陶瓷废料

陶瓷废料（精选六篇）

陶瓷废料 篇1

随着社会经济及陶瓷工业的快速发展, 陶瓷工业废料日益增多, 不仅对城市环境造成巨大压力, 而且还限制了城市经济的发展及陶瓷工业的可持续发展, 所以陶瓷工业废料的处理与利用非常重要。目前, 我国陶瓷工业废料的处理与利用程度比较低, 资金紧缺, 致使大量废渣挤占耕地, 使水和空气受到污染。特别是近20年的高速发展, 陶瓷业随着产量的增加, 废料的数量越来越多, 根据不完全统计:仅佛山陶瓷产区各种陶瓷废料的产量就已经超过400万吨, 而全国陶瓷废料的年产量估计在1000万吨左右, 如此大量的陶瓷废料已经不是简单填埋就可以解决的问题, 而且随着经济的日益发展和社会的进步, 环境已成为人们关注的焦点, 陶瓷废料的填埋不仅耗费人力物力, 还污染地下水质, 如何变废为宝, 化废料为资源, 已经成为科技和环保部门的当务之急。

我国是陶瓷生产大国, 自1992年起, 日用陶瓷和建筑卫生陶瓷的产量就雄居世界首位, 但并不是世界级的陶瓷生产强国, 这主要反映在产品的质量不高, 产品档次较低。当今世界上工业发达国家对废料的处理和循环利用十分重视, 如英国等工业发达国家有很多做法值得我们学习。我国必须高度重视对陶瓷生产中废料的在循环和利用, 把它提高到环境材料学的高度加以研究和利用, 提高到全民绿色环保的高度加以重视和解决[1]。

2 陶瓷废料的形式

陶瓷生产过程中所产生的废料可分为两大类——废泥和废瓷。前者从原料处理、混料、球磨到配料制备、成型、干燥的全过程都会产生。其中坯料又可分为可塑泥料、压制用粉料和注浆料;坯料的制备又可分为压滤、真空练泥、喷雾干燥;成型又有很多种方法, 如挤压、辊压、冷压、热压、组合烧注等。成型后的半成品还须经过干燥、入窑, 这些加工工序包括中间运输等都会产生废泥和废坯, 通称为废坯泥。由于这些废坯泥大部分都可以回收再利用, 又称为回坯泥。

废瓷通常被陶瓷厂称为真正意义上的废料。有些工厂将很少量的废瓷加工成废瓷粉后溶入到配方中, 大部分作为废料弃之不用, 或运走或在附近堆积起来, 既占土地又污染环境。我国是世界最大的陶瓷生产国, 陶瓷废料的数量之大和对环境的污染必须高度重视, 要迅速加以解决。将陶瓷工业固体废弃物资源化, 运用绿色设计技术对陶瓷产品的生命周期进行重新的设计与安排, 要求其符合环境保护要求, 对生态环境无害, 资源与能源得到最有效地消耗配置"研究绿色设计技术, 走可持续发展道路是实现中华民族的伟大复兴的重要策略。

3 陶瓷废料的利用

根据来自英国陶瓷研究协会 (Ceramic Research) 的报导, 在英国的一些瓷砖工厂一直使用高达40%的再循环废瓷料, 是通过添加陶器和日用瓷以及卫生瓷废瓷到自行产生的废瓷中, 包括素坯、未烧成的釉料、加工的釉料和装饰产品的废料。当瓷砖是白色的产品, 就不使用红色和其它深色的废料, 提供加工好废瓷粉的工厂会和瓷砖厂随时联系。废瓷加工要遵循就近的原则, 设在瓷区或其附近以减少由长途运输带来的费用。

废瓷加工和再循环利用及推广应用吸引了陶瓷专家、环境保护者和政府部门的关注, 具有环境和经济双重效应。

3.1 用来生产陶瓷砖[2]

