抛光废料生产节能泡沫陶瓷的技术介绍及应用

一文了解泡沫陶瓷及其应用
泡沫陶瓷是具有高比面积、高气孔率、低密度、低热传导系数，对液体和气体介质有选择透过性，并具有能量吸收和阻尼特性等优异性能的新型材料，且孔道呈互相连接的迷宫式三维网状结构的多孔体，在熔融金属、气体液体过滤、净化分离、化工催化载体、吸声减震、高级保温材料、生物材料、特种墙体材料和传感器材料等方面作用显著，广泛应用于环保、能源、化工、生物等领域。

 一、泡沫陶瓷概述
 泡沫陶瓷材料的发展始于20世纪70年代，是一种具有高温特性的多孔材料。

其孔径从纳米级到微米级不等，气孔率在20%～95%之间，使用温度为常温～1600℃。

 （1）按孔隙之间关系，泡沫陶瓷可分为：闭口气孔和开口气孔。

 闭口气孔：指陶瓷材料内部微孔允布在连续的陶瓷基体中，孔与孔之间相互隔离。

 开口气孔：包括材料内部孔与孔之间相互连通和一边开口、另一边闭口形成不连通气孔两种。

 （2）泡沫陶瓷按材质可分为以下几种：
 硅藻土质材料：主要以精选硅藻土为原料，加粘土烧结而成，用于精滤水和酸性介质中。

 图1 硅藻土质泡沫材料
 铝硅酸盐材料：以耐火粘土熟料、烧矾土、硅线石和合成莫来石质颗粒为骨料。

具有耐酸性和耐弱碱性，使用温度达1000℃。

综述与评述Summary&Review在工业生产和其他活动中产生的废弃物，丧失了原有的利用价值被抛弃，或者被丢弃的固态、半固态的物品、物质以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品被统称为固体废弃物。

固体废物按其来源大致分为工业固体废物、矿业固体废物、农业固体废物、城市生活垃圾、危险固体废物、放射性废物和非常规来源固体废物。

大宗的固体废弃物通常分为三类：工业固体废物、城市生活垃圾和危险废物。

工业固体废物是指来自各工业生产部门的生产和加工过程及流通中所产生的废渣、粉尘、污泥、废屑等；城市生活垃圾，也被称为城市固体废弃物，通常指城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中所产生的固体废弃物；危险废弃物是指列入国家危险废弃物名录，或者根据国家规定的危险废弃物鉴别标准和鉴别方法所认定的具有危险特性的废弃物。

简而言之，就是含有高度持久性元素、化学品或化合物的废物，且该废物对人体健康和环境具有及时的和潜在的不良作用和危害。

很多固体废弃物往往来自工业化生产活动，此类固体废弃物是工业生产过程中产生的各种废渣、粉尘及其他废物，可分为一般工业废物和工业有害固体废物。

其中一般工业废物是我国固体废弃物中占有比重大且最具有潜在利用价值的废弃物，主要包括尾矿、粉煤灰、煤矸石、冶炼废渣、炉渣、赤泥、污泥等，占固体废弃物总量的80%。

目前，全国累计堆存的工业固体废物超过300亿吨(不包括废石)，其中大宗工业固废产生量约36亿吨，尾矿、煤矸石、粉煤灰占全国固废年增量的约80%。

目前我国矿山保有量近10万座，其中金属矿约6.9万座、各类尾矿库1.45万座、煤矿7700座，煤矸石山超1700座、各类石油化工企业近2.6万家，钢铁冶炼企业560家、氧化铝生产企业1000家，火电企业1150余家，各类大型产废企业约13万家。

固体废弃物的存量触目惊心，对环境产生了严重危害。

目前，我国工业固废综合利用率仅为60%，而我国台湾地区固体废弃物综合利用率高达80%。

浅析泡沫陶瓷外墙保温材料在施工中的应用摘要在我国，目前建筑能耗约占全社会总能耗的1/3。

如何降低建筑能耗，提高节能比例成为我国建筑行业关注的焦点。

推动绿色建筑发展对节能减排和节能降耗有着积极意义和效果。

本文通过介绍建筑外墙保温材料——泡沫陶瓷板施工系统的工作原理，为建筑墙体保温材料在施工中的应用及发展提供参考。

关键词能耗绿色建筑保温材料泡沫陶瓷板引言纵观保温市场，目前普遍使用的保温材料主要有聚苯板、挤塑聚苯板、岩棉板等。

这些保温材料存在的最大问题，一是施工过程中产生的粉尘较多，如岩棉板的玻璃丝，危害身体、污染环境。

二是防火性能差，即使是电焊产生的火星，也能使这些保温材料起火。

泡沫陶瓷保温板是一种全新的低成本绿色节能环保无机保温材料，以废弃的粉煤灰、炉渣以及粘土等为原材料，经1200℃高温煅烧而成。

绝热隔热、隔音、易成型加工及有较好的耐久性，被誉为“环保之王”。

采用外挂式施工方法对其进行安装。

建筑外墙保温经实践证明是降低建筑物能耗,延长建筑物使用寿命的有效措施之一。

其中保温材料的选择需要综合其保温性能、经济性、施工便利、使用效果等因素。

本文详细介绍了一种新型建筑墙体节能材料。

1、泡沫陶瓷保温板的优点1.1 防火性能优异经1200℃高温煅烧而成，耐高温，属A级防火材料。

泡沫陶瓷保温板抗燃性能主要包括两个方面：一是防止火焰扩散的能力，即绝热材料局部产生火焰，火焰将不扩散而自行熄灭。

二是本身的绝热性能，即使在材料一侧燃烧，另一侧的温度不会升的太高而引起火灾扩大。

与聚苯乙烯泡沫板、聚氨酯泡沫板相比有两个特点：一是着火时无滴浇物现象，二是在着火时表面会形成密实的碳层，阻止了保温材料的进一步燃烧。

1.2环保节能泡沫陶瓷是一种全新的低成本绿色节能环保无机保温材料，是以废弃的粉煤灰、炉渣、废玻璃、陶瓷片以及粘土、长石尾矿等为原料，经高温发泡成型的多孔无机非金属材料。

