本发明涉及陶瓷砖技术领域，具体涉及一种高强度陶瓷砖及其制备方法。
背景技术：
陶瓷砖是由粘土、石英砂以及其他无机非金属原料，经配料、球磨、制粉、成型、烧结等工艺生产的板状或块状陶瓷制品，广泛应用于装饰与保护建筑物、构筑物的墙面和地面。随着房地产业的迅速发展，使得瓷砖的生产和消费都获得了较大的发展，同时对瓷砖的性能要求也越来越高。然而目前市场上的陶瓷砖大多强度低，不够坚硬，易碎，使用性差，无法满足市场需求。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种高强度陶瓷砖及其制备方法，抗震抗裂、强度高不易碎，导热性能系数小，机械性能较好，可以显著延长使用寿命。
本发明提供了如下的技术方案：一种高强度陶瓷砖，包括以下份计的原料：预糊化淀粉100~120份、改性粘土90~100份、废玻璃粉30~40份、工业固体废弃物30~40份、秸秆包覆颗粒20~30份、白云石2~10份、火山岩2~10份、石墨烯2~8份、纳米二氧化钛2~8份、发泡剂2~6份和水100~150份；
所述秸秆包覆颗粒包括以下份计的原料：硅藻土1~6份、改性海泡石1~6份、有机纤维2~5份、橡胶微粒2~4份、水玻璃1~3份和纤维素类增稠剂1~3份。
优选地，包括以下份计的原料：预糊化淀粉110份、改性粘土95份、废玻璃粉35份、工业固体废弃物35份、秸秆包覆颗粒25份、白云石6份、火山岩6份、石墨烯5份、纳米二氧化钛5份、发泡剂4份和水125份；
所述秸秆包覆颗粒包括以下份计的原料：硅藻土3.5份、改性海泡石3.5份、有机纤维3.5份、橡胶微粒3份、水玻璃2份和纤维素类增稠剂2份。
优选地，所述预糊化淀粉为预糊化变性淀粉，所述预糊化变性淀粉由原淀粉经过预糊化工艺生产，再经变性处理得到，所述原淀粉为玉米淀粉或者木薯淀粉，所述变性处理为氧化变性或者交联变性。
优选地，所述改性粘土的制备方法为：将粘土放入浓度为5~10%的硫酸溶液中，混合搅拌并调节浆液ph值为3~5，保持80~90℃水浴加热30~40min，过滤，用蒸馏水洗涤至中性，烘干，在300~400℃煅烧3~5h，粉碎，过100~120目筛，放入10~15倍重量份的浓度为1.5~3mol/l四氯化钛水溶液混合均匀，然后加入分散剂，在50~60℃条件下超声分散3~5h，过滤，用蒸馏水洗涤至中性，烘干，在80~90℃煅烧3~4h，冷却至室温得到改性粘土。
优选地，所述废玻璃粉为钠钙硅玻璃、石英玻璃、高桂氧玻璃、铅硅酸盐玻璃、铝硅酸盐玻璃和硼硅酸盐玻璃中的任一种。
优选地，所述工业固体废弃物为铁矿渣、钢渣、工矿烟道灰和采矿废石中的任一种。
优选地，所述发泡剂为碳化硅、氮化硅、氮化硼中的一种或几种的混合物。
优选地，所述改性海泡石的制备方法为：将海泡石置于300~500℃窑炉中焙烧1~4h，粉碎研磨成100~180目粉末，研细后即得改性海泡石。
优选地，所述有机纤维为木纤维浆、草纤维浆、混合植物纤维浆和废纸浆中的任一种，所述纤维素类增稠剂为羟乙基纤维素、羟乙基甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素中的至少一种。
本发明还提供一种高强度陶瓷砖的制备方法，包括以下步骤：
（1）、制备秸秆包覆颗粒
首先，按照配比称取硅藻土、改性凹凸棒土、有机纤维、橡胶微粒、水玻璃和纤维素类增稠剂；
其次，将硅藻土、改性凹凸棒土和纤维素类增稠剂混合，加入高速混合机中，在110~120℃下以500~800r/min的速度搅拌混合20~30min，再加入水玻璃继续搅拌10~15min后，然后加入有机纤维和橡胶微粒，继续以800~900r/min的速度共混15~20min，烘干后送入造粒机中造粒，粒径控制在2~4mm，即得秸秆包覆颗粒，备用；
（2）、物料混合和成型
