CN106517904B - 一种有机无机复合胶结透水砖及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机无机复合胶结透水砖，透水砖是由两种不同粒径的骨料与有机无机复合胶结剂混合制备而成；有机无机复合胶结剂为由有机物单体丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺、十二烷基苯磺酸钠、丙基三甲氧基硅烷在水泥水化环境中接枝和共聚形成有机胶结剂后再与无机胶结剂复合形成的亲水性复合胶结剂；其中的细骨料为粗骨料重量的10‑30%；相对于每100重量份骨料，所述有机无机复合胶结剂的含量为5‑30%。本发明还提供一种该有机无机复合胶结透水砖的制备方法，其工艺简单。本发明的有机无机复合胶结透水砖具有成本低、强度高、耐磨性好、透水性能好等优点。

Description

一种有机无机复合胶结透水砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及透水砖领域，特别涉及到一种有机无机复合胶结透水砖及其制备方法。
背景技术
随着城市的发展，都市地表逐步被建筑物和各种阻水材料所覆盖，大理石、釉面砖、水泥、柏油等不透水材料硬化着城市的每一个角落，对城市环境造成非常不利的影响：下雨时由于无法向地下渗透，容易形成内涝，加重排水设施负担；由于地下水得不到补充，造成地下水位下降，导致城市出现路面沉降，市政绿化植被难以正常生长，热岛效应愈发明显。用透水材料替代非透水性材料建造城市路面，在缓解城市地下水资源缺乏、改善城市生态等环境问题方面，具有非常积极并且重要的作用。
透水砖有较高的孔隙率，能将雨水透过地表转存到地下；而在炎热天气又能通过孔隙使地下水蒸发，防止地表温度过高，可以优化城市的绿色生态环境，已经应用于城市广场、人行道、停车场的铺设。目前已经投入市场的透水砖有三种：陶瓷透水砖，透水混凝土，树脂胶结砂基透水砖。陶瓷透水砖是采用废渣、废玻璃料、废陶瓷及生活垃圾等为原料，利用污泥或粘土烧制而成，特点是强度高，透水性能好，可利用固废，但存在生产工艺复杂、能耗大、成本高、生产效率低、投资规模大等缺点；混凝土透水砖是采用砂、块状固废、碎石作为骨料，以水泥为胶结剂，经过合理的配合比压制、养护而成，工艺简单、价格低，但由于水泥胶接性能差，用量大时容易造成孔径堵塞，用量少时透水砖抗压强度低，而且由于水泥浆的特性，混凝土透水砖必须采用大骨料才能形成联通的孔隙，而这种大孔隙很容易由于泥沙阻塞问题导致透水性能的失效，同时水过滤效果差；树脂胶结砂基透水砖采用环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂作为胶结剂，先进行亲水改性（CN1966861A），再以煅烧处理的风积沙或河沙为骨料，添加交联剂、抗老化剂、固化剂等，经过一定的配合比压制，经60-200℃烘烤固化1-4小时而成（CN102234973A），虽然透水性能好、强度高，但价格昂贵，耐候性差，而且环境不友好。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低、强度高、耐磨性好、透水性能好的有机无机复合胶结透水砖；还提供一种该有机无机复合胶结透水砖的制备方法，其工艺简单。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种有机无机复合胶结透水砖，所述透水砖是由两种不同粒径的骨料与有机无机复合胶结剂混合制备而成；所述有机无机复合胶结剂为由有机物单体丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺 、十二烷基苯磺酸钠、丙基三甲氧基硅烷在水泥水化环境中接枝和共聚形成有机胶结剂后再与无机胶结剂复合形成的亲水性复合胶结剂；其中的细骨料为粗骨料重量的10-30%；相对于每100重量份骨料，所述有机无机复合胶结剂的含量为5-30%。
作为上述技术方案的进一步改进：
优选的，所述透水砖的表层由细骨料形成，底层由粗骨料形成。
