CN107352865A - 一种地质聚合物透水砖及其制备方法 - Google Patents

一种地质聚合物透水砖及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地质聚合物透水砖，包括基层和饰面层，所述基层包括骨料A、胶凝材料A和激发剂，所述饰面层包括骨料B、胶凝材料B和激发剂。本发明还包括一种地质聚合物透水砖的制备方法。本发明制备的地质聚合物透水砖，具有不需烧结、制备能耗低、无需压力成型、工艺简单、可大量消耗固体废弃物等优点，透水砖28d抗压强度为32.3MPa以上，28d抗折强度在3.18MPa以上，透水系数在0.028cm/s以上。

Description

一种地质聚合物透水砖及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种地质聚合物透水砖及其制备方法。
背景技术
传统城市建设模式，处处是硬化路面。每逢大雨，主要依靠管渠、泵站等“灰色”设施来排水，以“快速排除”和“末端集中”控制为主要规划设计理念，往往造成逢雨必涝，旱涝急转。近年来，城市内涝问题日益突出，每逢暴雨过后，许多大城市积水严重，干旱时，地面以下水分又无法蒸出地表，无法有效的降低气温。因此，国家大力倡导建设海绵城市，已经先后设立了30个试点城市，加快海绵城市的建设工作。
透水砖最早诞生于荷兰，后美国日本等国对其进行系统性研究得以发展成熟，是为解决城市地表硬化，营造高质量的自然生活环境，维护城市生态平衡的环保建材新产品，是建设海绵城市不可或缺的一部分。采用透水砖可以把有限的雨水留下来，利用渗、滞、蓄、净、用、排等措施能将70％的降雨就地消纳和利用，更多利用自然力量排水，建设自然存积、自然渗透、自然净化的海绵城市。
目前，常见的路面透水砖主要包括烧结型的陶瓷类透水砖、聚合物类透水砖和水泥透水砖，烧结型陶瓷透水砖存在成本高、能耗大、排放温室气体等问题；聚合物类的透水砖成本较高，且树脂经过长时间的日晒雨淋，会发生老化，不仅影响性能，而且污染环境；水泥型的透水砖虽然综合性能较佳，但部分产品需要加压，工艺流程较为复杂。
地质聚合物作为一种有望替代水泥的无机胶凝材料，不仅制备过程无污染、能耗低，并且能够消耗大量工业固体废弃物，被称为“绿色水泥”，是一种新型低碳的绿色建筑材料。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种透水性能好，强度高，生产能耗低，制备工艺简单的地质聚合物透水砖及其制备方法。
本发明的实施例提供一种地质聚合物透水砖，包括基层和饰面层，所述基层包括骨料A、胶凝材料A和激发剂，所述饰面层包括骨料B、胶凝材料B和激发剂。
进一步，所述骨料A的质量分数为78％～84％，所述胶凝材料A的质量分数为16％-24％，所述骨料A和胶凝材料A的质量分数之和为100％，所述基层中的激发剂的质量为胶凝材料A质量的85％～95％。
进一步，所述骨料A由两种粒径的碎石级配而成，一种碎石的粒径为4.75-9.5mm，质量分数为55％-65％；另一种碎石的粒径为9.5-15mm，质量分数为35％-45％。
进一步，所述胶凝材料A由粉煤灰和矿渣均匀混合配成，所述粉煤灰的质量分数为10％～14％，所述矿渣的质量分数为6％～8％。
进一步，所述骨料B的质量分数为84％～88％，胶凝材料B的质量分数为12％-16％，所述骨料B和胶凝材料B的质量分数之和为100％，所述饰面层中激发剂的质量为胶凝材料B质量的80％～85％。
进一步，所述骨料B由两种粒径的砂级配而成，一种砂的粒径为1-2mm，质量分数为15％-25％；另一种砂的粒径为2-4mm，质量分数为75％-85％。
进一步，所述胶凝材料B由粉煤灰和矿渣均匀混合配成，所述粉煤灰的质量分数为8％～10％，所述矿渣的质量分数为4％～6％。
