高温粘结剂的作用

高温粘结剂即陶瓷常规的透明基釉，需在透水砖的烧成温度下充分熔融。该透明基釉均匀包裹透水砖废陶瓷骨架颗粒料表面，在高温作用下呈玻璃相，在废陶瓷颗粒表面形成了共熔体，这使得砖体中各废陶瓷骨架颗粒相互牢固粘结，赋予了透水砖体更高的强度。且该玻璃相仅在废陶瓷的颗粒表面形成，不充满砖体骨架颗粒孔间的空隙，确保了砖体的气孔率，同时在砖体内部孔隙周壁形成的玻璃相，又显著降低了水在砖体内渗入与渗出时的流动阻力，提高了透水砖的透水性。

2.3合适的骨架料颗粒级配

透水砖采用了底层与面层骨架料分别布料再压制的成型工艺，在仅占不足砖体总厚度五分之一的面层骨架料中加入适量陶瓷色料，既丰富了透水砖的色彩变化又降低了生产成本。面层骨架料选用较细级配的废陶瓷颗粒体，使得透水砖面层颗粒间的孔径整体小于底层颗粒间的孔径，在透水砖的铺设及使用过程中，该面层骨架料结构对积聚在砖体表面的大颗粒杂质产生过滤作用，避免较多大颗粒杂质渗入砖体內部，造成颗粒间孔隙的堵塞而影响透水性能；透水砖面层材料的“细颗粒化”处理，使得人们在砖面行走更舒适，同时砖体面层颗粒保持的适度粗糙度又保障了防滑效果。

2.4砖坯增强剂的使用

废陶瓷骨架颗粒料与高温粘结剂的混合比例为85：15，透水砖的干压坯料几乎无塑性。为保证砖坯在压制及输送过程中不致损坏，在坯料混合的同时加入2%的有机粘结剂CMC及8%的水并充分搅拌，再在密闭的储存空间内陈腐24h以上，压制的砖坯在60～80℃的环境温度下干燥48h，砖坯从有机粘结剂的充分硬化中得到了足够的强度。

2.5成型压力的保障

透水砖不但要求透水性好而且要求强度高，砖体厚度一般需在50～60mm。透水砖坯料的堆积密度为1.4g/cm3左右，砖坯的压缩比约为1.5，为保证砖坯的致密度，在压制成型时压力应不低于100MPa。超高的成型压力提高了生砖坯的强度，同时由于骨架颗粒表面间的结构紧密，在烧成时颗粒界面间的晶相反应更充分，形成更牢固的骨架结构，确保砖体的高强度。

3 结 论

（1）采用本研制方法制得的烧结型透水砖主要性能指标为：保水性≥0.8g/cm2，透水系数≥0.10cm/s，抗压强度≥60MPa。

（2）本研制方法适合于利用废陶瓷制品产业化生产烧结型透水砖，制成的透水砖透水性强、抗压强度高、色彩丰富、实用耐久性好，广泛适用于大型停车场、广场及城市道路、艺术景观等室外公共场所的地面铺设。

参 考 文 献

[1]李家驹.陶瓷工艺学[M].中国轻工业出版社.2001

[2]同继峰，闫开放.现代建筑卫生陶瓷技术手册[M].中国建材工业出版社.2010