CN103043988B - 一种纳米多孔生态砖的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米多孔生态砖的生产工艺。本发明纳米孔生态砖的原材料主要为工业固废，不需消耗石材、粘土、石灰等，具有环保意义；本发明解决了砖体固结强度与植物生长的矛盾，砖体适合植物生长又具有承压强度；整块砖体均可透水，适合营养及水分的运输、留存，且养分输运及植物生长可控；本发明纳米孔生态砖可用于河道护坡、城市地面绿化、停车场绿化、固沙等领域，既可获得防护功能，又有绿化、美观的效果。
Description
技术领域
本发明属于环保技术领域，特别涉及一种纳米多孔生态砖的生产工艺。
背景技术
生态砼或植生混凝土，是将环保技术应用于建材技术领域，具有保护环境、改善生态条件、基本保持原有防护作用等功能。由于生态砼的特殊功能，已成为保护环境及解决水土流失、水质净化、退化生态环境的修复和重建的理想材料，在日本、欧洲等国家得到了较为广泛的应用。随着国民经济持续发展，我国已进入工程建设的高峰期，工程建设尤其是水利、交通等大型工程，不可避免地会破坏原有区域的生态环境。鉴于目前的生态状况，国内已有不少的研究机构对生态砼进行了研究，力图推广生态砼在工程中的应用，以改善已逐渐恶化的生态环境。
生态砼的功能来源于其结构特点，在混凝土基体上设计一定比例的孔洞或在内部设计一定比例的连通孔隙，为混凝土表面的植物生长提供根部生长、吸取养分的空间，并可储存植物赖以生长的养分和水分，同时，生态砼具有一定的强度，用于护坡、护堤时，可防止水土流失，具备原有防护功能。
生态砼都采用水泥胶结石料作为基体，在石料间隙注入适合植物生长的泥浆及种子，水泥固化后形成能长出植物的混凝土砌块，用于河道护坡。该技术存在碱性水泥不利植物生长、水泥胶结强度有限、植物绿化面积不高、石料不利于植物生长所需养分、水分输运等缺点。
目前市面上推出用工业固废制备的生态砖，如灰砂砖、污泥砖、水泥砖等。这些生态砖都是基于“火山灰效应”或镁盐、磷酸盐的结晶固化原理来制备的，而由于镁盐、磷酸盐价格昂贵，工业化应用的生态砖主要是基于火山灰效应，通过石灰与二氧化硅形成水化硅酸钙，各物质之间通过结晶水以氢键形式连接，连接力很弱，因此砖体强度不够大。
本发明基于生态砼和生态砖的理念，采用工业固废及农用堆肥作为主要原料，制备一种新的纳米多孔生态砖。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米多孔生态砖的生产工艺。
本发明所采取的技术方案是：
一种纳米多孔生态砖的生产工艺，包括以下步骤：
1) 混合营养物质与植物种子，加适量水搅拌，制成球体，再用铝酸钠和氯化铝包裹球体并固化，制成营养土料球；
2) 将基体材料粉碎混匀，加适量水搅拌，制成球体，得到基体料球；
3) 将营养土料球与基体料球混匀，装入砖模；
4) 将胶凝剂分组：A组份：氯化铝、硅胶，其质量比为（20～60）：（30～60）；B组份：铝酸钠、硅酸钠，其质量比为（20～60）：（20～60）；可选的C组份：氯化镁；和可选的D组份：磷酸氢二铵；
5) 将胶凝剂A、B组份及可选的C、D组份分别溶于水，依次注入砖模；
6) 静置固化后，脱模，得到纳米多孔生态砖；
上述基体材料选自粉煤灰、煤矸石、陶瓷泥、矿渣、建筑废渣、硅藻土、硅灰中的至少一种。
优选的，步骤3）中，将营养土料球与基体料球混匀，装入砖模，同时在料球之间掺入可降解的纤维。
优选的，步骤3）中，营养土料球与基体料球的质量比为1：（2～15）。
优选的，胶凝剂A组份还包括硝酸铵。
优选的，胶凝剂A组份中氯化铝、硅胶、硝酸铵的质量比为（20～60）：（30～60）：（10～20）。
优选的，胶凝剂B组份还包括木质素。
优选的，胶凝剂B组份中铝酸钠、硅酸钠、木质素的质量比为（20～60）：（20～60）：（5～10）。
优选的，胶凝剂C组份和D组份的质量比为（3～4）：5。
