1 实验
1.1 原料
环境友好型陶瓷轻质外墙砖除了利用工业废渣为主要原料外, 石英、高可塑性粘土、黑滑石等辅助原料也必不可少, 还含有些许分散剂、增塑剂 (三聚磷酸钠、羧甲基纤维素) 和丰富色彩所需的色料。
1.2 试样制备
将抛光砖废渣、废瓷粉烘干后粉碎, 将其作为主要原料;将石英、高可塑性粘土、黑滑石等配制成辅助原料, 过220目筛;分散剂 (三聚磷酸钠) 、增塑剂 (羧甲基纤维素) 和水混合比例均有严格的标准, 经过大量实验总结出最佳比例为1:9。主要工艺流程为:先将一定配比的抛光砖废渣、废瓷粉、石英、高可塑性粘土、黑滑石、三聚磷酸钠、羧甲基纤维素和色料按照一定比例均匀混合, 然后进入球磨机磨成细度达标的粉质原料, 过筛将超标粉质剔除后脱水, 再进入干压机压缩成型, 最后经过烘干程序烧制后检测轻质外墙砖性能, 最终制成性能、外观均达标的轻质外墙砖。
2 结果与分析
2.1
轻质外墙砖性能决定因素主要有容重、抗压能力和隔热能力等, 影响这些因素的原因有许多, 抛光砖废渣用量影响较大, 随着废渣用量的增大, 容重、抗压能力和隔热能都随之降低 (导热系数升高) ,
可以看出:当抛光砖废渣的用量超过一定百分 (0.70) 比时, 轻质外墙砖的容重、抗压能力下降速度明显加大。造成这样结果的原因是:第一, 由于抛光砖废渣用量的不断提高, 导致气孔直径随之升高, 气孔率的提高又致使轻质外墙砖容重下降 (同体积的砖坯被大量孔隙占据其容重必然下降) 。轻质外墙砖的强度降低的本质原因是轻质外墙砖有效承载负荷面积减少。第二, 高温烧结助剂的量的多少影响着抛光砖废渣颗粒之间的结合程度降低, 抛光砖废渣用量的提高, 必然得相应减少辅助原料的供应, 辅助原料少了对应高温烧结助剂也相应减少, 导致砖体烧结程度下降, 导热系数相应增大。可见, 要强生产出质量性能优质的轻质外墙砖必须控制好强度、容重、导热三大特性的相互矛盾。为了达到三者性能的均衡, 本研究确定的抛光砖废渣用量以70% (质量分数) 最为适宜, 此时, 导热系数为0.20w/m*K, 容重为0.95g/cm3, 抗压强度为14.5MPa。
2.2 成型压力对轻质外墙砖性能的影响
由图2可见, 一个很明显的拐点出现在成型压力为14MPa时, 当成型压力小于14MPa时, 随成型压力增加, 轻质外墙砖的容重、抗压强度增加幅度剧烈;当成型压力大于14MPa后, 随成型压力增加, 轻质外墙砖容重、抗压强度增加幅度减缓。 (导热系数有相同变化特征, 不过是和压力成反比) 分析其原因是:成型压力小于14MPa时, 抛光砖废渣颗粒在压力作用下主要原料颗粒发生剧烈移动, 并且迅速排位, 使得坯体空隙减少, 密度增加。当成型压力达到14MPa后, 再继续加以压力后, 轻质外墙砖坯体中颗粒位移缓慢, 其密度增加幅度有限, 所以成型压力的增加使制品容重、强度提高和保温性能降低的作用趋于平缓。为此, 采用压制成型工艺制造轻质外墙砖, 应综合考虑成型压力对轻质外墙砖容重、强度和保温性能的影响才能得到理想效果。
2.3 烧成制度对轻质外墙砖质量的影响
为了确定的烧成制度, 我们研究了温度对素砖坯粉料性能的影响, 并总结出了素砖坯粉料性能随热力的变化, 结果见图3。
从图3中的DSC曲线可知:由于素砖坯粉料有吸附水特性, 在温度达到52.4摄氏度左右后的吸热能力最强达到最高峰;400摄氏度~733摄氏度之间存在一系列吸热峰, 主要原因是水和有机物分解所致。无机盐的分解也是吸热峰出现的一个很重要的原因, 在温度达到700摄氏度以上的吸热峰就这个原因所致;由图3的TG曲线可知, 由于吸附水的挥发, 结合水、有机物以及无机盐的分解形成烧失量。这才导致素砖坯粉料在烧成过程产生了2.40%的失重, 其失重曲线的特征在0摄氏度到733摄氏度之间都有所体现。
结合图3的分析结果, 本文研究确定了两种烧成制度A和B:两种制度温度区间第一温度区间为20摄氏度~750摄氏度:升温速率不同A的升温速率为5摄氏度/min;B为升温速率为10摄氏度/min。;第二温度区间为750摄氏度~1170摄氏度:A的升温速率为15摄氏度/min, B为升温速率为10摄氏度/min。最后1170摄氏度保温10分钟;再让其自然冷却。
两种烧成制度的实验结果表明:采用A烧成制度时, 最终砖体没有缺陷, 外观近乎完美, 以往很容易出现的砖体内部少量黑心和局部裂纹等缺陷没有发生, 并且轻质外墙砖的主要性能容重、导热系数和抗压强度等均能达到标准。经过分析研究, 原来轻质外墙砖的主要原料废渣中的气孔在一定温度下会发生分解, 分解后就不会出现黑心问题, 且分解最佳温度在750摄氏度左右。不难发现, 要想彻底消除黑心就应在750摄氏度这个最佳温度上保持足够长的时间, 让有机物彻底分解, 最终达到彻底消除黑心的问题。我们还发现, 在750摄氏度左右, 让温度缓慢增长这样就可以防止二氧化硅。而采用B烧成制度时, 黑心和局部裂纹等缺陷均出现。另外, 在过了750摄氏度后, 就应该加速升温, 这样有效的降低了气体逸出的可能性, 就能使轻质外墙砖具保持良好的保温性能。
3 结语
综上分析, 随着抛光砖废渣用量和成型压力不同程度的变化, 会影响到轻质外墙砖的导热系数、抗压强度与容重等特性随之发生变化。即随着废渣用量的增大, 容重、抗压能力和隔热能都随之降低 (导热系数升高) ;随着成型压力的不断提高, 其轻质外墙砖的容重和抗压强度和成型压力成正比, 然而导热系数却相反成反比。通过TG~DSC分析确定了在750摄氏度之前和750摄氏度之后的升温速率的高低会对轻质外墙砖的质量产生影响。即在750摄氏度之前升温速率应缓, 750摄氏度之后升温速率应急的优化烧成制度。 (解决了黑心和裂纹问题) 在此烧成制度下, 选用70%废渣用量和14MPa的成型压力, 制备出了导热系数为0.20w/m*K, 容重为0.95g/cm3, 抗压强度为14.5MPa的轻质外墙砖。
摘要：本文研究采用抛光砖废渣等工业废渣为主要原料制备陶瓷轻质外墙砖, 通过分析抛光砖制作工艺和影响抛光砖性能的因素, 提出如何利用抛光砖废渣制备出质量和性能达标的高强、质轻、保温的轻质外墙砖。
关键词：抛光砖废渣,轻质外墙砖,导热系数,容重,抗压强度
参考文献
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