按照配比称取剩余原料，并加入步骤（1）得到的秸秆包覆颗粒，混合充分后得到混合物料，在30～80mpa条件下采用注浆成型或者注模成型方式成型，再自然干燥12～24h，干燥后的成型品于700～800℃下烧结2～4h，得到所述高强度陶瓷砖。
本发明的有益效果：抗震抗裂、强度高不易碎，导热性能系数小，机械性能较好，可以显著延长使用寿命，具体如下：
（1）、本发明中添加的预糊化淀粉与秸秆包覆颗粒混合后，具有较好的抗裂性能与抗压性能，以及良好的施工性能；
（2）、本发明中添加改性海泡石，改性后的海泡石可以提高陶瓷砖对有害气体、重金属等有害物质的吸附性；
（3）、本发明中添加工业固体废弃物，不仅解决了这类固废物处理问题，将其变废为宝，降低了成本，节能环保；
（4）、本发明中添加石墨烯，不仅增韧了陶瓷砖的机械性能，并且也降低了陶瓷砖的重量；
（5）、本发明通过优化制备工艺和各原料的相互协调，得到机械性能好，耐火隔热、健康环保、导热性能系数小、重量轻、吸水率低的陶瓷砖。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种高强度陶瓷砖，包括以下份计的原料：
预糊化淀粉100份；
改性粘土90份；
废玻璃粉30份；
工业固体废弃物30份；
秸秆包覆颗粒20份；
白云石2份；
火山岩2份；
石墨烯2份；
纳米二氧化钛2份；
发泡剂2份；
水100份；
所述秸秆包覆颗粒包括以下份计的原料：硅藻土1份、改性海泡石1份、有机纤维2份、橡胶微粒2份、水玻璃1份和纤维素类增稠剂1份。
其中，所述预糊化淀粉为预糊化变性淀粉，所述预糊化变性淀粉由原淀粉经过预糊化工艺生产，再经变性处理得到，所述原淀粉为玉米淀粉，所述变性处理为氧化变性。
其中，所述改性粘土的制备方法为：将粘土放入浓度为5%的硫酸溶液中，混合搅拌并调节浆液ph值为3，保持80℃水浴加热30min，过滤，用蒸馏水洗涤至中性，烘干，在300℃煅烧3h，粉碎，过100目筛，放入10倍重量份的浓度为1.5mol/l四氯化钛水溶液混合均匀，然后加入分散剂，在50℃条件下超声分散3h，过滤，用蒸馏水洗涤至中性，烘干，在80℃煅烧3h，冷却至室温得到改性粘土。
其中，所述废玻璃粉为钠钙硅玻璃，所述工业固体废弃物为铁矿渣，所述发泡剂为碳化硅。
其中，所述改性海泡石的制备方法为：将海泡石置于300℃窑炉中焙烧1h，粉碎研磨成100目粉末，研细后即得改性海泡石。
其中，所述有机纤维为木纤维浆，所述纤维素类增稠剂为羟乙基纤维素。
本实施例中还提供一种高强度陶瓷砖的制备方法，包括以下步骤：
（1）、制备秸秆包覆颗粒
首先，按照配比称取硅藻土、改性凹凸棒土、有机纤维、橡胶微粒、水玻璃和纤维素类增稠剂；
其次，将硅藻土、改性凹凸棒土和纤维素类增稠剂混合，加入高速混合机中，在110℃下以500r/min的速度搅拌混合20min，再加入水玻璃继续搅拌10min后，然后加入有机纤维和橡胶微粒，继续以800r/min的速度共混15min，烘干后送入造粒机中造粒，粒径控制在2mm，即得秸秆包覆颗粒，备用；
（2）、物料混合和成型
按照配比称取剩余原料，并加入步骤（1）得到的秸秆包覆颗粒，混合充分后得到混合物料，在30mpa条件下采用注浆成型或者注模成型方式成型，再自然干燥12h，干燥后的成型品于700℃下烧结2h，得到所述高强度陶瓷砖。
实施例2
一种高强度陶瓷砖，包括以下份计的原料：
预糊化淀粉120份；
改性粘土100份；
废玻璃粉40份；
工业固体废弃物40份；
秸秆包覆颗粒30份；
白云石10份；
火山岩10份；
石墨烯8份；
纳米二氧化钛8份；
发泡剂6份；
水150份；
所述秸秆包覆颗粒包括以下份计的原料：硅藻土6份、改性海泡石6份、有机纤维5份、橡胶微粒4份、水玻璃3份和纤维素类增稠剂3份。
其中，所述预糊化淀粉为预糊化变性淀粉，所述预糊化变性淀粉由原淀粉经过预糊化工艺生产，再经变性处理得到，所述原淀粉为木薯淀粉，所述变性处理为交联变性。