优选的，步骤5）中，胶凝剂A、B组份及可选的C、D组份与基体料球的质量比为（2～15）：（6～24）：（3～4）：5：100。
本发明的有益效果是：
本发明纳米孔生态砖解决了固结强度与植物生长的矛盾，砖体适合植物生长又具有承压强度；
本发明纳米孔生态砖的整块砖体均可透水，适合营养及水分的运输、留存，且养分输运及植物生长可控，可以营造各种所需效果；
本发明纳米孔生态砖的原材料主要为工业固废及农用堆肥，因此该产品不同于传统的生态砼，不需消耗石材、粘土、石灰等，具有环保意义；
本发明纳米孔生态砖可用于河道护坡、城市地面绿化、停车场绿化、固沙等领域，既可获得防护功能，又有绿化、美观的效果。
附图说明
图1、图2为实施例1所得纳米多孔生态砖断口的SEM照片。
具体实施方式
一种纳米多孔生态砖的生产工艺，包括以下步骤：
1) 混合营养物质与植物种子，加适量水搅拌，制成球体，再用铝酸钠和氯化铝包裹球体并固化，制成营养土料球；
2) 将基体材料粉碎混匀，加适量水搅拌，制成球体，得到基体料球；
3) 将营养土料球与基体料球混匀，装入砖模；
4) 将胶凝剂分组：A组份：氯化铝、硅胶，其质量比为（20～60）：（30～60）；B组份：铝酸钠、硅酸钠，其质量比为（20～60）：（20～60）；可选的C组份：氯化镁；和可选的D组份：磷酸氢二铵；
5) 将胶凝剂A、B组份及可选的C、D组份分别溶于水，依次注入砖模；
6) 静置固化后，脱模，得到纳米多孔生态砖；
上述基体材料选自粉煤灰、煤矸石、陶瓷泥、矿渣、建筑废渣、硅藻土、硅灰中的至少一种。其中硅藻土、硅灰能起到进一步增强砖体的作用，但考虑到它们是有价产品，为了降低生态砖的制备成本，可根据情况不采用这两种成分。
优选的，营养物质选自农用堆肥、绿肥。当然，也可选择其他有机肥料，如脲甲醛氮肥，要求不烧苗、能缓慢释放营养、长久保障植物生长所需的养分为宜。
优选的，营养土料球和基体料球的直径控制为2～5cm，以方便植入砖模。
步骤1）中，铝酸钠和氯化铝包裹球体并固化的具体方法为：将铝酸钠和氯化铝分别配成溶液，同时以喷雾器喷淋到球体上，水分蒸发后即在球体表面固化形成一层铝胶保护膜，制成营养土料球；或者，将球体以网兜兜住迅速依次浸入两种溶液，水分蒸发后即在球体表面析出铝胶形成包裹层。
优选的，步骤3）中，将营养土料球与基体料球混匀，装入砖模，同时在料球之间掺入可降解的纤维。可降解纤维优选为植物秸秆，其一方面能起到加固砖体的作用，另一方面可使种子沿着秸秆纤维长出砖体。
优选的，步骤3）中，营养土料球与基体料球的质量比为1：（2～15）。
优选的，胶凝剂A组份还包括硝酸铵，起到成孔作用，同时，可作为化肥为植物生长提供营养物质。胶凝剂A组份中氯化铝、硅胶、硝酸铵的质量比为（20～60）：（30～60）：（10～20）。
优选的，胶凝剂B组份还包括木质素，发挥减水分散的作用，改善砖体的孔结构，提高砖体强度。胶凝剂B组份中铝酸钠、硅酸钠、木质素的质量比为（20～60）：（20～60）：（5～10）。
胶凝剂C、D组份的磷酸氢二铵和氯化镁起到补充增强和协助砖体成型的作用，优选的，胶凝剂C组份和D组份的质量比为（3～4）：5。
优选的，步骤5）中，胶凝剂A、B组份及可选的C、D组份与基体料球的质量比为（2～15）：（6～24）：（3～4）：5：100。
可通过调节植物种子在营养土料球中的密度及营养物质的分布来控制植物生长的密度及营养物质的释放快慢，如，要求植物生长密度低或植物生长所需养分较多时，可仅在部分营养土料球中混入种子或降低种子与营养物质混合的比例；还可通过控制植物种子的种类调节生长出的植物的颜色、图案等，来达到各种美观效果。
本发明不同于其他生态砖的固化原理，采用胶凝剂侵蚀基体料球，然后重新结晶形成不定型的、具纳米尺度网络状的铝硅酸盐骨架，该铝硅酸盐物质类似岩石，物质相互之间以离子、共价键等强化学键连接，具有很大的强度。同时料球之间及由粉状基体材料制备的料球内部存在大量的微小孔洞和空隙通道，这些空洞和空隙通道一方面可用于留存、运输空气及水分，使储存于生态砖中的营养物质在水作用下逐渐从空隙通道溶出，供植物生长；另一方面，为种子发芽及根系下延提供了足够的空间。
