以污泥_建筑垃圾为基料制备高强轻质发泡环保陶瓷板_余江

建筑垃圾主要物理特性
Physical properties of construction wastes
自然含水率 / % 20 ～ 30 堆积密度 / （ kg·m3 ） 720
颗粒组成 / % ＜ 0． 6 mm 65 0． 6 ～ 1． 2 mm 20 ＞ 1． 2 mm 15
表2 Tab． 2
3087 （ 2014 ） 05016107 文章编号： 1009-
以污泥 、 建筑垃圾为基料制备高强轻质发泡环保陶瓷板
余
1， 2 江 ， 熊 3 3 1， 2 平， 刘建泉 ， 苏子艺 ， 王 1， 2 慈 ， 贾
璐
1， 2
（ 1． 四川大学 建筑与环境学院， 四川 成都 610065 ； 2． 四川大学 新能源与低碳技术研究院，四川 成都 610065 ； 3． 成都工业学院，四川 成都 610031 ）
题制约着发泡陶瓷的进一步良性发展： 1 ） 与聚苯乙 传统的发泡陶瓷大多利用 烯等传统保温材料相比， 天然矿石高温发泡而成， 在性能上相比有较大优势， 但因价格昂贵而使得难以在市场上大规模应用； 2 ） 传统制作工艺较为复杂， 产生的气泡不易得到有效 故很难得到气孔均匀度良好、 规格统一的发泡 控制， 陶瓷板； 3 ） 传统发泡陶瓷板存在脆性较大、 韧度较 低等缺点。这些问题在很大程度上主要是由于原材
ห้องสมุดไป่ตู้
表3 Tab． 3
名称 含量
河道污泥化学成分
Chemical compositions of sludge
烧失量 / % w（ SiO2 ） / % w（ Al2 O3 ） / % w（ Fe2 O3 ） / % w（ CaO） / % w（ MgO） / % w（ K2 O） / % w（ Na2 O） / % w（ TiO2 ） / % w（ SO3 ） / % 7． 43 59． 25 17． 34 5． 20 2． 11 2． 44 3． 17 0． 35 0． 88 0． 36
［4 － 7 ］ 。 目前， 材料， 可广泛应用于建筑外保温系统 发 ， 泡陶瓷在国内有一定的应用市场 但仍然有很多问
近年来， 随着城市化进程的加快， 建筑垃圾污染 问题已成为城市化进程中的阻碍瓶颈。 据统计， 目
8 前我国每年施工建设所产生的垃圾数量达 10 t， 其 数量已占到城市垃圾总量的 30% ～ 40% ， 而建筑垃
（ 1． College of Architecture and Environment， Sichuan Univ． ， Chengdu 610065 ， China； 2． Inst． of New Energy and Low Carbon Technol． ， Sichuan Univ． ， Chengdu 610065 ， China； 3． Chengdu Technological Univ． ， Chengdu 610031 ， China）
Preparation of Highstrength and Lightweight Environmental Foaming Ceramic Plate Using Sludge and Construction Waste
2 2 2 2 YU Jiang1， ， XIONG Ping3 ， LIU Jianquan3 ， SU Ziyi1， ， WANG Ci1， ， JIA Lu1，
国际能源供应的紧张， 促进了社会对节能技术 和产品的开发和重视。随着建设和谐社会步伐的推 进， 环境保护不断得到社会的重视， 绿色环保材料越 来越受到重视。当前中国建筑等行业所采用的保温 XPS（ 挤塑聚苯乙烯泡 材料如 EPS（ 聚苯乙烯泡沫） 、
收稿日期： 2014 － 01 － 14
PU（ 聚氨酯泡沫 ） 等有机物保温材料因其易燃 沫） 、 性且燃烧产生有毒烟雾导致了一系列火灾事故 ， 如 北京央视新址火灾、 上海胶州教师公寓火灾等重大 火灾， 给人们生命和财产带来重大损失 。同时， 传统 的建筑保温材料存在吸水、 不防潮、 老化、 强度低、 易
受到威胁。因此处理数量如此庞大的建筑垃圾、 底 。 泥等固体废弃物已经到了刻不容缓的地步 鉴于此， 作者以污泥、 建筑垃圾作为基料， 制备 高强轻质发泡环保陶瓷板。这样不仅能解决发泡陶 瓷原材料的限制问题， 节约大量成本， 同时又能资源 化利用建筑垃圾、 污泥等固体废弃物， 这对于资源再 循环利用、 建设节约型社会无疑具有重要的意义 ， 必 定会为城市建设带来巨大的经济社会环境效益 。
［8 － 11 ］ 。 因此， 料及其发泡材料所引起 找到合适的原 材料及发泡剂， 改变配方， 结合发泡工艺， 降低制作
1
1． 1
材料与方法
实验原料
这是降低发泡陶瓷板的价格， 提高其市场 过程成本， ［12 － 14 ］ 。 竞争力的关键所在
表1 Tab． 1
实验选用原料有建筑施工垃圾、 河道污泥、 废玻 动物发泡剂和膨润土。 部分原料物理特性及 璃片、 2 和 3。 化学成分见表 1 、
第 46 卷 第 5 期 2014 年 9 月
四川大学学报（ 工程科学版）
JOUＲNAL OF SICHUAN UNIVEＲSITY （ ENGINEEＲING SCIENCE EDITION）
Vol． 46 No． 5 Sept． 2014

圾的无序堆存不仅占用大量土地资源， 对水、 气、 土 和生态环境更是造成了不可估量的污染与破坏 。另 外， 不仅建筑垃圾造成严重的环境问题 ， 河道湖泊淤 积在国内也存在严峻形势。据调查统计， 仅湖泊、 河
7 道淤泥， 每年清淤量高达 7 × 10 t。 河道、 湖泊淤积 导致水体自净能力降低， 同时使河道堵塞、 防洪安全
基金项目： ： 国家自然科学基金资助项目（ 31100374 ） ； 985 工程专项经费资助项目（ 000007610081 ） ； 四川省科技厅资助项目（ 2014JY0224 ） mail： yujianggz@ 163． com 作者简介： 余江（ 1974 —） ， 女， 副教授， 博士． 研究方向： 固体废弃物处置与资源化利用． E-
