CN105801050A - 一种双层结构铁尾矿砂基透水砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了本发明公开一种双层结构铁尾矿砂基透水砖及其制备方法，是一种生态环保型透水材料。该双层结构铁尾矿砂基透水砖面层是按下述质量份数比例制备而成：铁尾矿特细砂100份、环氧树脂GCCl35 4～6份、固化剂GCCl37 1.20～1.92份、石英粉0.075mm 0.08～0.24份、硅烷偶联剂KH550 0.08～0.18份；基层材料是按下述质量份数比例制备而成：P.O 42.5级水泥270~565份、铁尾矿石2.5~10mm1300~1700份、水90~170份。研究开发双层结构铁尾矿砂基透水砖有利于推进城市雨水利用步伐，缓解城市水资源匮乏的局面；从尾矿治理的角度来看，有利于缓解环境污染，并带来巨大的社会经济和生态效益。

Description

一种双层结构铁尾矿砂基透水砖及其制备方法
技术领域：
本发明涉及建材领域，是一种生态环保型透水材料，具体涉及一种双层结构铁尾矿砂基透水砖及其制备方法。
技术背景：
随着经济的快速发展和城市化进程的加快，城市地表被越来越多的水泥路面、沥青路面等不透水材料覆盖，带来便利交通的同时，也造成了许多负面的影响。大量研究表明，与不透水路面相比，透水砖路面具有缓解地表径流、补给地下、净化路面雨水、改善城市热环境、吸收城市噪音、改善城市地表土壤生态环境等作用。目前，市场上常见的透水砖主要有混凝土透水砖、陶瓷透水砖、砂基透水砖等。砂基透水砖是近些年发展起来的新型透水砖，以沙漠中的风积沙为骨料。从研究的角度来看，开展砂基透水砖的研制和效益分析工作有利于完善我国透水砖研究体系，并起到促进砂基透水砖推广应用；从城市生态建设的角度来看，有利于推进城市雨水利用步伐，缓解城市水资源匮乏的局面。
我国铁矿嵌布粒度细，铁尾矿化学成分与建筑用材料所需要的成分很接近，这为开展尾矿用于制作建筑材料的研究创造了条件。建筑用砂或骨料等是最基本的建筑材料，对化学成分没有严格要求，只要求材料有一定的硬度和粒度，而尾矿质量符合建筑用砂标准，数量多，无需再加工，可以弥补天然砂质次价高的缺点。另一方面，大量利用尾矿，还可以解决尾矿堆场紧张、环境污染等难题。
本发明所制备的砂基透水砖是以铁尾矿特细砂为骨料，通体树脂砂基透水砖的胶黏剂为GCC135环氧树脂，本发明提出制备双层结构砂基透水砖，对双层结构砂基透水砖的基层透水性混凝土材料的配合比设计方法，制备技术、面层厚度选择进行了研究。北京仁创科技集团砂基透水砖是以沙漠中的风积沙为主要骨料，以无机或有机粘结剂作为其粘结剂，通过沙粒间的孔隙透水，制作出了性能良好的砂基透水砖。发明专利201210561818.1“一种工业废弃物透水混凝土及其制备方法”所述废石为矿石、山石粉碎后得到，平均粒径为18-22mm，与本发明铁尾矿粒径不同，配合比亦不同。发明专利200910087033.3“一种高孔隙率环氧树脂透水混凝土”提出的是一种透水混凝土，而非砂浆透水砖；利用钢渣作为粗骨料，而非利用铁尾矿作为细骨料，与本发明有本质区别。
本发明骨料有别于普通砂基透水砖，是一种新型的建筑材料。从尾矿治理的角度来看，有利于缓解环境污染，并带来巨大的社会经济和生态效益。由此可见，开展铁尾矿砂基透水砖的研究有重大的现实意义。
发明内容：
本发明的目的是开发利用铁尾矿制备双层结构砂基透水砖，面层制备通体树脂砂基透水砖是采用铁尾矿特细砂和高分子胶黏剂为主要原料，其依靠铁尾矿特细砂颗粒间的细小空隙透水，及高分子胶黏剂固化后胶结层提供砖体的强度。基层材料为透水混凝土，使用的骨料为2.5～10mm铁尾矿石。本发明提供的一种双层结构铁尾矿砂基透水砖及其制备方法，降低天然砂石的开采量和开采能耗，有利于缓解环境污染，并带来巨大的社会经济和生态效益。