建筑陶瓷在从事生产时也会造成许多种类的工业废料。如用于淘洗原料及冲刷设备排出的废泥水、烧成后的瓷砖废品、不可再用的匣钵与窑具等。当前, 对陶瓷厂自身产生的工业废料的回收利用的研究已取得突破性进展。废弃的泥水经回收、拣去杂物、除铁外, 又可以添加入瓷砖的配料中用于瓷砖坯料。没有上釉的生坯可以全部化浆回用。对上釉的生坯废品, 粗陶厂可适当按比例混入泥料重复使用, 而大部分日用瓷厂不宜回用, 否则将影响釉烧质量[3]。对于废品、废匣钵与废窑具之类经过高温烧成的废料, 也可采用重新粉碎加工方法, 粉碎后可作硬质料利用。将其磨碎成粒径在0.5以下, 然后按照一定的比例添加到瓷砖或其他产品的配料中[4]。

3.2 用来生产仿古砖[5]

仿古砖严肃古朴, 多为石面状、毛边, 对溪水率和尺寸的稳定性要求不高。将废坯、废泥通过干燥、破碎过筛加工后用作仿古砖的坯料, 无原材料费用, 粉料制造费用极低。结合废坯、废泥的化学成分及特性, 还可开发、生产风格不同的艺术砖。既环保又降低陶瓷产品成本。爱和陶公司根据分析比较废坯、废泥与瓷砖的化学组成 (表1) , 成功研发出了仿古砖 (表2) 。

3.3 用来生产多孔陶瓷[6]

我国一些研究者经过多年的努力, 研制出一种利用陶瓷厂废料生产多孔陶瓷的方法。其采用一般陶瓷厂内的固体废弃物, 按形态可分为废泥、废料、废瓷、沉渣和粉尘等为原料。首先将固体废弃物加工成一定目数的粉料备用, 粉料颗粒大小见表3。将各种原料称量并混合均匀后, 装入不锈钢模具中, 放入电炉内烧制, 烧成温度曲线如图1所示。配料中以土粉作填充料, 瓷粉作骨料, 粉煤灰和釉粉作发泡基础料, 另有发泡剂煤粉和助泡剂硼酸、硝酸钠等。配料时, 先将发泡基础料、发泡剂和助泡剂混和均匀, 并过100目筛三遍, 然后加入填充剂和骨料混匀后平摊于不锈钢模内, 置于电炉内烧制。

该方法所研制的多孔陶瓷溶重低, 强度高, 适合于新型墙体材料, 亦可用于制造广场透水砖。利于建陶厂固体废弃物生产多孔陶瓷, 不需要增添设备, 废料利用率高, 经济效益高, 社会效益好。

3.4 用于制备水泥[7]

将陶瓷废料作为廉价原料用于水泥生产, 实现陶瓷水泥两大工业的有机结合, 无疑会产生很大的社会效益和经济效益。既能大量处理陶瓷废料, 又可以为水泥工业生产提供一种新的原材料。由于陶瓷废料以硅酸盐矿物为主, 具有一定的活性, 在使用前只要处理得当, 完全可以作为水泥混合材大量应用于水泥工业生产中, 生产合格的较高强度水泥。在使用中应根据熟料的性能选择合适的配比, 注意控制需水量和凝结时间, 以获得良好的使用性能。另外, 可以考虑少量掺加其它混合材以改善水泥的颜色。

3.5 用于开发固体混凝土材料[8]

固体废弃物混凝土材料是以固体废弃物为主要原料, 具有普通混凝土性能的一种环保材料, 它可以用于制造建筑墙材, 也可以用于各种道路和其它建筑工程的地面铺贴材料。万东梅以陶瓷废料为主要原料, 辅以水泥和高强粘结剂制备了性能符合标准要求的免烧型广场道路砖, 并探讨了废粉料和胶粘材料对该固体废弃物混凝土性能的影响[8]。

3.6 用于回收重金属[9,10]

目前全球陶瓷电容器的年产量为1400~1500亿只, 其中多层陶瓷电容器产量占70%左右, 在其生产和使用过程中也生产大量的废品。多层陶瓷电容器一般为20~30层, 由钛酸钡、钛酸铅及铅、钛、镁、铬等金属氯化物及银、钯内电极浆料和端电极组成, 一般金属含量<8%, 众所周知, 我国贵金属矿产资源品味低, 储量少, 每年都需要耗用大量外汇进口贵金属原料, 以满足国民经济建设的需要。从各种贵金属废料中回收贵金属日益受到人们的关注。因而从该废料中回收银、钯、具有重要意义。

3.7 用于陶粒的生产[11]