http： / / jsuese． scu． edu． cn
162
四川大学学报（ 工程科学版）
第 46 卷
变形等问题， 维护管理费用较大， 给人们生活也造成 了很多不便。目前中国虽然已经开发了一系列保温 隔热材料， 但因其价格昂贵等因素制约， 很难得以推 ［1 － 3 ］ ， 广 因此找到一种保温阻燃性能良好 、 价格低廉 且环境友好的保温隔热材料已日益成为国内外学者 所关注的热点。 发泡陶瓷是具有 3 维空间网架结构的高气孔率 的多孔陶瓷体。它不仅具有普通陶瓷耐腐蚀、 耐高 温特点， 同时具有优良的保温隔热性能、 较高的机械 强度、 良好的抗冻融性等性能， 属于国家 A 级保温
名称 烧失量 / % 含量 12． 24 w（ SiO2 ） / % 52． 99
建筑垃圾化学成分
Chemical compositions of construction wastes
w（ Al2 O3 ） / % w（ Fe2 O3 ） / % w（ CaO） / % w（ MgO） / % w（ K2 O） / % w（ Na2 O） / % w（ TiO2 ） / % w（ SO3 ） / % 19． 30 2． 11 8． 76 1． 47 0． 65 0． 28 0． 88 0． 13
1． 2
制备工艺
1% ～ 9% 。原料经混料、 压力成型后， 在预热温度 500 ～ 750 ℃ 、 预热时间 20 ～ 50 min， 烧成温度 1 100 ～ 1 250 ℃ 、 保温时间 20 ～ 60 min 下烧成。 胚体的 统一尺寸为 100 mm × 45 mm × 25 mm。 工艺流程 为： 原料 → 混合 → 粉碎， 过 20 目筛 → 装模、 成型 。 预热干燥 烧成 出料 性能测试 → → → →
3 密度 0． 48 g / cm ， 产品性能达到甚至优于国家相关标准 。所研制的具有防水、 保温性能的高强轻质发泡陶瓷板， 不
仅摆脱了原材料的限制， 使得成本大幅降低， 同时还将固废资源化， 改善环境。 关键词： 发泡陶瓷板； 动物蛋白发泡剂； 污泥； 建筑垃圾； 发泡 中图分类号： X705 ； TB35 文献标志码： A
摘
要： 以建筑垃圾、 污泥或河道底泥等固体废弃物为基料， 通过探讨烧成条件、 固相（ 包括骨料和玻璃碎片） 、 动物
膨润土对于发泡陶瓷板发泡情况以及吸水率 、 显气孔率、 密度、 抗压强度等性能指标的影响， 确定了比较理 发泡剂、 想的配方和烧成工艺条件， 原料配方（ 质量百分比） 为： 建筑垃圾、 污泥混合骨料 ∶ 废玻璃碎片 ∶ 动物发泡剂 ∶ 膨润土 = 70% ∶ 20% ∶ （ 5% ～ 7% ） ∶ （ 5% ～ 7% ） ； 烧制工艺条件为： 预热温度 700 ℃ ， 预热时间 40 min， 烧成温度 1 200 ℃ 左 右， 烧成时间 30 min。获得了最佳发泡陶瓷性能指标： 吸水率 1． 62% ， 显气孔率 70． 12% ， 抗压强度 5． 12 MPa， 体积
Abstract： Based on the physical and chemical properties of sludge and construction waste，construction rubbish，sludge or river sediment were used as base stock to prepare a well kind of waterproof insulated high strength and lightweight foaming ceramic plate， and the effects of firing condition，solid phrase including aggregate and glass fragment，animal foaming agent，bentonite on the foaming tendency and properties such as water absorption rate，porosity，density and compressive strength were explored． The results showed that under the optimal formula and firing conditions including the combined aggregate of construction waste and sludge of 70% ，glass fragments of 20% ，animal protein foaming agent of 5% ～ 7% ，bentonite of 5% ～ 7% ，and under preheating temperature of 700 ℃ ，preheating time of 40 min，sintering temperature of 1 200 ℃ ，sintering time of 30 min，the best foaming ceramic property was obtained such as the water absorption rate of 1． 62% ，porosity of 70． 12% ，the compressive strength of 5． 12 MPa，the bulk density of 0． 48 g / cm3 ． The product performance is better than the relevant national standards． Key words： foaming ceramic plate； animal protein foaming agent； sludge； construction waste； foaming