環(huán)保釉面陶瓷透水磚的研制

李利方 孫國梁 余劍峰 劉春江

（景德鎮(zhèn)陶瓷學院材料科學與工程學院，江西景德鎮(zhèn)333001）

1 引言

透水磚是一種用于鋪貼地面裝飾的功能材料，它具有一定的透氣透水性，可以減緩城市“熱島效應”、減少燥熱、減少城市噪音、保護水資源、減少空氣粉塵、防滑等，是生態(tài)城市改建和城市可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。

透水磚可分為燒結(jié)透水磚和免燒透水磚。燒結(jié)透水磚即陶瓷透水磚，制品需要燒制，成本偏高，但材料的強度高、裝飾效果豐富，免燒透水磚主要以水泥制品為主，成本低廉，但材料強度偏差，裝飾單一。

釉面陶瓷透水磚是在陶瓷透水磚的表面施一層釉，形成帶很多細孔的釉面表層，不僅豐富了透水磚的裝飾效果，而且很大程度上提高了透水磚的強度。

本文使用廉價的粘土、砂和社會廢棄資源生活垃圾、廢玻璃為主要原料，在降低成本的同時，節(jié)約自然資源，變廢為寶，是一種環(huán)境友好型生態(tài)功能建筑材料。

2 實驗

2.1 實驗原料

鈉長石、蘇州土、滑石、白云石、廢玻璃粉、氧化鋅、復合添加劑、碳酸鍶、生活垃圾、粘土、砂等，部分原料化學組成如表1。2.2實驗方法

2.2.1 試樣制備

實驗利用廢玻璃粉、復合添加劑、生活垃圾、釉、粘土、砂為主要原料制備陶瓷釉面透水磚。首先將生活垃圾分類、粉碎、篩選，將砂分級處理；按釉料配方配制釉，將各種原料稱好后，以料∶球∶水=1∶1.5∶1的比例放入行星球磨機中，球磨60分鐘（球磨速率為500rpm）。

將篩選出來的生活垃圾、復合添加劑、廢玻璃粉、粘土、砂按一定比例混合均勻，制備試樣。壓制直徑為55mm，高為60mm的圓柱狀試樣，然后于110℃下干燥8小時，待試樣充分干燥后，放入高溫箱式電阻爐中燒成，達到最高溫度后保溫30分鐘。

2.2.2 試樣的測試

根據(jù)JC/T945－2005行業(yè)標準，自制透水系數(shù)試驗裝置，測量試樣的透水系數(shù)，利用300KN液壓萬能試驗機對試樣的抗壓強度進行測試。

表1 化學組成Tab.1 The chem ical com position of the body batch

表2 化學組成Tab.2 The chem ical composition of the optimalglaze batch

圖1 骨料粒徑對抗壓強度和透水系數(shù)的影響Fig.1 Influences of aggregate size on com pression strength and permeability coefficient

圖2 成型壓力對抗壓強度和透水系數(shù)的影響Fig.2 Influence of form ing pressure on com pressive strength and permeability coefficient

3 結(jié)果與討論

3.1 釉料的配制及釉的性質(zhì)對制品性能的影響

通過大量的實驗得出，釉料的最佳配方范圍為：鈉長石32％～48％、石英10％～15％、高嶺土3％～6％、方解石9％～15％、螢石6％～9％、碳酸鍶8％～10％、氧化鋅3％～5％、熔塊10％～15％。最優(yōu)配方的化學組成如表2所示。

實驗表明，釉的流動性越好，透水磚的抗壓強度越差，釉面效果越差，透水性能越好。釉的流動性直接影響透水磚的綜合性能，當釉的粘度小時，流動性大，容易造成流釉、干釉現(xiàn)象，結(jié)果導致制品表面形成的釉面厚度薄，釉面效果差，且制品容易發(fā)生變形。當釉的粘度大時，流動性差，容易造成堵孔、堆釉現(xiàn)象，影響制品的透水性。

3.2 骨料的顆粒級配對制品性能的影響

相同的配方下，采用不同顆粒級配的砂制備透水磚，測得試樣的抗壓強度和透水系數(shù)與顆粒級配的關系圖如圖1所示。

由圖1可知，隨骨料顆粒級配粒度的增大，透水磚的抗壓強度先增大后降低，透水系數(shù)不斷增大。

骨料粒徑越小，比表面積越大，表面的缺陷越多，在外在的作用下更容易被破壞，導致制品強度低，所以制品強度隨骨料粒徑的增大而增大，當骨料的粒度過大時，顆粒與顆粒之間的接觸面積小，粘結(jié)作用小，導致制品的強度反而降低。

