以陶瓷抛光渣为辅助骨料制备瓷砖粘结剂的研究

    龚晖++许林峰++钟保民

    

    

    摘 要：以陶瓷抛光废渣为辅助骨料制备瓷砖粘结剂，具有重要的经济意义和社会环保意义。本文通过实验研究了抛光废渣和胶粉添加量对水泥砂浆拉拔强度的影响。并研究了抛光废渣添加量对水添加量的影响。结果表明，抛光废渣对水泥砂浆拉拔强度有显著的影响。当胶粉添加量为2 wt%、抛光废渣的添加量为25 wt%时，样品的各项性能指标最优。

    关键词：陶瓷抛光渣；粘结剂；骨料

    1 引言

    从2014年开始，我国陶瓷砖产量已突破100亿平方米，其中需要抛光的产品超过35%。每生产1 m2抛光砖需抛掉0.8 ～1.2 mm厚的陶瓷表面层，从而产生2.0 kg左右的陶瓷废料。由此计算，抛光废渣每年的排放量超过700万吨。这些废料作为陶瓷原料循环再利用时，在烧成过程中容易引起陶瓷砖严重发泡、变形，导致生产工艺难以稳定，产品不合格。

    如此大量的陶瓷抛光废渣，通过简单的填埋进行处理，将占用大量的土地，污染水源、空气和土壤环境[1-3]。因此，如何变废为宝，将废料资源化利用，己成为陶瓷生产厂家和环保部门共同关注的问题。

    本文设想将陶瓷抛光废渣作为辅助骨料来制备瓷砖粘结剂[4]，瓷砖粘结剂的市场需求量大，可以消耗大量的抛光废渣。同时，瓷砖粘结剂的售价可以达到2000 ～3000元/吨，具有良好的经济效益。这项研究对陶瓷抛光废渣的资源化利用具有重要的指导作用，有利于提高废料资源化利用的附加值和消耗量，具有重要的经济意义和社会环保意义。

    2 实验

    2.1 实验原料

    水泥：海螺P.O 42.5R水泥。

    陶瓷抛光废渣：广东某陶瓷厂提供。先将湿的抛光废渣充分烘干（含水率< 0.5%），然后将粉料团聚颗粒充分碾碎。

    羟丙基甲基纤维素（HPMC）：河南天禾新型建筑材料有限公司生产。

    可再分散乳胶粉：德国瓦克5044N可再分散乳胶粉。

    淀粉醚：河南天禾新型建筑材料有限公司。

    2.2 样品制备

    （1）原料配比

    基料：按质量计算，水泥24.5%，陶瓷抛光废渣+石英砂+添加剂75.5%。

    添加剂：按质量计算，HPMC 0.4%，胶粉0～4%，淀粉醚0.1%。

    （2）测试用瓷砖的准备

    将正常生产的600 × 600 mm瓷砖切割成10 × 10 mm的小样备用，样品的吸水率< 0.10%。砂浆涂覆前需将瓷砖小片粘贴表面的水或灰尘用湿抹布擦干净。

