CN102515692B

CN102515692B - 一种利用工业矿渣制备渗水砖的方法

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Publication number: CN102515692B
Application number: CN2011104415096A
Authority: CN
Inventors: 温建德; 廖咏康; 赵毅; 温志刚
Original assignee: SICHUAN BAITA XINLIANXING CERAMIC GROUP CO Ltd
Current assignee: SICHUAN BAITA XINLIANXING CERAMIC GROUP CO Ltd
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2031-12-26
Also published as: CN102515692A

Abstract

本发明公开了一种利用工业矿渣制备渗水砖的方法，它是按照质量百分比，先各称取50-70%的工业废弃钒铁矿渣，10-15%的废砖粉，10-20%的绿豆泥和5-15%的硅石，然后将称取好的工业废弃钒铁矿渣和废砖粉，各过10-20目筛后混合均匀形成混合主料；再将称取好的绿豆泥和硅石放入球磨机中湿磨，将湿磨得到的料浆过100目筛，过筛后的料浆用磁棒除铁、烘干、造粒得到粘结粉料；最后将混合主料和粘结粉料混合搅拌均匀陈腐压制成坯体，坯体经干燥和煅烧即得到工业矿渣渗水砖。本发明方法解决了原料颗粒级配的问题，平衡了孔隙率与强度、透水系数、保水系数四者之间的关系，制备出的工业矿渣渗水砖透水性强、保水性好、强度高、耐磨，同时该方法用到的原料种类少，来源广泛，环境污染小，能耗小，制备工艺简单，具有显著的经济与环境效益。

Description

一种利用工业矿渣制备渗水砖的方法

技术领域

本发明涉及一种地砖的制备方法，特别涉及一种利用工业矿渣制备渗水砖的方法。

背景技术

随着社会的不断进步，城市的地表越来越多的被建筑物和混凝土等不透水的地面铺装覆盖，形成“城市荒漠”。这些硬化路面使地表与空气的热量、水分交换很困难，自然调节城市地面温度和湿度的能力显著降低。雨天时，阻止雨水直接渗入地下，造成到处积水，影响道路的舒适性和安全性，同时阻断了雨水直接补充地下水的途径，使城市地下水位难以回升，直接影响城市地表植被的健康成长，绿化困难，加重城市的干旱缺水问题。积水大量涌入下水道后注入江河，加重了城市排水系统和江河排泄的负担；晴天时地面又极为干燥，尘土飞扬，环境舒适度大大降低（马云龙.透水砖透水性和强度的影响因素[J].佛山陶瓷，2005（5）：10-13）。城市不透水硬化路面正逐渐成为城市一系列环境危机的根源之一。

为了解决上述问题，渗水砖应运而生。渗水砖，也叫透水砖、荷兰砖，其原材料多采用废砖粉、矿渣、粉煤灰等环保材料为主低压成形，其耐磨性好，具有很好的透水性和保水性，防滑功能强，它不仅同硬化路面一样可以美化环境，而且具有更好的环境实用功能。下雨时，渗水砖可以将雨水自动渗透到砖底下直到地表，尽量的回收，成为地下水；天晴时，渗入砖底下或保留在砖里面的水会蒸发到大气中，调节空气湿度，降低大气温度。目前对于渗水砖的研究主要集中在其渗水性能上，只注重透水系数和孔隙率的数据，但是对孔隙率与强度的关系，孔隙率与保水性、透水性之间的关系研究较少。现在工业上常用粉煤灰为原料制备渗水砖，如中国专利“一种利用粉煤灰制备渗水砖的方法”（CN 101596737A）就公开了一种以粉煤灰为主要原料，制备出强度为30-90MPa，孔隙率为40-50%的渗水砖。虽然该专利在一定程度上考虑到了强度与孔隙率之间的关系，解决了颗粒级配的问题，但是它并未考虑到孔隙率与强度、渗水性、保水性四者之间的关系，孔隙率高、强度低、渗水系数大、保水系数小，如何解决孔隙率与强度、渗水系数、保水系数四者之间的平衡关系才是制备优良渗水砖的关键，优良渗水砖能够保证在适宜的孔隙率系数下，其砖的强度符合国家规定的标准，其渗水性和保水性都能达到一个好的状态。同时该专利公开的渗水砖制备方法用到的原料种类多，它以粉煤灰为主要原料，粉磨细度细，制备工艺复杂，烧成温度高，能耗高。

发明内容

本发明的目的就在于针对现有技术的不足，提供一种利用工业矿渣制备渗水砖的方法，即利用工业废弃钒铁矿渣和废砖粉为原料制备渗水砖的方法，该方法解决了原料颗粒级配的问题，平衡了孔隙率与强度、透水系数、保水系数四者之间的关系，制备出的工业矿渣渗水砖透水性强、保水性好、强度高、耐磨，同时该方法用到的原料种类少，来源广泛，环境污染小，能耗小，制备工艺简单，具有显著的经济与环境效益。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：

