CN114702333B - 一种仿砂岩泡沫陶瓷砖及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种仿砂岩泡沫陶瓷砖及其制作方法。其制作方法包括备料、称料、混料、成型、干燥和烧成工序，其中，备料工序中，原料包括基础坯料和成型助剂；以重量百分比计，基础坯料包括：陶瓷砂轮半成品加工过程中产生的碎屑、抽尘粉制成的均化料，90‑100％；氧化铝空心球，0‑10％；成型助剂包括糊精粉和水玻璃。本发明的仿砂岩泡沫陶瓷砖是一种新型的集不燃、保温、隔热、防水功能于一体的具有仿砂岩外观、防火、节能效果的绿色建筑材料。
Description
技术领域
本发明属于装饰建材技术领域，具体涉及一种仿砂岩泡沫陶瓷砖及其制作方法。
背景技术
建筑节能是一项极其重要的政策，是利国利民、造福子孙后代的***工程。加强建筑物的保温隔热对于改善人们的工作和居住环境条件、节约能源所起的作用巨大，保温材料吸水率高、耐久性差一直是我国建筑保温隔热工程中的两大难题，保温材料吸水含水后极大地降低其保温隔热性能，增加空调***的能量消耗。特别是在吸水后保温层变成了蓄水层，会使防水层起鼓破坏，造成渗漏。在外墙构造中，由于保温隔热的需要，常需将墙体加厚以满足使用功能要求，由于现在尚无保温材料能取代原来的红砖作为墙体材料，只能采用外贴保温材料进行保温隔热，所以，急需发展集重量轻、保温性能好、耐老化、不吸水、易粘结、不燃、装饰性能于一体的材料。
目前，常用的无机保温材料是保温砂浆、玻璃棉、矿棉和泡沫玻璃。但是，保温砂浆需要经常进行表面维护、重刷防水层材料，玻璃棉、矿棉容易吸湿必须结合外防护层或与其他板状材料复合后使用，而泡沫玻璃工作面常有很多的开口气孔，不利于清洁且影响外观，往往也需要与其他的薄板状材料复合使用。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有保温材料存在的不足，提供一种仿砂岩泡沫陶瓷砖及其制作方法，本发明的仿砂岩泡沫陶瓷砖是一种新型的集不燃、保温、隔热、防水功能于一体的具有仿砂岩外观、防火、节能效果的绿色建筑材料。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种仿砂岩泡沫陶瓷砖的制作方法，所述制作方法包括备料、称料、混料、成型、干燥和烧成工序，其中，备料工序中，原料包括基础坯料和成型助剂；以重量百分比计，所述基础坯料包括：陶瓷砂轮半成品加工过程中产生的碎屑、抽尘粉制成的均化料，90-100％；氧化铝空心球，0-10％；所述成型助剂包括糊精粉和水玻璃。
可选地，所述备料工序中，将陶瓷砂轮半成品加工过程中产生的碎屑、抽尘粉均化料过60-100目筛，将糊精粉过100-120目筛；所述氧化铝空心球的粒径范围为0.2-2mm；所述水玻璃的比重为1.40-1.42g/cm3，模数为2.3-2.5。
可选地，以1kg基础坯料计，所述糊精粉的用量为10-25g，所述水玻璃的用量为20-35mL；优选地，以1kg基础坯料计，所述糊精粉的用量为15-20g，所述水玻璃的用量为25-30mL。
可选地，混料工序具体为：首先将称取的陶瓷砂轮半成品加工过程中产生的碎屑、抽尘粉均化料和氧化铝空心球加入至逆流混料锅中，并加入水玻璃进行搅拌湿混，然后将糊精粉投入至逆流混料锅中，继续搅拌混合，之后出锅过5-8目筛，装入料箱，困料0.5-2h，得到成型料。
可选地，成型工序具体为：将成型模具固定好，按投料单重向成型模具中倒入成型料，梳均刮平，合模、压制，卸压脱模后，得到仿砂岩砖湿坯。
可选地，干燥工序具体为：将仿砂岩砖湿坯在90-120℃的温度下干燥至坯体的含水量≤2％，得到干燥后的仿砂岩砖坯体。
