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摘 要:与普通的陶瓷墙地砖产品相比,薄型陶瓷砖具有厚度薄、原料和能源消耗低、可以减轻建筑物的自重、减少运输成本、节省施工安装费用等显著优点。本文通过对大规格薄型陶瓷砖开发过程中产品质量影响因素的研究,为薄型陶瓷砖生产优等率的提高提供了解决思路。
关键词:大规格;陶瓷薄砖;影响因素
1 前言
近些年来,随着基础建设的加速,刺激了建筑行业的快速发展,也带动了建筑陶瓷的市场需求。在日益扩大陶瓷砖生产规模的同时,陶瓷砖产品规格逐渐增大,厚度也随之增加。但同时带来的是资源消耗大、能源浪费大、建筑负载重、运输费用高、施工费用高等一系列问题,与我国资源缺乏的国情产生矛盾。特别是近几年来陶瓷原料及能源价格的持续上涨,对陶瓷行业产生较大压力,大规格陶瓷砖“瘦身”问题就逐渐凸显出来。
大规格陶瓷薄砖的开发,将有效改变陶瓷行业以往高能耗、高污染、高成本的形象,对促进传统建筑陶瓷产业技术提升、节约能源和资源、实现产品的升级换代和可持续发展具有重要意义。
2 超薄砖生产影响因素分析
陶瓷砖做大做薄,主要有五个方面的影响因素:
(1) 首先是陶瓷材料本身的影响,如单纯将坯体规格变大,坯体厚度减小,将造成产品强度不够,砖坯破损比例高,甚至成品强度达不到国家标准。因此,需要从机理上改善陶瓷材料的性能,提高陶瓷砖产品使用的抗冲击性能及破坏强度;
(2) 其次为烧成工艺的影响,要研究与陶瓷材料配方相匹配的烧成工艺技术,特别是当陶瓷制品薄型化后,传热传质速度加快,如采用与未减薄前同样的烧成温度,将导致材料在高温下发生蠕变软化等问题,因此宜采用低温快速烧成,这也是薄型砖生产的一大特性;
(3) 将陶瓷砖产品规格变大、坯体厚度减小的同时,要保证陶瓷砖有足够的干坯强度和成品强度,工艺过程研究是重点,其中包括薄型陶瓷砖粉料级配的影响、成形过程的影响、干燥的配套工艺技术等。如是生产釉面砖制品,还应充分考虑在压制成形后的施釉、印花等工序,除了要调整成形压力和配方体系外,还应考虑如通过改变施釉、印花等方式,减少釉线上砖坯的破损;
(4) 产品冷加工过程也是优等率保障的重要方面,特别是对薄型陶瓷抛光砖进行刮平、抛光等后期冷加工时,更要研究导致产品破损的因素;
(5) 因大规格薄型砖的特点,其产品应用及施工方案等问题与普通陶瓷砖产品不同,也应一并加以考虑。
3 实验验证
影响大规格陶瓷薄砖砖坯与产品强度的因素主要有配方组成、添加剂、成形压力等方面,笔者通过一系列的实验,对以上因素进行了详细研究,实验如下:
3.1坯体配方体系
目前普遍采用的陶瓷砖坯体配方体系为K2O、Na2O-Al2O3-SiO2三元系统,除玻璃相外,产品的主晶相为石英和莫来石。常见玻化砖的坯体化学组成范围(wt%)如下:SiO2:66%～73%;Al2O3:15%～19%;CaO+MgO﹤2.5%;K2O+Na2O:3%～6%;Fe2O3+TiO﹤1.5%;烧失量﹤8%。要提高大规格陶瓷薄砖的成品强度,需要提高其中的莫来石相的含量,以提高陶瓷产品的抗折强度。考虑到莫来石的化学组成为2Al2O3·3SiO2,将配方中的Al2O3含量提高,理论上将有效促进其形成。氧化铝的引入方式可以是直接掺入一定比例的纯氧化铝原料,也可以掺入含铝量高、烧失量少的原料,如水铝土等;当然,两种原料还可以同时掺入配方中。
试验所用的大规格薄型砖的配方如下(wt%):石粉类:45%～55%;泥类料:20%～25%;砂类料:25%～35%;莫来石1.5%;水铝土7.0%;滑石泥:3%,其中滑石泥的掺入是因配方温度较高,起到矿化剂的效果。该配方的主要化学组成如表1所示。