原料来源广泛，是变废为宝的典范。

材料无任何特殊气味，对于酸、碱性具有良好的抵抗性。

陶瓷发泡工艺技术陶瓷发泡工艺技术是一种新型的陶瓷材料制备方法，能够制备出具有高强度、轻质、隔热性能的陶瓷材料。

下面将对陶瓷发泡工艺技术进行详细介绍。

陶瓷发泡工艺技术是通过在陶瓷浆料中加入发泡剂，并在一定条件下进行发泡，在高温下烧结得到发泡陶瓷材料的工艺。

这种技术能够制备出具有微孔状结构的陶瓷材料，使其具有轻质、高强度和隔热性能等优点。

陶瓷发泡工艺技术的优势主要包括以下几个方面。

首先，陶瓷发泡材料具有较低的密度，通常为实体陶瓷的30%~70%左右，能够达到轻质的效果。

其次，由于发泡材料内部存在微孔结构，能够有效减少材料的热传导，具有良好的隔热性能。

再者，陶瓷发泡材料的孔隙率可以根据需要进行调控，因此可以获得不同孔隙率的发泡陶瓷材料，满足不同要求。

最后，陶瓷发泡材料的强度也可以通过烧结条件的控制来调节，能够获得一定的机械性能。

陶瓷发泡工艺技术的制备过程主要包括以下几个步骤。

首先，将陶瓷浆料与发泡剂混合均匀，得到发泡陶瓷材料的前驱体。

然后，将前驱体进行发泡处理，通常采用高速搅拌或超声波处理等方法，使其形成微孔结构。

接下来，将发泡后的陶瓷材料进行烧结，使其形成稳定的陶瓷结构。

最后，进行表面处理，使其具有一定的耐磨性和美观性。

陶瓷发泡工艺技术在实际应用中有着广泛的应用前景。

首先，在航空航天、汽车和建筑等领域中，具有轻质、高强度和隔热性能的陶瓷发泡材料能够替代金属材料，有效降低重量并提升性能。

其次，在能源领域，陶瓷发泡材料能够作为热障涂层应用于高温设备和节能建筑中，提高能源利用率。

此外，陶瓷发泡材料还可以用于过滤、吸附和分离等领域，具有较好的应用前景。

总之，陶瓷发泡工艺技术是一种制备轻质、高强度和隔热性能陶瓷材料的新型方法。

其优势包括低密度、良好的隔热性能、可调节孔隙率和强度等。

在航空航天、汽车、建筑和能源等领域具有广泛的应用前景。

随着研究的深入和技术的不断发展，相信陶瓷发泡工艺技术将在未来得到更多的应用和突破。

氧化铝泡沫陶瓷废料的产生和利用作者：魏皝芳王春芳王小芳王霞来源：《佛山陶瓷》2011年第05期摘要：本文简单介绍了氧化铝泡沫陶瓷的生产工艺，分析了氧化铝泡沫陶瓷废料产生的主要原因。

通过球磨工艺对其废料进行球磨，球磨20h出球，过80目筛后废料分别按5%、10%和15%比例加入配方中，实验表明，加入10%的陶瓷废料可生产出比原配方强度、抗热震性更好的氧化铝泡沫陶瓷制品。

关键词：氧化铝；泡沫陶瓷；废料1 前言铝及铝合金材料作为金属工业材料的支柱产业，有着非常大的需求量。

铝制品一般通过熔融、浇铸方式成形加工，所以浇铸所用的铝熔液质量的好坏直接影响着浇铸后产品的性能。

近年来，通过第三代过滤材料—泡沫陶瓷过滤器的发展，使得铝制品成品合格率大幅度提高[1]。

在熔炼过程中，由于铝是一种非常活泼的金属，铝及其合金很容易与水气反应，生成氢气和氧化夹杂（Al2O3）。

纯铝和铝合金中的夹杂物含量一般在0.1%以上，夹杂物尺寸大部分都大于10μm[2]。

非纯铝和铝合金的夹杂物含量更大，并且尺寸也更大。

采用氧化铝泡沫陶瓷过滤器不但能很好地过滤其中的夹杂物，并且不会有新杂质的融入，因此是目前铝厂采用最多的一种过滤器。

由于泡沫陶瓷为一次性使用产品，并且确实能够有效改善铝及铝合金制品的成品率及性能，故其工业需求量较大。

但在较大的工业生产背后，不可避免地产生大量废料。

这些废料含有氧化铝、莫来石、石英等晶相，在自然条件下不会分解。

虽然不会对环境造成危害，但若不加以回收，会造成占用土地和资源浪费等情况。

2 氧化铝泡沫陶瓷生产工艺采用聚氨酯泡沫海绵为前驱体，将它浸入到氧化铝浆料中,然后挤掉多余浆料,使陶瓷浆料均匀附着于海绵经络,干燥后坯体经高温烧结而成。

这种工艺又称有机泡沫浸渍法，是目前国内较为成熟的生产工艺[3~4]。

工艺流程见图1。

3 氧化铝泡沫陶瓷废料的产生原因氧化铝泡沫陶瓷最常见的缺陷有裂纹、缺角、色差和强度低等，这些缺陷往往是导致产品不合格及报废的原因。

泡沫陶瓷材料概况隋鹤（青岛农业大学资源与环境学院 266109）【摘要】：泡沫陶瓷材料的发展始于20世纪70年代,是一种具有高温特性的多孔材料。

其孔径从纳米级到微米级不等,气孔率在20%～95%之间,使用温度为常温～1600℃。

泡沫陶瓷一般可以分为两类,即开孔(网状)陶瓷材料以及闭孔陶瓷材料,这取决于各个孔穴是否具有固体壁面。

如果形成泡沫体的固体仅仅包含于孔棱中,则称之为开孔陶瓷材料,其孔隙是相互连通的;如果存在固体壁面,则泡沫体称为闭孔陶瓷材料,其中的孔穴由连续的陶瓷基体相互分隔。

但大部分泡沫陶瓷既存在开孔孔隙又存在少量闭孔孔隙。

一般来说孔隙的直径小于2nm的为微孔材料;孔隙在2～50nm之间的为介孔材料;孔隙在50nm以上的为宏孔材料。

引言自1978年美国发明了利用氧化铝、高岭土等陶瓷料浆成功研制出泡沫陶瓷,用于铝合金铸造过滤之后,英、日、德、瑞士等国家竞相开展了研究,生产工艺日益先进,技术装备越来越向机械化、自动化发展,已研制出多种材质,适合于不同用途的泡沫陶瓷过滤器,如A12O3、ZrO2、SiC、氮化硅、硼化物等高温泡沫陶瓷,有的还加入了一定的矿物,如莫来石、堇青石、粉煤灰、煤矸石等,产品已系列化、标准化,形成了一个新兴产业, 其分类如表所示。

我国在20世纪80年代初开展泡沫陶瓷研究工作。

近20年来,先后有十几家科研机构和厂家报道了泡沫陶瓷制品的研究。

但是我国的泡沫陶瓷从整体技术水平上与国外相比还有一定的差距。

泡沫陶瓷是具有三维空间网架结构的高气孔率的多孔陶瓷体,其造型犹如钢化了的泡沫塑料或瓷化了的海泡沫陶瓷的分类材料类型骨料耐蚀性温度(℃)高硅质硅酸盐材料瓷渣耐水性,耐酸性 700 铝硅酸盐材料粘土熟料耐弱碱,耐酸性 1 000 刚玉金刚砂材料电熔刚玉耐水性,耐酸性 1 600 硅藻土质粘土耐水性,耐酸性低温绵体。

由于它具有气孔率高、比表面积大、抗热震、耐高温、耐化学腐蚀及良好的机械强度和过滤吸附性能,可广泛应用于热交换材料,布气材料,汽车尾气装置,净化冶金工业过滤熔融态金属,热能回收,轻工喷涂行业,工业污水处理,隔热隔音材料,用作化学催化剂载体,电解隔膜及分离分散元件等。

泡沫陶瓷的制备和应用【摘要】泡沫陶瓷孔隙率高、抗热震性能良好、耐腐蚀性强、稳定性好，已在多个领域得到应用。

对制备工艺进行了分析，并介绍了泡沫陶瓷的研究进展和应用前景。

【关键词】泡沫陶瓷；制备；性质；应用泡沫陶瓷为新型的保温隔热绿色环保材料，内部含有大量气孔、呈三维空间网架结构。

其孔隙率高、稳定性好，还具有耐腐蚀、抗热震等传统有机保温材料所没有的特性。

1、泡沫陶瓷概述美国在1978年于熔融金属的过程中，用Al2O3和高岭土等制出泡沫陶瓷，使金属铸件的质量提升、制品的废品率下降。

德、日、英等国家之后开展了相关工作，将泡沫陶瓷应用在杂质的过滤和催化剂载体等方面。

我国在20世纪80年代时探索了泡沫陶瓷的研究，其在尾气净化和金属熔融领域达到了高实用的水平。

目前，泡沫陶瓷的组成材质多种多样，骨料和材质也不尽相同，使用温度及主要性能还需研究。

2、泡沫陶瓷的制备方法（1）添加造孔剂工艺添加造孔剂工艺要求造孔剂在基体陶瓷烧结后离开基体，形成大量气孔，制成的泡沫陶瓷孔隙大小和形状主要由造孔剂颗粒决定。

常用的造孔剂有无机和有机两类，无机造孔剂如CaCO3、碳酸铵等在高温下可分解形成气孔，而硫酸钠、氯化钠等在高温下不分解，也不与基体产生反应，可在烧结完成后用水、酸或碱溶液浸出气孔，从而制得泡沫陶瓷。