本发明所提供的一种双层结构铁尾矿砂基透水砖，所述透水砖包括透水砖面层和透水砖基层；所述透水砖面层材料为铁尾矿特细砂、环氧树脂GCCl35、固化剂GCCl37、石英粉0.075mm和硅烷偶联剂KH550，所述透水砖面层是按下述质量份数比例制备而成：铁尾矿特细砂100份、环氧树脂GCCl354～6份、固化剂GCCl371.20～1.92份、石英粉0.075mm0.08～0.24份、硅烷偶联剂KH5500.08～0.18份；基层材料为P.O42.5级水泥、铁尾矿石2.5～10mm和水，所述透水砖基层按下述质量份数比例制备而成：P.O42.5级水泥270～565份、铁尾矿石2.5～10mm1300～1700份、水90～170份。
所述透水砖基层的材料目标孔隙率为15％～25％，水灰比为0.20～0.45，骨胶比为2.62～5.85。
所述铁尾矿特细砂的细度模数在1.5～0.7范围内，粒径小于0.15mm比例≤2.0％，泥块含量≤0.5％。
所述的透水砖面层的厚度为5～15mm，透水砖基层的厚度为45～55mm，所述透水砖的抗压强度在15～30MPa,透水系数值在3.5×10-2～7.6×10-2cm/s。
一种双层结构铁尾矿砂基透水砖的制备方法，包括以下步骤：
1)基层材料制备：向铁尾矿石中加入10％的水量搅拌20s，使骨料表面被水均匀润湿；再加一定量的水泥搅拌90s，使水泥均匀包覆在骨料表面；最后再加入剩下的90％的水搅拌90s，得到透水性混凝土基层材料。
2)面层材料制备：先按一定比例称取环氧树脂GCCl35、固化剂GCCl37，置于胶砂搅拌机中，搅拌5分钟至均匀；称取一定数量的铁尾矿特细砂，投入放有环氧树脂混合料的搅拌锅中，搅拌10分钟至风积沙颗粒表面均匀得包覆环氧树脂混合料；
3)将拌合后的基层透水性材料注入模具中，用木棒捣实；
4)再向模具中注入面层环氧树脂砂浆混合料，用修刀抹平表面，并盖上不锈钢配重块盖板；
5)将模具放置在振动台上，振动30s成型；
6)把模具搬离振动台，静置24小时候，脱模取出试样；
7)最后试样在温度20±2℃、湿度90％以上的标准养护箱中养护28天。
发明的有益效果：
⑴研究开发双层结构铁尾矿砂基透水砖有利于推进城市雨水利用步伐，缓解城市水资源匮乏的局面，并起到促进砂基透水砖推广应用。
⑵所制备的砂基透水砖是以废渣铁尾矿为骨料，骨料有别于普通透水性混凝土，是一种新型的建筑材料。
⑶开发利用铁尾矿制作透水砖可以大大降低混凝土成本，解决造价问题，同时兼顾透水砖抗压强度、透水性能及表面堵塞问题。
(4)可持续发展，既可满足当代人的需求，又不危害后代人满足需要的能力。
说明书附图：
图1为抗压强度和面层厚度的关系图；
图2为透水系数和面层厚度的关系图；
图3为双层结构砂基透水砖制备工艺流程图。
具体实施方式：
一、双层结构砂基透水砖配合比设计
透水性混凝土的抗压强度和透水性能是一对矛盾的关系，即在提高强度的过程中，透水性能会减弱。为保证双层结构砂基透水砖的基层的强度，制备基层透水性混凝土的目标孔隙率选为15％，选用最佳水灰比w/c＝0.3进行透水性混凝土的拌合，同时，骨胶比选用G/C＝3.12和G/C＝4。制备面层厚度为5mm、l0mm、15mm，对应的基层厚度为55mm、50mm、45mm的双层结构砂基透水砖，双层结构砂基透水砖的总厚度为60mm。每块砖的配比详见表1～3，单位为g。
表1透水砖面层配合比
二、双层结构砂基透水砖性能研究
根据表1～3的配比制备面层和基层材料，采用振动成型工艺，振动时间为15s，制备双层结构砂基透水砖。结束养护期后，通过测定试件的抗压强度及透水系数，分析不同面层厚度对透水砖抗压强度和透水系数的影响，试验结果如图1和图2所示。
分析图1可知：双层结构砂基透水砖的抗压强度强度值离《透水砖》标准要求还有一定的差距。当骨胶比G/C＝4时，随着面层厚度的增加，双层结构砂基透水砖的抗压强度呈现先增大后减少的趋势，当面层厚度为10mm时，抗压强度值最大，为25MPa；当骨胶比G/C＝3.12时，随着面层厚度的增加，双层结构砂基透水砖的抗压强度呈现先增大后减少再增大的趋势，当面层厚度为5mm时，抗压强度值最大，为29.5MPa。相同的水灰比W/C＝0.3下，骨胶比G/C＝3.12的试样的抗压强度值比骨胶比G/C＝4的试样的要高，原因是前者骨料表面包覆的水泥浆体多，提高了砖体整体的强度。