近年来国内外开始了利用工业废料生产陶粒的研究, 由于陶瓷容重小、内部多孔, 形态、成分较均一, 具有一定的强度和坚固性, 因而具有质轻、耐腐蚀、抗冻、抗震和良好的隔绝性、保温、隔热、隔音、隔潮等功能特点, 可以广泛应用于建筑、化工、石油等部门。在建筑方面, 可以作为轻骨料制备混凝土和墙体保温板, 也可以作为填料填在空心墙或窑的衬层中隔热保温。如佛山陶瓷研究所与华南理工大学合作, 利用废料研制的陶粒用来生产地铁吸音材料, 利用陶瓷厂的废料做成的轻质陶粒为主要原料, 辅以造孔剂和防水剂, 采用一般的成型方法研制成一种新型多孔地铁吸音材料。通过性能测试分析, 该吸音材料, 吸音频率范围宽, 吸音效果明显。

4 结束语

我国是世界上最大的陶瓷生产国, 伴随着年复一年巨大的原料产出, 巨大的废瓷堆积, 成为引人关注的一大“公害”。随着自然资源的过度开发和消耗, 及全球性的环境污染和生态破坏, 人类愈加认识到保护环境和有效利用资源、实现社会和经济可持续发展的重要性和迫切性。陶瓷废料资源化不仅仅涉及陶瓷工业本身, 近年来, 国内外学者在陶瓷废料生产水泥熟料等领域进行了大量卓有成效的探索。陶瓷废料应用在整个硅酸盐领域, 乃至更广阔的领域仍需要进一步的实践和研究。

参考文献

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[10] Nuran Ay.The use of waste ceramic title in cement.Production Cenment and Concrete Reaserch, 2001 (1) :163.

陶瓷废料粗骨料混凝土的研究 篇2

1 试样制备及实验方法

采用破碎机将工业陶瓷废料破碎成粒径20 mm~25 mm左右作为骨料, 与传统的碎石骨料粒径一致。为了测试其样品的抗压强度、抗裂强度、抗弯曲强度和弹性模量, 其试样分别被浇铸成100 mm×100 mm×100 mm正方体、直径为100 mm, 高80 mm的圆柱体、100 mm×100 mm×500 mm长方体、直径为150 mm, 高300 mm的圆柱体。试样24 h后脱模, 并在28℃水中精心养护至28 d, 最后进行性能测试。

2 试验结果与分析

2.1 陶瓷骨料的性能

表1为陶瓷骨料与传统骨料的性能对比。从表1中可知, 陶瓷骨料的表面性能要优于传统碎石骨料, 在安定性测试中, 经过30次循环, 陶瓷骨料的失重率明显小于传统骨料。这主要是因为陶瓷表面具有很好的抗化学侵蚀性能。总体上, 陶瓷骨料与传统骨料性能相近。

2.2 陶瓷骨料混凝土的性能

表2为陶瓷骨料混凝土的总体性能。从表2中可以看出, 与传统骨料的混凝土相比, 陶瓷骨料混凝土的抗压强度没有明显的变化, 在41 MPa~53 MPa范围内。而粘结性能和和易性更高, 其良好的性能与吸水率低且表面性能良好的陶瓷骨料有重要的关系[7,8]。

但是, 陶瓷骨料混凝土的抗张强度要低于传统混凝土, 抗张与抗压强度之比也低于传统混凝土。陶瓷混凝土与传统混凝土的抗弯强度在5.1 MPa~6.4 MPa范围内, 变化幅度小。

图1为抗压与应变关系曲线图。由图1可见, 随着水灰比的增加, 陶瓷混凝土的弹性模量降低。在不同的水灰比条件下, 陶瓷混凝土的弹性模量在18.0 GPa~21.2 GPa范围内变化, 分别低于传统混凝土。

3 结语

陶瓷废料可以被回收利用为混凝土粗骨料。与传统混凝土相比, 陶瓷废料粗骨料混凝土的抗压强度、抗张以及抗弯性能分别低于其2.0%, 17.7%和3.5%。但是陶瓷废物粗骨料混凝土拥有更低的抗张抗压强度比。陶瓷废物粗骨料混凝土的总体性能与常规混凝土相近, 为未来绿色混凝土的研制奠定了良好的基础。

摘要：选取陶瓷废料取代传统的碎石粗骨料进行了混凝土实验, 对掺杂了陶瓷废料粗骨料的混凝土的抗压强度、抗拉强度、弯曲强度及弹性模量做了系统研究, 并与碎石粗骨料传统混凝土进行了比较, 试验结果表明, 陶瓷废料粗骨料混凝土的和易性是良好的, 并且强度特性与常规混凝土相近。

关键词：骨料,陶瓷废料,强度特性

参考文献

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[6]唐明, 潘文浩.陶瓷废弃物代砂制备混凝土的强度特征[J].混凝土, 2007 (12) :1-3.