进一步，所述激发剂由以下质量分数的原料制备而成：氢氧化钠10％～13％，水玻璃87％～90％；所述氢氧化钠为化学纯，纯度大于等于99％，所述水玻璃的模数为3.1～3.4，所述水玻璃中二氧化硅含量大于等于26％，氧化钠含量大于等于8.2％。
一种地质聚合物透水砖的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制激发剂，并冷却，备用；
(2)按照配比将骨料A加入混凝土搅拌机中搅拌混合1min，加入胶凝材料A，与骨料A混合搅拌1min，再加入激发剂混合搅拌3min，即得到制备地质聚合物透水砖的基层原料；
(3)将步骤(2)制得的基层原料浇筑于模具中，并预留8-10mm的高度，将模具置于振动台上震动1-2秒，振平，即制成基层；
(4)按照配比将骨料B加入混凝土搅拌机中搅拌混合1min，加入胶凝材料B，与骨料B混合搅拌1min，再加入激发剂混合搅拌3min，即制得制备地质聚合物透水砖的饰面层原料；
(5)将步骤(4)制得的饰面层原料浇筑于步骤(3)制得的基层上方，并将表面压实抹平，即制得厚度为8-10mm的饰面层；
(6)将经过步骤(5)处理后的模具置于混凝土标准箱中养护2d，脱模，脱模之后继续在养护箱中养护7d，即制得地质聚合物透水砖。
进一步，所述步骤(1)中，按照激发剂的配比称量氢氧化钠，并将氢氧化钠溶于水玻璃中，搅拌均匀，即制得激发剂；所述步骤(5)中，饰面层的表面通过抹刀压实抹平。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明制备的地质聚合物透水砖，具有不需烧结、制备能耗低、无需压力成型、工艺简单、可大量消耗固体废弃物等优点，制备的透水砖28d抗压强度为32.3MPa以上，28d抗折强度在3.18MPa以上，透水系数在0.028cm/s以上。
附图说明
图1是本发明一种地质聚合物透水砖的制备方法的一工艺图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
实施例1
本发明的实施例提供一种地质聚合物透水砖，包括基层和饰面层，所述基层包括骨料A、胶凝材料A和激发剂，所述饰面层包括骨料B、胶凝材料B和激发剂。
骨料A的质量分数为78％～84％，骨料A由两种粒径的碎石级配而成，一种碎石的粒径为4.75-9.5mm，质量分数为55％-65％；另一种碎石的粒径为9.5-15mm，质量分数为35％-45％。
胶凝材料A的质量分数为16％-24％，胶凝材料A由粉煤灰和矿渣均匀混合配成，所述粉煤灰的质量分数为10％～14％，所述矿渣的质量分数为6％～8％。所述粉煤灰为流化床粉煤灰，所述矿渣为粒化高炉矿渣。
骨料A和胶凝材料A的质量分数之和为100％，所述基层中的激发剂的质量为胶凝材料A质量的85％～95％。
骨料B的质量分数为84％～88％，骨料B由两种粒径的砂级配而成，一种砂的粒径为1-2mm，质量分数为15％-25％；另一种砂的粒径为2-4mm，质量分数为75％-85％。
胶凝材料B的质量分数为12％-16％，胶凝材料B由粉煤灰和矿渣均匀混合配成，所述粉煤灰的质量分数为8％～10％，所述矿渣的质量分数为4％～6％。所述粉煤灰为流化床粉煤灰，所述矿渣为粒化高炉矿渣。
骨料B和胶凝材料B的质量分数之和为100％，所述饰面层中激发剂的质量为胶凝材料B质量的80％～85％。
激发剂由以下质量分数的原料制备而成：氢氧化钠10％～13％，水玻璃87％～90％；所述氢氧化钠为化学纯，纯度大于等于99％，所述水玻璃的模数为3.1～3.4，所述水玻璃中二氧化硅含量大于等于26％，氧化钠含量大于等于8.2％。
一种地质聚合物透水砖的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制激发剂，按照激发剂的配比称量氢氧化钠，并将氢氧化钠溶于水玻璃中，搅拌均匀，即制得激发剂，冷却，备用；
