CN102234190A - 一种透水预制件用混合料及透水预制件和制作方法 - Google Patents

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郭盛昌
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Abstract

透水预制件用混合料，其中，该混合料含有硅砂、粘结剂和增韧剂，以100重量份硅砂为基准，所述粘结剂的量为5-30重量份，所述增韧剂的量占粘结剂的量的1-20重量％；所述粘结剂为水泥，以及偏高岭土和/或硅微粉的混合物。本发明还提供了一种透水预制件和该透水预制件的制作方法。本发明提供的透水预制件用混合料的成本较低，且由该混合料制得的透水预制件具有优异的综合性能。

Description

一种透水预制件用混合料及透水预制件和制作方法
技术领域
本发明涉及一种透水预制件用混合料及由该混合料制作的透水预制件和透水预制件的制作方法。
背景技术
目前城市居民居住和活动的场所，包括城市广场、商业街、人行道、社区活动地、停车场等地方主要采用花岗岩、大理石、釉面砖、水泥和柏油等不透水的材质铺设的硬化地面，而硬化地面对城市环境的危害非常大。下雨时，硬化地面完全阻止了雨水的直接渗透入地，满地积水使人们的出行变得很不方便。而宝贵的水资源最后随着排水管道流走，同时加重了城市排水设施的负担。雨水的大量流失还导致地下水位难以回升，而直接影响到城市植被的健康，使得城市中的地表植物难以正常生长，加重了市政绿化负担。雨水的大量流失进一步加重了城市的干旱、缺水问题。因此，开发新型的环保建筑材料，改善和美化人类生存环境势在必行。
目前建材领域中的一些透水砖、透水路面等的透水性材料的主要原料为陶瓷或混凝土，制备陶瓷透水砖要采用大量的矿土资源，原料的开采会造成环境的破坏，且陶瓷透水砖的生产工艺复杂，而且陶瓷基砖在成型烧结时需要耗费大量的能源，成本高，生产效率低，环保投入大，一次性投资规模大。而混凝土透水砖虽然成本较低，但现有的混凝土透水砖表面的颗粒粗大，表面的大孔隙容易被灰尘堵死，因此不能持续保持高的透水性能。由于空隙较大，其用于水过滤效果也较差。此外，混凝土透水砖的表面粗糙、美观度差、强度低，且容易损坏。
此外，目前出现的高分子材料透水砖，大多以树脂等作为粘结剂，不但成本较高，且制备工艺复杂，操作性差，而很难大面积推广。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的用于制作透水砖的混合料的成本高、制备透水预制件，如透水砖的工艺复杂、操作性差，且得到的透水预制件不能兼顾低成本、污染小、透水性好等综合性能的缺陷，提供一种成本低廉的透水预制件用混合料，且由该混合料制得的透水预制件能够兼顾低成本、污染小、透水性好等综合性能。
本发明提供了一种透水预制件用混合料，其中，该混合料含有硅砂、粘结剂和增韧剂，以100重量份硅砂为基准，所述粘结剂的含量为5-30重量份，所述增韧剂的量占粘结剂的量的1-20重量％；所述粘结剂为水泥，以及偏高岭土和/或硅微粉的混合物。
本发明还提供了一种透水预制件，其中，该透水预制件是由本发明提供的混合料与水混合、成型制得的。
本发明还提供了一种透水预制件的制作方法，其中，该方法包括将本发明提供的混合料与水混合、成型。
本发明提供的透水预制件用混合料含有硅砂、粘结剂并配以适当的增韧剂，在一定条件下将硅砂与粘结剂、增韧剂和水混合，并将得到的混合物成型得到透水预制件，与现有技术相比，本发明提供的混合料的成本较低，且由该混合料制得的透水预制件具有孔隙小、透水率高、不易阻塞、强度高等优点，还同时降低了对环境的污染，此外，制备工艺简单可靠。
