中国陶瓷工业
2011年2月第18卷第1期CHINACERAMICINDUSTRYFeb.2011Vol.18,No.1
文章编号：1006-2874（2011）01-0009-04
环保釉面陶瓷透水砖的研制
李利方
摘
孙国梁余剑峰刘春江
（景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院，江西景德镇333001）
要调配与透水砖基料相适应的釉，以生活垃圾、废玻璃粉、粘土、砂为主要原料研制陶瓷釉面透水砖，通过对透水砖的抗压
强度、透水系数等性能的测试，研究釉的种类、釉面厚度、颗粒级配、生活垃圾的掺入量、成型压力等因素对透水砖性能
的影响。结果表明：在适当的工艺参数条件下，可以制备出高性能的釉面陶瓷透水砖。
关键词透水砖，釉，生活垃圾，废玻璃粉
+
TQ174.764文献标识码：A中图分类号：
1引言
透水砖是一种用于铺贴地面装饰的功能材料，它具有一定的透气透水性，可以减缓城市“热岛效应”、减少燥热、减少
城市噪音、保护水资源、减少空气粉尘、防滑等，是生态城市改建和城市可持续发展的必然趋势。
透水砖可分为烧结透水砖和免烧透水砖。烧结透水砖即陶瓷透水砖，制品需要烧制，成本偏高，但材料的强度高、装饰效果丰富，免烧透水砖主要以水泥制品为主，成本低廉，但材料强度偏差，装饰单一。
釉面陶瓷透水砖是在陶瓷透水砖的表面施一层釉，形成带很多细孔的釉面表层，不仅丰富了透水砖的装饰效果，而且很大程度上提高了透水砖的强度。
本文使用廉价的粘土、砂和社会废弃资源生活垃圾、废玻璃为主要原料，在降低成本的同时，节约自然资源，变废为宝，是一种环境友好型生态功能建筑材料。
2.1实验原料
钠长石、苏州土、滑石、白云石、废玻璃粉、氧化锌、复合添加剂、碳酸锶、生活垃圾、粘土、砂等，部分原料化学组成如表1。2.2实验方法2.2.1试样制备
实验利用废玻璃粉、复合添加剂、生活垃圾、釉、粘土、砂为主要原料制备陶瓷釉面透水砖。首先将生活垃圾分类、粉碎、筛选，将砂分级处理；按釉料配方配制釉，将各种原料称好后，以料∶球∶水=1∶1.5∶1的比例放入行星球磨机中，球磨60分钟（球磨速率为500rpm）。
将筛选出来的生活垃圾、复合添加剂、废玻璃粉、粘土、砂按一定比例混合均匀，制备试样。压制直径为55mm，高为60mm的圆柱状试样，然后于110℃下干燥8小时，待试样充分干燥后，放入高温箱式电阻炉中烧成，达到最高温度后保温30分钟。
2.2.2试样的测试
根据JC/T945－2005行业标准，自制透水系数试验装置，测量试样的透水系数，利用300KN液压万能试验机对试样的抗压强度进行测试。
2实验
表1化学组成
Tab.1Thechemicalcompositionofthebodybatch
原料名称苏州土钠长石石英废玻璃粉粘土
SiO249.2370.4397.8768.5658.46－68.75
Al2O333.5416.270.383.2514.48－19.95
K2O0.181.42-1.541.21－2.83
Na2O0.129.87-13.880.11－0.49
CaO0.340.36-11.740.26－0.28
Fe2O30.230.260.28-4.28－7.65
TiO2－0.050.02-0.54
收稿日期：2010-11-29
通讯联系人：李利方，E-mail:[email protected]
10
中国陶瓷工业2011年第1期
表2化学组成
Tab.2Thechemicalcompositionoftheoptimalglazebatch
SiO264.56
Al2O314.48
K2O0.86
Na2O7.08
CaO5.66
Fe2O30.23
ZnO5.24
SrO1.85
TiO20.04
图1骨料粒径对抗压强度和透水系数的影响Fig.1Influencesofaggregatesizeoncompression
strengthandpermeabilitycoefficient
图2成型压力对抗压强度和透水系数的影响Fig.2Influenceofformingpressureoncompressive
strengthandpermeabilitycoefficient
3结果与讨论
3.1釉料的配制及釉的性质对制品性能的影响
通过大量的实验得出，釉料的最佳配方范围为：钠长石32%~48%、石英10％~15％、高岭土3%~6%、方解石9％~15％、萤石6％~9％、碳酸锶8％~10%、氧化锌3％~5％、熔块10％~15％。最优配方的化学组成如表2所示。