可选地，烧成工序具体为：将干燥后的仿砂岩砖坯体放入采用清洁能源电能的梭式窑中进行烧制，其中，窑炉的温度从室温升至1200-1300℃，并在烧成温度下保温1-2h，之后降温，降温至500℃后，关闭梭式窑的电源，自然降温至100℃以下即可出窑，拣选后得到仿砂岩泡沫陶瓷砖成品。
可选地，烧成工序中，窑炉的温度从室温升至1220-1270℃，升温速度为0.5-10℃/min；降温至500℃的过程中，降温速度为2-10℃/min。
本发明还提出了一种仿砂岩泡沫陶瓷砖，所述仿砂岩泡沫陶瓷砖采用如上所述的仿砂岩泡沫陶瓷砖制作方法制作得到。
有益效果：
本发明以磨具企业陶瓷砂轮半成品加工过程中产生的固废为主要原料制作仿砂岩泡沫陶瓷砖，即在仿砂岩泡沫陶瓷砖的制作过程中，以磨具企业陶瓷砂轮半成品加工碎屑、抽尘粉等工业固废为基础原料，掺加少量的氧化铝空心球轻质骨料协同前述固废基础原料中的磨料组分作为高温发泡时的骨架，加入少量的水玻璃和糊精粉作为成型助剂，提高固废的成型性能和生坯强度，在不高于1300℃的烧成温度下可制得性能优于天然砂岩的仿砂岩泡沫陶瓷砖产品，外观上具有返朴归真、接近于天然砂岩的美感。同时，制备的仿天然砂岩泡沫陶瓷砖产品由于采用1000℃以上的高温烧成，制得的产品外表面像我们的面包一样具有组织结构相对于内部光滑、连续一体的表层，只有较少开口气孔，具有一定的防水性和易清洁性，可以单独使用，不需要像保温砂浆、矿物棉、泡沫玻璃一样必须与其他材料进行复合后使用。
本发明制备的仿天然砂岩泡沫陶瓷砖具有陶瓷制品的吸水率低、抗冻性优良，耐久性好、强度高、并且其中所含天然放射性核素镭-226、钍-232、钾-40的放射性比活度同时满足A类装饰装修材料的标准IRa≤1.0，Ir≤1.3。
本发明将工业固废资源进行循环利用，具有利废、节材、节能、清洁生产等特点。另外，由于配方结构简单、可利用或稍加改进利用陶瓷磨具生产企业的现有生产线技术和条件生产具有高附加值的绿色利废仿砂岩泡沫陶瓷砖产品，使企业相比之前简单将固废廉价外售处理可增加一定的营收，具有较好的经济和社会、生态环境效益，易于推广应用。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。其中：
图1为本发明仿砂岩泡沫陶瓷砖的制作方法的工艺流程图；
图2为本发明烧成工序中烧成温度制度曲线；
图3为本发明仿砂岩泡沫陶瓷砖一实施例产品的正面(图3a)、背面(图3b)和截面形貌(图3c)。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
为了弥补现有保温材料存在的不足，本发明提供一种新型的不燃、保温、隔热、防水一体化的具有仿砂岩外观效果的绿色建筑材料。
主要用于装饰建材，由于其具有防潮、耐火、隔热、吸收噪音的功能作为装饰材料使用倍受欢迎。目前，砂岩的开采使用量非常大，但同时由于天然砂岩风化崩解会造成强度降低而使其应用性能打折，并带有一定的安全隐患。因此，合理利用工业固废开发仿砂岩陶瓷砖具有一定的经济、社会、环境效益。
砂岩是泥质胶结的软质岩石，因其胶结物富含氧化铁、氧化锰等矿物成分而呈红色、深红色或褐色，易风化，而采用陶瓷原料配料、混合、压制、烧结制成的仿砂岩陶瓷砖则组织均匀、结构一致性好，不易风化，放射性在安全限值以内、具有千年不腐、不变质、耐久性优良的特点，这也是在历史发展的长河中秦砖汉瓦以及现代的陶瓷砖逐步取代天然石材称为主要建筑材料而备受推崇的主要原因。
基于以上分析，本发明将磨具企业的陶瓷砂轮生产过程中产生的固废(碎屑、抽尘粉均化料)和氧化铝空心球经过配比、成型、干燥、烧成以制作仿砂岩泡沫陶瓷砖，该制制作方法既具有良好的经济和社会效益，且目前没见相关报道。