    （3）砂浆制备

    将水泥、陶瓷抛光废渣、石英砂、HPMC、胶粉、淀粉醚，按比例均匀混合，然后加入水，均匀搅拌至膏状，静置10 min待用。

    （4）砂浆涂覆

    将砂浆均匀涂覆在切割好的瓷砖上，厚度约4 mm。然后将涂覆好的样品在室内条件下养护28天。

    （5）热循环、冻融循环、浸水处理

    热循环：将在室内条件下养护28天的样品，置于80℃烘箱中4 h。然后冷却到室温，接着80℃处理4 h，循环5次。

    冻融循环：将在室内条件下养护28天的样品，置于-18℃冻箱中4 h。然后自然升温到室温，接着-18℃处理4 h，循环5次。

    浸水处理：将在室内条件下养护28天的样品，浸没在水中，持续7天。然后将样品擦干，置于50℃烘箱中干燥28 h。

    2.3 样品测试

    采用拉拔仪（PosiTest AT-M Manual Adhesion Tester）对制备好的样品进行测试。测试过程如下：

    （1）在水泥砂浆表面切出一个圆圈，需彻底切开，深入到瓷砖表面。

    （2）将拉拔圆盘用云石胶固定在切开的砂浆圆圈表面，将样品静置5 min固化。

    （3）用拉拔仪将圆盘缓慢拔起，记录数据，每个数据测试10个样品。

    2.4数据处理

    计算10个数据的平均值，舍去超过平均值±20%的数据。若剩余的数据超过5个，则求剩余数据的平均值。若剩余的数据少于5个，则重复试验。

    3 实验分析

    3.1 胶粉含量对样品拉拔强度的影响

    图1为胶粉含量对样品拉拔强度的影响。企业项目的技术指标中要求抛光废渣的添加量大于33%，因此本实验将抛光废渣的含量设定为35%。从图中可以看出，随着胶粉含量的增加，样品的拉拔强度有一个很缓慢的增加趋势。但增加的幅度相当小，对于产品粘附性能的影响是可以忽略不计的。但是抛光废渣的粒度非常细，平均粒径只有10～20 μm，导致样品的干燥收缩较大。较大的收缩使样品的抗冻、抗热和抗水性变差。通过添加胶粉可以改善样品的韧性，提升其抗热胀冷缩和吸水膨胀的能力[4]。为了兼顾样品的使用性能和经济效益，将胶粉的添加量设定为2%。

    3.2 抛光废渣添加量对样品拉拔强度的影响

    图2为抛光废渣添加量对样品拉拔强度的影响。样品中胶粉的添加量设定为2%。从图中可以看出，随着抛光废渣添加量的增加，样品的拉拔强度先有一个增加的趋势。当添加量超过25%时，样品的拉拔强度开始缓慢减小。当添加量超过35%时，样品的拉拔强度出现较快的下降趋势。同时，通过观察发现，当抛光废渣的添加量达到或超过45%时，样品干燥后会产生明显的裂纹。所以，抛光废渣的添加量不能超过40%。

    3.3 抛光废渣含量对干混砂浆的水添加量的影响

    水的添加量主要是影响砂浆的干燥收缩和干燥后的致密度，从而影响其粘附性能和本身的强度。通常水的添加量不能超过30%，以24～27%为佳。图3为抛光废渣含量对干混砂浆的水添加量的影响。从图中可以看出，随着抛光废渣添加量的增加，水的添加量不断增加。当抛光废渣的添加量超过25%时，水的添加量增加幅度明显加大。当抛光废渣的添加量达到35%时，水的添加量超过30%。当抛光废渣的添加量为45%时，水的添加量达到33.3%，直接导致了样品的干燥开裂。

    4 讨论

    由以上实验结果可知，在干混砂浆中添加一定量的抛光废渣可以有效改善其拉拔强度。主要是因为细颗粒的抛光废渣可以有效提高样品的致密度，从而使强度得到提高。但是当抛光废渣的添加量太多时，由于抛光废渣的局部聚集、集料的表面积太大，而水泥的量有限，难以在颗粒表面形成均匀的水泥层，以及水添加量大导致干燥收缩大等原因，导致样品的拉拔强度随抛光废渣的添加量增加而降低。

    5 结论

    抛光废渣的添加量对干混砂浆的拉拔强度有非常显著的影响。控制抛光废渣的添加量在25 ～35%的范围内，既可以确保干混砂浆具有优良的使用性能，又具有良好的经济效益。研究表明，当配方组成中抛光废渣为25 ～ 35%，胶粉2%，水添加量26.8 ～30.2%时，产品具有良好的施工性能，拉拔强度大大优于国标要求。

    参考文献

    [1] 徐建国. 佛山陶瓷企业开展清洁生产的现状及方向[J]. 佛山陶瓷， 2007，17 （3）： 11-15

    [2] 王继杰，李旭. 中国陶瓷产业与环境保护的协调性发展[J]. 中国陶瓷， 2006，42 （10）： 3-6

    [3] 李玉峰. 陶瓷厂废料的开发和利用[J]. 佛山陶瓷，2003，13（3）： 16-18

    [4] 许林峰，钟保民. 可再分散乳胶粉对瓷砖粘结剂粘附性能的影响[J]. 佛山陶瓷，2016， 26（5）： 30-33.