CN104446365A - 一种透水砖 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种透水砖，其特征是物料按重量配方采用如下：铅锌炉渣为40％，高岭土为10％，粘土为10％，废陶瓷为40％。水为上述总物料的12％。制作工艺步骤采用如下：(1)粉磨；(2)配料；(3)成形，成形方法采用模胚压制成型，成形压力采用20MPa；(4)烘干，将坯体置于105～110℃下烘干，干燥时间为9h；(5)烧成，将胚体置于马弗炉中烧成，烧成温度为1050℃，升温速率为9℃/min，保温时间为30min。本发明生态效益和经济效益明显。

Description

一种透水砖

技术领域

本发明涉及一种砖，特别涉及一种透水砖。

背景技术

当前国内外对铅锌炉渣的利用主要集中在用于生产灰渣砖、用于生产小型空心砌块、生产水泥等。这些都是利用铅锌炉渣的高钙、高硅来代替中配方的某中原料。制备透水砖除了要让砖具备一定的抗压强度，还要具有良好的透水性能、保水性能。铅锌炉渣是一种高钙、高硅和含有一定氧化锰的工业废渣，其结构疏松多孔，主要以玻璃相为主。透水砖要求具有一定的强度的同时，还必须具备一定的渗透性能。利用一部分铅锌炉渣在一定的温度下发生熔融，与骨架材料发生粘结，使制品产生较高强度，同时又利用铅锌炉渣本身所具有的孔洞，以及骨料的堆积作用，产生大量在三维上相互贯通的孔洞，这样不仅可以使铅锌炉渣的利用率提高，而且制备出来的透水砖具有较高强度和透水率。因此，利用铅锌炉渣来制备透水砖是完全可行的。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的提供一种利用铅锌炉渣来可能制备透水砖的方法。

本发明的目的是这样实现的：

物料按重量配方采用如下：铅锌炉渣为40％，高岭土为10％，粘土为10％，废陶瓷为40％，水为物料的12％。物料配好后加入水，水为物料的12％。

为了确定透水砖配方，应用正交实验方法分析生产中各工艺参数对铅锌炉渣透水砖物理性能的影响，以便找到铅锌炉渣透水砖制备的适宜配方。选取基础坯体的原料与适宜的外加剂作为影响因素，根据原料的理化性质以及综合考虑成本和今后实际生产的具体情况选取各因素的水平。实验采用正交表，因素水平表如表1所示，把上述因素列在A、B、C、D四列，权重分别为1。

表1因素水平表

按照表1设计的正交实验，按照正交表安排的不同的配方，样品在一定温度下烧成，测定其物理性能，基础坯体的正交实验及结果见表2。

表2基础坯体的正交实验及结果

因素	铅锌炉渣/g	高岭土/g	粘土/g	抗压强度/MPa
					样品1	60(1)	15(1)	15(1)	28
样品2	60(1)	17.5(2)	17.5(2)	26
					样品3	60(1)	20(3)	20(3)	23
样品4	65(2)	15(1)	17.5(2)	36
					样品5	65(2)	17.5(2)	20(3)	31
样品6	65(2)	20(3)	15(1)	30
					样品7	70(3)	15(1)	20(3)	40
样品8	70(3)	17.5(2)	15(1)	38
					样品9	70(3)	20(3)	17.5(2)	36
均值1	25.667	34.667	32.000	33.000
					均值2	33.667	33.000	32.667	32.000
均值3	38.000	39.667	32.667	33.333
					极值	12.333	5.000	0.667	1.000

由表2的实验数据可知，铅锌炉渣的极差最大，其次是高岭土，而粘土的极差较小。这表明铅锌炉渣和高岭土的掺入量对透水砖的抗压强度显著，而粘土的影响较小。由JC/T945-2005《透水砖》标准规定，透水砖的抗压强度要大于30MPa，样品4-5都达到要求，但为了留下富裕的指标，同时由于铅锌炉渣加入量达到70g以上后，样品的玻化程度严重，故选择样品4作为基础坯体。即铅锌炉渣65g，高岭土15g，粘土17.5g。

选择适当的外加成孔剂，并通过调整成孔剂的加入量或颗粒级配，使均匀分布在坯体中的颗粒之间产生符合要求的空隙相。在基础配料中，分别外掺10％、15％的有机物成孔剂，10％、15％的锯末成孔剂，以及30％、40％、50％、60％的废陶瓷成孔剂。掺入不同成孔剂的基础坯体的吸水率、气孔率、体积密度和抗压强度的实验结果见表3。

表3不同成孔剂基础坯体的吸水率、气孔率、体积密度和抗压强度

注：表中0^#为基础坯体，1^#、2^#为有机物成孔剂(掺入量分别为10％、15％)，3^#、4^#为锯末成孔剂(掺入量分别为10％、15％)，5^#、6^#、7^#、8^#为废陶瓷成孔剂(掺入量分别为30％、40％、50％、60％)