实验表明，釉的流动性越好，透水砖的抗压强度越差，釉面效果越差,透水性能越好。釉的流动性直接影响透水砖的综合性能，当釉的粘度小时，流动性大，容易造成流釉、干釉现象，结果导致制品表面形成的釉面厚度薄，釉面效果差，且制品容易发生变形。当釉的粘度大时，流动性差，容易造成堵孔、堆釉现象，影响制品的透水性。
3.2骨料的颗粒级配对制品性能的影响
相同的配方下，采用不同颗粒级配的砂制备透水砖，测得试样的抗压强度和透水系数与颗粒级配的关系图如图1所示。由图1可知，随骨料颗粒级配粒度的增大，透水砖的抗压强度先增大后降低，透水系数不断增大。
骨料粒径越小，比表面积越大，表面的缺陷越多，在外在的作用下更容易被破坏，导致制品强度低，所以制品强度随骨料粒径的增大而增大，当骨料的粒度过大时，颗粒与颗粒之间的接触面积小，粘结作用小，导致制品的强度反而降低。
随着骨料粒径的增大，根据颗粒紧密堆积原理，颗粒与颗粒之间的堆积空隙变大，有利于水在制品中的透过，所以制品
的透水系数不断增大。
3.3成型压力对制品性能的影响
成型压力的大小，直接影响坯体强度、致密度和烧结性。坯体的强度和致密度随成型压力的增大而增加，并且促进烧结。由图2可以看出，随着成形压力的增大，透水砖的抗压强度不断增加，透水系数不断下降。成型压力在10MPa前，透水砖的抗压强度和透水系数的变化都很快，10MPa以后，透水砖的抗压强度和透水系数的变化比较平缓。成型压力过小时，制品很难烧结，强度差。成型压力过大时，会导致砂粒的破裂，破裂的部分会堆积到空隙中，在高温时，与其它物质发生反应，生成新的物相，导致堵孔，影响制品的透水性。综合考虑，在10MPa下成型，制品的综合性能比较好。3.4生活垃圾的掺入量对制品性能的影响
生活垃圾的主要成分是纸类、塑料和玻璃陶瓷等固体废弃物。本文所使用的生活垃圾，经过筛选、粉碎，测得其成分为：纸类52.6%，塑料等有机物7.4%，果皮易腐有机物4.2%，玻璃陶瓷等固体物质35.8%。将生活垃圾掺入基础配料后，对透水砖性能的影响如图3所示。
从图3可以看出，随着生活垃圾掺入量的增加，透水砖的抗压强度不断增大，透水系数先增大后减小。生活垃圾的掺入量不能过多，比较好的掺入量为5%。
生活垃圾中含有的纸类物质和塑料等有机物，在透水砖的制备过程中充当造孔剂的作用，高温中将烧失，增加制品的气孔率，有利于提高透水系数。而玻璃、陶瓷等固体物质，里面含有易熔物，在高温时，易形成低共熔物，填充在空隙中，降低
2011年第1期中国陶瓷工业
11
制品的气孔率，甚至导致堵孔。当加入适量时，在增加制品强度的同时，增大透水系数，当加入过量时，体积收缩大，气孔率降低，制品易发生变形，透水系数不断的减小。3.5釉干粉的厚度对制品透水性能的影响
制备透水砖使用的大部分原料都是瘠性料，对釉浆的吸附性很小，浸釉工艺很难得到好的釉面效果，故采用干法施釉，将釉干粉做为透水砖的面料，与底料共压成型。
透水砖表面形成的釉面层，可以消除透水砖表面的许多缺陷，同时在制品的表面形成压应力层，当制品受到外应力作用时，首先要克服表面层中残余的压应力，从而提高了强度，也提高了制品表面的耐磨性，同时也丰富了表面装饰效果。实验证实釉面层会对制品的透水性能产生负面的影响，实验数据如图4所示。
从图4可以看出，随着釉层厚度的增加，制品的透水系数不断下降。釉层越厚，表面形成的孔越小、并且数量越少，严重的会导致堆釉、堵孔等现象的发生，同时改变了釉层的表面张力，不利于水的润湿。通过大量的实验发现，施釉层的厚薄，对制品的釉面装饰效果有影响，当釉层薄时，容易产生色差，由于制品表面的孔径各异，不均匀，导致部分面釉少，部分面釉多，当掺入色料后，釉面色调不均匀，从而形成色差。综合考虑，施釉层的厚度控制在1.5mm左右效果比较好。
（1）在透水砖的表面施釉可以提高制品的各项物理性能，根据基料的性质，可以找到与制品基料相适应的釉。
（2）骨料的颗粒级配对透水砖的性能有影响，最佳颗粒级配为2~2.5mm。
（3）成型压力的大小对透水砖的性能会产生影响，最佳的成型压力为10MPa。
（4）利用生活垃圾虽然可以变废为宝，但生活垃圾对透水砖的透水系数有影响，根据生活垃圾的不同成分，它的掺入量会不同，在本实验中，最佳掺入量为5%。
（5）施釉的厚度对透水砖的性能有影响，厚度越大，釉面效果越好，透水系数越小，通过实验得出，最佳的施釉厚度为1.5mm。
参考文献