与普通瓷质砖配方相比,该配方的含铝量要高、含硅量略低,另外钾、钠含量也要高一些,对该配方与普通陶瓷配方做了一个成品强度的对比实验,在外界条件相同的情况下,测试两配方样砖的成品强度,详细结果如表2所示。
从表2可知,新配方薄型砖的成品强度平均为45.86MPa,普通配方砖的成品强度平均为37.14MP,经过配方调整,薄砖的抗弯强度已大大超过普通瓷砖,说明在配方中提高Al2O3含量是提高薄砖强度的有效办法。
3.2添加剂用量
对薄型陶瓷砖而言,砖坯破损的可能性加大,为提高干坯强度,我们使用了某种坯体增强剂,并做了不同添加剂用量的干坯强度对比,实验结果如表3所示。
从表3中的实验数据我们看到:该添加剂的添加量从0.1%增加到0.4%时,坯体的干坯强度先逐渐提高而后又降低,在添加量为0.3%时,坯体的干坯强度达到最大值。因此,添加剂的使用量在一定范围内可起到明显增强干坯强度的作用,但其用量要从成本和效果两方面综合考虑。
3.3成形压力
理论上,成形压力越大,陶瓷砖的干坯强度也越高。为验证这一过程,我们保持其他条件不变,把成形压力逐渐加大,观察坯体的干坯强度变化情况,表4为不同成形压力下砖坯的抗折强度数据。
从表4中的数据我们发现:成形压力从1500t增加到3000t时,砖坯的干坯强度逐渐提高,但是在3000t的基础上继续加大成形压力,对干坯强度几乎无影响。
4 结论
通过对影响大规格陶瓷薄砖强度的影响因素进行分析研究,通过实验表明,通过坯体的配方体系调整,增加配方中铝含量是大规格陶瓷薄砖成品强度提高的重要手段;另外,使用适量添加剂、适当加大成形压力也可有效提高干坯强度,为薄型瓷砖的大规模生产提供了实验基础。
参考文献
[1] 李家驹. 陶瓷工艺学[M].北京:中国轻工业出版社.2001.
[2] 温伟明,刘幼红,王博等.薄型陶瓷板性能测试及分析[J].陶瓷,
2009(8).
[3] 段先湖,刘幼红,王博等.陶瓷砖薄型减量化生产符合科学发展
观的要求 [J].陶瓷,2009(9).
关键词:大规格;陶瓷薄砖;影响因素
1 前言
近些年来,随着基础建设的加速,刺激了建筑行业的快速发展,也带动了建筑陶瓷的市场需求。在日益扩大陶瓷砖生产规模的同时,陶瓷砖产品规格逐渐增大,厚度也随之增加。但同时带来的是资源消耗大、能源浪费大、建筑负载重、运输费用高、施工费用高等一系列问题,与我国资源缺乏的国情产生矛盾。特别是近几年来陶瓷原料及能源价格的持续上涨,对陶瓷行业产生较大压力,大规格陶瓷砖“瘦身”问题就逐渐凸显出来。
大规格陶瓷薄砖的开发,将有效改变陶瓷行业以往高能耗、高污染、高成本的形象,对促进传统建筑陶瓷产业技术提升、节约能源和资源、实现产品的升级换代和可持续发展具有重要意义。
2 超薄砖生产影响因素分析
陶瓷砖做大做薄,主要有五个方面的影响因素:
(1) 首先是陶瓷材料本身的影响,如单纯将坯体规格变大,坯体厚度减小,将造成产品强度不够,砖坯破损比例高,甚至成品强度达不到国家标准。因此,需要从机理上改善陶瓷材料的性能,提高陶瓷砖产品使用的抗冲击性能及破坏强度;
(2) 其次为烧成工艺的影响,要研究与陶瓷材料配方相匹配的烧成工艺技术,特别是当陶瓷制品薄型化后,传热传质速度加快,如采用与未减薄前同样的烧成温度,将导致材料在高温下发生蠕变软化等问题,因此宜采用低温快速烧成,这也是薄型砖生产的一大特性;
(3) 将陶瓷砖产品规格变大、坯体厚度减小的同时,要保证陶瓷砖有足够的干坯强度和成品强度,工艺过程研究是重点,其中包括薄型陶瓷砖粉料级配的影响、成形过程的影响、干燥的配套工艺技术等。如是生产釉面砖制品,还应充分考虑在压制成形后的施釉、印花等工序,除了要调整成形压力和配方体系外,还应考虑如通过改变施釉、印花等方式,减少釉线上砖坯的破损;
