CN107602077B

CN107602077B - 一种高性能蓄水材料及其制备方法

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Publication number: CN107602077B
Application number: CN201710718890.3A
Authority: CN
Inventors: 蹇守卫; 李明
Original assignee: Wuhan Mingchuang Xinhai Ecological Technology Co Ltd
Current assignee: Wuhan Mingchuang Xinhai Ecological Technology Co Ltd
Priority date: 2017-08-21
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2020-01-17
Anticipated expiration: 2037-08-21
Also published as: CN107602077A

Abstract

本发明涉及一种高性能蓄水材料及其制备方法，制备该蓄水材料的原材料由以下重量含量的材料组分组成：黏土质原料以固含量计46.75～80％，生物质原料15.75～50％，高温液相促进剂0.5～3％，高温发泡剂0～1％，塑性增强剂0～0.25％。其制备方法为：将含硅酸盐和铝酸盐的黏土质原料、生物质原料、高温液相促进剂、高温发泡剂、塑性增强剂按质量配比称量后，充分搅拌均匀，置于成球机成型为粒径2～5cm的圆形或椭圆形颗粒，随后烘干、烧结得到。本发明通过多种发泡手段的优化、组合，所提供的高性能蓄水材料蓄水性能好，蓄水率达80‑105％。

Description

一种高性能蓄水材料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及到一种高性能蓄水材料及其制备方法。

背景技术

采用渗、滞、蓄、净、用、排等措施，将70％的降雨就地消纳和利用，是当前发展海绵城市的主要方法。海绵城市，是新一代城市雨洪管理概念，是指城市下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。

在海绵城市建设过程中，吸水、蓄水、渗水、净水功能的建筑材料是实现海绵城市建设的关键，目前海绵城市建设的材料主要是透水材料，其主要作用是使雨水快速下渗，性能要求主要是透水能力、耐磨性、硬度等，但其缺点是无法蓄水，因此也很难达到蓄水和净水等功能要求。为缓解相关技术缺陷，目前在海绵城市建设过程中广泛使用了蓄水模块，蓄水模块为不同规格尺寸的网格状平板拼装成的模块化的箱体，蓄水率可达95％左右，模块材料一般采用聚丙烯(PP)。聚丙烯蓄水模块具有水浸泡无析出物、无异味、耐强酸强碱性等特点，缺点是成本高、使用寿命难以完全保障等。

为解决此问题，国内外有相关学者研究出使用蓄水陶土进行蓄水的技术方案：例如，中国地质大学(武汉)提供了一种蓄水发泡陶土及其制备方法 (ZL03255144.4)，其主要原料为高岭土、发泡剂和助剂，其发泡原理是利用发泡剂100℃以上高温时分解产生气泡，再进行烧结而得。这种方法较为简单，但该专利对原料要求较高，主要使用高岭土等优质原料。常规条件下，制备多孔材料的技术还有在烧结介质中加入发泡剂或可燃组分形成气孔的方法，例如在制备多孔的泡沫混凝土时会加入少量的表面活性剂，在制备多孔节能烧结砌块时，会使用锯末、煤粉、石墨、塑料粉等物质在高温燃烧产生气孔等。但以常温发泡为特征的表面活性剂技术通常产生的是闭气孔，不能满足蓄水材料多孔通孔的要求；而以高温烧结发泡为特征的材料，其气孔率通常不高(一般低于50％)，且气孔均匀性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种高性能蓄水材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种高性能蓄水材料，制备该蓄水材料的原材料由以下重量含量的材料组分组成：黏土质原料以固含量计46.75～80％，生物质原料15.75～50％，高温液相促进剂0.5～3％，高温发泡剂0～1％，塑性增强剂0～0.25％。

按上述方案，所述含硅酸盐和铝酸盐的黏土质原料为硅酸盐和铝酸盐矿物组分大于50％以上的河道淤泥、粘土、页岩等的一种或几种的混合物经过干磨或湿磨后得到的粉末或浆体，粒度为40-400μm。