1）按照质量百分比，各称取50-70%的工业废弃钒铁矿渣，10-15%的废砖粉，10-20%的绿豆泥和5-15%的硅石；

2）将称取好的工业废弃钒铁矿渣和废砖粉，各过10-20目筛后混合均匀形成混合主料；

3）将称取好的绿豆泥和硅石放入球磨机中湿磨，将湿磨得到的料浆过100目筛，过筛后的料浆用磁棒除铁、烘干、造粒得到粘结粉料；

4）将混合主料和粘结粉料混合搅拌均匀，陈腐1天；

5）将陈腐好的粉料混合物装入模具中用20-25MPa的压力压制成坯体；

6）将坯体在180℃的温度下干燥1h；

7）将干燥后的坯体以5℃/min的加热速度加热到1080℃，保温1.5h，自然冷却，即得到工业矿渣渗水砖。

所述步骤3）中的湿磨以氧化铝球石作为研磨介质，控制物料、研磨介质与水的质量比为1∶2∶1，其中所述的物料为绿豆泥和硅石的混合料，水为普通自来水，粉磨时间为25-40min。

所述步骤3）在湿磨过程中加入羧甲基纤维素钠和三聚磷酸钠，上述两种物质的加入量依次为原料总质量百分比的0.5%和0.08%。，羧甲基纤维素可提高泥浆的流动性，三聚磷酸钠可提高坯体的可塑性。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）本发明使用过10-20目筛的工业废弃钒铁矿渣颗粒和废砖粉颗粒作为渗水砖的主要原料，使用绿豆泥和硅石作为粘结剂将颗粒粘结起来，用20-25MPa的压力压制得到渗水砖坯体，20-25MPa的压力保证了矿渣颗粒和砖粉颗粒在不被破坏的前提下得到的渗水砖也具有一定的强度，该方法解决了原料颗粒级配的问题，平衡了孔隙率与强度、透水系数、保水系数四者之间的关系，得到的渗水砖孔隙率为40-45%，透水系数为0.013-0.017cm/s，保水系数为0.61-0.63g/cm2，抗折强度在25-30MPa，通过本发明方法制得的工业矿渣，保证了渗水砖在40-45%的孔隙率下，其抗折强度为25-30MPa，符合国家规定的使用标准，同时其渗水性和保水性也能达到一个二者互赢的理想状态，砖体内不仅能保留一定的水分用于天气干燥时调节空气湿度，其透水系数也较高，渗水性能好。

（2）本发明使用的原料种类少，制作工艺简单，其中钒铁矿渣和废砖粉都是工业废弃物，利用它们来制作渗水砖，不仅变废为宝，节约资源，也降低了生产成本；

（3）本发明方法使用的设备少，工艺简单易操作，烧成温度低，节约能耗。

附图说明

图1为透水试验装置的结构示意图。

具体实施方式

下面以制取100×100×30mm（300g）的渗水砖为例说明。

实施例中渗水砖的抗折强度采用SKZ-10000N(30000N,60000N)陶瓷砖数显抗折仪测定，孔隙率采用陶瓷孔隙率测试仪测定。

保水性的测定方法为：

1、试验设备及器具

电子秤：能精确到试样质量0.1%的电子秤。

烘箱：工作温度为110°±5°。

量具：分度值不大于0.1cm的直尺或类似量具。

2、试样

以质量为9.5kg±0.5kg的整砖为试样，当整砖质量大于10kg时，可从整块砖上切取9.5kg±0.5kg的切割规整的部分为试样。

3、测试步骤

用量具测量试样的边长，每条边测量一次，取相对边的平均值，精确至0.1cm，计算试样的上表面面积A1。

将试样置于温度为110°±5°的烘箱内烘干，每隔24h将试样取出分别称量一次，直至两次连续称量之差小于0.1%，视为干燥试样质量m1。

将试样冷却至室温后竖直放入水槽中，注入温度为20°±10°的蒸馏水，将试样浸没，使水面高出试样约为20mm。

在水中浸泡24h，使试样上表面向上从水中取出，用拧干的湿毛巾擦去表面附着水，立即称量，为试样吸水24h的质量m2。

4、计算保水系数

保水系数按B＝（m2-m1）/A1计算，式中：（B为保水系数，单位为g/cm²；m1为干燥试样的质量，单位为g；m2为试样吸水24h的质量，单位为g；A1为试样的上表面面积，单位为cm²。）