从表3的数据，可以看出：0^#基础坯体在950℃～1050℃下烧成后，抗压强度可达到35.2MPa以上。但是，吸水率和气孔率都较小，这是由于没有成孔剂的作用，基础坯体在烧成的过程中，颗粒相互粘结在一起，没有产生较多孔洞的缘故，导致吸水率和气孔率都较小，抗压强度较大。3^#、4^#样品的实验结果表明，在掺入量相同时，加锯末的样品的吸水率和气孔率明显比加有机物的要大，这是由于锯末具有疏松、容重小的特点。与加有机成孔剂同样道理，随着锯末掺入量的增加，在基础坯体中形成较多的气孔，增大吸水率和气孔率，导致体积密度和抗压强度减小。

5^#-8^#样品是利用颗粒堆积造孔的原理，在基础坯体中掺入不同级配的废陶瓷烧制而成。在烧成的过程中，基础坯体在高温下形成的玻璃相，而玻璃相在表面力作用下沿陶瓷颗粒表面渗入颗粒间隙，润湿并包围废陶瓷颗粒，把接触或接近的颗粒粘接起来，同时液相并不充满颗粒间隙，从而形成相互连通的气孔。表列数据显示，在同一烧成温度下，样品的吸水率、气孔率和体积密度随废陶瓷加量的增多而增大，而抗压强度随之减小，这是由于随着废陶瓷掺入量的加大，增加了样品的质量，同时又有更多的废陶瓷颗粒堆积成孔，从而导致样品的吸水率、气孔率和体积密度增大，而抗压强度减小。

从表3数据还可以看出：随着烧成温度的不断升高，掺加有机物成孔剂、锯末成孔剂以及废陶瓷成孔剂的坯体的吸水率、气孔率减小，而体积密度和抗压强度增大。这是由于温度升高，基础坯体的玻化程度提高，出现更多的液相填充了制品中的部分气孔，从而使制品致密化程度提高，导致吸水率和气孔率减小，体积密度和抗压强度增大。

通过以上实验结果的分析与比较，可以看出以废陶瓷为成孔剂制备的透水砖性能指标比掺其它成孔剂为好，而且采用废陶瓷为基础坯体的成孔剂，在烧成过程中不会对环境造成二次污染，具有环境友善性。

按照表2确定的基础配方，烧成温度为1050℃，保温时间为30min，其实验结果见表4。

表4正交实验计算分析及试样性能表

由表4的实验数据可知，铅锌炉渣的极差最大，其次是废陶瓷，而粘土、高岭土的极差较小。这表明铅锌炉渣和废陶瓷的掺入量对透水砖的抗压强度和透水系数影响显著，而粘土和高岭土的影响较小。并且随着铅锌炉渣掺入量增多，制品的抗压强度增大，透水系数减小。然而随着废陶瓷掺入量的增加，制品的抗压强度减小，透水系数增大。这是由于铅锌炉渣掺入量越多，在烧结过程中，样品中形成的液相就增多，导致样品越致密，则抗压强度增大。当废陶瓷的掺入量越多，颗粒堆积成孔数量增多，样品的透水系数增大，但同时也会导致样品的抗压强度降低。因此，在制备透水砖时.要合理地考虑原料配比，尤其对于一些非晶质原料不宜掺入太多，掺入达多，会使制品中的液相增多，堵塞孔洞，样品致密，从而导致透水系数降低，抗压强度增大。反之，对于一些成孔骨料物质，也不宜掺入太多，掺入过多，样品的透水系数升高，但同时又会导致强度降低。只有综合考虑这两者之间的关系，才能使透水砖既具有一定的强度，同时又具有一定的透水系数。

由原料配比对透水砖物理性能的影响因素分析可知，样品3的配方最为适宜，即为：铅锌炉渣60g，高岭土15g，粘土15g，废陶瓷60g。

制作工艺步骤采用如下：

(1)粉磨

铅锌炉渣、高岭土、粘土分别粉磨后通过筛子，其筛余小于5％。废陶瓷经破碎后通过筛子，其筛余小于5％。铅锌炉渣和高岭土粒径为0.2～0.25mm、粘土粒径为0.3～0.42mm、废陶瓷粒径0.9～1.6mm。

(2)配料

(3)成形

将配好的物料加入到模具。成形方法采用压制成型，成形压力采用20MPa，这是制品具有一定强度和透水系数的关键环节。

(4)烘干

将坯体置于105～110℃下烘干，干燥时间为9h。

(5)烧成

置于马弗炉中烧成。烧成温度为1050℃，升温速率为9℃/min，保温时间为30min。

铅锌炉渣制备生态透水砖，不仅解决了铅锌炉渣堆放占用土地问题，环境污染问题而且还变废为宝。利用铅锌炉渣制备的透水砖铺筑城市行道，不但能保证土地和大气间的水循环，有效缓解都市的“热岛”效应，同时可减轻城市水排放的压力，社会效益显著。对一般的利用陶瓷生产透水砖而言按照每平方米计算，原料成本为46元计，如改用铅锌炉渣制备的透水砖原料成本仅为其1/3～1/4，经济效益明显。