(4) 产品冷加工过程也是优等率保障的重要方面,特别是对薄型陶瓷抛光砖进行刮平、抛光等后期冷加工时,更要研究导致产品破损的因素;
(5) 因大规格薄型砖的特点,其产品应用及施工方案等问题与普通陶瓷砖产品不同,也应一并加以考虑。
3 实验验证
影响大规格陶瓷薄砖砖坯与产品强度的因素主要有配方组成、添加剂、成形压力等方面,笔者通过一系列的实验,对以上因素进行了详细研究,实验如下:
3.1坯体配方体系
目前普遍采用的陶瓷砖坯体配方体系为K2O、Na2O-Al2O3-SiO2三元系统,除玻璃相外,产品的主晶相为石英和莫来石。常见玻化砖的坯体化学组成范围(wt%)如下:SiO2:66%～73%;Al2O3:15%～19%;CaO+MgO﹤2.5%;K2O+Na2O:3%～6%;Fe2O3+TiO﹤1.5%;烧失量﹤8%。要提高大规格陶瓷薄砖的成品强度,需要提高其中的莫来石相的含量,以提高陶瓷产品的抗折强度。考虑到莫来石的化学组成为2Al2O3·3SiO2,将配方中的Al2O3含量提高,理论上将有效促进其形成。氧化铝的引入方式可以是直接掺入一定比例的纯氧化铝原料,也可以掺入含铝量高、烧失量少的原料,如水铝土等;当然,两种原料还可以同时掺入配方中。
试验所用的大规格薄型砖的配方如下(wt%):石粉类:45%～55%;泥类料:20%～25%;砂类料:25%～35%;莫来石1.5%;水铝土7.0%;滑石泥:3%,其中滑石泥的掺入是因配方温度较高,起到矿化剂的效果。该配方的主要化学组成如表1所示。
与普通瓷质砖配方相比,该配方的含铝量要高、含硅量略低,另外钾、钠含量也要高一些,对该配方与普通陶瓷配方做了一个成品强度的对比实验,在外界条件相同的情况下,测试两配方样砖的成品强度,详细结果如表2所示。
从表2可知,新配方薄型砖的成品强度平均为45.86MPa,普通配方砖的成品强度平均为37.14MP,经过配方调整,薄砖的抗弯强度已大大超过普通瓷砖,说明在配方中提高Al2O3含量是提高薄砖强度的有效办法。
3.2添加剂用量
对薄型陶瓷砖而言,砖坯破损的可能性加大,为提高干坯强度,我们使用了某种坯体增强剂,并做了不同添加剂用量的干坯强度对比,实验结果如表3所示。
从表3中的实验数据我们看到:该添加剂的添加量从0.1%增加到0.4%时,坯体的干坯强度先逐渐提高而后又降低,在添加量为0.3%时,坯体的干坯强度达到最大值。因此,添加剂的使用量在一定范围内可起到明显增强干坯强度的作用,但其用量要从成本和效果两方面综合考虑。
3.3成形压力
理论上,成形压力越大,陶瓷砖的干坯强度也越高。为验证这一过程,我们保持其他条件不变,把成形压力逐渐加大,观察坯体的干坯强度变化情况,表4为不同成形压力下砖坯的抗折强度数据。
从表4中的数据我们发现:成形压力从1500t增加到3000t时,砖坯的干坯强度逐渐提高,但是在3000t的基础上继续加大成形压力,对干坯强度几乎无影响。
4 结论
通过对影响大规格陶瓷薄砖强度的影响因素进行分析研究,通过实验表明,通过坯体的配方体系调整,增加配方中铝含量是大规格陶瓷薄砖成品强度提高的重要手段;另外,使用适量添加剂、适当加大成形压力也可有效提高干坯强度,为薄型瓷砖的大规模生产提供了实验基础。
参考文献
[1] 李家驹. 陶瓷工艺学[M].北京:中国轻工业出版社.2001.
[2] 温伟明,刘幼红,王博等.薄型陶瓷板性能测试及分析[J].陶瓷,
2009(8).
[3] 段先湖,刘幼红,王博等.陶瓷砖薄型减量化生产符合科学发展
观的要求 [J].陶瓷,2009(9).