CN106938938B - 一种以粉料为原料的陶瓷透水砖的制备方法及其制得的产品 - Google Patents

一种以粉料为原料的陶瓷透水砖的制备方法及其制得的产品 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种以粉料为原料的陶瓷透水砖的制备方法，采用粉料首先经造粒、一次烧结制得呈颗粒状的陶瓷球；然后所述陶瓷球经布料、成型、干燥、二次烧结，获得陶瓷透水砖。此外，还公开了利用上述制备方法制得的产品。本发明采用粉料首先制得陶瓷球颗粒，利用陶瓷球颗粒的堆积及其之间的孔隙，实现陶瓷透水砖保水及透水性能。本发明扩大了陶瓷透水砖原料来源，减少了陶瓷透水砖现有制备技术对块状原料的使用和依赖，有利于推动陶瓷透水砖技术的应用和发展；同时，增加了对无机非金属废弃物粉料的资源化利用，对于环境治理和保护具有重要作用。

Description

一种以粉料为原料的陶瓷透水砖的制备方法及其制得的产品
技术领域
本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种陶瓷透水砖的制备方法及其制得的产品。
背景技术
透水砖具有良好的透水、透气性能，可使雨水迅速渗入地下，补充土壤水和地下水，保持土壤湿度，从而改善城市地面植物和土壤微生物的生存条件。同时，采用透水砖铺装的地面由于自身良好的透水性能，可有效缓解城市排水系统的泄洪压力，从而减少城市雨水蓄积和漫流的现象。透水砖所具有的渗水保湿及透气功能，能够有效抑制“城市热岛”效应。因此，透水砖已得到了越来越广泛的应用。
目前，现有技术陶瓷透水砖的生产方式为：将块状原料进行破碎筛分，得到不同粒径范围的骨料颗粒，经过混料后压制成型，最后在窑炉中高温烧制而成。但是，随着陶瓷透水砖的广泛应用，适用于制备陶瓷透水砖的块状原料储量越来越少，从而对陶瓷透水砖技术及应用的发展带来明显的影响和制约。目前，小粒径的粉料在陶瓷透水砖制备中还未进行应用，仅在免烧透水砖中得到了应用。如何扩大陶瓷透水砖的原料来源，对于透水砖技术的应用和发展具有重要的推动作用；同时，对大量无机非金属废弃物粉料进行资源化利用，变废为宝，对环境保护也有着重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种以粉料为原料的陶瓷透水砖的制备方法，利用粉料制备获得性能优异的陶瓷透水砖，在扩大原料来源、减少对块状原料的使用和依赖的同时，增加对无机非金属废弃物粉料的资源化利用，以减少废弃物对环境造成的危害和环境治理的压力。本发明的另一目的在于提供利用上述制备方法制得的产品。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种以粉料为原料的陶瓷透水砖的制备方法，包括以下步骤：
(1)所述粉料经造粒、一次烧结制得呈颗粒状的陶瓷球；
(2)所述陶瓷球经布料、成型、干燥、二次烧结，获得陶瓷透水砖。
本发明采用粉料首先制得陶瓷球颗粒，利用陶瓷球颗粒的堆积及其之间的孔隙，实现陶瓷透水砖保水及透水性能。
本发明还可采取如下进一步措施：所述步骤(1)中粉料加入造孔剂、水进行混合后造粒，按重量比所述粉料∶造孔剂∶水＝100∶2～6∶2～6；所述陶瓷球为多孔陶瓷球。这样，本发明陶瓷球颗粒本身具有较多的小气孔，使得陶瓷透水砖中的陶瓷球颗粒间及颗粒内部均有大量孔隙而形成复合孔结构，可进一步增大产品的孔隙率，确保陶瓷透水砖的保水及透水性能。
进一步地，本发明所述步骤(1)的陶瓷球至少有两种粒径大小。具体地可以是，所述陶瓷球为两种粒径的等径陶瓷球；所述步骤(2)布料中，所述大粒径陶瓷球作为底层为底料，其粒径为2～8mm；所述小粒径陶瓷球铺设于底层之上为面料，其粒径为0.5～2mm。
上述方案中，本发明所述步骤(2)布料中物料的厚度为底料∶面料＝5～10∶1。
进一步地，本发明所述步骤(1)中烧结温度为950～1100℃，烧成时间4～6h；所述步骤(2)中陶瓷球与CMC、水搅拌混合均匀后进行布料，所述CMC、水的用量分别为陶瓷球的1～3wt％、2～5wt％，所述成型压力为13～15MPa，所述干燥温度为100～120℃，干燥后坯体水分＜0.5％，所述烧烧结温度为1120～1250℃，烧成时间为4～8h。
上述方案中，本发明所述粉料为无机非金属类的、粒度小于60目的粉体或废弃物粉体，可以是页岩粉料、抛光砖废渣、粉煤灰、废泥及废沙中的一种或其组合。所述造孔剂为淀粉、碳粉、尿素。
本发明的另一目的通过以下技术方案予以实现：
本发明利用上述以粉料为原料的陶瓷透水砖的制备方法制得的产品。进一步地，该产品为具有复合孔结构的陶瓷透水砖。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明扩大了陶瓷透水砖原料来源，减少了陶瓷透水砖现有制备技术对块状原料的使用和依赖，有利于推动陶瓷透水砖技术的应用和发展。同时，增加了对无机非金属废弃物粉料的资源化利用，对于环境治理和保护具有重要作用。
(2)本发明利用粉料为原料首先制得陶瓷球，通过陶瓷球颗粒尤其是等径球颗粒的堆积，有利于得到最大的孔隙率。此外，通过合理设计底料层等径陶瓷球与面料层等径陶瓷球的粒径及厚度，进一步保证了陶瓷透水砖颗粒间具有最大的孔隙率。
(3)本发明通过添加造孔剂形成多孔陶瓷球，使煅烧后的陶瓷球颗粒内部生成较多的小气孔，陶瓷透水砖中的陶瓷球颗粒间及颗粒内部均有大量孔隙而形成复合孔结构，这种独特的复合孔结构进一步确保了陶瓷透水砖的高孔隙率，可有效提高陶瓷透水砖保水及透水性能。