附图说明

图1为透水砖工艺流程。

具体实施方式

物料按重量配方采用如下：铅锌炉渣为40％，高岭土为10％，粘土为10％，废陶瓷为40％。水为上述总物料的12％。

制作工艺步骤采用如下：

(1)粉磨

铅锌炉渣、高岭土、粘土分别粉磨后通过筛子，其筛余小于5％。废陶瓷经破碎后通过筛子，其筛余小于5％。铅锌炉渣和高岭土粒径为0.2～0.25mm、粘土粒径为0.3～0.42mm、废陶瓷粒径0.9～1.6mm。

铅锌炉渣颗粒越小，表面积就越大，活化能越大，从而有利于样品的烧结，导致样品致密化，从而使样品的抗压强度增加；废陶瓷颗粒的减小，堆积成孔的孔隙减小，使透水系数减小。

(2)配料

(3)成形

将配好的物料加入到模具，尺寸为200×200×15mm，成形方法采用压制成型，成形压力采用20MPa，这是制品具有一定强度和透水系数的关键环节。

试验表明利用铅锌炉渣为主要原料制备透水砖时，当成形压力小于20MPa时，透水砖的抗压强度随着成形压力的增加而增大，而透水系数明显降低；当成形压力大于20MPa后，透水砖的抗压强度随着成形压力增加而略有增大，透水系数降低的幅度趋于平缓。这是由于在加压成形过程中，物料颗粒在压力的作用下发生相互间的滑移与位置重排，骨料颗粒逐渐趋于紧密堆积。铅锌炉渣颗粒进入废陶瓷颗粒堆积形成的间隙中，使得坯体空隙急剧减少，物料颗粒接触良好有利于质点的扩散，促进烧结，从而使制品抗压强度提高，透水系数明显降低。当成形压力到达20MPa后，坯体中的骨料颗粒已经接近密堆积，不足以使绝大部分骨料颗粒粉碎而发生脆性形变，故原有的骨料堆积结构几乎没有被破坏，所形成的空隙也在加压前期基本上被细粉料填充，因此，成形压力超过20MPa后，坯料随之发生位移、重排及细粉料填充的作用趋于平缓，所以成形压力的增加使制品强度提高和透水性能降低的作用趋于平缓。

(4)烘干

将坯体置于108℃下烘干，干燥时间为9h，干燥时间以测定坯体处于恒重时所需时间为准。干燥主要是为了排除坯体中的自由水，以减少坯体烧结中开裂的可能性。

(5)烧成

置于马弗炉中烧成。烧成温度为1050℃，升温速率为9℃/min，保温时间为30min。

在相同的烧成温度下，升温速率越小，保温时间越长，则透水系数越小，这是由于升温速率越小，保温时间越长，基础坯体中的液相增多，从而液相充填了部分的孔隙，导致空隙率减小，透水系数变小，透水性能下降。在制备性能指标良好的透水砖时应严格控制升温速率和保温时间。

对实施例中透水砖进行试验，透水砖物理性能如表5所示，表中显示透水砖抗压强度和透水系数均达到国家标准。

实施例中透水砖气孔分布在陶瓷颗粒的周围边缘，除了铅锌炉渣原有的疏松多孔的形貌，其中还有大量的由废陶瓷堆积作用的三维贯通气孔，孔直径大多在150μm以上。实施例中透水砖耐酸、抗腐蚀性较强。

表5透水砖物理性能

	抗压强度/MPa	透水系数/10-2cm/s
			1	33.1	2.3
2	34.5	2.1
			3	32.8	2.4
4	35.2	2.2
			5	33.5	2.2
6	32.6	2.4

Claims (2)

1.一种透水砖，其特征是物料按重量配方采用如下：铅锌炉渣为40％，高岭土为10％，粘土为10％，废陶瓷为40％。水为上述总物料的12％。

2.根据权利要求1所述的透水砖，其特征是制作工艺步骤采用如下：

(1)粉磨

铅锌炉渣、高岭土、粘土分别粉磨后通过筛子，其筛余小于5％。废陶瓷经破碎后通过筛子，其筛余小于5％。铅锌炉渣和高岭土粒径为0.2～0.25mm、粘土粒径为0.3～0.42mm、废陶瓷粒径0.9～1.6mm；

(2)配料

(3)成形

成形方法采用模胚压制成型，成形压力采用20MPa；

(4)烘干

将坯体置于105～110℃下烘干，干燥时间为9h；

(5)烧成

将胚体置于马弗炉中烧成，烧成温度为1050℃，升温速率为9℃/min，保温时间为30min。