下面结合实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
1) 选用农用堆肥和绿肥为营养物质，混合营养物质与植物种子，加适量水搅拌，制成球体；将铝酸钠和氯化铝分别配成溶液，同时以喷雾器喷淋到球体上，水分蒸发后即在球体表面固化形成一层铝胶保护膜，制成营养土料球；
2) 选用煤矸石、陶瓷泥、矿渣作为基体材料，将基体材料粉碎混匀，加适量水搅拌，制成球体，得到基体料球；
3) 将营养土料球与基体料球以质量比1：10混匀，装入砖模；
4) 将胶凝剂分组：A组份：氯化铝、硅胶，两者质量比为20：40；B组份：铝酸钠、硅酸钠，两者质量比为30：40；
5) 分别取质量为基体料球1/10的胶凝剂A、B组份，溶于水，依次注入砖模；
6) 静置5～10天固化，脱模，得到具有多孔结构、砖块强度、能生长出草本植物的纳米孔生态砖。
经检测，该纳米孔生态砖的抗压强度达到5.5MPa，抗折强度达到1MPa，密度约为1.5g/cm3，出苗覆盖率约为27%。
实施例2
1) 选用农用堆肥和绿肥为营养物质，混合营养物质与植物种子，加适量水搅拌，制成球体；将铝酸钠和氯化铝分别配成溶液，将球体用网兜兜住迅速依次浸入两种溶液，待水分蒸发后即在球体表面固化形成一层铝胶保护膜，制成营养土料球；
2) 选用陶瓷泥、矿渣、建筑废渣作为基体材料，将基体材料粉碎混匀，加适量水搅拌，制成球体，得到基体料球；
3) 将营养土料球与基体料球以质量比1：8混匀，装入砖模，同时在料球之间掺入棉线，使其延伸出砖模；
4) 将胶凝剂分组：A组份：氯化铝、硅胶、硝酸铵，三者质量比为30：30：10；B组份：铝酸钠、硅酸钠、木质素，三者质量比为20：50：5；C组份：氯化镁，D组份：磷酸氢二铵；
5) 分别称取胶凝剂A、B、C、D组份，其与基体料球的质量为8：15：3：5：100，分别溶于水，依次注入砖模；
6) 静置5～10天固化，脱模，得到具有多孔结构、砖块强度、能生长出草本植物的纳米孔生态砖。
经检测，该纳米孔生态砖的抗压强度达到6.8MPa，抗折强度达到1.0MPa，密度约为1.6g/cm3，出苗覆盖率约为29%。
实施例3
1) 选用脲甲醛氮肥和绿肥为营养物质，混合营养物质与植物种子，加适量水搅拌，制成球体；将铝酸钠和氯化铝分别配成溶液，同时以喷雾器喷淋到球体上，水分蒸发后即在球体表面固化形成一层铝胶保护膜，制成营养土料球；
2) 选用矿渣、硅藻土作为基体材料，将基体材料粉碎混匀，加适量水搅拌，制成球体，得到基体料球；
3) 将营养土料球与基体料球以质量比1：12混匀，同时混入少量植物秸秆，装入砖模；
4) 将胶凝剂分组：A组份：氯化铝、硅胶、硝酸铵，三者质量比为50：40：15；B组份：铝酸钠、硅酸钠，三者质量比为40：20；C组份：氯化镁；D组份：磷酸氢二铵；
5) 分别称取胶凝剂A、B、C、D组份，其与基体料球的质量为2：6：4：5：100，分别溶于水，依次注入砖模；
6) 静置5～10天固化，脱模，得到具有多孔结构、砖块强度、能生长出草本植物的纳米孔生态砖。
经检测，该纳米孔生态砖的抗压强度达到6.0MPa，抗折强度达到1.3MPa，密度约为1.6g/cm3，出苗覆盖率约为24%。
实施例4
1) 选用农用堆肥为营养物质，混合营养物质与植物种子，加适量水搅拌，制成球体；将铝酸钠和氯化铝分别配成溶液，同时以喷雾器喷淋到球体上，水分蒸发后即在球体表面固化形成一层铝胶保护膜，制成营养土料球；
2) 选用陶瓷泥、建筑废渣、硅灰作为基体材料，将基体材料粉碎混匀，加适量水搅拌，制成球体，得到基体料球；
3) 将营养土料球与基体料球以质量比1：2混匀，装入砖模；