如图3所示，本发明的仿砂岩泡沫陶瓷砖外观具有接近天然砂岩砖的真石纹理和防水性能，内部为多孔轻质结构。如图1所示，本发明的仿砂岩泡沫陶瓷砖的制作方法包括：备料、称料、混料、成型、干燥和烧成工序，其中，备料工序中，原料包括基础坯料和成型助剂。
以重量百分百比计，基础坯料包括：陶瓷砂轮半成品加工过程中产生的碎屑、抽尘粉均化料，90-100％；氧化铝空心球，0-10％；成型助剂包括糊精粉和水玻璃。
本发明可选实施例中，以1kg基础坯料计，所述糊精粉的用量为10-25g(10g、12g、15g、18g、20g、22g、25g以及任意两点值之间的区间值)，所述水玻璃的用量为20-35mL(比如20mL、25mL、30mL、35mL以及任意两点值之间的区间值)。
优选地，以1kg基础坯料计，所述糊精粉的用量为15-20g，所述水玻璃的用量为25-30mL。下面对本发明制作方法中的各个工序进行详细描述。
(1)备料工序：选取磨具企业的陶瓷砂轮半成品加工过程中产生的碎屑和抽尘粉进行充分拌合制成均化料，并与氧化铝空心球骨料配合使用。优选地，磨具企业陶瓷砂轮半成品加工过程中产生的碎屑、抽尘粉等拌合制成的均化料过60-100目筛。
进一步地，选用的氧化铝空心球的粒径为0.2-2mm；选用的糊精粉过100-120目筛，选用的水玻璃的比重为1.40-1.42g/cm3(比如1.40g/cm3、1.41g/cm3或1.42g/cm3)，模数为2.3-2.5(比如2.3、2.4或2.5)。
需要说明的是，水玻璃俗称泡花碱，主要成分为硅酸钠，一般呈浅色透明或半透明的粘稠状液体，可用水以任何比例稀释。水玻璃的模数是指其组成中二氧化硅与氧化钠的克分子数比值，亦称硅氧模数。
(2)称料工序：根据预制作仿砂岩泡沫陶瓷砖的规格尺寸、数量和单重计算要配制成型料的量，按照相应的组分配比称量按步骤(1)处理过的原材料，分别盛放待用。
(3)混料工序：首先将称取的陶瓷砂轮半成品加工过程中产生的碎屑、抽尘粉均化料和氧化铝空心球加入至逆流混料锅中，并加入水玻璃进行搅拌湿混8-12min，然后将糊精粉投入至逆流混料锅中，继续搅拌混合10-15min，之后出锅过5-8目筛，装入料箱，困料0.5-2h(比如0.5h、1h、1.5h或2h)，得到成型料。
(4)成型工序：将成型模具固定好，按投料单重向成型模具中倒入成型料，梳均刮平，合模、依据预设压力制度进行压制，卸压脱模后，得到仿砂岩砖湿坯。需要说明的是，这里预设压力制度是用户根据实际情况进行设定的。
(5)干燥工序：将成型好脱模后的仿砂岩砖湿坯置于储坯架上推入干燥室内，在90-120℃(比如90℃、100℃、110℃、120℃以及任意两点值之间的区间值)的温度下干燥至坯体的含水量≤2％，得到干燥后的仿砂岩砖坯体。
(6)烧成工序：将干燥后的仿砂岩砖坯体置于已经撒有2-1mm氧化铝空心球或石英垫砂的棚板或匣钵中送入以电能为清洁能源的梭式窑中烧制，其中，如图2所示，窑炉的温度从室温升至1200-1300℃(比如1220℃、1240℃、1250℃、1260℃、1280℃、1300℃以及任意两点值之间的区间值)，并在烧成温度下保温1-2h(比如1h、1.5h、2h以及任意两点值之间的区间值)，之后降温，降温至500℃后，关闭梭式窑的电源，自然降温至100℃以下即可出窑，拣选后得到仿砂岩泡沫陶瓷砖成品。
优选地，窑炉温度从室温升至1220-1270℃，升温速度为0.5-10℃/min(比如0.5℃/min、1℃/min、1.5℃/min、2℃/min、2.5℃/min、3℃/min、3.5℃/min、4℃/min、4.5℃/min、5℃/min、6.5℃/min、7℃/min、8.5℃/min、10℃/min以及任意两点值之间的区间值)；降温至500℃的过程中，降温速度为2-10℃/min(比如2℃/min、4℃/min、6℃/min、8℃/min、10℃/min以及任意两点值之间的区间值)。