隨著骨料粒徑的增大，根據(jù)顆粒緊密堆積原理，顆粒與顆粒之間的堆積空隙變大，有利于水在制品中的透過，所以制品的透水系數(shù)不斷增大。

3.3 成型壓力對制品性能的影響

成型壓力的大小，直接影響坯體強度、致密度和燒結(jié)性。坯體的強度和致密度隨成型壓力的增大而增加，并且促進燒結(jié)。

由圖2可以看出，隨著成形壓力的增大，透水磚的抗壓強度不斷增加，透水系數(shù)不斷下降。成型壓力在10MPa前，透水磚的抗壓強度和透水系數(shù)的變化都很快，10MPa以后，透水磚的抗壓強度和透水系數(shù)的變化比較平緩。成型壓力過小時，制品很難燒結(jié)，強度差。成型壓力過大時，會導致砂粒的破裂，破裂的部分會堆積到空隙中，在高溫時，與其它物質(zhì)發(fā)生反應，生成新的物相，導致堵孔，影響制品的透水性。綜合考慮，在10MPa下成型，制品的綜合性能比較好。

3.4 生活垃圾的摻入量對制品性能的影響

生活垃圾的主要成分是紙類、塑料和玻璃陶瓷等固體廢棄物。本文所使用的生活垃圾，經(jīng)過篩選、粉碎，測得其成分為：紙類52.6％，塑料等有機物7.4％，果皮易腐有機物4.2％，玻璃陶瓷等固體物質(zhì)35.8％。將生活垃圾摻入基礎配料后，對透水磚性能的影響如圖3所示。

從圖3可以看出，隨著生活垃圾摻入量的增加，透水磚的抗壓強度不斷增大，透水系數(shù)先增大后減小。生活垃圾的摻入量不能過多，比較好的摻入量為5％。

生活垃圾中含有的紙類物質(zhì)和塑料等有機物，在透水磚的制備過程中充當造孔劑的作用，高溫中將燒失，增加制品的氣孔率，有利于提高透水系數(shù)。而玻璃、陶瓷等固體物質(zhì)，里面含有易熔物，在高溫時，易形成低共熔物，填充在空隙中，降低制品的氣孔率，甚至導致堵孔。當加入適量時，在增加制品強度的同時，增大透水系數(shù)，當加入過量時，體積收縮大，氣孔率降低，制品易發(fā)生變形，透水系數(shù)不斷的減小。

3.5 釉干粉的厚度對制品透水性能的影響

制備透水磚使用的大部分原料都是瘠性料，對釉漿的吸附性很小，浸釉工藝很難得到好的釉面效果，故采用干法施釉，將釉干粉做為透水磚的面料，與底料共壓成型。

透水磚表面形成的釉面層，可以消除透水磚表面的許多缺陷，同時在制品的表面形成壓應力層，當制品受到外應力作用時，首先要克服表面層中殘余的壓應力，從而提高了強度，也提高了制品表面的耐磨性，同時也豐富了表面裝飾效果。實驗證實釉面層會對制品的透水性能產(chǎn)生負面的影響，實驗數(shù)據(jù)如圖4所示。

從圖4可以看出，隨著釉層厚度的增加，制品的透水系數(shù)不斷下降。釉層越厚，表面形成的孔越小、并且數(shù)量越少，嚴重的會導致堆釉、堵孔等現(xiàn)象的發(fā)生，同時改變了釉層的表面張力，不利于水的潤濕。通過大量的實驗發(fā)現(xiàn)，施釉層的厚薄，對制品的釉面裝飾效果有影響，當釉層薄時，容易產(chǎn)生色差，由于制品表面的孔徑各異，不均勻，導致部分面釉少，部分面釉多，當摻入色料后，釉面色調(diào)不均勻，從而形成色差。綜合考慮，施釉層的厚度控制在1.5mm左右效果比較好。

4 結(jié)論

（1）在透水磚的表面施釉可以提高制品的各項物理性能，根據(jù)基料的性質(zhì)，可以找到與制品基料相適應的釉。

（2）骨料的顆粒級配對透水磚的性能有影響，最佳顆粒級配為2～2.5mm。

（3）成型壓力的大小對透水磚的性能會產(chǎn)生影響，最佳的成型壓力為10MPa。

（4）利用生活垃圾雖然可以變廢為寶，但生活垃圾對透水磚的透水系數(shù)有影響，根據(jù)生活垃圾的不同成分，它的摻入量會不同，在本實驗中，最佳摻入量為5％。

（5）施釉的厚度對透水磚的性能有影響，厚度越大，釉面效果越好，透水系數(shù)越小，通過實驗得出，最佳的施釉厚度為1.5mm。

1李家駒.陶瓷工藝學.北京：中國輕工業(yè)出版社，2001

2[日]素木洋一.釉及色料.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1982

3姚治才.環(huán)境廢棄物及其再利用.陶瓷，1999，（3）：16～20

4陳平，王瑞生.綠色環(huán)保型滲水磚的研制.中國陶瓷工業(yè)，2003，10（2）：14～18

5戴武彬，曾令可.簡潤桐等.工藝條件對透水磚基本性能的影響.中國陶瓷工業(yè)，2007，44（6）：6～10

6姚治才.環(huán)境廢棄物及其再利用.陶瓷，1999（3）：19～20