[7]万超, 曾志兴.陶瓷废弃物再生利用可行性分析[J].郑州轻工业学院学报, 2008, 23 (5) :44-48.

陶瓷废料 篇3

最便宜的陶瓷原料与工业废料有机结合后, 制造出的陶瓷太阳能板:低成本, 约为普通太阳能板的50%;长寿命, 可以与建筑物同寿;高效率, 对太阳能的吸收率比常规太阳能产品高出20%。

低碳、节能、环保, 是陶瓷太阳能板最大的特点。其原料:一是没有白度要求的普通陶瓷, 是已知成本最低、寿命最长、性能最稳定的工程材料之一;二是钒钛黑瓷, 以工业废弃物钒尾渣为主要原料, 是成本最低、寿命最长、性能最稳定的太阳能吸收材料。当最便宜的陶瓷原料与工业废料有机结合后, 制造出的太阳能集热体却“风光无限”—低成本, 目前约为普通太阳能板的50%;据统计, 目前普通太阳能热水器的集热板寿命大多不超过10年, 而陶瓷太阳能板的使用寿命可以与建筑物同寿;高效率, 对太阳能的吸收率比常规太阳能产品高出20%。

陶瓷废料 篇4

淄博市某企业利用陶瓷抛光砖废料,成功研发出轻质高强度节能砌块的技术,山东省住房城乡建设厅节能科技处专家近日在淄博市考察调研建筑节能与绿色建材生产应用情况时,对这项技术给予高度肯定。

该技术利用陶瓷抛光砖废料制备轻质高强度节能砌块,首次实现了陶瓷砖抛光废料在蒸压加气混凝土砌块中的大掺量应用,可实现年产150万m3瓷粉蒸压加气砌块或80万m3瓷粉蒸压加气轻质板材,年消化陶瓷砖抛光废料60万t,节约粉煤灰和石英砂50万t,能够有效解决陶瓷抛光砖废料长期堆存污染环境问题,缓解粉煤灰、石英砂等原料资源紧缺局面。山东机械装备企业还研发了与之配套的移动式破碎站,实现了建筑废弃物的资源化、再生化和减量化处理,实现建筑垃圾就地处理,为城市建设走上良性循环之路提供了一条新的发展思路。

陶瓷废料 篇5

1 陶瓷废料制备蒸压加气混凝土砌块研发背景

目前我国主要生产“水泥—矿渣—砂加气混凝土”、“水泥—石灰—粉煤灰加气混凝土”和“水泥—石灰—加气混凝土”等三种蒸压加气混凝土制品。其中“水泥—石灰—煤灰加气混凝土”由于材料来源广泛, 产品质量较好, 粉煤灰实现了废弃物 (粉煤灰) 综合利用, 因此得到了较好的应用和推广[1]。

但近年来由于火力发电企业的逐渐减少, 粉煤灰的产生量不断降低, 市场上的粉煤灰价格持续攀升, 提高了水泥-石灰-粉煤灰蒸压加气混凝土砌块的生产成本, 而另一方面, 越来越多反映出粉煤灰加气混凝土砌块在外墙使用后出现空鼓、裂缝的问题[2], 甚至有些地方已经限制了粉煤灰制蒸压加气混凝土砌块的使用, 基于上述原因, 寻求蒸压加气混凝土砌块配方原材料的更新和材料自身性能的改善已势在必行。