具体实施方式
按照本发明，所述透水预制件用混合料含有硅砂、粘结剂和增韧剂，以100重量份硅砂为基准，所述粘结剂的含量为5-30重量份，所述增韧剂的量占粘结剂的量的1-20重量％；所述粘结剂为水泥，以及偏高岭土和/或硅微粉的混合物。优选情况下，以100重量份硅砂为基准，所述粘结剂的含量优选为10-25重量份，所述增韧剂的量优选占粘结剂的量的2-15重量％。本发明的发明人发现，由以上述粘结剂和增韧剂的配合比例得到的混合料制备的透水预制件不但能够获得强度高、美观度好的预制件，且还同时能够达到大大降低成本的目的。
按照本发明，所述粘结剂为水泥，以及偏高岭土和/或硅微粉的混合物，其中，偏高岭土和/或硅微粉不但可以与水泥共同起到粘结的作用，偏高岭土和/或硅微粉还可以防止由水泥引起的由混合料制得的透水预制件发生泛碱的情况。在所述混合物中，水泥以及偏高岭土和/或硅微粉的比例可以在较宽的范围内调整，只要该混合物能够填充水泥颗粒间的孔隙起到粘结、并起到阻止由于水泥引起的泛碱的发生即可，优选情况下，以粘结剂的总重量为基准，水泥的含量为60-90重量％，优选为70-90重量；偏高岭土和硅微粉的总含量为10-40重量％(如果只含有偏高岭土或者硅微粉，该总含量指偏高岭土或硅微粉的含量)，优选为10-30重量。更优选情况下，当同时使用水泥、偏高岭土和硅微粉时，其粘结以及防止泛碱和提高抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能等作用效果更理想，得到的混合料的综合性能更高，其中，偏高岭土和硅微粉的重量比优选为1∶0.25-5，更优选为1∶0.25-2。
按照本发明，所述硅砂的主要化学成分是氧化硅(SiO2)，同时伴生少量的氧化铝(Al2O3)、氧化铁(Fe2O3)等。所述硅砂中的二氧化硅的含量一般为大于或等于96重量％。
所述硅砂可以为各种可以用于形成透水预制件的混合料的硅砂，例如，所述硅砂可以选自风积沙、河沙和海砂中的一种或多种。
所述硅砂的颗粒直径一般处于0.05-3毫米的范围内，优选可以为0.074-2.00毫米，即10-200目。
所述水泥可以为本领域中常规的各种硅酸盐水泥，即，水泥由石灰石、粘土、铁矿粉按比例磨细混合，这时候的混合物叫生料。然后进行煅烧，一般温度在1450℃左右，煅烧后的产物叫熟料。然后将熟料和石膏一起磨细，按比例混合，才称之为水泥。所述水泥可以商购得到。优选情况下，为了提高由本发明的混合料制得的透水预制件的强度，所述水泥的抗压强度优选为40兆帕以上(例如，牌号为325(抗压强度44.9兆帕)、牌号为425(抗压强度58兆帕)和牌号525(抗压强度63兆帕)的水泥)。
所述偏高岭土指无水硅酸铝，也可以商购得到。所述偏高岭土的颗粒直径一般可以为小于0.04毫米(即，400目以上)。
所述硅微粉指由纯净石英粉经超细磨工艺流程加工而成，所述硅微粉也可以商购得到。所述硅微粉的颗粒直径一般可以为0.01-1微米，平均颗粒直径一般为0.1-0.3微米。