1李家驹.陶瓷工艺学.北京:中国轻工业出版社,20012[日]素木洋一.釉及色料.北京:中国建筑工业出版社,19823姚治才.环境废弃物及其再利用.陶瓷,1999,(3):16~20
4陈平,王瑞生.绿色环保型渗水砖的研制.中国陶瓷工业,2003,10(2):14~18
5戴武彬,曾令可.简润桐等.工艺条件对透水砖基本性能的影响.中国陶瓷工业,2007,44(6):6~10
6姚治才.环境废弃物及其再利用.陶瓷
,1999(3):19~20
4结论
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中国陶瓷工业2011年第1期
THEPREPARATIONOFGLAZEDWATERPERMEABLE
CERAMICBRICK
LiLifangSunGuoliangYuJianfengLiuChunjiang
(SchoolofMaterialScienceandEngineering,JingdezhenCeramicInstitute,Jingdezhen,Jiangxi333001)
ABSTRACTWaterpermeablebrickwasmadefromgarbage,wasteglasspowder,clay,sand,etc,andthencoveredwith
glazeadaptabletothesubstrate.Theeffectsoftheglazetypeandthickness,theparticlesizedistribution,thegarbageincorporationandtheformingpressureonpermeabilitywerestudiedbytestingitspermeabilitycoefficient,compressivestrength,etc.Theresultsshowedthattheglazedwaterpermeablebrickofhigh-performancecanbepreparedunderappropriateprocessconditions.
KEYWORDSwaterpermeablebrick,glaze,garbage,wasteglasspowder
ReceivedonNov.29,2010
LiLifang,E-mail:[email protected]
中国陶瓷工业
2011年2月第18卷第1期CHINACERAMICINDUSTRYFeb.2011Vol.18,No.1
文章编号：1006-2874（2011）01-0009-04
环保釉面陶瓷透水砖的研制
李利方
摘
孙国梁余剑峰刘春江
（景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院，江西景德镇333001）
要调配与透水砖基料相适应的釉，以生活垃圾、废玻璃粉、粘土、砂为主要原料研制陶瓷釉面透水砖，通过对透水砖的抗压
强度、透水系数等性能的测试，研究釉的种类、釉面厚度、颗粒级配、生活垃圾的掺入量、成型压力等因素对透水砖性能
的影响。结果表明：在适当的工艺参数条件下，可以制备出高性能的釉面陶瓷透水砖。
关键词透水砖，釉，生活垃圾，废玻璃粉
+
TQ174.764文献标识码：A中图分类号：
1引言
透水砖是一种用于铺贴地面装饰的功能材料，它具有一定的透气透水性，可以减缓城市“热岛效应”、减少燥热、减少
城市噪音、保护水资源、减少空气粉尘、防滑等，是生态城市改建和城市可持续发展的必然趋势。
透水砖可分为烧结透水砖和免烧透水砖。烧结透水砖即陶瓷透水砖，制品需要烧制，成本偏高，但材料的强度高、装饰效果丰富，免烧透水砖主要以水泥制品为主，成本低廉，但材料强度偏差，装饰单一。
釉面陶瓷透水砖是在陶瓷透水砖的表面施一层釉，形成带很多细孔的釉面表层，不仅丰富了透水砖的装饰效果，而且很大程度上提高了透水砖的强度。
本文使用廉价的粘土、砂和社会废弃资源生活垃圾、废玻璃为主要原料，在降低成本的同时，节约自然资源，变废为宝，是一种环境友好型生态功能建筑材料。
2.1实验原料
钠长石、苏州土、滑石、白云石、废玻璃粉、氧化锌、复合添加剂、碳酸锶、生活垃圾、粘土、砂等，部分原料化学组成如表1。2.2实验方法2.2.1试样制备
实验利用废玻璃粉、复合添加剂、生活垃圾、釉、粘土、砂为主要原料制备陶瓷釉面透水砖。首先将生活垃圾分类、粉碎、筛选，将砂分级处理；按釉料配方配制釉，将各种原料称好后，以料∶球∶水=1∶1.5∶1的比例放入行星球磨机中，球磨60分钟（球磨速率为500rpm）。