分析图2可知：双层结构砂基透水砖的透水系数在3.5x10-2cm/s之上，远远大于1.0×10-2cm/s，满足《透水砖》标准要求。随着面层厚度的增大，双层结构砂基透水砖的透水系数呈减小趋势，是由于面层风积沙颗粒细小表面很致密，面层厚度的增大一定程度上阻碍了水流，基层的透水性混凝土空隙较大，基层越厚空隙越多水流越容易通过。
三、双层结构砂基透水砖制备工艺流程
面层材料的制备方法同制备通体树脂砂基透水砖的工艺流程一样，选用环氧树脂添加量为5％。基层混凝土的制备采用水泥裹石法，具体操作如下：向玄武岩碎石中加入10％的水量搅拌20s，使骨料表面被水均匀润湿；再加一定量的水泥搅拌90S，使水泥均匀包覆在骨料表面；最后再加入剩下的90％的水搅拌90s，得到透水性混凝土基层材料。将拌合后的透水性混凝土注入模具中，用木棒捣实；再向模具中注入环氧树脂砂浆混合料，用修刀抹平表面，并盖上不锈钢配重块盖板；将模具放置在振动台上，振动成型；把模具搬离振动台，静置24小时候，脱模取出试样；最后试样在温度20±2℃、湿度90％以上的标准养护箱中养护28天。

Claims (5)

1.一种双层结构铁尾矿砂基透水砖，其特征在于，所述透水砖包括透水砖面层和透水砖基层；所述透水砖面层材料为铁尾矿特细砂、环氧树脂GCCl35、固化剂GCCl37、石英粉0.075mm和硅烷偶联剂KH550，所述透水砖面层是按下述质量份数比例制备而成：铁尾矿特细砂100份、环氧树脂GCCl354～6份、固化剂GCCl371.20～1.92份、石英粉0.075mm0.08～0.24份、硅烷偶联剂KH5500.08～0.18份；基层材料为P.O42.5级水泥、铁尾矿石2.5~10mm和水，所述透水砖基层按下述质量份数比例制备而成：P.O42.5级水泥270~565份、铁尾矿石2.5~10mm1300~1700份、水90~170份。
2.如权利要求1所述的一种双层结构铁尾矿砂基透水砖，其特征在于，所述透水砖基层的材料目标孔隙率为15％～25％，水灰比为0.20~0.45，骨胶比为2.62~5.85。
3.如权利要求1所述的一种双层结构铁尾矿砂基透水砖，其特征在于，所述铁尾矿特细砂的细度模数在1.5～0.7范围内，粒径小于0.15mm比例≤2.0％，泥块含量≤0.5％。
4.如权利要求1所述的一种双层结构铁尾矿砂基透水砖，其特征在于，所述的透水砖面层的厚度为5~15mm，透水砖基层的厚度为45~55mm，所述透水砖的抗压强度在15～30MPa,透水系数值在3.5×10-2~7.6×10-2cm／s。
5.一种双层结构铁尾矿砂基透水砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）基层材料制备：向铁尾矿石中加入10％的水量搅拌20s，使骨料表面被水均匀润湿；再加一定量的水泥搅拌90s，使水泥均匀包覆在骨料表面；最后再加入剩下的90％的水搅拌90s，得到透水性混凝土基层材料；
（2）面层材料制备：先按一定比例称取环氧树脂GCCl35、固化剂GCCl37，置于胶砂搅拌机中，搅拌5分钟至均匀；称取一定数量的铁尾矿特细砂，投入放有环氧树脂混合料的搅拌锅中，搅拌10分钟至风积沙颗粒表面均匀得包覆环氧树脂混合料；
（3）将拌合后的基层透水性材料注入模具中，用木棒捣实；
（4）再向模具中注入面层环氧树脂砂浆混合料，用修刀抹平表面，并盖上不锈钢配重块盖板；
（5）将模具放置在振动台上，振动30s成型；
（6）把模具搬离振动台，静置24小时候，脱模取出试样；
（7）最后试样在温度20±2℃、湿度90％以上的标准养护箱中养护28天。
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