按照本发明，所述增韧剂可以进一步提高粘结剂的韧性以及弹性模量，使得到的混合料具有更好的抗冲击性能好且不容易碎裂，所述增韧剂可以为胶粉。所述胶粉可以选自醋酸乙烯、乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)中的一种或多种。此外，所述增韧剂还可以为环氧树脂和/或丙烯酸树脂，或者环氧树脂和/或丙烯酸树脂与胶粉的混合物，当该增韧剂为环氧树脂和/或丙烯酸树脂，或者增韧剂中含有环氧树脂和/或丙烯酸树脂时，该混合料还含有固化剂，以在一定固化条件下使增韧剂中的环氧树脂和/或丙烯酸树脂固化。所述固化剂的种类和用量可以为本领域常规的种类和用量，例如，通常选择异氰酸酯类固化剂对丙烯酸树脂进行固化，选择改性脂肪胺和/或脂环胺类固化剂对环氧树脂进行固化。其中，所述异氰酸酯类固化剂可以为HDI-TDI混合多聚体和/或HDI缩二脲多异氰酸酯。所述改性脂肪胺类固化剂可以选自酚醛胺类固化剂(苯酚-甲醛-二乙烯三胺缩合物)，如T31、苯胺-甲醛-咪唑缩合物以及环氧胺固化剂，如环氧胺固化剂593中的一种或多种。所述脂环胺类固化剂可以为异佛尔酮二胺和/或孟烷二胺等。此外，通常情况下，若单独采用胶粉作为增韧剂则可以不需要额外使用固化剂。以环氧树脂和/或丙烯酸树脂的重量为基准，所述固化剂的量可以为10-40重量％，优选为15-35重量％。
所述增韧剂可以单独加入，为了更好的达到混匀的目的，所述增韧剂也可以以水溶液、有机溶液或者水乳液的形式加入，一般情况下，所述水乳液中增韧剂的固含量可以为40-50重量％，所述水溶液或者有机溶液中增韧剂的浓度可以为50-80重量％，其中，所述有机溶剂可以为各种可以与增韧剂形成溶液的有机溶剂，例如，可以选自乙醇、丙酮、乙酸乙酯和二甲苯中的一种或多种。
按照本发明，所述透水预制件用混合料还可以含有增粘剂以提高粘结剂对硅砂的粘结性能，所述增粘剂的种类和用量的可选择范围较宽，例如，所述增粘剂可以选自聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺和纤维素基聚合物(例如，甲基纤维素、乙基纤维素和羧甲基纤维素中的一种或多种)中的一种或多种。所述增粘剂的量可以占粘结剂的量的0.01-10重量％，优选占粘结剂的量的0.1-3重量％。
按照本发明，所述透水预制件为将本发明提供的混合料与水混合、成型而得到的产物。以100重量份硅砂为基准，所述粘结剂的含量为5-30重量份，优选为10-25重量份；所述增韧剂的量占粘结剂的量的1-20重量％，优选占粘结剂的量的2-15重量％；所述水的量占粘结剂的量的1-35重量％，优选占粘结剂的量的15-30重量％；所述粘结剂为水泥，以及偏高岭土和/或硅微粉的混合物。
其中，以粘结剂的总重量为基准，水泥的含量为60-90重量％，优选为70-90重量％；偏高岭土或硅微粉的含量，或者偏高岭土和硅微粉的总含量为10-40重量％，优选为10-30重量％。当同时使用水泥、偏高岭土和硅微粉时，偏高岭土和硅微粉的重量比优选为1∶0.25-5，更优选为1∶0.25-2。
根据本发明，将含有硅砂、粘结剂和增韧剂并选择性含有的固化剂、增韧剂的混合料与水混合的方式没有特别限定，例如，可以将硅砂、粘结剂、增韧剂以及选择性含有的固化剂、增粘剂和水无先后顺序的依次加入，也可以同时加入。为了使混合料与水混合并充分进行预反应，所述混合的温度优选为50-250℃。
优选情况下，可以先将硅砂与增韧剂、选择性含有的固化剂、增粘剂混合，然后与粘结剂和水混合，然后将得到的混合物成型。此外，在将硅砂与增韧剂、选择性含有的固化剂、增粘剂混合之后，以及与粘结剂和水混合之后，还可以包括搅拌的步骤，搅拌的条件可以根据实际需要选择，只要保证混合均匀即可。例如，搅拌的时间可以为0.5-2分钟，搅拌的转速可以为60-200转/分钟。
所述成型的方法可以采用本领域公知的各种成型方法，例如，压制成型或浇铸成型的方法，具体条件为本领域技术人员所公知，例如，所述压制成型的压力可以为5-30兆帕，时间可以为10-20秒，温度可以为20-60℃，具体操作方法在这里不再赘述。