(2)按照配比将骨料A加入混凝土搅拌机中搅拌混合1min，加入胶凝材料A，与骨料A混合搅拌1min，再加入激发剂混合搅拌3min，即得到制备地质聚合物透水砖的基层原料；
(3)将步骤(2)制得的基层原料浇筑于模具中，并预留8-10mm的高度，将模具置于振动台上震动1-2秒，振平，即制成基层；
(4)按照配比将骨料B加入混凝土搅拌机中搅拌混合1min，加入胶凝材料B，与骨料B混合搅拌1min，再加入激发剂混合搅拌3min，即制得制备地质聚合物透水砖的饰面层原料；
(5)将步骤(4)制得的饰面层原料浇筑于步骤(3)制得的基层上方，并将表面压实抹平，饰面层的表面优选通过抹刀压实抹平，即制得厚度为8-10mm的饰面层；
(6)将经过步骤(5)处理后的模具置于混凝土标准箱中养护2d，脱模，脱模之后继续在养护箱中养护7d，即制得地质聚合物透水砖。
本发明制备的地质聚合物透水砖，具有不需烧结、制备能耗低、无需压力成型、工艺简单、可大量消耗固体废弃物等优点，制备的透水砖28d抗压强度为32.3MPa以上，28d抗折强度在3.18MPa以上，透水系数在0.028cm/s以上。
实施例2
本发明的实施例提供了一种地质聚合物透水砖，透水砖的原料组成如下：
请参考图1，一种地质聚合物透水砖的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制激发剂，将1.05kg氢氧化钠溶于7.67kg水玻璃中，搅拌至氢氧化钠完全溶解后，即制得激发剂，冷却至常温，备用；
(2)将4.75-9.5mm的碎石20.28kg与9.5-15mm的碎石10.92kg加入混凝土搅拌机，混合搅拌1min；将5.6kg粉煤灰与3.2kg矿渣加入混凝土搅拌机，与级配完成的碎石混合搅拌1min，再加入8.0kg激发剂，混合搅拌3min，即得到制备地质聚合物透水砖的基层原料；粉煤灰为流化床粉煤灰，矿渣为粒化高炉矿渣；
(3)将步骤(2)制得的基层原料浇筑于模具中，并预留8-10mm的高度，将模具置于振动台上震动1-2秒，略微振平，即制成基层；
(4)将1-2mm的砂1.05kg与2-4mm的砂3.15kg加入混凝土搅拌机，混合搅拌1min；将0.5kg粉煤灰与0.3kg矿渣加入混凝土搅拌机，与级配完成的碎石混合搅拌1min，再加入0.72kg激发剂混合搅拌3min，即制得制备地质聚合物透水砖的饰面层原料；
(5)将步骤(4)制得的饰面层原料浇筑于步骤(3)制得的基层上方，并将表面压实抹平，优先选用抹刀压实抹平，即制得厚度为8-10mm的饰面层；
(6)将经过步骤(5)处理后的模具置于混凝土标准箱中养护2d，脱模，脱模之后继续在养护箱中养护7d，即制得地质聚合物透水砖。
本发明制备的透水砖28d抗压强度为38.2MPa，28d抗折强度为3.54MPa，透水系数为0.028cm/s。
实施例3
本发明的实施例提供了一种地质聚合物透水砖，透水砖的原料组成如下：
请参考图1，一种地质聚合物透水砖的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制激发剂，将0.71kg氢氧化钠溶于5.17kg水玻璃中，搅拌至氢氧化钠完全溶解后，即制得激发剂，冷却至常温，备用；
(2)将4.75-9.5mm的碎石18.9kg与9.5-15mm的碎石12.6kg加入混凝土搅拌机，混合搅拌1min；将3.75kg粉煤灰与2.25kg矿渣加入混凝土搅拌机，与级配完成的碎石混合搅拌1min，再加入5.4kg激发剂，混合搅拌3min，即得到制备地质聚合物透水砖的基层原料；粉煤灰为流化床粉煤灰，矿渣为粒化高炉矿渣；
(3)将步骤(2)制得的基层原料浇筑于模具中，并预留8-10mm的高度，将模具置于振动台上震动1-2秒，略微振平，即制成基层；