广东做为建筑陶瓷大省, 建筑陶瓷废弃物的产生量较大, 而目前主要采用填埋的处理方式, 这种简单粗放的处理方式也带来了许多问题: (1) 填埋占用了大量土地, 造成了土地资源的浪费; (2) 填埋的陶瓷废料以粉尘为主, 造成了空气中粉尘PM2.5含量的增加, 使空气质量下降; (3) 长期的填埋渗透, 造成了土壤和地下水的污染, 这种污染是长期的、不可逆的, 将对人们的身体健康和生产生活带来较大影响。我们思考是否可以通过陶瓷废料来全部或部分替代粉煤灰, 从而实现废弃物综合利用[3]。

2 陶瓷废料替代粉煤灰可行性测试

我们进行了陶瓷废料成份分析 (表1) , 并用陶瓷废料替代粉煤灰制备了加气混凝土砌块, 进行了抗压强度对比 (表2) 。

陶瓷抛光废料的Si O2的含量达到65%以上, 可以用其来制备新型墙体材料。

由测试结果可知, 陶瓷抛光废料的Si O2的含量达到65%以上, 而且陶瓷抛光废料的活性高于粉煤灰, 在蒸养和蒸压的条件下, 更有利于陶瓷抛光废料的活性发挥。同时, 由于陶瓷抛光废料较细, 同样的水灰比下, 陶瓷抛光废料的浆体较粉煤灰的浆体稠, 因此, 利用陶瓷抛光废料制备新型墙体材料时, 要控制其掺量。

3 陶瓷废料制备蒸压加气混凝土砌块工艺流程及原材料配方评测

我们从实验工艺流程和原材料配方两个方面与原有粉煤灰加气混凝土砌块进行对比:

3.1 工艺流程

(1) 按质量比为水泥∶石灰∶陶瓷废料∶粉煤灰∶石膏=15~20∶15~20∶20~40∶30~40∶3~5取水泥、石灰、陶瓷废料、粉煤灰和石膏进行混料;

(2) 按水料比0.55~0.60称取用水量, 将水温控制在50℃~60℃, 将水与外加剂混合均匀, 外加剂按干基料质量0.4%~0.8%掺入;

(3) 将与外加剂混合均匀的水加入到混合均匀的干料中, 搅拌30~60s, 加入干基料质量0.06%~0.08%的铝粉搅拌30~60s, 得到混合均匀的料浆, 搅拌过程中设置保温措施, 保证料浆浇注时的入模温度在45℃~50℃;

(4) 将搅拌均匀的料浆快速浇注入提前升温至50℃~60℃的模具中发气20~30min, 发气完成后在50℃~60℃温度下预养2~4h, 待坯体强度达到0.7~1.0MPa后按照需要的规格进行切割;

(5) 将切割完毕的坯体送至蒸压釜内进行蒸养, 养护的方法是:升温2~3h至大气压达0.8~1.2MPa, 恒温恒压6~8h, 再降温降压2~3h到常温, 即得成品。[4]

3.2

蒸压陶粉加气混凝土砌块与蒸压粉煤灰加气混凝土砌块原材料配比对比 (表3) 。

3.3

从材料配比看, 我们用陶瓷废弃物替换了一半的粉煤灰, 其它原材料及比例基本不变;从工艺流程来看, 我们目前所采用的工艺流程同常规的蒸压粉煤灰加气混凝土砌块的相同, 但在具体实施上, 由于陶粉颗粒较细, 不易搅拌均匀, 而且会与铝粉颗粒结合, 阻碍铝粉发气, 因此我们适当增加了混料搅拌的时间。

4 陶瓷废料制备蒸压加气混凝土砌块基本性能评测

我们按照国家标准《蒸压加气混凝土砌块》 (GB/T11968-2006) 试制了密度为500、600、700、800等一系列的加气混凝土砌块, 并按照国标《蒸压加气混凝土性能试验方法》 (GB/T 11969-2008) 进行了产品性能测试, 以600kg/m3产品为例与国家标准进行比照 (表4) 。