将筛选出来的生活垃圾、复合添加剂、废玻璃粉、粘土、砂按一定比例混合均匀，制备试样。压制直径为55mm，高为60mm的圆柱状试样，然后于110℃下干燥8小时，待试样充分干燥后，放入高温箱式电阻炉中烧成，达到最高温度后保温30分钟。
2.2.2试样的测试
根据JC/T945－2005行业标准，自制透水系数试验装置，测量试样的透水系数，利用300KN液压万能试验机对试样的抗压强度进行测试。
2实验
表1化学组成
Tab.1Thechemicalcompositionofthebodybatch
原料名称苏州土钠长石石英废玻璃粉粘土
SiO249.2370.4397.8768.5658.46－68.75
Al2O333.5416.270.383.2514.48－19.95
K2O0.181.42-1.541.21－2.83
Na2O0.129.87-13.880.11－0.49
CaO0.340.36-11.740.26－0.28
Fe2O30.230.260.28-4.28－7.65
TiO2－0.050.02-0.54
收稿日期：2010-11-29
通讯联系人：李利方，E-mail:[email protected]
10
中国陶瓷工业2011年第1期
表2化学组成
Tab.2Thechemicalcompositionoftheoptimalglazebatch
SiO264.56
Al2O314.48
K2O0.86
Na2O7.08
CaO5.66
Fe2O30.23
ZnO5.24
SrO1.85
TiO20.04
图1骨料粒径对抗压强度和透水系数的影响Fig.1Influencesofaggregatesizeoncompression
strengthandpermeabilitycoefficient
图2成型压力对抗压强度和透水系数的影响Fig.2Influenceofformingpressureoncompressive
strengthandpermeabilitycoefficient
3结果与讨论
3.1釉料的配制及釉的性质对制品性能的影响
通过大量的实验得出，釉料的最佳配方范围为：钠长石32%~48%、石英10％~15％、高岭土3%~6%、方解石9％~15％、萤石6％~9％、碳酸锶8％~10%、氧化锌3％~5％、熔块10％~15％。最优配方的化学组成如表2所示。
实验表明，釉的流动性越好，透水砖的抗压强度越差，釉面效果越差,透水性能越好。釉的流动性直接影响透水砖的综合性能，当釉的粘度小时，流动性大，容易造成流釉、干釉现象，结果导致制品表面形成的釉面厚度薄，釉面效果差，且制品容易发生变形。当釉的粘度大时，流动性差，容易造成堵孔、堆釉现象，影响制品的透水性。
3.2骨料的颗粒级配对制品性能的影响
相同的配方下，采用不同颗粒级配的砂制备透水砖，测得试样的抗压强度和透水系数与颗粒级配的关系图如图1所示。由图1可知，随骨料颗粒级配粒度的增大，透水砖的抗压强度先增大后降低，透水系数不断增大。
骨料粒径越小，比表面积越大，表面的缺陷越多，在外在的作用下更容易被破坏，导致制品强度低，所以制品强度随骨料粒径的增大而增大，当骨料的粒度过大时，颗粒与颗粒之间的接触面积小，粘结作用小，导致制品的强度反而降低。
随着骨料粒径的增大，根据颗粒紧密堆积原理，颗粒与颗粒之间的堆积空隙变大，有利于水在制品中的透过，所以制品
的透水系数不断增大。
3.3成型压力对制品性能的影响
成型压力的大小，直接影响坯体强度、致密度和烧结性。坯体的强度和致密度随成型压力的增大而增加，并且促进烧结。由图2可以看出，随着成形压力的增大，透水砖的抗压强度不断增加，透水系数不断下降。成型压力在10MPa前，透水砖的抗压强度和透水系数的变化都很快，10MPa以后，透水砖的抗压强度和透水系数的变化比较平缓。成型压力过小时，制品很难烧结，强度差。成型压力过大时，会导致砂粒的破裂，破裂的部分会堆积到空隙中，在高温时，与其它物质发生反应，生成新的物相，导致堵孔，影响制品的透水性。综合考虑，在10MPa下成型，制品的综合性能比较好。3.4生活垃圾的掺入量对制品性能的影响
生活垃圾的主要成分是纸类、塑料和玻璃陶瓷等固体废弃物。本文所使用的生活垃圾，经过筛选、粉碎，测得其成分为：纸类52.6%，塑料等有机物7.4%，果皮易腐有机物4.2%，玻璃陶瓷等固体物质35.8%。将生活垃圾掺入基础配料后，对透水砖性能的影响如图3所示。
从图3可以看出，随着生活垃圾掺入量的增加，透水砖的抗压强度不断增大，透水系数先增大后减小。生活垃圾的掺入量不能过多，比较好的掺入量为5%。
