【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”建設發(fā)展的需求,順應了國家“可持續(xù)發(fā)展”的理念,由于其對環(huán)境良好的保護能力、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,而且投資回報率較高,所以固廢基透水路面磚未來發(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)廢料為主要原料經高溫燒結而成,實現了工業(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方面對固廢基透水路面磚進行工藝優(yōu)化,通過低溫燒結,旨在燒制出透水性能好、抗壓強度高以及抗凍融性能強的固廢基透水路面磚,以推動透水路面磚在北方地區(qū)的推廣應用。本課題在R_2O-RO-Al_2O_3-SiO_2-B_2O_3系熔塊釉的基礎上,研制了低溫高強性能的釉配方。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,采用層級布料即面層材料在上基層材料在下的方法來填充實芯瓷質磚框,從而制備固廢基透水路面磚。對不同釉配方的熔融溫度進行了測試,研究得到了釉配方低溫制備時的燒結機理。探討了面層材料顆粒粒徑、燒成溫度、保溫時間、成型壓力、釉料添加量對固廢基透水路面磚透水性能以及抗壓性能的影響,通過正交實驗得出了制備固廢基透水路面磚的最優(yōu)工藝條件。而且對透水磚的凍融性能進行了探究,并對其凍融機理進行了分析。得出結論如下:(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,采用L_9(3~4)即4因素3水平進行正交實驗,通過正交實驗表和綜合評分法對9個釉配方進行比較和評分,選出抗折強度和維氏硬度綜合性能最優(yōu)的釉料配方。研究表明:對釉料抗折強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),綜合評分最高的是6號釉料配方,熔融溫度為865℃,此時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,抗折強度為71 MPa。(2)9個釉配方的熔融溫度都在900℃以下,顯著降低了釉的燒結溫度,符合低溫燒結的要求。主要是利用“準非反應”燒結機理降低了釉料的燒結溫度,即釉料中有低熔點物質硼砂以及其他低溫溶劑的加入,釉料會在低熔點物質的熔融范圍內產生液相,有助于固相參與到燒結反應中,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磚框中,研究面層材料顆粒粒徑、燒成溫度、保溫時間、成型壓力、釉料添加量對透水路面磚透水性能與抗壓性能的影響。結果表明:隨著廢棄耐火材料顆粒粒徑的減小,成型壓力的增加,高溫粘結劑釉料的增加,透水路面磚試樣的透水性能會有所下降,但抗壓強度會有一定的提高。燒結溫度提高,保溫時間越長,透水路面磚透水系數先增大然后降低,而抗壓強度一直呈上升趨勢。經過正交實驗表最終得到的最優(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理。即材料內部空隙中的水會受到溫差影響結冰體積發(fā)生膨脹,從而使沒有凍結的水遷移進入其他孔隙,并在此過程中遇到阻力,形成靜水壓,當這個壓力超過使材料發(fā)生膨脹的臨界壓力時,材料被破壞。(5)探討了影響固廢基透水路面磚經過凍融實驗后的性能與結構變化。研究表明:經過50次凍融循環(huán)后,固廢基路面透水路面磚強度呈下降趨勢,但強度損失率都在10%以內。一些填充顆粒表面的釉膜出現裂紋,但大部分顆粒表面釉膜完整,透水磚外表的實芯瓷質磚框沒有出現脫落、裂紋等問題。另外,孔隙率越大,透水路面磚強度損失率越高。
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU522.1;U414

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本文編號：2737245