其中，所述改性粘土的制备方法为：将粘土放入浓度为10%的硫酸溶液中，混合搅拌并调节浆液ph值为5，保持90℃水浴加热40min，过滤，用蒸馏水洗涤至中性，烘干，在400℃煅烧5h，粉碎，过120目筛，放入15倍重量份的浓度为3mol/l四氯化钛水溶液混合均匀，然后加入分散剂，在60℃条件下超声分散5h，过滤，用蒸馏水洗涤至中性，烘干，在90℃煅烧4h，冷却至室温得到改性粘土。
其中，所述废玻璃粉为石英玻璃，所述工业固体废弃物为钢渣，所述发泡剂为氮化硅。
其中，所述改性海泡石的制备方法为：将海泡石置于500℃窑炉中焙烧4h，粉碎研磨成180目粉末，研细后即得改性海泡石。
其中，所述有机纤维为草纤维浆，所述纤维素类增稠剂为羟乙基甲基纤维素。
本实施例中还提供一种高强度陶瓷砖的制备方法，包括以下步骤：
（1）、制备秸秆包覆颗粒
首先，按照配比称取硅藻土、改性凹凸棒土、有机纤维、橡胶微粒、水玻璃和纤维素类增稠剂；
其次，将硅藻土、改性凹凸棒土和纤维素类增稠剂混合，加入高速混合机中，在120℃下以800r/min的速度搅拌混合30min，再加入水玻璃继续搅拌15min后，然后加入有机纤维和橡胶微粒，继续以900r/min的速度共混20min，烘干后送入造粒机中造粒，粒径控制在4mm，即得秸秆包覆颗粒，备用；
（2）、物料混合和成型
按照配比称取剩余原料，并加入步骤（1）得到的秸秆包覆颗粒，混合充分后得到混合物料，在80mpa条件下采用注浆成型或者注模成型方式成型，再自然干燥24h，干燥后的成型品于800℃下烧结4h，得到所述高强度陶瓷砖。
实施例3
一种高强度陶瓷砖，包括以下份计的原料：
预糊化淀粉110份；
改性粘土95份；
废玻璃粉35份；
工业固体废弃物35份；
秸秆包覆颗粒25份；
白云石6份；
火山岩6份；
石墨烯5份；
纳米二氧化钛5份；
发泡剂4份；
水125份；
所述秸秆包覆颗粒包括以下份计的原料：硅藻土3.5份、改性海泡石3.5份、有机纤维3.5份、橡胶微粒3份、水玻璃2份和纤维素类增稠剂2份。
其中，所述预糊化淀粉为预糊化变性淀粉，所述预糊化变性淀粉由原淀粉经过预糊化工艺生产，再经变性处理得到，所述原淀粉为木薯淀粉，所述变性处理为氧化变性。
其中，所述改性粘土的制备方法为：将粘土放入浓度为7%的硫酸溶液中，混合搅拌并调节浆液ph值为4，保持85℃水浴加热35min，过滤，用蒸馏水洗涤至中性，烘干，在350℃煅烧4h，粉碎，过110目筛，放入12倍重量份的浓度为2mol/l四氯化钛水溶液混合均匀，然后加入分散剂，在55℃条件下超声分散4h，过滤，用蒸馏水洗涤至中性，烘干，在85℃煅烧3.5h，冷却至室温得到改性粘土。
其中，所述废玻璃粉为高桂氧玻璃，所述工业固体废弃物为工矿烟道灰，所述发泡剂为氮化硼。
其中，所述改性海泡石的制备方法为：将海泡石置于400℃窑炉中焙烧3h，粉碎研磨成140目粉末，研细后即得改性海泡石。
其中，所述有机纤维为混合植物纤维浆，所述纤维素类增稠剂为羟丙基甲基纤维素。
本实施例中还提供一种高强度陶瓷砖的制备方法，包括以下步骤：
（1）、制备秸秆包覆颗粒
首先，按照配比称取硅藻土、改性凹凸棒土、有机纤维、橡胶微粒、水玻璃和纤维素类增稠剂；
其次，将硅藻土、改性凹凸棒土和纤维素类增稠剂混合，加入高速混合机中，在115℃下以650r/min的速度搅拌混合25min，再加入水玻璃继续搅拌12min后，然后加入有机纤维和橡胶微粒，继续以850r/min的速度共混17min，烘干后送入造粒机中造粒，粒径控制在3mm，即得秸秆包覆颗粒，备用；
（2）、物料混合和成型
按照配比称取剩余原料，并加入步骤（1）得到的秸秆包覆颗粒，混合充分后得到混合物料，在55mpa条件下采用注浆成型或者注模成型方式成型，再自然干燥20h，干燥后的成型品于750℃下烧结3h，得到所述高强度陶瓷砖。
参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。