有机造孔剂如锯末、淀粉、聚氯乙烯等天然纤维和高分子聚合物等，可在制品烧结前分解或挥发，产生大量气孔。

该工艺制成的泡沫陶瓷形状各异、气孔特征不一，但孔隙率不高。

（2）有机泡沫浸渍工艺有机泡沫浸渍工艺由Schwartzwalder和Somers在20世纪60年代发明，可制出孔隙率大于70%的泡沫陶瓷。

该工艺须先准备好有机泡沫网状体，之后将陶瓷浆料涂在其上，干燥烧结后除去泡沫体，从而获得泡沫陶瓷。

制品强度和孔隙率均较高，但形状和密度不甚理想。

有机泡沫体须有一定的亲水性和回弹性，使陶瓷浆料吸附并在多余浆料挤出后回复原态，决定了制品的孔隙特征。

2018年第12期墙材网2018.12泡沫陶瓷是具有高比面积、高气孔率、低密度、低热传导系数，对液体和气体介质有选择透过性，并具有能量吸收和阻尼特性等优异性能的新型材料，且孔道呈互相连接的迷宫式三维网状结构的多孔体，在熔融金属、气体液体过滤、净化分离、化工催化载体、吸声减震、高级保温材料、生物材料、特种墙体材料和传感器材料等方面作用显著，广泛应用于环保、能源、化工、生物等领域。

1泡沫陶瓷概述泡沫陶瓷材料的发展始于20世纪70年代，是一种具有高温特性的多孔材料。

其孔径从纳米级到微米级不等，气孔率在20%～95%之间，使用温度为常温～1600℃。

1.1按孔隙之间关系，泡沫陶瓷可分为：闭口气孔和开口气孔闭口气孔：指陶瓷材料内部微孔允布在连续的陶瓷基体中，孔与孔之间相互隔离。

开口气孔：包括材料内部孔与孔之间相互连通和一边开口、另一边闭口形成不连通气孔两种。

1.2泡沫陶瓷按材质可分为以下几种硅藻土质材料：主要以精选硅藻土为原料，加黏土烧结而成，用于精滤水和酸性介质中。

铝硅酸盐材料：以耐火黏土熟料、烧矾土、硅线石和合成莫来石质颗粒为骨料。

具有耐酸性和耐弱碱性，使用温度达1000℃。

高硅质硅酸盐材料：主要以硬质瓷渣、耐酸陶瓷渣及其他耐酸的合成陶瓷颗粒为骨料生产，具有耐水性和耐酸性，使用温度达700℃。

陶质材料：组成接近高硅质硅酸盐材料，是一种主要以多种黏土熟料颗粒与黏土等混合而得到的微孔陶瓷材料。

刚玉和金刚砂材料：以不同型号的电熔刚玉和碳化硅颗粒为骨料，具有耐强酸、耐高温特性，耐高温可达1600℃。

氧化锆材料：基本材质是氧化锆ZrO 2，具有高的强度和高温冲击力，耐热温度高于1700℃。

2泡沫陶瓷制备工艺泡沫陶瓷制备工艺主要有有机（聚合物）泡沫浸演工艺、发泡工艺、添加造孔剂工艺、溶胶-凝胶工艺、凝胶注模工艺。

2.1有机（聚合物）泡沫浸演工艺有机泡沫浸演工艺是用有机泡沫浸渍陶瓷料浆，干燥后烧掉有机泡沫，获得泡沫陶瓷的一种方法。

陶瓷生产中固体废弃物在建筑材料中的应用进展摘要：环境污染程度不断加剧，陶瓷废料循环再利用是人们的关注焦点，充分应用陶瓷废料生产建筑材料，可提高资源利用率，减少对环境破坏，吻合我国倡导可持续发展理念。

本文就陶瓷废料在建筑材料中应用展开分析。

关键词：陶瓷废料；建筑材料；应用一、陶瓷废料分类陶瓷制品的生成工序中，按照不同工序产生的废料可以分为以下几种：1.生坯废料，主要是指陶瓷制品并未烧成之前所形成的固体废料，一般是由于生产线堵坯、坯体的碰撞产生。

生坯废料一般可以直接作为陶瓷原材料使用，加入量可以达到8%。

2.废釉料，是指在陶瓷制品的生产制造过程中，因色釉料的错误配料或污水（抛光砖的研磨、抛光及磨边倒角等加工工序除外）经过净化之后形成的固体废料，这种废料通常含有重金属元素、有毒、有害元素，不能直接丢弃，需要专门的回收机构进行专业的回收。

3.烧成废瓷，是指陶瓷制品在煅烧过程中由于变形、开裂、缺角等生成以及陶瓷成品在贮存、搬运等过程中造成损坏而造成的固体废料。

4.废石膏，在日用陶瓷、卫生陶瓷的实际生产过程中，都需要选用大量的石膏模具，因其自身机械强度较低，极容易损坏，所以使用周期不长，寿命短。

5.废匣钵，陶瓷烧制过程中的窑炉是选取重油或煤为核心燃料，由于燃料的不完全燃烧会产生大量游离碳，增加陶瓷制品污染风险，所以日用陶瓷制品多选用隔焰加热方式进行煅烧。

隔焰加热最经济的方式是采用匣钵煅烧，有些生产企业在生产规格尺寸较小的地砖时也需要利用匣钵。

匣钵在使用过程中多次承受室温与窑炉煅烧温度（高温1300℃左右）之间的温差造成的热力作用，同时生产中的装钵、搬运、碰撞等造成匣钵废渣。

6.抛光砖废料。

厚釉砖和瓷质砖需要通过铣平定厚、磨边倒角和研磨抛光等深加工工序后成为平滑细腻、光亮如镜的抛光砖。

抛光砖是目前市面上深受消费者喜爱的产品，其销量正在迅速增大，带动全国几千条抛光砖生产线在不断地增加产量，然而铣平定厚、磨边倒角和研磨抛光等深加工工序会产生大量的砖屑等废弃物。

