諶 俊，楊福偉，朱方才，陳志川，鄭彩華

（1.廣東清遠職業(yè)技術學院，廣東 清遠 511510；2.廣東家美陶瓷有限公司，廣東 清遠 511510）

陶瓷拋磨廢料免燒磚的制備與強度研究

諶 俊1，楊福偉2，朱方才1，陳志川2，鄭彩華1

（1.廣東清遠職業(yè)技術學院，廣東 清遠 511510；2.廣東家美陶瓷有限公司，廣東 清遠 511510）

拋光磚產量位列瓷磚產量第一，但拋光磚的拋磨廢料已嚴重污染周邊環(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，可提高磚坯強度2至3倍，并明顯降低磚坯原料生產成本，最大降低幅度達到26.8%。

拋磨廢料；免燒磚；抗壓強度；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，建筑陶瓷產量位居世界總產量第一位。據中國建筑衛(wèi)生陶瓷協(xié)會發(fā)布的統(tǒng)計數據，2012年瓷磚產量已達92多億平方米，而拋光磚產品產量占全國瓷磚總產能的35.99%，位列第一，全國拋光磚產量達33億平方米。據測試統(tǒng)計，生產每平方米拋光磚將產生1.5kg拋磨廢料，磨頭損失約0.6kg，即每平方米拋光磚將產生2.1kg左右的廢料[1]，則全國每年產生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)境造成了嚴重污染。目前國內很多學者對陶瓷拋磨廢料的回收應用做了大量的研究，如廣東宏陶陶瓷有限公司通過技術研發(fā)，成功引入18%的陶瓷拋光廢渣等作為原料生產陶瓷釉面磚，并得到專家確認[2]，但18%的拋光廢料摻入量比例太低，廢料的消耗量有限；華南理工大學的稅安澤等人以拋磨廢料為主要原料，通過燒結研制出輕質多空建筑材料[3]；佛山科學技術學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]，但通過燒結工藝對陶瓷廢料加以利用，無疑增加了能源的消耗和生產成本。國內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、經濟前景廣闊，同時節(jié)約土地和減少環(huán)境污染等優(yōu)勢。

1 試驗材料與試驗方法

1.1 試驗原材料

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，細度為80μm篩余3.5%，化學成分見表1。

水泥：采用海螺牌42.5普通硅酸鹽水泥，實測28d抗壓強度為44.2MPa。

砂：河砂，過9.5mm方孔篩除去大顆粒，細度模數為2.78，表觀密度2.64g/cm3，堆積密度1.42g/cm3。

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

1.2 試驗設備

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型膠砂攪拌機進行混料，攪拌3分鐘；將攪拌均勻的物料裝填入自制的試驗磚模具，模具尺寸50mm×50mm×30mm；在Y32型油壓機上壓制成型；脫模后放入SHBY-40B型養(yǎng)護箱養(yǎng)護28天，養(yǎng)護溫度20±1℃，養(yǎng)護濕度大于80%；在100kN微機萬能力學試驗機測定磚的抗壓強度。

1.3 試驗成分配比設計

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度。由于陶瓷拋磨廢料顆粒粒徑小，比表面積大，吸水能力強，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 試驗結果與分析

2.1 廢料、石粉和砂配比對免燒磚強度的影響

圖1為廢料、石粉和砂配比的免燒磚強度試驗結果。從試驗結果可知，免燒磚中加入拋磨廢料降低了抗壓強度，陶瓷廢料加入量越多強度降低越大。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，粘結作用力弱，磚坯強度下降。在加入陶瓷廢料的成分配比中，A3配方強度最大，原因在于河砂為細骨料，拋磨廢料為超細填料，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，試塊強度相對較高。石粉的加入對強度貢獻不大，原因在于石粉粗顆粒較多，壓制成型的磚孔隙率大，強度較小，但在加入石粉的配方中，試塊表面粗糙，容易掛漿，磚與磚之間的粘結強度大，也便于后續(xù)建筑施工。

表1 陶瓷拋磨廢料化學成分分析結果Tab.1 The chemical analysis results of ceramic polishing and grinding waste

表2 免燒磚試驗成分配比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，可提高磚坯強度2至3倍。陶瓷拋磨廢料與粉煤灰都經歷過高溫產生，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，石灰與水反應先生成Ca(OH)2，Ca(OH)2與Al2O3反應生成水化鋁酸鈣(ASH)，與SiO2生成水化硅酸鈣(CSH)，這些水化產物可明顯提高試塊強度。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

對照砌墻磚試驗方法 GB/T 2542-2003，本實驗當中制備的免燒磚截面積為砌墻磚標準試驗試塊截面積的1/4左右。試樣尺寸越小，試驗檢測出的強度數值越大，基于強度數據需安全可靠的原則，本實驗強度折合成標準磚的換算系數選取為0.5，則只有B3和B4編號的試樣強度合格。目前市場上原材料價格見表3。

以清遠蓮塘磚廠的免燒磚配方為基準，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、磚與磚的粘結強度以及生產成本，B4強度雖低于B3強度，但B4表面粗糙、掛漿能力強、成本更具競爭優(yōu)勢，優(yōu)選B4作為免燒砌墻磚生產配方。

表3 原材料成本Tab.3 Cost of raw material

3 結 論

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

(2)通過加入混制的無機激發(fā)劑，與陶瓷拋磨廢料中活性Al2O3和SiO2生成的水化產物，可提高免燒砌墻磚強度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中的循環(huán)應用. 佛山陶瓷[J], 2010, (6): 7-13.

[4] 稅安澤, 夏海斌, 曾令可, 等. 利用拋光磚廢料制備多孔保溫建筑材料. 硅酸鹽通報[J], 2008, 27(1): 191-195.

[5] 周松青, 林 偉, 肖漢寧等. 利用破損陶瓷和陶瓷廢料制造陶瓷透水磚. 佛山陶瓷[J], 2007, (8): 7-10.

[6] 陳恩清, 王枝勝. 粉煤灰燒結磚制作工藝研究. 混凝土與水泥制品[J], 2007, (3): 60-61.

[7] 何惠, 王超會, 劉劍虹等 .粉煤灰免燒磚的制備及性能研究. 環(huán)境保護[J], 2009, (2): 53-55.

[8] 曾令可, 金雪莉, 劉艷春, 等編著. 陶瓷廢料回收利用技術[M],北京: 化學工業(yè)出版社, 2010.

[9] 蘇達根, 王功勛, 鐘小敏. 陶瓷拋光磚粉的組成及火山灰性能研究. 水泥技術[J], 2008, (4): 22-24.

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年清遠市產學研基金項目(編號：2012D021213006)

Correspondent author: CHEN Jun, male, Mast.

諶 俊，男，碩士。

E-mail: chenjun198109@163.com