为了使由本发明提供的混合料制得的透水预制件满足其性能要求，本发明还可以包括将成型后的预制件在湿度为80-99％、温度为10-60℃的条件下放置15-35天。
下面将通过具体实施例对本发明进行进一步的详细描述。
本发明下述实施例1-8以及对比例1中所用的硅砂购自围场硅砂厂，颗粒直径为0.125-0.254毫米(10-200目)；实施例1-8中所用的偏高岭土购自滁州市惠友绢云母粉厂，规格为400目(颗粒直径为0.38毫米)；水泥购自北京水泥厂有限责任公司，牌号为425(抗压强度58兆帕)；硅微粉购自东海县畅通硅微粉有限公司，平均颗粒直径为0.1-0.3微米；环氧树脂购自无锡树脂厂；水性环氧树脂乳液购自广州克艾迪复合材料有限公司，固含量为50重量％；丙烯酸树脂购自济南卡夫乐化工有限公司；胶粉醋酸乙烯、乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)购自北京东方澳汉有限公司，聚乙烯醇购自苏州港远储运有限公司；聚丙烯酰胺购自山东万华化工科技(集团)有限公司；纤维素基聚合物购自石家庄市东方纤维素有限公司；脂环胺多元胺固化剂异佛尔酮二胺购自北京合力化工有限公司；酚醛胺类固化剂(苯酚-甲醛-二乙烯三胺缩合物)T31购自北京合力化工有限公司；异氰酸酯类固化剂HDI缩二脲多异氰酸酯购自上海雨田化工有限公司。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的用于形成透水预制件的混合料以及该透水预制件的制备。
各物质用量分别为：硅砂1350克、粘结剂水泥225克、偏高岭土45克、增韧剂水性环氧树脂乳液28.7克(固含量为50重量％)，固化剂为脂环胺多元胺固化剂异佛尔酮二胺，用量为5克。
在60℃下，将硅砂放入混砂机中，开动搅拌，先加入水性环氧树脂乳液28.7克、固化剂5克，搅拌1分钟后，加入粘结剂水泥和偏高岭土，以及45克水，然后搅拌1分钟，混合均匀后，将得到的混合物转移至压机中，在25℃、10MPa压力下压制成型，得到透水预制件。并将该透水预制件置于包装袋中密封，并放入20℃的标准养护箱(湿度90％以上)中养护28天。
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的用于形成透水预制件的混合料以及该透水预制件的制备。
各物质用量分别为：硅砂8千克、粘结剂水泥900克、硅微粉120克、增韧剂胶粉32克。
在60℃下，将硅砂放入混砂机中，开动搅拌，先加入胶粉32克，搅拌1分钟后，加入粘结剂水泥和硅微粉，以及255克水，然后搅拌2分钟，混合均匀后，将得到的混合物转移至压机中，在25℃、15兆帕压力下压制成型，得到透水预制件。并将该透水预制件置于包装袋中密封，并放入20℃的标准养护箱(湿度90％以上)中养护28天。
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的用于形成透水预制件的混合料以及该透水预制件的制备。
各物质用量分别为：硅砂1250克、粘结剂水泥168克、偏高岭土45克、硅微粉12克，增韧剂水性环氧乳液35克(固含量为50重量％)，固化剂为改性脂肪胺类固化剂酚醛胺类固化剂(苯酚-甲醛-二乙烯三胺缩合物)T31，用量为7克。
在60℃下，将硅砂放入混砂机中，开动搅拌，先加入水性环氧乳液35克、固化剂7克，搅拌2分钟后，加入粘结剂水泥、偏高岭土和硅微粉，以及40克水，然后搅拌1分钟，混合均匀后，将得到的混合物转移至压机中，在25℃、10MPa压力下压制成型，得到透水预制件。并将该透水预制件置于包装袋中密封，并放入20℃的标准养护箱(湿度90％以上)中养护28天。