陶瓷清洁生产及综合利用技术开发方案一、背景随着经济的快速发展，我国陶瓷产业面临着资源消耗高、环境污染严重等问题。

根据国家统计局数据，2019年我国陶瓷产量达到11.5亿平方米，同比增长6.5%，但与此同时，能源消耗和环境污染问题也日益严重。

因此，开发陶瓷清洁生产及综合利用技术，对于推动产业结构调整、实现绿色发展具有重要意义。

二、工作原理本技术方案主要包括陶瓷清洁生产技术和陶瓷废料综合利用两部分。

1.陶瓷清洁生产技术：该技术主要通过优化生产工艺、选用环保材料、提高能源利用效率等手段，实现陶瓷生产的低能耗、低排放。

具体包括：采用新型环保釉料，减少重金属等有害物质的排放；优化烧成工艺，降低能源消耗；引入先进的自动控制系统，提高生产效率。

2.陶瓷废料综合利用：该技术主要利用陶瓷生产过程中产生的废料、残次品等，通过破碎、筛分、配料等工艺，制备成再生陶瓷原料，实现废料的循环利用。

具体包括：将废料破碎至一定粒度，加入适量粘土、石英等原料进行配料；将配好的原料经过成型、干燥、烧成等工艺，制备成再生陶瓷产品。

三、实施计划步骤1.调研阶段：对现有陶瓷生产企业和废料处理企业进行调研，了解其生产工艺、废料处理现状及需求。

2.技术研发阶段：在调研基础上，开展陶瓷清洁生产技术和废料综合利用技术的研发工作，解决关键技术难题。

3.中试阶段：在实验室内进行小规模试验，验证技术的可行性和效果。

4.推广应用阶段：与生产企业合作，进行技术的示范和推广应用。

5.持续优化阶段：根据应用情况，对技术进行持续改进和优化。

四、适用范围本技术方案适用于陶瓷生产企业及废料处理企业，可应用于建筑陶瓷、日用陶瓷等领域。

五、创新要点1.提出了陶瓷清洁生产技术和废料综合利用相结合的方案，实现了陶瓷生产的绿色化、循环化。

2.开发的新型环保釉料和优化后的烧成工艺，可显著降低能源消耗和有害物质排放。

3.开发了废料破碎、配料等工艺，实现了废料的循环利用，提高了资源利用率。

8│中国陶瓷│CHINA CERAMICS │2009(45)第 1 期8│中国陶瓷│CHINA CERAMICS │2009(45)第 1 期【摘 要】:泡沫陶瓷具有气孔率高、耐高温、抗化学腐蚀、热稳定性好等优良性能，被广泛用作金属液过滤器、高温气体和离子交换过滤器、催化剂载体等方面。

介绍了泡沫陶瓷的制备方法，以及不同方法制备泡沫陶瓷的特点；并列举了泡沫陶瓷在过滤器、催化剂载体、节能隔热材料、吸声材料和生物材料等方面的应用；最后指出了当前泡沫陶瓷的研究热点和今后发展需要解决的问题。

【关键词】:泡沫陶瓷,气孔率,过滤,制备方法中图分类号:TQ174.75+8 文献标识码:A引 言泡沫陶瓷是一种造型上象泡沫状的多孔陶瓷，它是继普通多孔陶瓷、蜂窝多孔陶瓷之后发展起来的第三代多孔陶瓷制品[1, 2]。

这种高技术陶瓷具有三维连通孔道，同时对其形状、孔尺寸、渗透性、表面积及化学性能均可进行适度调整变化，制品就像是“被钢化了的泡沫塑料”或“被瓷化了的海绵体”[3]。

作为一种新型的无机非金属过滤材料，泡沫陶瓷具有重量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、再生简单、使用寿命长及良好的过滤吸附性等优点。

与传统的过滤器如陶瓷颗粒烧结体，玻璃纤维布相比，不仅制备工艺简单，节约能源，成本低，而且过滤效果较好。

泡沫陶瓷可以广泛地应用于冶金、化工、轻工、食品、环保、节能等领域。

近年来，泡沫陶瓷的应用领域又扩展到航空领域、电子领域、医用材料领域及生物化学等领域[4]。

日本、德国及美国等工业发达国家早在20世纪70年代就已经开始了泡沫陶瓷的研制工作，并相继在汽车尾气、冶金工业熔融金属夹杂质过滤及催化剂载体等方面获得了应用，取得了非常好的效益。

我国也在20世纪80年代中期开始了泡沫陶瓷的研制工作，先后有近几十家科研机构采用多种制备工艺对泡沫陶瓷的制备进行了探索研究，研制的泡沫陶瓷在高温熔融金属、汽车尾气净化等领域达到了实用化技术水平[5]。