(4)本发明经过两次高温煅烧，使得陶瓷球颗粒堆积得到的陶瓷透水砖充分烧结，具有较高的强度和耐磨性，抗压强度为50.0～95.0MPa，孔隙率为15.2～19.6％，透水系数为3.5～9.0×10-2cm/s，抗压性能、保水透水性能及使用寿命远超免烧透水砖。
下面将结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例一：
本实施例一种以粉料为原料的陶瓷透水砖的制备方法，其步骤如下：
(1)按照重量份数将页岩粉料100份、碳粉2份、水4份混合均匀后进行造粒，然后经3h烧至1000℃并保温1h，制得呈颗粒状的、粒径为1mm和4mm的多孔陶瓷球；
(2)在上述多孔陶瓷球中外加2wt％的CMC及5wt％的水搅拌均匀进行布料，上述粒径为4mm的多孔陶瓷球作为底层为底料，粒径为1mm的多孔陶瓷球铺设于底层之上为面料，其厚度底料∶面料＝5∶1；然后在13MPa压力下压制成型，经100℃温度干燥后，坯体水分＜0.5％，进而在1180℃温度下烧成，烧成时间为5h，即获得具有复合孔结构、孔隙率为17.5％的陶瓷透水砖。
本实施例陶瓷透水砖的主要性能指标为：抗压强度72.8MPa，透水系数3.8×10- 2cm/s。
实施例二：
本实施例一种以粉料为原料的陶瓷透水砖的制备方法，其步骤如下：
(1)按照重量份数将粉煤灰100份、淀粉5份、水6份混合均匀后进行造粒，然后经4h烧至1050℃并保温1h，制得呈颗粒状的、粒径为2mm和6mm的多孔陶瓷球；
(2)在上述多孔陶瓷球中外加1wt％的CMC及4wt％的水搅拌均匀进行布料，上述粒径为6mm的多孔陶瓷球作为底层为底料，粒径为2mm的多孔陶瓷球铺设于底层之上为面料，其厚度底料∶面料＝6∶1；然后在14MPa压力下压制成型，经110℃温度干燥后，坯体水分＜0.5％，进而在1200℃温度下烧成，烧成时间为5h，即获得具有具有复合孔结构、孔隙率为18.3％的陶瓷透水砖。
本实施例陶瓷透水砖的主要性能指标为：抗压强度75.4MPa，透水系数4.0×10- 2cm/s。
实施例三：
本实施例一种以粉料为原料的陶瓷透水砖的制备方法，其步骤如下：
(1)按照重量份数将抛光砖废渣100份、淀粉2份、水2份混合均匀后进行造粒，然后经3.5h烧至950℃并保温1h，制得呈颗粒状的、粒径为2mm和7mm的多孔陶瓷球；
(2)在上述多孔陶瓷球中外加2wt％的CMC及2wt％的水搅拌均匀进行布料，上述粒径为7mm的多孔陶瓷球作为底层为底料，粒径为2mm的多孔陶瓷球铺设于底层之上为面料，其厚度底料∶面料＝7∶1；然后在15MPa压力下压制成型，经120℃温度干燥后，坯体水分＜0.5％，进而在1200℃温度下烧成，烧成时间为6h，即获得具有复合孔结构、孔隙率为18.8％的陶瓷透水砖。
本实施例陶瓷透水砖的主要性能指标为：抗压强度70.3MPa，透水系数4.2×10- 2cm/s。
实施例四：
本实施例一种以粉料为原料的陶瓷透水砖的制备方法，其步骤如下：
(1)按照重量份数将废泥50份、废沙50份、淀粉6份、水4份混合均匀后进行造粒，然后经5h烧至1100℃并保温1h，制得呈颗粒状的、粒径为0.5mm和3mm的多孔陶瓷球；
(2)在上述多孔陶瓷球中外加2wt％的CMC及4wt％的水搅拌均匀进行布料，上述粒径为3mm的多孔陶瓷球作为底层为底料，粒径为0.5mm的多孔陶瓷球铺设于底层之上为面料，其厚度底料∶面料＝10∶1；然后在14MPa压力下压制成型，经110℃温度干燥后，坯体水分＜0.5％，进而在1220℃温度下烧成，烧成时间为7h，即获得具有复合孔结构、孔隙率为18.6％的陶瓷透水砖。
本实施例陶瓷透水砖的主要性能指标为：抗压强度84.5MPa，透水系数4.0×10- 2cm/s。
实施例五：
本实施例一种以粉料为原料的陶瓷透水砖的制备方法，其步骤如下：
(1)按照重量份数将页岩粉料50份、粉煤灰50份、尿素4份、水4份混合均匀后进行造粒，然后经5h烧至1100℃并保温1h，制得呈颗粒状的、粒径为0.5mm和2mm的多孔陶瓷球；
(2)在上述多孔陶瓷球中外加2wt％的CMC及4wt％的水搅拌均匀进行布料，上述粒径为6～7mm的多孔陶瓷球作为底层为底料，粒径为2～3mm的多孔陶瓷球铺设于底层之上为面料，其厚度底料∶面料＝6∶1；然后在13MPa压力下压制成型，经120℃温度干燥后，坯体水分＜0.5％，进而在1250℃温度下烧成，烧成时间为8h，即获得具有复合孔结构、孔隙率为15.2％的陶瓷透水砖。
本实施例陶瓷透水砖的主要性能指标为：抗压强度95MPa，透水系数3.5×10-2cm/s。
实施例六：
本实施例一种以粉料为原料的陶瓷透水砖的制备方法，其步骤如下：
(1)按照重量份数将页岩粉料20份、废泥20份、废沙20份、粉煤灰20份、抛光砖废渣20份、碳粉5份、水4份混合均匀后进行造粒，然后经4h烧至1000℃并保温1h，制得呈颗粒状的、粒径为2mm和8mm的多孔陶瓷球；
(2)在上述多孔陶瓷球中外加2wt％的CMC及4wt％的水搅拌均匀进行布料，上述粒径为8mm的多孔陶瓷球作为底层为底料，粒径为2mm的多孔陶瓷球铺设于底层之上为面料，其厚度底料∶面料＝5∶1；然后在14MPa压力下压制成型，经110℃温度干燥后，坯体水分＜0.5％，进而在1200℃温度下烧成，烧成时间为8h，即获得具有复合孔结构、孔隙率为19.6％的陶瓷透水砖。
本实施例陶瓷透水砖的主要性能指标为：抗压强度50MPa，透水系数9.0×10-2cm/s。