测定三块试样的保水系数，取其平均值，精确至0.01g/cm²，即得到保水系数值。

透水性的测试方法为：

1、试验所用仪器及材料

A 、透水试验装置：透水试验装置结构如图1所示，其中

1为供水系统；

2为溢流口；

3为溢流水槽，即具有排水口并保持一定水位的水槽；

4为支架；

5为试样；

6为量筒；

7为水位差；

8为透水圆筒，即具有溢流口并能保持一定的水位的圆筒；

9为溢流孔。

B、抽真空装置

能装下试样并保持90kpa以上真空度的抽真空装置。

C、测量器具

量具：分度值为0.1cm的钢直尺及类似量具。

秒表:精度为1s。

量筒：容量为2L，最小刻度为1ml。

温度计：最小刻度为0.5°。

D 试验用水

本试验使用无气水。可采用新制备的蒸馏水，否则应在试样前对所用蒸馏水进行排气处理（将水装入盛水容器中，使其置于抽真空装置中，慢慢抽真空至90kpa的真空度，直至吸气瓶中无气泡冒出为止），待用。试验时水温宜高于环境温度3-4°。

2、试样

在渗水砖产品上制取直径为75mm，厚度同产品厚度的圆柱体作为试样。

3、试验步骤

用钢直尺测量圆柱体试样的直径D和厚度L，分别测量两次，取平均值，精确至0.1cm。计算试样的上表面面积A。

将试样的四周用密封材料或其他方式密封好，使其不漏水，水仅从试样的上下表面进行渗透。

待密封材料固化后，将试样放入真空装置，抽真空至90kpa±1kpa，并保持30min。在保持真空的同时，加入足够的水将试样覆盖并使水位高出试样10cm，停止抽真空，浸泡20min，将其取出，装入透水试验装置进行透水测试。将试样5放入透水圆筒8中连接密封好，然后将透水圆筒8放入溢流水槽3中固定在支架4上，打开供水阀门，供水系统1开始供水，无气水进入容器中，待溢流水槽3的溢流孔9有水流出时，调整进水量，使透水圆筒8始终保持150mm的水位，待溢流水槽的溢流孔9和透水圆筒的溢流口2流出水量稳定后，用量筒6接从溢流孔9流出的水，记录五分钟流水的水量Q，测量三次，取平均值。

用钢直尺测量透水圆筒8的水位与溢流水槽3的水位差7的值H，精确至0.1cm。

用温度计测量试验中溢流水槽3中水的温度T，精确至0.5℃。

4、计算透水系数

透水系数按Kt=QL/AHt计算，式中Kt为水温为T℃时试样的透水系数，单位cm/s；Q为时间t秒内的渗水量，单位为ml；L为试样的厚度，单位为cm；A为试样的上表面面积，单位为cm²；H为水位差，单位cm；t为时间，单位为s。

测定三块试样，计算其透水系数，计算精确至1.0×10^-3cm/s，取其平均值，得到水温为T℃时试样的透水系数值Kt。

本试样以15°水温为标准温度，标准温度下的透水系数按K15＝Kt×NT/N15计算。

式中：

K15---标准温度时试样的透水系数（cm/s）

NT----T℃时水的动力粘滞系数（kpa.s）

N15---15℃时水的动力粘滞系数（kpa.s）

这样即可得到试样在标准温度下的透水系数值K15。

实施例1：

1）按照质量百分比，称取50%的工业废弃钒铁矿渣，15%的废砖粉，20%的绿豆泥和15%的硅石；

2）将称取好的工业废弃钒铁矿渣和废砖粉，各过10-20目筛混合均匀形成混合主料；

3）将称取好的绿豆泥和硅石放入球磨机中湿磨25min，控制球磨机中物料、研磨介质和水的质量比为1∶2∶1，其中所述的物料为绿豆泥和硅石的混合料，研磨介质为氧化铝球石，水为普通自来水，在湿磨过程中加入羧甲基纤维素钠和三聚磷酸钠，上述两种物质的加入量依次为原料总质量百分比的0.5%和0.08%，将湿磨得到的料浆过100目筛，过筛后的料浆用磁棒除铁、烘干、造粒得到粘结粉料；

4）将混合主料和粘结粉料混合搅拌均匀，陈腐1天；

5）将陈腐好的粉料混合物装入100×100×30mm模具中通过手动压机，用20-25MPa的压力压制成坯体；

6）将坯体放入电热恒温干燥箱中，于180℃下干燥1h；

7）将干燥后的坯体放入马弗炉内，以5℃/min的加热速度加热到1080℃，保温1.5h，自然冷却，得到工业矿渣渗水砖。

将制得的工业矿渣渗水砖进行抗折强度测试、孔隙率测定以及透水性、保水性的测试，得到该砖的孔隙率为40%，抗折强度为30MPa，透水系数为0.013 cm/s，保水系数为0.63g/cm²。