第43卷第1期2024年1月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.43㊀No.1January,2024花岗岩废料与玻璃废渣制备发泡陶瓷的研究赵成琳1,袁文海2,董祎然3,姜葱葱1,何㊀彪1,黄世峰1,程㊀新1(1.济南大学建筑材料制备与测试技术重点实验室,济南㊀250022;2.重庆三原色节能建筑工程有限公司,重庆㊀401120;3.山东省建筑科学研究院有限公司,济南㊀250031)摘要:本文以花岗岩废料和玻璃废渣为原料㊁SiC 为发泡剂,采用粉末烧结法制备了高孔隙率㊁低吸水率的全固废发泡陶瓷,探究了花岗岩废料和玻璃废渣配合比㊁烧结温度㊁发泡剂掺量对发泡陶瓷孔结构及性能的影响㊂结果表明:花岗岩废料形成了发泡陶瓷的骨架结构,玻璃废渣具有助熔作用;当玻璃废渣掺量为20%(质量分数)时,烧结温度降低了40ħ㊂在1110~1150ħ下制备的发泡陶瓷抗压强度为2.23~0.41MPa,体积密度为468.41~326.31kg /m 3,孔隙率为79.15%~86.81%,吸水率为0.96%~1.00%,平均孔径为0.49~1.43mm,实现了对发泡陶瓷孔径的有效调控,满足了不同应用场景对发泡陶瓷不同孔径的需求㊂本研究为花岗岩废料和玻璃废渣的规模化利用及不同孔径发泡陶瓷的制备提供了技术支持㊂关键词:发泡陶瓷;花岗岩废料;玻璃废渣;固废利用;孔结构;碳化硅中图分类号:TQ174㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2024)01-0329-10Preparation of Foamed Ceramics from Granite Waste and Glass Waste ResidueZHAO Chenglin 1,YUAN Wenhai 2,DONG Yiran 3,JIANG Congcong 1,HE Biao 1,HUANG Shifeng 1,CHENG Xin 1(1.Shandong Provincial Key Laboratory of Preparation and Measurement of Building Materials,University of Jinan,Jinan 250022,China;2.Chongqing Three Primary Colors Energy-saving Construction Engineering Co.,Ltd.,Chongqing 401120,China;3.Shandong Provincial Academy of Architectural Science Co.,Ltd.,Jinan 250031,China)Abstract :In this paper,all-solid waste foamed ceramics with high porosity and low water absorption were prepared by powder sintering method,using granite waste and glass waste residue as raw materials and SiC as foaming agent.The effects of mix ratio of granite waste and glass waste residue,sintering temperature,and foaming agent content on pore structure and properties of foamed ceramics were explored.The results show that granite waste forms a framework structure of foamedceramics,while glass waste residue has a melting aid effect.When glass waste residue content is 20%(mass fraction),the sintering temperature decreases by 40ħ.The compressive strength of foamed ceramics prepared at 1110~1150ħis 2.23~0.41MPa,the bulk density is 468.41~326.31kg /m 3,the porosity is 79.15%~86.81%,the water absorption rate is 0.96%~1.00%and the average pore size is 0.49~1.43mm,which effectively regulates the pore size of foamed ceramics and meets the needs of different application scenarios for different pore sizes of foamed ceramics.This study provides technical support for the large-scale utilization of granite waste and glass waste residue,as well as the preparation of foamed ceramics with different pore sizes.Key words :foamed ceramics;granite waste;glass waste residue;solid waste utilization;pore structure;SiC 收稿日期:2023-08-03;修订日期:2023-09-27基金项目:国家自然科学基金(52202021);济南大学科技计划(XBS2203)作者简介:赵成琳(1999 ),女,硕士研究生㊂主要从事固体废弃物资源化利用㊁发泡陶瓷材料的研究㊂E-mail:1178275469@ 通信作者:姜葱葱,博士,讲师㊂E-mail:mse_jiangcc@0㊀引㊀言花岗岩废料大量堆存不仅会占用耕地,还会造成严重的环境污染㊂据不完全统计[1-4],我国每年因加工330㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷花岗岩而产生的花岗岩废料超过1000万吨,因此,花岗岩废料的资源化综合利用迫在眉睫㊂相关专家学者对花岗岩废料的再利用也取得了一定的研究成果,如利用花岗岩废料代替河砂制备蒸压加气凝土[5],利用花岗岩废料和城市垃圾燃烧后的飞灰制备新型瓷质石器[6],在石膏砂浆生产中利用花岗岩废料替代部分水泥和细骨料[7]㊂而在这些研究中,花岗岩废料的利用率均低于50%,有待进一步提升,从而实现花岗岩废料的大宗利用㊂玻璃废渣是玻璃制作或应用过程中产生的固体废弃物,因玻璃种类繁多且成分不一,将玻璃废渣回收后重制较为困难,目前最主要的处理方式仍是填埋[8],然而这种处理方式会浪费资源,污染土壤和水㊂玻璃废渣中富含SiO2㊁Na2O㊁CaO以及少量的其他金属氧化物,其中SiO2是构成发泡陶瓷骨架的主要成分,Na2O和CaO是发泡陶瓷必不可少的助熔剂[9],同时CaO具有调节发泡陶瓷孔结构的作用[10],将玻璃废渣作为发泡陶瓷的辅料既可以降低烧结温度,又可以调节发泡陶瓷孔结构㊂基于此,本文协同利用花岗岩废料和玻璃废渣制备固废基发泡陶瓷,研究玻璃废渣掺量㊁烧结温度及发泡剂掺量对发泡陶瓷孔结构的影响,并分析其物理及力学性能,以期为花岗岩废料及玻璃废渣规模化利用提供参考㊂1㊀实㊀验1.1㊀原㊀料两种原料为山东省五莲县堆积的花岗岩废料及由废玻璃经清洗㊁破碎㊁粉磨㊁过筛后形成的玻璃废渣,其主要化学组成如表1所示㊂花岗岩废料富含硅铝氧化物,玻璃废渣富含硅钠钙氧化物,且玻璃废渣中的其他物质为12.29%,含量较高,但玻璃废渣的烧矢量仅为0.10%㊂这可能是因为在玻璃生产过程中锂和硼的氧化物都是制作玻璃时常用的添加剂,在玻璃中的添加量为3%~15%(质量分数)㊂因此,推测玻璃废渣中其他物质主要为氧化锂和二氧化硼㊂碳化硅为发泡剂,分析纯,质量分数大于99.9%,平均粒径为15μm㊂花岗岩废料的XRD谱如图1(a)所示,其主要晶相为石英(SiO2,PDF#70-3755),并含有部分钠长石(NaAlSi3O8,PDF#89-6426)㊁钙长石(CaAl2Si2O8,PDF#79-1254)和微斜长石(KAlSi3O8,PDF#19-0932),玻璃废渣的XRD谱如图1(b)所示,属于非晶态物质,在烧结过程中可以为发泡陶瓷提供玻璃相㊂表1㊀花岗岩废料和玻璃废渣的主要化学组成Table1㊀Main chemical composition of granite waste and glass waste residueMaterial Mass fraction/%SiO2Al2O3Na2O K2O Fe2O3CaO MgO TiO2P2O5Other Granite waste64.7614.17 3.87 4.93 2.37 3.33 1.270.340.21 4.75 Glass waste residue61.600.7312.980.290.428.21 3.380.030.0712.29图1㊀花岗岩废料和玻璃废渣的XRD谱Fig.1㊀XRD patterns of granite waste and glass waste residue1.2㊀制备工艺样品配方及烧结温度如表2所示㊂将原料烘干后放入行星式球磨机中球磨30min并过200目(74μm)㊀第1期赵成琳等:花岗岩废料与玻璃废渣制备发泡陶瓷的研究331筛备用㊂按照表2配方称取一定量的玻璃废渣和花岗岩废料与定量的SiC放入球磨机中充分混合㊂混合后取用量合适的粉体加入适量无水乙醇搅拌成型后放入磨具中压成直径为3cm㊁高度约为2cm的坯体㊂将压制好的坯体放入箱式电阻炉,在空气气氛下,以升温速率5ħ/min升温,保温时间为30min,烧结温度为1090~1170ħ㊂表2㊀样品配方及烧结温度Table2㊀Sample formula and sintering temperatureSample No.Mass fraction/%Granite waste Glass waste residue SiC Sintering temperature/ħA-10901000 1.01090A-11101000 1.01110A-11301000 1.01130A-11501000 1.01150A-11701000 1.01170B-01000 1.01130B-109010 1.01130B-208020 1.01130B-307030 1.01130C-0802001130C-0.580200.51130C-1.08020 1.01130C-1.58020 1.51130C-2.08020 2.01130D-10908020 1.01090D-11108020 1.01110D-11308020 1.01130D-11508020 1.011501.3㊀性能表征与测试方法使用X射线衍射仪(Bruker D8Advance,Cu Kα靶,扫描速度为7.2(ʎ)/min)对原料进行物相分析,使用X射线荧光光谱仪(Bruker S8TIGER)分析原料的化学成分,使用数码相机观察样品的正面和横截面形貌,利用Image Pro plus软件统计样品的孔径分布,参照‘多孔陶瓷压缩强度试验方法“(GB/T1964 1996)测试样品的抗压强度,根据‘耐火材料颗粒体积密度试验方法“(GB/T2999 2016)测试样品的体积密度㊁气孔率㊁吸水率㊂1.3.1㊀抗压强度采用CMT5504型电子万能试验机,参照‘多孔陶瓷压缩强度试验方法“(GB/T1964 1996)测试试样的抗压强度,加载速度为2mm/min,抗压强度计算公式如式(1)所示㊂σ=P S(1)式中:σ为抗压强度,MPa;P为破坏负荷,N;S为试样受力面面积,mm2㊂1.3.2㊀体积密度先用游标卡尺测量试样的长宽高并计算出体积v,再使用电子天平称取试样烘干后的质量m㊂通过式(2)计算发泡陶瓷的体积密度ρ㊂ρ=m v(2)式中:ρ为体积密度,g/cm3;v为体积,cm3;m为试样烘干后的质量,g㊂1.3.3㊀孔隙率取一小块试样,测得块状发泡陶瓷烘干后的质量m和自然状态下的体积v,根据式(2)测得其体积密度ρ0㊂再用研钵将其磨成粉状,称取粉状样品的质量m1,用李氏比重瓶测得粉状样品的绝对密实体积v1,根据式(2)计算发泡陶瓷的真密度ρ1㊂依据式(3)即可求得气孔率㊂332㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷P =1-ρ0ρ1()ˑ100%(3)1.3.4㊀吸水率将块状样品烘干后称量其干燥质量m ,将试样完全浸入去离子水中,用集热式恒温加热磁力搅拌器加热至100ħ恒温油浴5h,待硅油及去离子水冷却后,取出样品,擦拭其表面水分并称取饱和试样的质量B ㊂代入式(4)即可得出吸水率W ㊂W =B -m m ˑ100%(4)2㊀结果与讨论2.1㊀花岗岩废料对发泡陶瓷的影响烧结温度是决定发泡陶瓷液相生成量和黏度的重要因素,与发泡效果密切相关㊂本节以花岗岩废料为单一原料,外掺1%(质量分数)SiC 作为发泡剂,分别升温至1090㊁1110㊁1130㊁1150㊁1170ħ,将样品依次标记为A-1090㊁A-1110㊁A-1130㊁A-1150㊁A-1170,保温30min 后自然冷却,探究发泡陶瓷的适宜烧结温度㊂试样的表观㊁截面形貌如图2所示,孔径分布如图3所示㊂图2㊀不同烧结温度下制备的发泡陶瓷的表面和截面形貌Fig.2㊀Surface and cross-sectional morphology of foamed ceramics prepared at different sintering temperatures 由图2和图3可知,随着烧结温度升高,气孔数量增多,试样膨胀体积和孔径逐渐增大,最大孔径由1.3mm 增加到5.2mm㊂当烧结温度为1090ħ时,发泡现象不明显,这主要是因为烧结温度太低,不足以产生足够的液相,气孔生长阻力增大,且过少的液相量不足以包裹住生成的气体,因此气体难以留存在坯体中㊂1110ħ时,孔径变化显著,孔径分布范围更广㊂这是因为:1100ħ时,液相开始大量生成,坯体逐渐软化,气泡的生长阻力减小,促进了气孔的生长;1100ħ时,参与反应的SiC 增多,生成的气体量增多㊂1130ħ时,产气量进一步增加,气孔孔径进一步变大,但此时的孔壁依旧较厚㊂温度继续升高到1150ħ时,孔壁变薄,孔径变大,孔结构逐渐均匀;气体没有冲破液相的包裹形成连通孔,样品表面也没有溢出大量气体,此时的孔结构均匀饱满㊂因此1150ħ为此配比下最适宜的烧结温度㊂当温度继续升高至1170ħ时,孔径大小发生突变,小气孔开始冲破液相的包裹并形成大气孔,孔径范围进一步变广,孔径均匀性变差㊂这主要是因为随着温度升高,参与反应的SiC 增多,产生的气体量增多;同时液相黏度进一步降低,气体的生长阻力减小,气泡可以冲破液相的包裹形成连通孔,从而导致试样的孔结构开始劣化㊂2.2㊀玻璃废渣掺量对发泡陶瓷的影响为降低烧结温度㊁改善发泡陶瓷的孔结构与性能,考察了玻璃废渣对花岗岩废料发泡陶瓷的影响㊂玻璃废渣的化学成分中Na 2O 和CaO 的含量高,作为碱金属氧化物,其在发泡陶瓷的烧结过程中具有促进液相生成㊁降低烧结温度的作用,是有效的助熔剂㊂因此本节在花岗岩废料为主要原料的基础上设计玻璃废渣添加量为0%㊁10%㊁20%㊁30%(质量分数),依次标记为B-0㊁B-10㊁B-20㊁B-30,探究玻璃废渣含量对发泡陶瓷孔结构和性能的影响㊂㊀第1期赵成琳等:花岗岩废料与玻璃废渣制备发泡陶瓷的研究333图3㊀不同烧结温度下制备的发泡陶瓷的孔径分布Fig.3㊀Pore size distribution of foamed ceramics prepared at different sintering temperatures 图4展示了不同玻璃废渣掺量下发泡陶瓷的表面与内部形貌㊂由图可知,当不添加玻璃废渣时,样品膨胀体积小㊁孔壁厚且孔结构不均匀,接近圆球化的气孔较少㊂当加入10%的玻璃废渣时,孔壁上的小气孔逐渐长大,孔壁厚度变薄且气孔接近圆形,但大气孔依然存在,孔结构依旧不均匀㊂当加入20%的玻璃废渣时,膨胀体积变大,孔径增大明显,分布更均匀,同时气孔形状更饱满规则接近圆球状,此时试样的表观形貌和孔结构最优异㊂当玻璃废渣掺量为30%时,孔结构开始劣化,试样塌陷严重㊂图4㊀不同玻璃废渣掺量下制备的发泡陶瓷的表面和截面形貌Fig.4㊀Surface and cross-sectional morphology of foamed ceramics with different glass waste residue dosages玻璃废渣中富含Na2O和CaO,两者都是网络体外氧化物㊂在烧结过程中,驻留在硅氧四面体结构网络孔中的Na+和Ca2+会促进Si O键断裂,破坏硅氧四面体结构,导致原始Si O阴离子基团解聚成更简单的结构单元,影响硅酸盐结构的连续性,从而降低液相黏度和液相生成温度[11-14]㊂同时,玻璃废渣中的CaO 还具有调节孔结构的作用㊂因此,随着玻璃废渣掺量增多,孔结构的均匀性逐渐提高[10]㊂此外,在发泡陶瓷烧结过程中,细小的SiC颗粒会在其表面形成玻璃态的SiO2膜,影响氧气与SiC反应[15]㊂Na+和Ca2+还会334㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷腐蚀SiC表面的SiO2薄膜,氧气更容易接触到颗粒内部的SiC,致使体系中更容易生成大量气体,促进气孔长大[16-18]㊂图5为花岗岩废料和不同掺量的玻璃废渣复合体系试验样品的性能分析图㊂由图可知,随着玻璃废渣掺加量由0%增加到30%,发泡陶瓷的体积密度由617.33kg/m3降低至335.63kg/m3,抗压强度由1.97MPa降低至0.10MPa,孔隙率由76.08%升高到83.44%,吸水率先由0.36%增加到0.96%后又降为0.24%㊂这是由于玻璃废渣的加入降低了液相黏度,增加了液相生成量,促进了大气孔的形成,因此孔隙率㊁吸水率随之升高且孔径尺寸增大;随着孔径的增大,同等体积下,气孔占据的空间更大,玻璃相骨架减少,从而体积密度降低;单位体积下,试样的有效承压面积减少,因此抗压强度降低㊂结合图4孔结构形貌图可知,当玻璃废渣大于20%时,孔结构急剧劣化,性能稳定性下降㊂为获得高孔隙率且孔结构均匀㊁性能稳定性好的发泡陶瓷,玻璃废渣掺量应小于等于20%㊂当玻璃废渣掺量小于20%时,烧结试样的孔结构均匀性较差,气孔膨胀体积小,试样内部较为致密㊂20%玻璃废渣掺量的发泡陶瓷孔结构均匀饱满,圆整度高㊂因此,玻璃废渣最佳掺量为20%,在该掺量下制备的样品抗压强度为0.44MPa,体积密度为452.74kg/m3,孔隙率为81.27%,吸水率为0.96%㊂图5㊀花岗岩废料和玻璃废渣复合体系试验样品的各项数据分析图Fig.5㊀Comprehensive analysis diagrams of granite waste and glass waste residue composite system test samples2.3㊀SiC掺量对复合体系发泡陶瓷的影响将SiC作为试验过程中的主要产气物质,它的添加量将直接影响发泡陶瓷的发泡效果㊂因此,设计SiC 掺量依次为0%㊁0.5%㊁1.0%㊁1.5%㊁2.0%(质量分数),分别标记为C-0㊁C-0.5㊁C-1.0㊁C-1.5㊁C-2.0㊂在空气环境中,基于热力学和吉布斯自由能理论,SiC理论上将进行的反应如式(5)~(8)所示[16,19-21]㊂SiC(s)+3/2O2(g)ңSiO2(s)+CO2(g)(5)SiC(s)+3/2O2(g)ңSiO2(s)+CO(g)(6)SiC(s)+O2-(glass)ңSiO2(glass)+CO(g)(7)SiC(s)+O2-(glass)ңSiO2(glass)+CO2(g)(8)㊀第1期赵成琳等:花岗岩废料与玻璃废渣制备发泡陶瓷的研究335图6给出了不同SiC掺量下,烧结试样的宏观形貌图㊂由图可以看出,当SiC掺加量为0%时,试样体积收缩,内部致密,表面光滑无自膨胀迹象㊂当SiC掺量为0.5%时,样品体积开始膨胀,内部出现微小气孔,但气孔孔径较小㊂当SiC掺量增加到1.0%时,样品体积进一步膨胀,内部孔径变大,孔壁变薄,孔结构均匀性变好㊂当SiC掺量为1.5%时,样品内部孔径过大,开始有少量连通孔出现㊂当掺量大于1.5%时,内部发泡情况变化不再明显㊂这是因为,当发泡剂掺量较少时,SiC颗粒在试样中分布更均匀,反应后生成的气体也少,少量的气体难以克服强大的阻力生长成大气孔,更不能形成连通孔,因此孔径较小,孔结构分布更均匀㊂随着发泡剂掺量的增加,发泡点位增多,气体生成量增多,孔径逐渐增大㊂同时,发泡剂分布均匀性变差,发泡剂含量多的地方气泡积聚形成大气孔,孔径均匀性变差㊂当SiC过量时,氧气与外部SiC反应生成的SiO2会将内部的SiC颗粒包裹住,使得其难以接触到空气,参与反应的难度增大㊂因此,当发泡剂含量大于1.5%时,过量的SiC无法参与反应,发泡效果无明显变化㊂图6㊀不同SiC掺量下花岗岩废料㊁玻璃废渣复合体系试验样品表面和内部形貌Fig.6㊀Surface and internal morphology of granite waste and glass waste residue composite system test samples with different SiC content 图7为不同发泡剂掺量制备的发泡陶瓷的物理性能图㊂随着发泡剂含量由0.5%增加到2.0%,试样中的发泡点位和气体生成量增多,孔隙率由69.86%增加到87.39%,膨胀体积变大㊂发泡陶瓷的吸水率与开孔孔隙紧密相关,孔隙率增大时,开孔孔隙增多,发泡陶瓷的吸水率也随之升高,由0.23%增加到1.28%㊂当液相量一定时,样品体积变大则单位体积内的液相量减少,随炉冷却后形成的玻璃相骨架减少,体积密度降低,由716.06kg/m3降低至295.47kg/m3㊂玻璃相骨架又是发泡陶瓷中的主要承压物质,当体积密度降低时,抗压强度也由原来的3.89MPa降低至0.09MPa㊂图7㊀不同SiC掺量下花岗岩废料㊁玻璃废渣复合体系试验样品各项数据综合分析图Fig.7㊀Comprehensive analysis diagrams of various data of granite waste and glass waste residue composite systemtest samples with different SiC content2.4㊀烧结温度对复合体系发泡陶瓷的影响在之前的试验中,获取到玻璃废渣的最佳掺量为20%,因此设置花岗岩废料㊁玻璃废渣质量比为8ʒ2,分336㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷别升温至1090㊁1110㊁1130㊁1150ħ,将样品依次标记为D-1090㊁D-1110㊁D-1130㊁D-1150,保温30min后随炉冷却,探究玻璃废渣对烧结温度和孔结构的影响㊂不同烧结温度下花岗岩废料㊁玻璃废渣复合体系试验样品表面和截面形貌如图8所示,花岗岩废料玻璃废渣复合体系的物理性能分析如图9所示㊂图8㊀不同烧成温度下花岗岩废料㊁玻璃废渣复合体系试验样品表面和截面形貌Fig.8㊀Surface and cross-sectional morphology of granite waste and glass waste residue compositesystem test samples under different sintering temperatures图9㊀不同烧成温度下花岗岩废料㊁玻璃废渣复合体系试验样品各项数据综合分析图Fig.9㊀Comprehensive analysis diagrams of various data of granite waste and glass waste residue compositesystem test samples under different sintering temperatures对比图2和图8的内部截面图可以发现,添加玻璃废渣后试样在1090ħ时就已经有大量气孔生成,气孔形态与试样A-1130相似㊂当温度升高到1110ħ时,气体生成量更多,孔径更大,试样体积进一步膨胀㊂试样D-1110与A-1150孔径相当,但A-1150孔径分布不均匀,上部孔径大,下部较为致密,发泡效果较差; D-1110孔径整体分布更加均匀,这表明加入玻璃废渣能够有效降低烧结温度和调节孔结构㊂1130ħ时,试㊀第1期赵成琳等:花岗岩废料与玻璃废渣制备发泡陶瓷的研究337样体积继续增大,孔壁上的微小气孔长大,孔壁更薄,孔结构均匀程度提高㊂1150ħ时,由于液相生成量过多,液相黏度降低,气孔开始兼并成大气孔,部分气体开始在表面溢出[22],孔径增大,但气孔圆整度依旧很高,孔结构并未劣化,这进一步说明加入适量玻璃废渣可以调节发泡陶瓷的孔结构㊂图9展示了不同温度下,花岗岩废料单一体系㊁花岗岩废料与玻璃废渣复合体系的物理性能㊂由图可知,在相同温度下,添加玻璃废渣后,试样的体积密度和抗压强度均低于未添加玻璃废渣的试样,而孔隙率和吸水率都高于未添加玻璃废渣的试样,这说明在同等条件下,加入玻璃废渣能促进发泡陶瓷发泡㊂添加玻璃废渣后1100ħ烧结试样的体积密度低于1150ħ下未添加玻璃废渣烧结试样的体积密度,抗压强度则高于1150ħ下烧结的试样㊂1110ħ下复合体系的孔隙率高于1150ħ下单一体系的孔隙率;复合体系的吸水率仅比单一体系高0.5%,差异不大㊂综合来看,1110ħ下复合体系烧结试样的性能要高于1150ħ下单一体系烧结试样的性能㊂因此,在其他条件和外部环境相同的条件下,加入20%的玻璃废渣可降低烧结温度40ħ㊂在图8中可以发现,当烧结温度为1110~1150ħ时,烧结试样仅孔径变大,气孔分布均匀,孔结构并未劣化;从图9的数据分析来看,在此温度范围内,复合体系的性能稳定㊂因此,加入玻璃废渣对实现孔结构的可调控性也起了一定作用㊂3㊀结㊀论1)当花岗岩废料和玻璃废渣的质量比为8ʒ2㊁发泡剂掺量为1.0%㊁烧结温度为1110~1150ħ时,试样的平均孔径范围为0.49~1.43mm,抗压强度为2.23~0.41MPa,体积密度为468.41~326.31kg/m3,孔隙率为79.15%~86.81%,吸水率为0.96%~1.00%,实现了对发泡陶瓷孔径的有效调控,满足了不同应用场景对发泡陶瓷不同孔径的需求㊂2)花岗岩废料与玻璃废渣复合体系(二者质量比为8ʒ2)在1110ħ下的孔结构㊁物理及力学性能与1150ħ下花岗岩废料单一体系相当㊂因此,当玻璃废渣掺入量为20%时,可降低烧结温度40ħ㊂参考文献[1]㊀张坤强.花岗岩石粉对水工混凝土性能影响规律及作用机理研究[D].山东:山东农业大学,2022.ZHANG 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江西建材施工技术与管理·179·2019年7月还需要花费人工对相关构件的信息进行计算，包括工程量的计算与统计，这种方法不仅花费大量的人工，还容易出现错误，并且出现错误之后不容易校对。