本发明还提出了一种采用上述制作方法制作得到的仿砂岩泡沫陶瓷砖。
本发明以磨具企业陶瓷砂轮半成品加工过程中产生的固废为主要原料制作仿砂岩泡沫陶瓷砖，即在仿砂岩泡沫陶瓷砖的制作过程中，以磨具企业陶瓷砂轮半成品加工碎屑、抽尘粉等工业固废为基础原料，掺加少量的氧化铝空心球轻质骨料协同前述固废基础原料中的磨料组分作为高温发泡时的骨架，加入少量的水玻璃和糊精粉作为成型助剂，提高固废的成型性能和生坯强度，在不高于1300℃的烧成温度下可制得性能优于天然砂岩的仿砂岩泡沫陶瓷砖产品，外观上具有返朴归真、接近于天然砂岩的美感。同时，制备的仿天然砂岩泡沫陶瓷砖产品由于采用1000℃以上的高温烧成，制得的产品外表面像我们的面包一样具有组织结构相对于内部的多孔组织光滑、连续一体的表层，只存在较少开口气孔(如图3所示)，具有一定的防水性和易清洁性，可以单独使用，不需要像保温砂浆、矿物棉、泡沫玻璃一样必须与其他材料进行复合后使用。
本发明将工业固废资源进行循环利用，具有利废、节材、节能、清洁生产等特点。另外，由于配方结构简单、可利用或稍加改进利用陶瓷磨具生产企业的现有生产线技术和条件生产具有高附加值的绿色利废仿砂岩泡沫陶瓷砖产品，使企业相比之前简单将固废廉价外售处理可增加一定的营收，具有较好的经济和社会、生态环境效益，易于推广应用。
下面通过具体实施例对本发明的仿砂岩泡沫陶瓷砖及其制作方法进行详细说明。
实施例1
本实施例的仿砂岩泡沫陶瓷砖的原料各组分按照表1中1#配方进行称量混配。并按图1所示的工艺流程进行仿砂岩泡沫陶瓷砖产品的制作，具体制作步骤如下：
(1)备料：选取磨具企业陶瓷砂轮半成品加工过程中产生的碎屑、抽尘粉进行充分拌合制成均化料，过60目筛；选取刚玉企业生产的粒径为2-0.2mm的氧化铝空心球，备用。优选地，刚玉企业生产的粒径为2-0.2mm的氧化铝空心球破球率不高于5％；糊精粉过100目筛。
(2)称料、混料：将步骤1)处理的原料分别按表1中1#的配方称量各种原材料，分别盛放，然后，先将称取的磨具企业陶瓷砂轮半成品加工过程中产生的碎屑、抽尘粉均化料和氧化铝空心球加入逆流混料锅中进行充分拌合，然后加入水玻璃湿混10min，再把糊精粉加入逆流混料锅，继续搅拌15min，出锅过8目筛，装入料箱，困料0.5-2h以上，得到均匀的成型料；
(3)成型：将备用的金属模具固定好，按投料单重倒入成型料，均匀梳料和刮平，然后按预定的加压制度压制成型，卸压脱模后，得到仿砂岩陶瓷砖湿坯；
(4)干燥：将成型好脱模后的仿砂岩陶瓷砖湿坯置于储坯架上推入干燥室于90-110℃干燥2-4h，使坯体的水分≤2％；
(5)烧成：将干燥后的仿砂岩陶瓷砖坯体置入窑炉中烧制，其中窑炉温度从室温逐渐升至1220℃，各温度段升温速度为3-10℃/min，并在高温保温2h，然后制度降温，从最高烧成温度降至500℃时降温速度为6-10℃/min，然后500℃以下断开电源，自然降温。当温度低于100℃时出窑即得新型绿色建材仿砂岩泡沫陶瓷砖制品。
实施例2
本实施例的仿砂岩泡沫陶瓷砖的原料各组分按照表1中2#配方进行称量混配。本实施例的仿砂岩泡沫陶瓷砖的制作步骤中，与实施例1的区别在于，步骤(5)的烧成工序中，烧制温度为1250℃，各温度段升温速度为5℃/min，保温1.5h，其他操作均与实施例1相同。
实施例3
本实施例的仿砂岩泡沫陶瓷砖的原料各组分按照表1中3#配方进行称量混配。本实施例的仿砂岩泡沫陶瓷砖的制作步骤中，与实施例1的区别在于，步骤(5)的烧成工序中，烧制温度为1270℃，升温速度为10℃/min，最高烧成温度保温1h，其他操作均与实施例1相同。
表1本发明各实施例仿砂岩泡沫陶瓷砖的原料配方