生活垃圾中含有的纸类物质和塑料等有机物，在透水砖的制备过程中充当造孔剂的作用，高温中将烧失，增加制品的气孔率，有利于提高透水系数。而玻璃、陶瓷等固体物质，里面含有易熔物，在高温时，易形成低共熔物，填充在空隙中，降低
2011年第1期中国陶瓷工业
11
制品的气孔率，甚至导致堵孔。当加入适量时，在增加制品强度的同时，增大透水系数，当加入过量时，体积收缩大，气孔率降低，制品易发生变形，透水系数不断的减小。3.5釉干粉的厚度对制品透水性能的影响
制备透水砖使用的大部分原料都是瘠性料，对釉浆的吸附性很小，浸釉工艺很难得到好的釉面效果，故采用干法施釉，将釉干粉做为透水砖的面料，与底料共压成型。
透水砖表面形成的釉面层，可以消除透水砖表面的许多缺陷，同时在制品的表面形成压应力层，当制品受到外应力作用时，首先要克服表面层中残余的压应力，从而提高了强度，也提高了制品表面的耐磨性，同时也丰富了表面装饰效果。实验证实釉面层会对制品的透水性能产生负面的影响，实验数据如图4所示。
从图4可以看出，随着釉层厚度的增加，制品的透水系数不断下降。釉层越厚，表面形成的孔越小、并且数量越少，严重的会导致堆釉、堵孔等现象的发生，同时改变了釉层的表面张力，不利于水的润湿。通过大量的实验发现，施釉层的厚薄，对制品的釉面装饰效果有影响，当釉层薄时，容易产生色差，由于制品表面的孔径各异，不均匀，导致部分面釉少，部分面釉多，当掺入色料后，釉面色调不均匀，从而形成色差。综合考虑，施釉层的厚度控制在1.5mm左右效果比较好。
（1）在透水砖的表面施釉可以提高制品的各项物理性能，根据基料的性质，可以找到与制品基料相适应的釉。
（2）骨料的颗粒级配对透水砖的性能有影响，最佳颗粒级配为2~2.5mm。
（3）成型压力的大小对透水砖的性能会产生影响，最佳的成型压力为10MPa。
（4）利用生活垃圾虽然可以变废为宝，但生活垃圾对透水砖的透水系数有影响，根据生活垃圾的不同成分，它的掺入量会不同，在本实验中，最佳掺入量为5%。
（5）施釉的厚度对透水砖的性能有影响，厚度越大，釉面效果越好，透水系数越小，通过实验得出，最佳的施釉厚度为1.5mm。
参考文献
1李家驹.陶瓷工艺学.北京:中国轻工业出版社,20012[日]素木洋一.釉及色料.北京:中国建筑工业出版社,19823姚治才.环境废弃物及其再利用.陶瓷,1999,(3):16~20
4陈平,王瑞生.绿色环保型渗水砖的研制.中国陶瓷工业,2003,10(2):14~18
5戴武彬,曾令可.简润桐等.工艺条件对透水砖基本性能的影响.中国陶瓷工业,2007,44(6):6~10
6姚治才.环境废弃物及其再利用.陶瓷
,1999(3):19~20
4结论
12
中国陶瓷工业2011年第1期
THEPREPARATIONOFGLAZEDWATERPERMEABLE
CERAMICBRICK
LiLifangSunGuoliangYuJianfengLiuChunjiang
(SchoolofMaterialScienceandEngineering,JingdezhenCeramicInstitute,Jingdezhen,Jiangxi333001)
ABSTRACTWaterpermeablebrickwasmadefromgarbage,wasteglasspowder,clay,sand,etc,andthencoveredwith
glazeadaptabletothesubstrate.Theeffectsoftheglazetypeandthickness,theparticlesizedistribution,thegarbageincorporationandtheformingpressureonpermeabilitywerestudiedbytestingitspermeabilitycoefficient,compressivestrength,etc.Theresultsshowedthattheglazedwaterpermeablebrickofhigh-performancecanbepreparedunderappropriateprocessconditions.
KEYWORDSwaterpermeablebrick,glaze,garbage,wasteglasspowder
ReceivedonNov.29,2010
LiLifang,E-mail:[email protected]