注:*采用425普硅水泥;**铝粉膏用量按600kg/m3规格计算。

国家标准中未规定的隔声、防火、防水等指标与同等级蒸压粉煤灰加气混凝土砌块进行了比照 (表5) 。

从上述基本指标可以看到, 试制的陶粉混凝土砌块满足了蒸压加气混凝土砌块的各项基本指标。从微观层面分析, 该产品也有较好的微孔结构和水化产物 (图1~3) 。

从图中可以看到加气块以闭口孔为主, 连通孔少, 且孔径分布较均匀, 而连通孔的孔径较小, 平均孔径为166um。在相同容重时, 其强度较高, 而吸水率较低。蒸压后形成的主要水化产物有C-S-H凝胶、柳叶状托贝莫来石及少量的水化石榴子石, 柳叶状托贝莫来石相互交织, C-S-H凝胶将其与未水化的陶粉等填充料粘结一起, 均赋予了材料较高的强度。

由此可以看到我们试制的陶粉混凝土砌块不仅满足了蒸压加气混凝土砌块的基本指标, 而且在干缩性和防水性方面还优于粉煤灰加气混凝土砌块, 有助于改善其由于干缩而引起的裂缝现象, 材料的孔隙率适中、微孔独立完成、化学成分稳定性, 因此可以看作粉煤灰加气混凝土的替代产品, 进行市场推广。

5 市场分析

5.1 产品销售市场分析

近年来我国建筑量持续增长, 2009~2013年持续保持年竣工建筑面积约30亿平方米, 对建筑墙材市场产生了巨大的带动, 而且在未来城市化过程中, 将有250亿平方米的农村住宅进行改造和重建, 这对建筑墙材企业无疑有着巨大的商机。另一方面, 国家全面推进建筑自身保温性能, 鼓励采用新型节能建筑墙材, 为蒸压加气混凝土砌块企业提供了广阔的市场。目前蒸压加气混凝土砌块在广东省的接受程度较高, 全省加气混凝土制品在城镇建筑项目中的比例达到了35%以上, 2013年的生产规模达到了1200万立方米, 占到了全国生产比例的16%, [5]这些都为陶瓷废料制蒸压加气混凝土产品的市场化提供了有利条件。

5.2 原材料布局分析

广东省的建陶产业原来集中于佛山南海的三水、乐从, 禅城的石湾、南村, 现在已向周边地区进行产业转移, 目前不仅在佛山周边地区, 如清远的源谭、清新, 肇庆的广宁、鼎湖、高要、四会、德庆, 江门的恩平, 珠海的斗门, 东莞的东城等地形成了新的陶瓷产业转移工业园, 甚至韶关的新丰, 河源的东源, 梅州的大埔, 潮州的枫溪等地方都形成了陶瓷产业工业园, 这些工业园带动了当地经济的发展, 但也带来了陶瓷废料, 造成了对自然的污染。但另一方面, 这些工业园也为陶瓷废料制蒸压加气混凝土砌块的生产提供了生产原材料, 为陶瓷废料制蒸压加气混凝土砌块的产业布局, 提供了基础。

由以上分析可以看到, 陶瓷废料制蒸压加气混凝土砌块的产品性能稳定, 达到了国家蒸压加气混凝土砌块的生产标准, 工艺成熟, 具有较为广阔的产品市场和原材料市场, 是未来产业发展的一个方向。该产品的生产和发展, 为广东省建陶废料的处理提供了新的思路, 有利于自然环境改善和土地有效利用, 具有非常广阔的市场前景。

图表来源

表1、2:作者根据检测报告绘制;

表3~5:作者根据收集资料、规范和检测数据绘制;

图1~3:李方贤根据检测数据绘制;

图4:作者绘制。

参考文献

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陶瓷废料 篇6

我国是陶瓷生产和消费大国, 陶瓷产量已连续13年居世界第一位, 生产和消费均占全球总量的50%[1,2]。一方面, 陶瓷在生产过程中因各种原因有5%~26%的陶瓷废品率, 仅广东佛山陶瓷产区, 陶瓷废料的年产量已经超过400万t, 而全国陶瓷废料的年产量约为1000万t[3]。另一方面, 每年因为建筑物拆除及装修而产生的建筑陶瓷和日用陶瓷制品垃圾数量也是巨大的。少量的陶瓷废料被回收利用, 但大量的陶瓷废料及陶瓷垃圾都直接进行填埋处理, 不仅占用大量土地, 而且对当地地下水及环境造成污染。