4) 将胶凝剂分组：A组份：氯化铝、硅胶、硝酸铵，其质量比为60：60：20；B组份：铝酸钠、硅酸钠、木质素，三者质量比为50：60：6；
5) 分别称取胶凝剂A、B组份，其与基体料球的质量为15：20：100，分别溶于水，依次注入砖模；
6) 静置5～10天固化，脱模，得到具有多孔结构、砖块强度、能生长出草本植物的纳米孔生态砖。
经检测，该纳米孔生态砖的抗压强度达到7.0MPa，抗折强度达到1.4MPa，密度约为1.6g/cm3，出苗覆盖率约为35%。
实施例5
1) 选用农用堆肥和绿肥为营养物质，混合营养物质与植物种子，加适量水搅拌，制成球体；将铝酸钠和氯化铝分别配成溶液，同时以喷雾器喷淋到球体上，水分蒸发后即在球体表面固化形成一层铝胶保护膜，制成营养土料球；
2) 选用煤矸石、陶瓷泥、建筑废渣作为基体材料，将基体材料粉碎混匀，加适量水搅拌，制成球体，得到基体料球；
3) 将营养土料球与基体料球以质量比1：15混匀，同时混入植物秸秆，装入砖模；
4) 将胶凝剂分组：A组份：氯化铝、硅胶，其质量比为40：40；B组份：铝酸钠、硅酸钠、木质素，二者质量比为60：30：10；
5) 分别称取胶凝剂A、B组份，其与基体料球的质量为5：24：100，分别溶于水，依次注入砖模；
6) 静置5～10天固化，脱模，得到具有多孔结构、砖块强度、能生长出草本植物的纳米孔生态砖。
经检测，该纳米孔生态砖的抗压强度达到5.6MPa，抗折强度达到1.1MPa，密度约为1.5g/cm3，出苗覆盖率约为21%。
实施例6
1) 选用脲甲醛氮肥为营养物质，混合营养物质与植物种子，加适量水搅拌，制成球体；将铝酸钠和氯化铝分别配成溶液，同时以喷雾器喷淋到球体上，水分蒸发后即在球体表面固化形成一层铝胶保护膜，制成营养土料球；
2) 选用煤矸石、陶瓷泥、矿渣、硅藻土作为基体材料，将基体材料粉碎混匀，加适量水搅拌，制成球体，得到基体料球；
3) 将营养土料球与基体料球以质量比1：5混匀，装入砖模；
4) 将胶凝剂分组：A组份：氯化铝、硅胶、硝酸铵，其质量比为30：30：15；B组份：铝酸钠、硅酸钠、木质素，三者质量比为40：40：8；C组份：氯化镁；D组份：磷酸氢二铵；
5) 分别称取胶凝剂A、B、C、D组份，其与基体料球的质量为10：10：3.5：5：100，分别溶于水，依次注入砖模；
6) 静置5～10天固化，脱模，得到具有多孔结构、砖块强度、能生长出草本植物的纳米孔生态砖。
经检测，该纳米孔生态砖的抗压强度达到7.9MPa，抗折强度达到1.5MPa，密度为1.5g/cm3，出苗覆盖率约为29%。
图1和图2为实施例1所得纳米多孔生态砖断口的SEM照片，可见，该生态砖结构紧密，同时存在大量的微米级和纳米级的空隙通道，这些空洞和空隙通道一方面可用于留存、运输空气及水分，使储存于生态砖中的营养物质在水作用下逐渐从空隙通道溶出，供植物生长；另一方面，为种子发芽及根系下延提供了足够的空间。
本发明纳米孔生态砖能解决固结强度与植物生长的矛盾，砖体适合植物生长又具有承压强度，其抗压强度可达5～8MPa，抗折强度达1～1.5MPa，密度达1.5g/cm3以上，出苗覆盖率高于27%；本发明纳米孔生态砖的整块砖体均可透水，适合营养及水分的运输、留存，且可通过调整营养物质的浓度、比例来控制养分的输运和植物生长，营造出各种所需效果；本发明纳米孔生态砖可用于河道护坡、城市地面绿化、停车场绿化、固沙等领域，既可获得防护功能，又有绿化、美观的效果。
Claims (6)
1.一种纳米多孔生态砖的生产工艺，包括以下步骤：
1）混合营养物质与植物种子，加适量水搅拌，制成球体，再用铝酸钠和氯化铝包裹球体并固化，制成营养土料球；
2）将基体材料粉碎混匀，加适量水搅拌，制成球体，得到基体料球；
3）将营养土料球与基体料球混匀，装入砖模；其中，营养土料球与基体料球的质量比为1：（2～15）；