(4)将1-2mm的砂0.88kg与2-4mm的砂3.52kg加入混凝土搅拌机，混合搅拌1min；将0.4kg粉煤灰与0.2kg矿渣加入混凝土搅拌机，与级配完成的碎石混合搅拌1min，再加入0.48kg激发剂混合搅拌3min，即制得制备地质聚合物透水砖的饰面层原料；
(5)将步骤(4)制得的饰面层原料浇筑于步骤(3)制得的基层上方，并将表面压实抹平，优先选用抹刀压实抹平，即制得厚度为8-10mm的饰面层；
(6)将经过步骤(5)处理后的模具置于混凝土标准箱中养护2d，脱模，脱模之后继续在养护箱中养护7d，即制得地质聚合物透水砖。
本发明制备的透水砖28d抗压强度为33.8MPa，28d抗折强度为3.31MPa，透水系数为0.037cm/s。
实施例4
本发明的实施例提供了一种地质聚合物透水砖，透水砖的原料组成如下：
请参考图1，一种地质聚合物透水砖的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制激发剂，将0.71kg氢氧化钠溶于5.17kg水玻璃中，搅拌至氢氧化钠完全溶解后，即制得激发剂，冷却至常温，备用；
(2)将4.75-9.5mm的碎石17.3kg与9.5-15mm的碎石14.2kg加入混凝土搅拌机，混合搅拌1min；将3.75kg粉煤灰与2.25kg矿渣加入混凝土搅拌机，与级配完成的碎石混合搅拌1min，再加入5.4kg激发剂，混合搅拌3min，即得到制备地质聚合物透水砖的基层原料；粉煤灰为流化床粉煤灰，矿渣为粒化高炉矿渣；
(3)将步骤(2)制得的基层原料浇筑于模具中，并预留8-10mm的高度，将模具置于振动台上震动1-2秒，略微振平，即制成基层；
(4)将1-2mm的砂0.66kg与2-4mm的砂3.74kg加入混凝土搅拌机，混合搅拌1min；将0.4kg粉煤灰与0.2kg矿渣加入混凝土搅拌机，与级配完成的碎石混合搅拌1min，再加入0.48kg激发剂混合搅拌3min，即制得制备地质聚合物透水砖的饰面层原料；
(5)将步骤(4)制得的饰面层原料浇筑于步骤(3)制得的基层上方，并将表面压实抹平，优先选用抹刀压实抹平，即制得厚度为8-10mm的饰面层；
(6)将经过步骤(5)处理后的模具置于混凝土标准箱中养护2d，脱模，脱模之后继续在养护箱中养护7d，即制得地质聚合物透水砖。
本发明制备的透水砖28d抗压强度为32.3MPa，28d抗折强度为3.18MPa，透水系数为0.044cm/s。
实施例5
本发明的实施例提供了一种地质聚合物透水砖，透水砖的原料组成如下：
请参考图1，一种地质聚合物透水砖的制备方法，包括以下步骤：
(1)配制激发剂，将0.88kg氢氧化钠溶于6.43kg水玻璃中，搅拌至氢氧化钠完全溶解后，即制得激发剂，冷却至常温，备用；
(2)将4.75-9.5mm的碎石18kg与9.5-15mm的碎石12kg加入混凝土搅拌机，混合搅拌1min；将0.47kg粉煤灰与0.23kg矿渣加入混凝土搅拌机，与级配完成的碎石混合搅拌1min，再加入0.56kg激发剂，混合搅拌3min，即得到制备地质聚合物透水砖的基层原料；粉煤灰为流化床粉煤灰，矿渣为粒化高炉矿渣；
(3)将步骤(2)制得的基层原料浇筑于模具中，并预留8-10mm的高度，将模具置于振动台上震动1-2秒，略微振平，即制成基层；
(4)将1-2mm的砂0.8kg与2-4mm的砂3.2kg加入混凝土搅拌机，混合搅拌1min；将0.4kg粉煤灰与0.2kg矿渣加入混凝土搅拌机，与级配完成的碎石混合搅拌1min，再加入0.48kg激发剂混合搅拌3min，即制得制备地质聚合物透水砖的饰面层原料；
(5)将步骤(4)制得的饰面层原料浇筑于步骤(3)制得的基层上方，并将表面压实抹平，优先选用抹刀压实抹平，即制得厚度为8-10mm的饰面层；