优选的，所述粗骨料为碎石、砂砾或建筑固废，粒径为2-10mm；所述细骨料为细河沙，粒径为0.1-1mm。
优选的，所述有机无机复合胶结剂中：有机胶结剂占比10-30%，所述无机胶结剂为水泥，占比70-90%。
优选的，所述有机无机复合胶结剂中：有机胶结剂占比15-20%，无机胶结剂占比80-85%。
优选的，所述有机胶结剂中各组分的重量配比为：
单体丙烯酸羟丙酯 20-30%
丙烯酰胺 5-12%
十二烷基苯磺酸钠 1-6%
丙基三甲氧基硅烷 1-5%
水 25-40%
水泥 25-50%。
作为一个总的发明构思，本发明还提供一种如上所述的有机无机复合胶结透水砖的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量配比将单体丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺 、十二烷基苯磺酸钠、丙基三甲氧基硅烷、水和水泥混合，搅拌料浆，完成接枝和共聚，形成有机胶结剂；
（2）在步骤（1）得到的有机胶结剂基础上，再加入适量水泥和水，并按配比与两种不同粒径的骨料搅拌混合，在模具中振动压制、成型，保压，得到透水砖坯体；
（3）步骤（2）得到的透水砖坯体，脱模后经养护，得到具有高强度、高透水率的有机无机复合胶结透水砖。
上述制备方法中，所述步骤（1）中，采用旋转式搅拌机进行搅拌，搅拌速度为120转/分钟，搅拌时间为10-20分钟。
上述制备方法中，所述步骤（2）中，所述模具为100mm×100mm×35mm的钢制模具；振动压制的压力为10-30MPa，振动时间为1-10分钟，成型压力为10-30MPa，保压1分钟。
上述制备方法中，所述步骤（3）中，常温下养护12～48小时；得到的有机无机复合胶结透水砖的抗压强度大于30MPa，透水系数大于0.05cm/s。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的有机无机复合胶结透水砖，由两种不同粒径的骨料和包覆骨料的有机无机胶结剂制备而成，其中的有机无机胶结剂为由单体丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺 、十二烷基苯磺酸钠、丙基三甲氧基硅烷在水泥水化的碱性环境中共聚和接枝形成，其采用十二烷基苯磺酸钠和丙基三甲氧基硅烷在水泥水化的碱性环境中进行接枝，可使单体丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺共聚合成的聚丙烯酸树脂含有亲水基团，为一种具有高亲水性、高强度、低需水量的复合胶结剂，包覆骨料后使骨料之间形成的毛细管道由于亲水性能而极大地提高透水率；因此本发明的有机无机复合胶结透水砖在保证胶接强度的同时能大大提高透水率，还具有成本低、强度高、耐磨性好等优点。本发明的有机无机复合胶结透水砖的制备方法，也具有生产工艺简单的优点。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
一种本发明的有机无机复合胶结透水砖实施例，该透水砖是由两种不同粒径的骨料与有机无机复合胶结剂混合制备而成；透水砖内的两种不同粒径的骨料分为细骨料和粗骨料，由细骨料形成透水砖的表层，由粗骨料形成透水砖的底层。有机无机复合胶结剂为由有机物单体丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺 、十二烷基苯磺酸钠、丙基三甲氧基硅烷在水泥水化环境中接枝和共聚形成有机胶结剂后再与无机胶结剂复合形成的亲水性复合胶结剂；其中的细骨料为粗骨料重量的10-30%，优选为15-20%。相对于每100重量份骨料，有机无机复合胶结剂的含量为5-30%，优选为10-20%。本发明采用十二烷基苯磺酸钠和丙基三甲氧基硅烷在水泥水化的碱性环境中进行接枝，可使单体丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺共聚合成的聚丙烯酸树脂含有亲水基团，形成一种具有高亲水性、高强度、低需水量的有机无机复合胶结剂，其包覆骨料后可使骨料之间形成的毛细管道由于亲水性能而极大地提高透水率，使本发明在保证胶接强度的同时能大大提高透水率。
本实施例中，有机胶结剂的组分构成（重量）：单体丙烯酸羟丙酯 20-30%，丙烯酰胺 5-12%，十二烷基苯磺酸钠 1-6%，丙基三甲氧基硅烷 1-5%，水 25-40%，水泥 25-50%。
本实施例中，有机无机复合胶结剂配比为有机胶结剂10-30%，无机胶结剂水泥共占70-90%；更优选为有机胶结剂15-20%，水泥80-85%。水泥可以是硅酸盐水泥，矿渣水泥，硫铝酸盐水泥；或者可以是P.O325水泥，P.O425水泥，P.O525水泥，优选P.O425水泥。
本实施例中，粗骨料可以为碎石、砂砾、建筑固废，优选为碎石，粒径为2-10mm，优选为2-5mm；细骨料为细河沙，粒径为0.1-1mm。
本发明还提供一种上述有机无机复合胶结透水砖的制备方法，包括有机复合胶结剂制备、透水砖坯体成型、透水砖坯体养护；具体包括以下步骤：
（1）按上述本发明透水砖的重量配比将单体丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺 、十二烷基苯磺酸钠、丙基三甲氧基硅烷、水和水泥混合，采用旋转式搅拌机搅拌料浆，搅拌速度为120转/分钟，搅拌时间为10-20分钟，完成接枝和共聚，形成有机胶结剂；
（2）在步骤（1）得到的有机胶结剂基础上，再加入适量水泥和水，并按配比与两种不同粒径的骨料搅拌混合，在100mm×100mm×35mm的钢制模具中振动压制、成型，保压，得到透水砖坯体；
（3）步骤（2）得到的透水砖坯体，脱模后经常温养护，得到具有高强度、高透水率的有机无机复合胶结透水砖。
本实施例中，有机无机复合胶结透水砖坯体采用振动压制成型，振动时间为1-10分钟，优选为1-3分钟，成型压力为10-30MPa，优选为15-20 MPa，脱模后透水砖坯体养护时间为12～48小时，优选为24小时。
以下通过实施例对本发明作进一步说明。
以下实施例根据JC/T945-2005规定的方法来测定有机无机复合胶结透水砖的抗压强度和透水系数。
实施例1
本实施例用于说明本发明提供的有机无机复合胶结透水砖及其制备方法。
称取单体丙烯酸羟丙酯3g，丙烯酰胺 1g，十二烷基苯磺酸钠0.5g，丙基三甲氧基硅烷0.5g，水3g，水泥4g，采用旋转式搅拌机进行搅拌混合，搅拌速为120转/分钟，搅拌时间为20分钟，得到有机胶结剂。称取粒径5mm的碎石480g，粒径0.5mm的河沙120g，水泥68g，与上述有机胶结剂混合，加水20g，搅拌混合10分钟，将混合物倒入尺寸为100mm×100mm×35mm的钢制模具中，振动1分钟，再使用液压机在20MPa压力条件下压制成型，保压1分钟，卸压脱模，得到透水砖坯体，在常温下养护24小时，得到本发明的有机无机复合胶结透水砖F1，该有机无机复合胶结透水砖的透水系数和抗压强度如下表1所示。
表1 本实施例1的复合胶结透水砖的透水系数和抗压强度
复合胶结透水砖 透水系数(×10-2cm/s) 抗压强度(MPa)
实施例1 F1 5.4. 42
实施例2
本实施例用于说明本发明提供的有机无机复合胶结透水砖及其制备方法。
称取单体丙烯酸羟丙酯4g，丙烯酰胺 1.5g，十二烷基苯磺酸钠0.8g，丙基三甲氧基硅烷0.7g，水4g，水泥4g，采用旋转式搅拌机进行搅拌混合，搅拌速为120转/分钟，搅拌时间为20分钟，得到有机胶结剂。称取粒径5mm的碎石500g，粒径0.5mm的河沙100g，水泥65g，与上述有机胶结剂混合，加水20g，搅拌混合10分钟，将混合物倒入尺寸为100mm×100mm×35mm的钢制模具中，振动1分钟，再使用液压机在20MPa压力条件下压制成型，保压1分钟，卸压脱模，得到透水砖坯体，在常温下养护24小时，得到本发明的有机无机复合胶结透水砖F2，该有机无机复合胶结透水砖的透水系数和抗压强度如下表2所示。
表2 本实施例2的复合胶结透水砖的透水系数和抗压强度
复合胶结透水砖 透水系数(×10-2cm/s) 抗压强度(MPa)
实施例2 F2 5.2 48
实施例3
本实施例用于说明本发明提供的有机无机复合胶结透水砖及其制备方法。
称取单体丙烯酸羟丙酯2g，丙烯酰胺 0.5g，十二烷基苯磺酸钠0.3g，丙基三甲氧基硅烷0.2g，水3g，水泥4g，采用旋转式搅拌机进行搅拌混合，搅拌速为120转/分钟，搅拌时间为20分钟，得到有机胶结剂。称取粒径5mm的碎石480g，粒径0.5mm的河沙120g，水泥68g，与上述有机胶结剂混合，加水22g，搅拌混合10分钟，将混合物倒入尺寸为100mm×100mm×35mm的钢制模具中，振动1分钟，再使用液压机在20MPa压力条件下压制成型，保压1分钟，卸压脱模，得到透水砖坯体，在常温下养护24小时，得到本发明的有机无机复合胶结透水砖F3，该有机无机复合胶结透水砖的透水系数和抗压强度如下表3所示。
表3 本实施例3的复合胶结透水砖的透水系数和抗压强度
复合胶结透水砖 透水系数(×10-2cm/s) 抗压强度(MPa)
实施例3 F3 5.5 34

Claims (9)

1.一种有机无机复合胶结透水砖，其特征在于：所述透水砖是由两种不同粒径的骨料与有机无机复合胶结剂混合制备而成；所述有机无机复合胶结剂为由有机物单体丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺 、十二烷基苯磺酸钠、丙基三甲氧基硅烷在水泥水化环境中接枝和共聚形成亲水性有机胶结剂后再与无机胶结剂复合形成的复合胶结剂；其中的细骨料为粗骨料重量的10-30%；相对于每100重量份骨料，所述有机无机复合胶结剂的含量为5-30%；所述接枝和共聚形成的有机胶结剂中各组分的重量配比为：
单体丙烯酸羟丙酯 20-30%
丙烯酰胺 5-12%
十二烷基苯磺酸钠 1-6%
丙基三甲氧基硅烷 1-5%
水 25-40%
水泥 25-50%。
2.根据权利要求1所述的有机无机复合胶结透水砖，其特征在于：所述透水砖的表层由细骨料形成，底层由粗骨料形成。
3.根据权利要求2所述的有机无机复合胶结透水砖，其特征在于：所述粗骨料为碎石、砂砾或建筑固废，粒径为2-10mm；所述细骨料为细河沙，粒径为0.1-1mm。
4.根据权利要求3所述的有机无机复合胶结透水砖，其特征在于：所述有机无机复合胶结剂中：有机胶结剂占比10-30%，所述无机胶结剂为水泥，占比70-90%。
5.根据权利要求4所述的有机无机复合胶结透水砖，其特征在于：所述有机无机复合胶结剂中：有机胶结剂占比15-20%，无机胶结剂占比80-85%。
6.一种如权利要求5所述的有机无机复合胶结透水砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按重量配比将单体丙烯酸羟丙酯、丙烯酰胺 、十二烷基苯磺酸钠、丙基三甲氧基硅烷、水和水泥混合，搅拌料浆，完成接枝和共聚，形成有机胶结剂；
（2）在步骤（1）得到的有机胶结剂基础上，再加入适量水泥和水，并按配比与两种不同粒径的骨料搅拌混合，在模具中振动压制、成型，保压，得到透水砖坯体；
（3）步骤（2）得到的透水砖坯体，脱模后经养护，得到具有高强度、高透水率的有机无机复合胶结透水砖。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，采用旋转式搅拌机进行搅拌，搅拌速度为120转/分钟，搅拌时间为10-20分钟。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述模具为100mm×100mm×35mm的钢制模具；振动压制的压力为10-30MPa，振动时间为1-10分钟，成型压力为10-30MPa，保压1分钟。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，常温下养护12～48小时；得到的有机无机复合胶结透水砖的抗压强度大于30MPa，透水系数大于0.05cm/s。
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