按上述方案，所述生物质原料为烧失量大于50％的秸秆破碎至长度＜2cm得到。秸秆包括玉米秸秆、水稻秸秆、花生秸秆等。

按上述方案，所述高温液相促进剂为钾长石、钠长石、碎玻璃粉末、粉煤灰中的一种或多种，其粒径应小于0.5mm。

按上述方案，所述高温发泡剂为分解温度在800～900℃的含碳酸盐矿物。

优选的是，所述高温发泡剂为碳酸钙、碳酸钾、碳酸钠中的一种或多种。

按上述方案，所述塑性增强剂为甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、纤维素醚中的一种或多种。所述塑性增强剂具有增稠功能，为白色或乳白色纤维状粉末或颗粒，密度为0.5-0.7g/cm³。

所述高温发泡剂和塑性增强剂按照原料特性决定是否加入，加入的原则和数量是：在生物质原料比例较低或烧失量较小时，加入高温发泡剂；在原料成型塑性较差(指成球机不能成型)时，加入塑性增强剂。

本发明还提供了上述高性能蓄水材料的制备方法，其步骤如下：将含硅酸盐和铝酸盐的黏土质原料、生物质原料、高温液相促进剂、高温发泡剂、塑性增强剂按质量配比称量后，充分搅拌均匀，置于成球机成型为粒径2～5cm的圆形或椭圆形颗粒，随后烘干、烧结得到高性能蓄水材料。

按上述方案，所述烧结工艺条件为：于850～950℃烧结10～40min。

与常见的闭孔型保温材料不同，蓄水材料要求有大量的微细开孔结构。本发明采用多级发气造孔的方式实现，首先采用秸秆等生物质原料，使其在燃烧时产生大量的气孔，同时，秸秆的纤维质结构可在材料内形成细长贯通的孔道结构；其次，引入了部分高温发泡剂，使其在烧结阶段持续产生少量的CO₂，能够对前期生物质燃烧产生的气孔进行疏通，同时还可防止蓄水材料烧结过程中因气体溢出导致的体积收缩、蓄水率降低的现象(陶瓷等高温烧结过程通常温度越高越密实)。

高温液相促进剂的加入可降低烧结温度，使后期的分解过程与烧结过程匹配，一方面缩短烧结时间，另一方面通过增加高温液相起到提高蓄水材料力学性能的效果。

本发明的有益效果在于：1、本发明通过多种发泡手段的优化、组合，所提供的高性能蓄水材料蓄水性能好，蓄水率达80-105％；2、本发明可利用多种固体废弃物，如黏土质的河道淤泥、秸秆等，原料的废弃物利用率达到95％以上，缓解了环境压力，另外，本发明制备工艺简单，工艺包括原料处理、成型、干燥、烧结过程，在现有的烧结砌块、陶粒等生产线上经改造即可实现，具有工业化生产前景。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

制备一种高性能蓄水材料，原材料及质量百分比组成为：50％的河道淤泥(以固含量计，其中硅酸盐和铝酸盐总含量占74％)，45.75％的水稻秸秆(烧失量50％)， 3％的钾长石(平均粒径0.5mm)，1％的碳酸钙，0.25％纤维素醚。其制备过程为：将河道淤泥磨至粒度为40-60μm，水稻秸秆破碎至长度＜2cm，然后将所有物质按照比例充分混合后，置于成球机成型为粒径2cm的圆形或椭圆形颗粒，随后在100℃ 下烘干并在850℃下烧结20min，得到蓄水材料。

经测试，本实施例所制备的蓄水材料固体废弃物用量达95.25％，密度为 80Kg/m³，蓄水率为105％，筒压强度0.5MPa，软化系数为95％。

实施例2

制备一种高性能蓄水材料，原材料及质量百分比组成为：80％的河道淤泥(以固含量计，其中硅酸盐和铝酸盐总含量占50％)，15.75％的玉米秸秆(烧失量75％)， 3％的钾长石(平均粒径0.1mm)，1％的碳酸钙，0.25％纤维素醚。其制备过程为：将河道淤泥磨至粒度为50-80μm，玉米秸秆破碎至长度＜2cm，然后将所有物质按照比例充分混合后，置于成球机成型为粒径5cm的圆形或椭圆形颗粒，随后在100℃ 下烘干并在850℃下烧结30min，得到蓄水材料。

