【摘要】：固廢基透水路面磚作為一種新型綠色建筑材料,不僅環(huán)保友好,而且符合“海綿城市”建設(shè)發(fā)展的需求,順應(yīng)了國(guó)家“可持續(xù)發(fā)展”的理念,由于其對(duì)環(huán)境良好的保護(hù)能力、優(yōu)良的透水性能和透氣性能、良好的吸聲降噪性能以及裝飾效果符合大眾審美,而且投資回報(bào)率較高,所以固廢基透水路面磚未來(lái)發(fā)展前景是非常廣闊的。固廢基透水路面磚以粉煤灰、煤矸石等固體工業(yè)廢料為主要原料經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成,實(shí)現(xiàn)了工業(yè)廢棄物的循環(huán)利用,但是仍存在著能耗高、成本高、耐磨性差、容易折斷和抗凍融性能差等一系列問(wèn)題,這在一定程度上限制了透水路面磚的推廣使用。因此,本文擬從原料配方、加工工藝以及燒成條件等幾個(gè)方面對(duì)固廢基透水路面磚進(jìn)行工藝優(yōu)化,通過(guò)低溫?zé)Y(jié),旨在燒制出透水性能好、抗壓強(qiáng)度高以及抗凍融性能強(qiáng)的固廢基透水路面磚,以推動(dòng)透水路面磚在北方地區(qū)的推廣應(yīng)用。本課題在R_2O-RO-Al_2O_3-SiO_2-B_2O_3系熔塊釉的基礎(chǔ)上,研制了低溫高強(qiáng)性能的釉配方。用釉漿包覆粉煤灰陶粒作為基層材料,用釉漿包覆廢棄耐火材料顆粒作為面層材料,采用層級(jí)布料即面層材料在上基層材料在下的方法來(lái)填充實(shí)芯瓷質(zhì)磚框,從而制備固廢基透水路面磚。對(duì)不同釉配方的熔融溫度進(jìn)行了測(cè)試,研究得到了釉配方低溫制備時(shí)的燒結(jié)機(jī)理。探討了面層材料顆粒粒徑、燒成溫度、保溫時(shí)間、成型壓力、釉料添加量對(duì)固廢基透水路面磚透水性能以及抗壓性能的影響,通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)得出了制備固廢基透水路面磚的最優(yōu)工藝條件。而且對(duì)透水磚的凍融性能進(jìn)行了探究,并對(duì)其凍融機(jī)理進(jìn)行了分析。得出結(jié)論如下:(1)采用高嶺土、石英、硼酸、硼砂、碳酸鍶、碳酸鈣、碳酸鉀、氧化鋅為主要原料,以高嶺土/石英、硼酸、碳酸鈣、碳酸鉀原料為基準(zhǔn),采用L_9(3~4)即4因素3水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn),通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)表和綜合評(píng)分法對(duì)9個(gè)釉配方進(jìn)行比較和評(píng)分,選出抗折強(qiáng)度和維氏硬度綜合性能最優(yōu)的釉料配方。研究表明:對(duì)釉料抗折強(qiáng)度和維氏硬度綜合性能影響的主次順序分別是(主)高嶺土/石英碳酸鈣硼酸碳酸鉀(次),綜合評(píng)分最高的是6號(hào)釉料配方,熔融溫度為865℃,此時(shí)Al_2O_3為7.94%,SiO_2 54.08%,B_2O_3 9.65%,Zn O 1.96%,CaO10.46%,K_2O 6.05%,Na_2O 1.61%,SrO 8.25%,最優(yōu)配方的釉配方其維氏硬度為6815 MPa,抗折強(qiáng)度為71 MPa。(2)9個(gè)釉配方的熔融溫度都在900℃以下,顯著降低了釉的燒結(jié)溫度,符合低溫?zé)Y(jié)的要求。主要是利用“準(zhǔn)非反應(yīng)”燒結(jié)機(jī)理降低了釉料的燒結(jié)溫度,即釉料中有低熔點(diǎn)物質(zhì)硼砂以及其他低溫溶劑的加入,釉料會(huì)在低熔點(diǎn)物質(zhì)的熔融范圍內(nèi)產(chǎn)生液相,有助于固相參與到燒結(jié)反應(yīng)中,從而降低釉料熔融溫度。(3)用釉漿包覆廢棄耐火材料作為面層材料,固定好基層材料制備條件,將基層材料和面層材料依次放入瓷質(zhì)磚框中,研究面層材料顆粒粒徑、燒成溫度、保溫時(shí)間、成型壓力、釉料添加量對(duì)透水路面磚透水性能與抗壓性能的影響。結(jié)果表明:隨著廢棄耐火材料顆粒粒徑的減小,成型壓力的增加,高溫粘結(jié)劑釉料的增加,透水路面磚試樣的透水性能會(huì)有所下降,但抗壓強(qiáng)度會(huì)有一定的提高。燒結(jié)溫度提高,保溫時(shí)間越長(zhǎng),透水路面磚透水系數(shù)先增大然后降低,而抗壓強(qiáng)度一直呈上升趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)正交實(shí)驗(yàn)表最終得到的最優(yōu)工藝條件是:顆粒粒徑0.45-1.25 mm,釉料添加量7.5%,成型壓力20 MPa,在950℃燒結(jié)然后保溫0.5 h,得到最終的固廢基透水路面磚透水性能為4.92×10~-22 cm/s,抗壓強(qiáng)度為41.40 MPa。(4)研究所制得的固廢基透水路面磚樣品的凍融破壞機(jī)理。即材料內(nèi)部空隙中的水會(huì)受到溫差影響結(jié)冰體積發(fā)生膨脹,從而使沒(méi)有凍結(jié)的水遷移進(jìn)入其他孔隙,并在此過(guò)程中遇到阻力,形成靜水壓,當(dāng)這個(gè)壓力超過(guò)使材料發(fā)生膨脹的臨界壓力時(shí),材料被破壞。(5)探討了影響固廢基透水路面磚經(jīng)過(guò)凍融實(shí)驗(yàn)后的性能與結(jié)構(gòu)變化。研究表明:經(jīng)過(guò)50次凍融循環(huán)后,固廢基路面透水路面磚強(qiáng)度呈下降趨勢(shì),但強(qiáng)度損失率都在10%以內(nèi)。一些填充顆粒表面的釉膜出現(xiàn)裂紋,但大部分顆粒表面釉膜完整,透水磚外表的實(shí)芯瓷質(zhì)磚框沒(méi)有出現(xiàn)脫落、裂紋等問(wèn)題。另外,孔隙率越大,透水路面磚強(qiáng)度損失率越高。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU522.1;U414

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本文編號(hào)：2737245