4）将胶凝剂分组：A组份：氯化铝、硅胶，其质量比为（20～60）：（30～60）；B组份：铝酸钠、硅酸钠，其质量比为（20～60）：（20～60）；可选的C组份：氯化镁；和可选的D组份：磷酸氢二铵；
5）将胶凝剂A、B组份及可选的C、D组份分别溶于水，依次注入砖模；其中，胶凝剂A、B组份及可选的C、D组份与基体料球的质量比为（2～15）：（6～24）：（3～4）：5：100；
6）静置固化后，脱模，得到纳米多孔生态砖；
所述基体材料选自粉煤灰、煤矸石、陶瓷泥、矿渣、建筑废渣、硅藻土、硅灰中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：步骤3）中，将营养土料球与基体料球混匀，装入砖模，同时在料球之间掺入可降解的纤维。
3.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：所述胶凝剂A组份还包括硝酸铵。
4.根据权利要求3所述的生产工艺，其特征在于：所述胶凝剂A组份中氯化铝、硅胶、硝酸铵的质量比为（20～60）：（30～60）：（10～20）。
5.根据权利要求1所述的生产工艺，其特征在于：所述胶凝剂B组份还包括木质素。
6.根据权利要求5所述的生产工艺，其特征在于：所述胶凝剂B组份中铝酸钠、硅酸钠、木质素的质量比为（20～60）：（20～60）：（5～10）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 529000 Guangdong Province, Jiangmen City Industrial Zone Duruan town wells root Applicant after: GUANGDONG WEALTH ENVIRONMENTAL PROTECTION CO., LTD. Address before: 529000 Guangdong Province, Jiangmen City Industrial Zone Duruan town wells root Applicant before: Jiangmen Wealth Water Clarifying Material Co., Ltd. |
|
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: JIANGMEN WEALTH WATER CLARIFYING MATERIAL CO., LTD. TO: GUANGDONG WEALTH ENVIRONMENTAL PROTECTION CO., LTD. |
|
| C53 | Correction of patent for invention or patent application | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 529000 Construction No. three, No. 99, Pengjiang District, Guangdong, Jiangmen Applicant after: GUANGDONG WEALTH ENVIRONMENTAL PROTECTION CO., LTD. Address before: 529000 Guangdong Province, Jiangmen City Industrial Zone Duruan town wells root Applicant before: GUANGDONG WEALTH ENVIRONMENTAL PROTECTION CO., LTD. |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140903 Termination date: 20141221 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |