透水瓷化砖的制备

韩瑞祥，安金梦，张琛，曹成林，沈毅

(1.华北理工大学 材料科学与工程学院，河北 唐山 063210；2.河北省无机非金属材料重点实验室，河北 唐山 063210)



透水瓷化砖的制备

韩瑞祥，安金梦，张琛，曹成林，沈毅

(1.华北理工大学 材料科学与工程学院，河北 唐山 063210；2.河北省无机非金属材料重点实验室，河北 唐山 063210)

透水瓷化砖；干压成型；水渣；工业废料

通过搜集传统水泥型透水砖和陶瓷型透水砖的制备方法，设计制备出具有优良透水性能的瓷化砖。依据当今节能减排的大环境，利用工业废料水渣作为原料，掺入细长石和黏土。采用干压成型结合高温煅烧法，运用正交试验设计，并检测了其抗折、抗压、抗冻性能；采用XQK-02型显气孔体密测定仪测定坯体吸水率；用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)表征其物相组成与微观结构，探究组成结构对透水砖透水性能的影响。结果表明，制备出的透水砖透水率大于20 mm/s、抗压强度为25 MPa、-40～40 ℃冻融循环25次以上性能优异。

近年来，对于性能优良的新型建筑材料的研究备受关注，其中透水砖因具有一定的抗压、抗冻及透水性能，可以很好地替代不透水性铺装材料，而被广泛应用在城区道路铺装、居民小区和各大广场[1-3]等。在住建部颁布的《海绵城市建设技术指南》中，其中提及要建设海绵城市，透水砖因其为一种优良的道路铺装材料，该项研究引起很多学者的重视。该项目以工业废料水渣、黏土、细长石为原料，采用干压成型结合高温煅烧的方法，制得透水瓷化砖，最后测试其透水率、抗压强度、抗折强度、抗冻值。传统透水砖的基本类型为水泥型和陶瓷型，近年来出现了塑料型和风沙复合型。透水砖的制备方法多种多样，其中透水瓷化砖[4]的制备研究也是一个焦点。该项目制备透水砖的主要原料为水渣。马克思指出“生产排泄物”，“废物不废”是马克思主义对待“废物”的基本观点，所谓“废物”是相对而言的，在一定条件下是可以变废为宝的[5]。用水渣制备透水砖，变废为宝[6-9]，符合我国集约高效的绿色节约型发展模式[10]，也为绿色节约型城市的建设作出了贡献。

1 试验

1.1 试验原料

透水瓷化砖的制备所需原料为水渣、细长石、黏合剂(山西紫木节)、粘结剂。近年来，由于紫木节越发稀少，故改用黏土作为黏合剂。粘合剂采用百分之一的水，将原料磨成粉状。水渣利用GJ-1密封式制样机磨制，过200目筛；细长石为固态玻璃状成品，将其在研钵中磨制，过200目筛；黏土亦采用研钵磨制，过200目筛。将磨好的粉状原料添加百分之一的蒸馏水，进行充分的机械混匀，保证混合料的性质均一稳定。表1所示为透水瓷化砖原料成分。

表1 透水瓷化砖原料成分

1.2 试验流程和原料配比

图1所示为透水瓷化砖制备流程图。

图1 透水瓷化砖制备流程图

将水渣、细长石、黏土破碎粉磨，后进行均化，按照配方进行配料，原料配比如图2所示。将配好的原料球磨均匀，按料：球组成=1：2用行星式球磨机球磨5 h，转速为160 r/min，另一种粉磨方式为利用GJ-1密封式制样机。

表2 试验原料配比/%

原料配好后进行成型处理，由于原料本身的限制，注浆成型等方式不适用，故采用干压成型，利用TYE-300B型压力试验机进行压制(模具100 mm×100 mm×40 mm)，以加压速度为1 mm/s加压至25 MPa。得到的半成品透水瓷化砖要注意小心拿放，谨防破碎。利用KJ-1700X型电炉烧成，升温速度为3 ℃/min，在烧成温度1 000 ℃下保温1 h。

2 性能测试

该项研究对透水砖的测试主要针对其物理性能，物理性能测试按JC/ T945-2005《透水砖》标准依次对各配方所得试样的抗压强度、抗折强度、透水性、抗冻性等进行性能测试。

2.1 抗压强度

将成品透水砖去除表面所粘连残渣和多余的毛刺，将透水瓷化砖在水中浸泡1 d。浸泡后将透水砖从常温水中取出，用一块拧干的湿抹布擦去表面水分。将透水砖放置在压力试验机下压板的中间位置，打开压力试验机，控制加压速率为0.4～0.6 MPa/s，尽量保证其均匀连续的加压，最终记录下透水砖受到破坏时的临界压力值。测出每块砖的抗压值，取平均值即可得到某配方下的抗压性能。

2.2 抗折强度

类似与抗压强度测试，将成品透水砖去除表面所粘连残渣和多余的毛刺，将透水瓷化砖在水中浸泡1 d。浸泡后将透水砖从常温水中取出，用一块拧干的湿抹布擦去表面水分。在支座上沿着长度方向放置透水砖。支距为透水砖试样厚度的4倍，将3～5 mm厚的胶合板垫层垫在支座、施压棒与透水瓷化砖接触面之间。打开抗折实验仪，负荷速率控制为120～180 N/s，要注意均匀连续加荷，当透水砖受到破坏时，记录下此时的抗折破坏荷载，取抗折数值的平均值，作为此配方下的抗折性能。

2.3 透水系数

用数学教学用直尺测量圆形透水砖试样的直径D和厚度L，多次测量取平均值，精确至百分位，计算出式样的表面园的面积S。用玻璃水将透水砖试样的四周密封好，保证其不漏水，水仅能透过试样的上表面穿过透水砖进行渗透。当玻璃水固化后，将透水砖放入真空装置中，抽真空至90 kPa±1 kPa，并且保持0.5 h。与此同时，在真空装置中加入足够多的水将透水砖覆盖，并且保持试样上方10 cm的水位，停止抽真空操作，使其浸泡20 min后取出，将透水砖放入测透水系数的实验装置中，将透水圆筒和试样密封连接好，放入水槽，打开供水系统开关，使无气水进入容器中，待溢流水槽的溢流孔有水流流出时，此时要调整进水量，要保证透水圆筒的水位在150 mm，等出水量稳定后，从出水口用量筒接住流出的水量，记录3次取均值。最后用教学用直尺测量透水圆筒的水位与溢流水槽水位的差值，同时记录水的温度。

2.4 抗冻性能

仔细观察透水瓷化砖试样，标记好缺损和裂纹位置，记录相应缺陷情况。然后将其放入常温水(20 ℃±10 ℃)中浸泡1 d。同理，水面要高于试样一定高度(20 mm)。浸泡后将透水砖从常温水中取出，用一块拧干的湿抹布擦去表面水分，此时立即放入抗冻试验机，温度调制在-5 ℃(需之前预处理)，相邻两试样间隔不得小于2 cm。每个试样所冻时间要保证3 h以上，冷冻后取出试样，将其放入常温水中浸泡2 h。整个过程为一个冻融循环周期，需要重复25次。进行完所有的冻融循环过程后，将试样从常温水中取出，用拧干的湿抹布擦去表面附着水，检查并记录好经冻融后透水砖试样的缺损和裂纹情况，与未经冻融时作对比，最后放到压力试验仪上进行抗压强度的测试。

3 结论

当配比为黏土32%、水渣62%时透水率最好，试样的抗折性能为0.4 Mpa，抗压数值为25.12，透水率为2.16 mm/s。

[1] 王莱.透水透气性材料在园林中的应用研究[D].杭州:浙江农林大学,2010.

[2] 李湘洲.城市雨水利用与透水砖的发展前景[J].砖瓦世界,2012,(02):17-19.

[3] 戴武斌,曾令可,王慧,等.透水砖的研究现状及发展前景[J].砖瓦,2007,(08):22-25.

[4] 冶金工业部建筑研究总院,等编.国外工业废渣利用概况.北京：中国建筑工业出版社,1981.

[5] 魏宗华.冶金工业综合利用100例[M].北京:中华人民共和国冶金工业部安全环保司,1986.

[6] 刘富业.利用建筑垃圾制作生态透水砖研究 [D].广州:广东工业大学,2012.

[7] 成智文,闫开放.陶瓷透水砖的生产技术及发展前景[J].砖瓦,2016,(02):21-23.

[8] 马养志.透水砖的生产工艺与发展前景[J].砖瓦,2004,(07):47-49.

[9] 王立华.新型生态环保陶瓷透水砖及其应用[J].中小企业科技,2007,(10):93-93.

[10] 《绿色建筑》教材编写组.绿色建筑[D].北京:中国计划出版社,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

华北理工大学2016年大学生创新性实验资助项目(X2016266)。

TQ176.76

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