将本发明实施例1-3制作得到的仿砂岩泡沫陶瓷砖进行性能测试，其检测实验方法和技术指标参照标准JC/T 2087-2011《建筑装饰用仿自然面艺术石》技术指标(室外用)进行，检测的性能见表2。
根据本发明的技术方案制作的仿砂岩泡沫陶瓷砖产品质地坚硬、色泽自然、具有真石的纹理，风格质朴，耐磨、防火，放射性满足GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》中A类装饰装修材料的标准、能耐1200℃以上的高温，表2中测试结果表明，本发明产品具有体积密度小、吸水率低、抗压缩强度、弯曲强度、抗冻性等优于标准JC/T 2087-2011《建筑装饰用仿自然面艺术石》技术指标(室外用)的特点，其生产应用将有利于建筑的保温节能，同时采用工业固废为主要原料、低碳环保，产品全生命周期性能好、附加值高，极具推广应用价值。
表2本发明各个实施例制作的仿砂岩泡沫陶瓷砖的性能检测结果
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种仿砂岩泡沫陶瓷砖的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括备料、称料、混料、成型、干燥和烧成工序，其中，备料工序中，原料包括基础坯料和成型助剂；
以重量百分比计，所述基础坯料包括：
陶瓷砂轮半成品加工过程中产生的碎屑、抽尘粉制成的均化料，90-100%；
氧化铝空心球，0-10%；
所述成型助剂包括糊精粉和水玻璃；以1kg基础坯料计，所述糊精粉的用量为10-25g，所述水玻璃的用量为20-35mL；
所述备料工序中，将陶瓷砂轮半成品加工过程中产生的碎屑、抽尘粉均化料过60-100目筛，将糊精粉过100-120目筛；
所述氧化铝空心球的粒径范围为0.2-2mm；
所述水玻璃的比重为1.40-1.42g/cm3，模数为2.3-2.5；
烧成工序具体为：将干燥后的仿砂岩砖坯体放入采用清洁能源电能的梭式窑中进行烧制，其中，窑炉的温度从室温升至1200-1300℃，并在烧成温度下保温1-2h，之后降温，降温至500℃后，关闭梭式窑的电源，自然降温至100℃以下即可出窑，拣选后得到仿砂岩泡沫陶瓷砖成品，所述仿砂岩泡沫陶瓷砖的体积密度为1230-1250kg/m3。
2.如权利要求1所述的仿砂岩泡沫陶瓷砖的制作方法，其特征在于，以1kg基础坯料计，所述糊精粉的用量为15-20g，所述水玻璃的用量为25-30mL。
3.如权利要求1或2所述的仿砂岩泡沫陶瓷砖的制作方法，其特征在于，混料工序具体为：首先将称取的陶瓷砂轮半成品加工过程中产生的碎屑、抽尘粉均化料和氧化铝空心球加入至逆流混料锅中，并加入水玻璃进行搅拌湿混，然后将糊精粉投入至逆流混料锅中，继续搅拌混合，之后出锅过5-8目筛，装入料箱，困料0.5-2h，得到成型料。
4.如权利要求3所述的仿砂岩泡沫陶瓷砖的制作方法，其特征在于，成型工序具体为：将成型模具固定好，按投料单向成型模具中倒入成型料，梳均刮平，合模、压制，卸压脱模后，得到仿砂岩砖湿坯。
5.如权利要求4所述的仿砂岩泡沫陶瓷砖的制作方法，其特征在于，干燥工序具体为：将仿砂岩砖湿坯在90-120℃的温度下干燥至坯体的含水量≤2%，得到干燥后的仿砂岩砖坯体。
6.如权利要求1所述的仿砂岩泡沫陶瓷砖的制作方法，其特征在于，烧成工序中，窑炉的温度从室温升至1220-1270℃，升温速度为0.5-10℃/min；
降温至500℃的过程中，降温速度为2-10℃/min。
7.一种仿砂岩泡沫陶瓷砖，其特征在于，所述仿砂岩泡沫陶瓷砖采用如权利要求1-6中任一项所述的仿砂岩泡沫陶瓷砖的制作方法制作得到。
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