Claims (7)

1.一种以粉料为原料的陶瓷透水砖的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1) 所述粉料加入造孔剂、水混合后进行造粒，经一次烧结制得具有两种粒径大小的等径多孔陶瓷球；所述大粒径等径多孔陶瓷球的粒径为3～8mm，所述小粒径等径多孔陶瓷球的粒径为1～2mm；
(2) 所述大粒径等径多孔陶瓷球作为底层为底料、所述小粒径等径多孔陶瓷球铺设于底层之上为面料而进行布料，经成型、干燥、二次烧结，获得具有复合孔结构的陶瓷透水砖。
2.根据权利要求1所述的以粉料为原料的陶瓷透水砖的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中按重量比所述粉料∶造孔剂∶水＝100∶2～6∶2～6。
3.根据权利要求1所述的以粉料为原料的陶瓷透水砖的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)布料中物料的厚度为底料∶面料＝5～10∶1。
4.根据权利要求1所述的以粉料为原料的陶瓷透水砖的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中烧结温度为950～1100℃，烧成时间4～6 h；所述步骤(2)中陶瓷球与CMC、水搅拌混合均匀后进行布料，所述CMC、水的用量分别为陶瓷球的1～3wt%、2～5wt%，所述成型压力为13～15MPa，所述干燥温度为100～120℃，干燥后坯体水分＜0.5%，所述烧结温度为1120～1250℃，烧成时间为4～8h。
5.根据权利要求1所述的以粉料为原料的陶瓷透水砖的制备方法，其特征在于：所述粉料为无机非金属类的、粒度小于60目的粉体或废弃物粉体。
6.根据权利要求1所述的以粉料为原料的陶瓷透水砖的制备方法，其特征在于：所述造孔剂为淀粉、碳粉、尿素。
7.利用权利要求1-6所述以粉料为原料的陶瓷透水砖的制备方法制得的产品。
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