实施例4
本实施例用于说明本发明提供的用于形成透水预制件的混合料以及该透水预制件的制备。
按照实施例3的方法制备混合料及透水预制件，不同的是，粘结剂水泥220克、偏高岭土12克、硅微粉24克。
实施例5
本实施例用于说明本发明提供的用于形成透水预制件的混合料以及该透水预制件的制备。
按照实施例3的方法制备混合料及透水预制件，不同的是，增韧剂水性环氧乳液50克(固含量为50重量％)，固化剂的用量为10克；粘结剂水泥200克、偏高岭土32克、硅微粉18克。
实施例6
本实施例用于说明本发明提供的用于形成透水预制件的混合料以及该透水预制件的制备。
按照实施例3的方法制备混合料及透水预制件，不同的是，粘结剂水泥168克、偏高岭土51.8克、硅微粉5.2克。
实施例7
本实施例用于说明本发明提供的用于形成透水预制件的混合料以及该透水预制件的制备。
按照实施例1的方法制备混合料及透水预制件，不同的是，该混合料还包括增粘剂聚乙烯醇，其用量为1.35克。
在60℃下，将硅砂放入混砂机中，开动搅拌，先加入水性环氧树脂乳液28.7克、固化剂5克，搅拌1分钟后，加入粘结剂水泥和偏高岭土以及聚乙烯醇，以及45克水，然后搅拌1分钟，混合均匀后，将得到的混合物转移至压机中，在25℃、10MPa压力下压制成型，得到透水预制件。并将该透水预制件置于包装袋中密封，并放入20℃的标准养护箱(湿度90％以上)中养护28天。
实施例8
本实施例用于说明本发明提供的用于形成透水预制件的混合料以及该透水预制件的制备。
各物质用量分别为：硅砂1.5千克、无机粘结剂水泥180克，偏高岭土30克、硅微粉30克、增韧剂水性丙烯酸乳液33.5克(固含量60％)、固化剂异氰酸酯类固化剂HDI缩二脲多异氰酸酯，6.5克；增粘剂甲基纤维素10克。
在60℃下，将硅砂放入混砂机中，开动搅拌，先加入增韧剂水性丙烯酸乳液33.5克，搅拌2分钟后，加入水泥、偏高岭土和硅微粉和甲基纤维素，以及50克水，然后搅拌1分钟，混合均匀后，将得到的混合物转移至压机中，在25℃、10MPa压力下压制成型，得到透水预制件。并将该透水预制件置于包装袋中密封，并放入20℃的标准养护箱(湿度90％以上)中养护28天。
对比例1
本对比例用于说明现有技术的用于形成透水预制件的混合料以及该透水预制件的制备。
将石英砂10千克、粘结剂含羟基的丙烯酸树脂0.6千克、75％HDI缩二脲0.2千克、亲水性环氧树脂6克、水泥1克、硅酸盐5克、硅烷偶联剂550，3克，光稳定剂UV-326，0.6克和抗氧剂1010，0.9克，固化反应催化剂二月桂酸二丁基锡0.9克直接混合压制制得透水砖。
实施例9-16
本实施例用于说明透水预制件的性能测试。
按照JC/T945-2005标准对透水预制件进行性能测试，测试结果如下表1所示。
对比例2
本对比例用于说明透水预制件的性能测试。
按照实施例9-16的方法对透水预制件进行性能测试，不同的是，测试的是由对比例1的方法制得的透水预制件，结果如下表1所示。
表1
检测项目   标准指标(JC/T945-2005)   实施例9   实施例10   实施例11   实施例12   实施例13   实施例14   实施例15   实施例16   对比例2
  28天抗压强度，MPa 等级Cc35 47 46 51 48 49 47 50 53 42
  28天抗折破坏荷载，kN   边长/厚度≥5≥6000N 10.5 10.3 12.5 10.8 11.5 10.7 11.9 13.9 9.5
耐磨性，g/cm2   磨坑长度≤35mm 27.9 28.7 30.6 29.4 26.3 28.0 27.1 25.8 30.1