随着技术发展，人们可以利用相关专业软件进行量与价的计算，这种方法虽然也是建立在建筑模型之上，但是一旦出现设计变更，也需要对模型进行修改，如果出现数据滞后问题，那么工程量也会出现滞后，其本质也失去了该具有的作用。

但是BIM 技术的使用，可以将全部的工程信息存储与建筑模型中，而且这些数据信息可以直接被计算机读取，从而快速获得构件的工程量，并可以完成对相关工程量的统计，大大节约了时间，同时也降低了人为因素造成的错误率。

除此之外，当出现设计变更时，变更部分的工程量也会随之变化，直接输出真实有效的工程量。

利用BIM 获得的工程量数据，可以用于方案制定中对于成本的估算，继而对不同方案进行成本上的对比，获得最为经济性的方案，同时，可以将这些工程量与施工完成以后的工程量进行对比，完成工程决算。

２ ＢＩＭ在桥梁施工阶段的应用研究２．１　数字信息化施工在BIM 技术的应用中，将该技术与数字化系统进行融合，实现施工过程中施工工序、施工流程、技术的选择等的信息化。

在桥梁工程的施工中，部分构件需要在场外加工，特别是一些钢结构的构件，在工厂加工完成之后运输至施工现场，然后在通过吊装施工进行现场的安装工作，比如预制混凝土构件、钢结构构件等等。

利用数字信息化的施工，能够完成桥梁构件的自动预制，采用工厂化的技术手段，可以克服施工现场的环境、技术等外在因素引起的质量缺陷，大大提高构件的生产质量，提高构件的稳定性，同时，还可以为施工现场节约一部分的施工工期，对于整个施工工期的掌控具有积极意义。

２．２　施工模拟桥梁工程的施工是一个动态化的过程，随着施工进度的推进，工程的整体规模就越来越大，施工操作也越来越困难，因而管理难度也越来越高。

目前，在施工管理中一般会用甘特图来编制施工进度计划，但是这种方法对专业性具有很高的要求，并且不能达到可视化的施工管理，因而，无法精确的对施工进度进行表达，不能准确的弄清楚各个专业之间的关系，因而，想要实现施工现场的动态化管理具有很大的难度。

本技术公开了一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，包括如下步骤：称取陶瓷抛磨废料50％60％和高炉矿渣30％40％份，用球磨机进行干磨5h6h；向球磨机中添加发泡剂石墨0.5％2％、工业碳酸钙2％4％，助熔剂硼砂4％6％，球磨2h后过筛备用；将粉体颗粒填充到模具中并放置于加热炉内，进行烧成造孔；烧制完成后随炉冷却至常温，获得发泡陶瓷材料，本技术主要以陶瓷抛磨废料和和高炉矿渣为原料，添加石墨、工业碳酸钙和硼砂等添加剂，在炉中一次烧成，实现工业固体废弃物资源化利用，制备工艺流程简单，所用原料为工业固体废弃物陶瓷抛磨废料和高炉矿渣，生产成本低廉，也有利于环保，且制备得到的发泡陶瓷材料综合性能优良。

技术要求1.一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1.1)、称取陶瓷抛磨废料50％-60％和高炉矿渣30％-40％份，用球磨机进行干磨5h-6h；(1.2)、向球磨机中添加发泡剂石墨0.5％-2％、工业碳酸钙2％-4％，助熔剂硼砂4％-6％，球磨2h后过筛备用；(1.3)、将粉体颗粒填充到模具中并放置于加热炉内，进行烧成造孔；(1.4)、烧制完成后随炉冷却至常温，获得发泡陶瓷材料。

2.根据权利要求1所述的一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，其特征在于：所述的陶瓷抛磨废料按质量百分比含SiO2 66～68％、Al2O3 15～17％、MgO3.5～5.5％、CaO1.5～2％、Na2O 2.5～3.5％、K 2O 2～3％、Fe2O3 0.8～1.1％和余量杂质。

3.根据权利要求1所述的一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，其特征在于：所述步骤(1.2)发泡剂石墨、工业碳酸钙和助熔剂硼砂粒径均小于0.125mm。

4.根据权利要求1所述的一种用陶瓷抛磨废料和高炉矿渣制备发泡陶瓷材料的方法，其特征在于，所述步骤(1.1)中球磨机的料球比为1:2，球磨介质为高铝球。

中国科学技术大学硕士学位论文泡沫陶瓷的力学性能及其在防护工程中的应用姓名：罗文超申请学位级别：硕士专业：工程力学指导教师：王肖钧;赵凯2011-06-06摘 要本文以分层防护工程的发展为背景，介绍了近年来发展迅速的泡沫材料概念和研究现状，充分调研了对泡沫陶瓷这种极具潜力的防护材料的发明、发展、制备工艺以及力学性能和在防护工程中的研究现状的相关文献。

本文以泡沫陶瓷的静、动态力学性能为研究目的，针对其吸波耗能作用明显、抗爆能力强、工程应用潜力较大的特点，对一种新的粘土质闭孔泡沫陶瓷材料开展了准静态一维应力压缩实验、一维应变压缩实验以及动态一维应力压缩实验。

得到了该材料在三种加载条件下的应力-应变曲线，讨论了其在不同加载条件下的强度特性和变形破坏坏特征。

论了一维应变试验中，钢套筒实现一维应变条件的可能性，并指出，泡沫陶瓷不但是应变率敏感材料，而且在其孔穴压实过程中引起的变形不可逆过程是导致材料吸波耗能作用突出的根本原因。

空壳颗粒材料是一种兼顾多孔材料吸能特性和壳体结构强度特性的新型防护材料。

泡沫陶瓷和空壳颗粒材料有机结合形成一种新型的防护材料——泡沫陶瓷空壳颗粒球，并以成层式人防工程结构为背景，在分配层引入该新型材料，通过大比尺野外化爆模型试验，对比分析了集团装药载荷下，黄沙分配层和空壳颗粒球分配层的防护效果，结果表明，空壳颗粒球的削波、耗能效果具有明显的优越性，该材料具有潜在的工程应用价值。

关键词：闭孔泡沫陶瓷，一维应变，泊松比，变形能耗损，应变率效应，防护工程，分配层，爆炸波，模型试验，泡沫陶瓷空壳颗粒球AbstractOn background of the development of multi-layered defense works, introduced concepts and research situation of foamed materials which are quickly developed, and research situation of the invention, development, preparation techniques, mechanical properties and application in field of defense works of ceramic foam was specially focused.Aimed to obtain the static and dynamic compressive property of ceramic foam, quasi-static one-dimension stress compression experiment, quasi-static one-dimension strain compression experiment and dynamic one-dimension stress compression experiment were conducted for a new kind of closed-cell clay ceramic foam, due to its good performance in energy-absorption, anti-blasting and potential prospect in engineering. Stress-strain curves of the foamed ceramic at three different loading conditions described as above were obtained and the strength, deformation, and failure behavior were discussed. It is indicated that the foamed ceramic is a strain rate sensitive material and the irreversable defoemation following with the pore collapse in a loading-unloading cycle is the basic reason for the strong energy absorption of the stress waves.Shelly cellular material is a kind of new protective material devoloped with the energy absorption characteristics of both the cellular material and shell structre. A new kind of protective material was developed by organically combining the closed-cell cramic foam and shelly cellular material. It was used in the distribution layer on the background of layered defense works. The effect on anti-blast and energy absorption of the shelly cellular balls by ceramic foam was analyzed comparing with the sand through field scale explosive experiments. The result showed that the shelly cellular material is more superior than the sand.Keywords：closed-cell ceramic foams, one-dimension strain, Poisson’s rate, deformation energy loss, strain rate effect, defense works, distributionlayer, blasting wave, model experiment, shelly cellular ball by ceramicfoam中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。