实施例2：

1）按照质量百分比，称取70%的工业废弃钒铁矿渣，10%的废砖粉，10%的绿豆泥和10%的硅石；

3）将称取好的绿豆泥和硅石放入球磨机中湿磨30min，控制球磨机中物料、研磨介质和水的质量比为1∶2∶1，其中所述的物料为绿豆泥和硅石的混合料，研磨介质为氧化铝球石，水为普通自来水，在湿磨过程中加入羧甲基纤维素钠和三聚磷酸钠，上述两种物质的加入量依次为原料总质量百分比的0.5%和0.08%，将湿磨得到的料浆过100目筛，过筛后的料浆用磁棒除铁、烘干、造粒得到粘结粉料；

4）将混合主料和粘结粉料混合搅拌均匀，陈腐1天；

6）将坯体放入电热恒温干燥箱中，于180℃下干燥1h；

将制得的工业矿渣渗水砖进行抗折强度测试、孔隙率测定以及透水性、保水性的测试，得到该砖的孔隙率为45%，抗折强度为25MPa，透水系数为0.017 cm/s，保水系数为0.61g/cm²。

实施例3：

1）按照质量百分比，称取65%的工业废弃钒铁矿渣，15%的废砖粉，15%的绿豆泥和5%的硅石；

3）将称取好的绿豆泥和硅石放入球磨机中湿磨35min，控制球磨机中物料、研磨介质和水的质量比为1∶2∶1，其中所述的物料为绿豆泥和硅石的混合料，研磨介质为氧化铝球石，水为普通自来水，将湿磨得到的料浆过100目筛，过筛后的料浆用磁棒除铁、烘干、造粒得到粘结粉料；

4）将混合主料和粘结粉料混合搅拌均匀，陈腐1天；

6）将坯体放入电热恒温干燥箱中，于180℃下干燥1h；

将制得的工业矿渣渗水砖进行抗折强度测试、孔隙率测定以及透水性、保水性的测试，得到该砖的孔隙率为43%，抗折强度为27MPa，透水系数为0.015 cm/s，保水系数为0.62g/cm²。

实施例4：

1）按照质量百分比，称取60%的工业废弃钒铁矿渣，15%的废砖粉，15%的绿豆泥和10%的硅石；

4）将混合主料和粘结粉料混合搅拌均匀，陈腐1天；

6）将坯体放入电热恒温干燥箱中，于180℃下干燥1h；

将制得的工业矿渣渗水砖进行抗折强度测试、孔隙率测定以及透水性、保水性的测试，得到该砖的孔隙率为42%，抗折强度为26MPa，透水系数为0.014 cm/s，保水系数为0.62g/cm²。

实施例5：

1）按照质量百分比，称取55%的工业废弃钒铁矿渣，15%的废砖粉，20%的绿豆泥和10%的硅石；

3）将称取好的绿豆泥和硅石放入球磨机中湿磨40min，控制球磨机中物料、研磨介质和水的质量比为1∶2∶1，其中所述的物料为绿豆泥和硅石的混合料，研磨介质为氧化铝球石，水为普通自来水，在湿磨过程中加入羧甲基纤维素钠和三聚磷酸钠，上述两种物质的加入量依次为原料总质量百分比的0.5%和0.08%，将湿磨得到的料浆过100目筛，过筛后的料浆用磁棒除铁、烘干、造粒得到粘结粉料；

4）将混合主料和粘结粉料混合搅拌均匀，陈腐1天；

6）将坯体放入电热恒温干燥箱中，于180℃下干燥1h；

将制得的工业矿渣渗水砖进行抗折强度测试、孔隙率测定以及透水性、保水性的测试，得到该砖的孔隙率为43%，抗折强度为28MPa，透水系数为0.016 cm/s，保水系数为0.63g/cm²。

Claims

1.一种利用工业矿渣制备渗水砖的方法，其特征在于：

4）将混合主料和粘结粉料混合搅拌均匀，陈腐1天；

6）将坯体在180℃的温度下干燥1h；

2.根据权利要求1所述的一种利用工业矿渣制备渗水砖的方法，其特征在于：所述步骤3）中的湿磨以氧化铝球石作为研磨介质，控制物料、研磨介质与水的质量比为1∶2∶1，其中所述的物料为绿豆泥和硅石的混合料，水为普通自来水，粉磨时间为25-40min。

3.根据权利要求1所述的一种利用工业矿渣制备渗水砖的方法，其特征在于：所述步骤3）在湿磨过程中加入羧甲基纤维素钠和三聚磷酸钠，上述两种物质的加入量依次为原料总质量百分比的0.5%和0.08%。