而建筑行业的主要建筑材料混凝土, 其主要组成部分的天然骨料的供应由于本行业的需求量的增长, 对环境和资源造成了重大的负担, 部分地区已经无法满足正常的需求。面对现实的问题, 很多学者及混凝土企业开始关注再生骨料的使用, 将建筑垃圾、部分工业副产品及废品进行破碎、筛选、清洗、分级后作为再生骨料用于混凝土中, 这样既可以减少垃圾的填埋, 保护土地及防止环境及水的污染, 又能解决目前混凝土行业对骨料的需求, 达到双赢的目的, 实现可持续发展[4]。

陶瓷废品及陶瓷垃圾已经完全烧结致密而具有较高的强度[5], 因此, 将陶瓷废品及陶瓷垃圾破碎后作为再生骨料 (以下简称“陶瓷再生骨料”) 是可行的, 并得到了国内很多学者的研究[6,7,8], 研究的重点主要是在陶瓷再生骨料混凝土的力学性能方面, 对耐久性能方面研究较少。本文利用某陶瓷厂的陶瓷废料制备混凝土再生粗骨料, 按一定比率替代天然粗骨料制备再生骨料混凝土, 并对其力学性能和耐久性能进行研究。

2 试验材料及方法

2.1 试验原材料

水泥选用中材水泥有限责任公司产“中材”牌P·O42.5R水泥, 其化学成分见表1。细骨料选用广东西江河砂, 中砂, 细度模数是2.4。天然粗骨料选用肇庆产的碎石, 5~25mm连续级配。陶瓷废品来源于佛山某陶瓷厂产的卫生洁具废品, 用颚式破碎机破碎成5~15mm的连续级配用于替代天然粗骨料拌制混凝土。两种骨料都能满足混凝土中对于粗骨料粒径的要求, 但由于陶瓷废料本身具有很多非常细薄的部位, 再加之破碎是用颚式破碎机破碎, 因此, 陶瓷骨料形状具有不规则形状和尖锐的边缘。陶瓷骨料的内部部分和表面部分非常容易区分, 因为内部基体部分表面会覆盖一层0.3mm厚的釉层。陶瓷再生骨料的针片状含量相对于天然骨料较多, 并且孔隙率高于天然粗骨料的, 尤其是10μm以下的数量远远大于天然粗骨料的。两种骨料的性质见表2。

2.2 试验方法

试验用混凝土的配合比见表3。本实验配制三种混凝土进行试验研究, 分别是没有使用陶瓷再生骨料的混凝土 (编号RC) 作为基准比对样。另外两种是分别用陶瓷再生粗骨料替代20%和25%的天然粗骨料 (编号为CC-20, CC-25) 制备混凝土, 试验过程中保持水灰比及用水量不变。

2.2.1 混凝土的孔分析

混凝土中的孔分析采用压汞法进行试验, 实验仪器采用麦克默瑞提克仪器有限公司产Autopore IV9500系列高性能全自动压汞仪。可测量直径在0.003~200μm之间, 试样在实验前分别在60℃温度下烘到恒重, 然后再抽真空30min后进行测试。

2.2.2 混凝土强度试验

将制备好的混凝土分别成型150mm×150mm×150mm试块两组, 带模养护1d后拆模, 然后放入到标准养护室养护到28d龄期后进行混凝土的抗压强度, 劈裂抗拉强度试验, 试验方法按照GB/T 50081-2002进行。

2.2.3 混凝土的吸水率试验

成型100mm×100mm×100mm的混凝土试块, 并养护到28d龄期后, 除了吸水面外, 其他的面都用石蜡密封, 将试块测试面放入水中, 分别在5min、10min、30min、60min、120min的时间间隔内将试件取出, 用湿抹布擦干表面的水滴, 然后称重, 称重后放回到水中继续浸泡, 完成上述时间间隔后, 继续将试件放回水中浸泡, 直到试件浸泡24h后取出试件, 称量试件最终重量, 作为总的吸水量。然后将每个试件间隔的吸水重量折算成吸水高度, 以吸水高度为纵坐标, 以该试件间隔的平方根为横坐标作图, 对各点进行线性拟合, 取拟合直线的斜率为吸水率值, 单位为mm/min0.5。