(6)将经过步骤(5)处理后的模具置于混凝土标准箱中养护2d，脱模，脱模之后继续在养护箱中养护7d，即制得地质聚合物透水砖。
本发明制备的透水砖28d抗压强度为35.4MPa，28d抗折强度为3.38MPa，透水系数为0.032cm/s。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地质聚合物透水砖，其特征在于，包括基层和饰面层，所述基层包括骨料A、胶凝材料A和激发剂，所述饰面层包括骨料B、胶凝材料B和激发剂。
2.根据权利要求1所述的地质聚合物透水砖，其特征在于，所述骨料A的质量分数为78％～84％，所述胶凝材料A的质量分数为16％-24％，所述骨料A和胶凝材料A的质量分数之和为100％，所述基层中激发剂的质量为胶凝材料A质量的85％～95％。
3.根据权利要求1所述的地质聚合物透水砖，其特征在于，所述骨料A由两种粒径的碎石级配而成，一种碎石的粒径为4.75-9.5mm，质量分数为55％-65％；另一种碎石的粒径为9.5-15mm，质量分数为35％-45％。
4.根据权利要求1所述的地质聚合物透水砖，其特征在于，所述胶凝材料A由粉煤灰和矿渣均匀混合配成，所述粉煤灰的质量分数为10％～14％，所述矿渣的质量分数为6％～8％。
5.根据权利要求1所述的地质聚合物透水砖，其特征在于，所述骨料B的质量分数为84％～88％，胶凝材料B的质量分数为12％-16％，所述骨料B和胶凝材料B的质量分数之和为100％，所述饰面层中激发剂的质量为胶凝材料B质量的80％～85％。
6.根据权利要求1所述的地质聚合物透水砖，其特征在于，所述骨料B由两种粒径的砂级配而成，一种砂的粒径为1-2mm，质量分数为15％-25％；另一种砂的粒径为2-4mm，质量分数为75％-85％。
7.根据权利要求1所述的地质聚合物透水砖，其特征在于，所述胶凝材料B由粉煤灰和矿渣均匀混合配成，所述粉煤灰的质量分数为8％～10％，所述矿渣的质量分数为4％～6％。
8.根据权利要求1所述的地质聚合物透水砖，其特征在于，所述激发剂由以下质量分数的原料制备而成：氢氧化钠10％～13％，水玻璃87％～90％；所述氢氧化钠为化学纯，纯度大于等于99％，所述水玻璃的模数为3.1～3.4，所述水玻璃中二氧化硅含量大于等于26％，氧化钠含量大于等于8.2％。
9.一种如权利要求1-8所述的地质聚合物透水砖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)配制激发剂，并冷却，备用；
(2)按照配比将骨料A加入混凝土搅拌机中搅拌混合1min，加入胶凝材料A，与骨料A混合搅拌1min，再加入激发剂混合搅拌3min，即得到制备地质聚合物透水砖的基层原料；
(3)将步骤(2)制得的基层原料浇筑于模具中，并预留8-10mm的高度，将模具置于振动台上震动1-2秒，振平，即制成基层；
(4)按照配比将骨料B加入混凝土搅拌机中搅拌混合1min，加入胶凝材料B，与骨料B混合搅拌1min，再加入激发剂混合搅拌3min，即制得制备地质聚合物透水砖的饰面层原料；
(5)将步骤(4)制得的饰面层原料浇筑于步骤(3)制得的基层上方，并将表面压实抹平，即制得厚度为8-10mm的饰面层；
(6)将经过步骤(5)处理后的模具置于混凝土标准箱中养护2d，脱模，脱模之后继续在养护箱中养护7d，即制得地质聚合物透水砖。
10.根据权利要求9所述的地质聚合物透水砖的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，按照激发剂的配比称量氢氧化钠，并将氢氧化钠溶于水玻璃中，搅拌均匀，即制得激发剂；所述步骤(5)中，饰面层的表面通过抹刀压实抹平。
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