  保水性   ≥0.6g/cm2   0.75   0.71   0.80   0.79   0.81   0.72   0.83   0.81   0.6
  透水系数(水温15℃)×10-2cm/s ≥1.0×10-2cm/s 5.1 5.3 7.3 6.4 4.6 7.1 5.2 6.3 4.5
从上表1的结果可以看出，与对比例1的主要以亲水性树脂为主要粘结剂形成的混合料制备的透水砖相比，由本发明提供的混合料制成的透水砖的抗压强度、抗折破坏负荷、耐磨性、保水性和透水系数等性能均较好，能够达到使用要求。同时，与现有技术的透水砖相比，由于本发明的混合料中主要以无机粘结剂为主，还能够兼顾具有低成本、污染小等优点。

Claims (14)

1.一种透水预制件用混合料，其特征在于，该混合料含有硅砂、粘结剂和增韧剂，以100重量份硅砂为基准，所述粘结剂的量为5-30重量份，所述增韧剂的量占粘结剂的量的1-20重量％；所述粘结剂为水泥，以及偏高岭土和/或硅微粉的混合物。
2.根据权利要求1所述的混合料，其中，以100重量份硅砂为基准，所述粘结剂的含量为10-25重量份，所述增韧剂的量占粘结剂的量的2-15重量％。
3.根据权利要求1所述的混合料，其中，以粘结剂的总重量为基准，水泥的含量为60-90重量％，所述偏高岭土和硅微粉的总含量为10-40重量％。
4.根据权利要求3所述的混合料，其中，所述粘结剂为水泥、偏高岭土和硅微粉的混合物，且偏高岭土和硅微粉的重量比为1∶0.25-5。
5.根据权利要求1或2所述的混合料，其中，所述硅砂的颗粒直径为0.05-3毫米；所述硅砂选自风积沙、河沙和海砂中的一种或多种。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述的混合料，其中，所述硅微粉的颗粒直径为0.01-1微米。
7.根据权利要求1或2所述的混合料，其中，所述增韧剂为胶粉。
8.根据权利要求1或2所述的混合料，其中，所述增韧剂为环氧树脂和/或丙烯酸树脂，或者环氧树脂和/或丙烯酸树脂与胶粉的混合物，该混合料还含有固化剂，以环氧树脂和/或丙烯酸树脂的重量为基准，所述固化剂的量为10-40重量％；所述固化剂选自异氰酸酯、改性脂肪胺和脂环胺中的一种或多种。
9.根据权利要求1、2、3或8所述的混合料，其中，该混合料还含有增粘剂，所述增粘剂的量占粘结剂的量的0.01-10重量％；所述增粘剂选自聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和纤维素基聚合物中的一种或多种。
10.一种由权利要求1-9中任意一项所述的混合料与水混合、成型制得的透水预制件。
11.根据权利要求10所述的透水预制件，其中，所述混合料与水混合的条件包括温度为50-250℃，所述成型的方法包括压制成型，压制成型的条件包括压力为5-30兆帕，时间为10-20秒，温度为20-60℃。
12.一种透水预制件的制作方法，其特征在于，该方法包括将权利要求1-9中任意一项所述的混合料与水混合、成型。
13.根据权利要求12所述的制作方法，其中，所述混合料与水混合的条件包括温度为50-250℃，所述成型的方法包括压制成型，压制成型的条件包括压力为5-30兆帕，时间为10-20秒，温度为20-60℃。
14.根据权利要求12所述的制作方法，其中，该方法还包括将成型后的产物在湿度为80-99％、温度为10-60℃的条件下放置15-35天。
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