3 试验结果及讨论

3.1 混凝土的力学性能

图1、图2和表4给出了混凝土的28d抗压强度值和劈裂抗拉强度值。由图和数据可以看出, 混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度都随着陶瓷再生骨料掺量的增加而提高, 掺有25%陶瓷再生骨料的混凝土的抗压和劈裂抗拉强度相比基准样分别提高了13%、22%, 其结果与其他研究者得出的结论一致。掺有陶瓷再生骨料的混凝土之所以能提高强度, 主要与再生骨料的内在特征有关系, 陶瓷再生骨料由于进行破碎, 产生了很多不规则的、粗糙的表面, 增大了骨料的比表面积, 增大了骨料和浆体的接触面。另一方面, 这种粗糙、不规则的形状改善了界面过渡区的情况, 提高了界面区的强度, 而碎石表面相对较光滑, 其与水泥石粘结力比较差。通过掺加陶瓷再生骨料来替代部份碎石后, 混凝土的强度会明显提高。因此通过使用陶瓷再生骨料来替代天然骨料, 在力学方面是完全可行的。

3.2 混凝土的孔分析

研究陶瓷再生骨料对混凝土微观结构的影响可以通过总孔隙率、平均孔径和孔的分布来进行分析。表5是各种混凝土的总孔隙率和平均孔径的数据, 陶瓷再生骨料相对碎石来讲, 孔隙率大, 但是通过表5的数据可知, 随着陶瓷再生骨料取代比例的提高, 总的孔隙率增大, 但增大程度不高。混凝土的平均孔径随着陶瓷再生骨料取代比例的提高反而减小。这可能与陶瓷再生骨料本身的孔径分布有关系, 因为本实验用的陶瓷再生骨料中含有很多孔径0.1μm以下的孔。

图3给出了各种混凝土的孔分布情况, 由图可知, 在0.1μm以上的孔, 基准样混凝土大于掺有陶瓷再生骨料的混凝土, 而0.1μm以下的孔分布正好相反。陶瓷再生骨料的加入改变了混凝土中孔径的分布, 使孔更加细化。

3.2 混凝土的吸水性

混凝土的透水性是混凝土耐久性好坏的指示剂, 它可以量化混凝土抵抗外在物质的渗透性能, 因为水是外界各种有害离子进入混凝土的主要载体, 也是混凝土产生冻融破坏的主要原因。混凝土耐久性的优劣可以通过混凝土对水的抗渗透性能来评价。水的渗透性与混凝土的孔结构, 骨料特征及相对湿度有关系。所以对于本身孔隙率相对较高的陶瓷再生骨料混凝土的吸水性进行了研究。表6给出了各种混凝土的总吸水量, 由表可以看出, 随着陶瓷再生骨料的增大, 其吸水量也在变大, CC-20、CC-25分别提高了32%、45%。产生如此大的吸水量, 一方面是由于陶瓷再生粗骨料本身有着较多的孔隙而产生的高吸水特性, 另一方面, 由于陶瓷再生骨料对混凝土孔结构的改变。

表7和图4给出了三种混凝土的吸水率。可以看出, 混凝土的吸水率随着陶瓷再生骨料取代率的增大而增大, CC-20、CC-25两种混凝土的吸水率分别提高了11%和38%。这样的结果最直接的原因就是混凝土中陶瓷再生骨料的本身的孔径分布中小于0.1μm的毛细孔的比例增多。毛细孔吸水能力提高, 从而其吸水率大。

国外文献中通过混凝土的吸水率的大小可以对混凝土的耐久性进行评价, 当混凝土的吸水率小于3mm/h0.5时, 可以将混凝土判断为耐久性好的混凝土。按照这种划分, 掺有20%、25%陶瓷再生骨料虽然其吸水率比基准混凝土的高, 但仍然可以认为是具有较好耐久性的混凝土。

4 结论

通过以上的试验可以得到以下的结论:

⑴在一定的范围内, 掺有陶瓷再生骨料的混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度随着陶瓷骨料替代率的增大而增大。也就是掺有陶瓷再生骨料后能够改善混凝土的力学性能。

⑵陶瓷再生骨料的掺入提高了混凝土的孔隙体积, 但是降低了平均孔径, 改变了孔径分布, 增大了小孔径部分的孔的数量。

⑶掺有陶瓷再生骨料的混凝土的吸水量和吸水率都随着替代率的提高而增大, 但其吸水率值都小于3mm/h0.5, 仍属于耐久性好的混凝土。

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