经测试，本实施例所制备的蓄水材料固体废弃物用量达95.25％，密度为 200Kg/m³，蓄水率为80％，筒压强度2.5MPa，软化系数为100％。

实施例3

制备一种高性能蓄水材料，原材料及质量百分比组成为：60％的页岩(以固含量计，其中硅酸盐和铝酸盐总含量占80％)，38％的花生秸秆(烧失量90％)，1％的钾长石(平均粒径0.2mm)，1％的碳酸钙。其制备过程为：将页岩磨至粒度为40-100 μm，花生秸秆破碎至长度＜2cm，然后将所有物质按照比例充分混合后，置于成球机成型为粒径4cm的圆形或椭圆形颗粒，随后在50℃下烘干并在900℃下烧结 15min，得到蓄水材料。

经测试，本实施例所制备的蓄水材料密度为150Kg/m³，蓄水率为95％，筒压强度1.1MPa，软化系数为98％。

实施例4

制备一种高性能蓄水材料，原材料及质量百分比组成为：70％的粘土(以固含量计，其中硅酸盐和铝酸盐总含量占76％)，28.5％的玉米秸秆(烧失量90％)，0.25％的钾长石(平均粒径0.5mm),0.25％的钠长石(平均粒径0.5mm)，1％的碳酸钙。其制备过程为：将粘土磨至粒度为40-60μm，玉米秸秆破碎至长度＜2cm，然后将所有物质按照比例充分混合后，置于成球机成型为粒径5cm的圆形或椭圆形颗粒，随后在100℃下烘干并在880℃下烧结30min，得到蓄水材料。

经测试，本实施例所制备的蓄水材料密度为160Kg/m³，蓄水率为90％，筒压强度0.8MPa，软化系数为98％。

实施例5

制备一种高性能蓄水材料，原材料及质量百分比组成为：70％的页岩(以固含量计，其中硅酸盐和铝酸盐总含量占68％)，27.8％的玉米秸秆(烧失量85％)，1.5％的碎玻璃粉(平均粒径0.5mm),0.5％的碳酸钙，0.2％的聚丙烯酰胺。其制备过程为：将页岩磨至粒度为200-400μm，玉米秸秆破碎至长度＜2cm，然后将所有物质按照比例充分混合后，置于成球机成型为粒径3cm的圆形或椭圆形颗粒，随后在 70℃下烘干并在950℃下烧结40min，得到蓄水材料。

经测试，本实施例所制备的蓄水材料密度为195Kg/m³，蓄水率为85％，筒压强度2.4MPa，软化系数为98％。

实施例6

制备一种高性能蓄水材料，原材料及质量百分比组成为：46.75％的河道淤泥 (以固含量计，其中硅酸盐和铝酸盐总含量占74％)，50％的水稻秸秆(烧失量50％)， 3％的钾长石(平均粒径0.5mm)，0.25％纤维素醚。该体系由于秸秆掺量大，总烧失量大，因此无需加入高温发泡剂，但也导致成型难，故须加入较多的高温液相促进剂和塑性增强剂。其制备过程为：将河道淤泥磨至粒度为40-60μm，水稻秸秆破碎至长度＜2cm，然后将所有物质按照比例充分混合后，置于成球机成型为粒径 2cm的圆形或椭圆形颗粒，随后在100℃下烘干并在850℃下烧结20min，得到蓄水材料。

经测试，本实施例所制备的蓄水材料固体废弃物用量达96.75％，密度为 80Kg/m³，蓄水率为110％，筒压强度0.6MPa，软化系数为92％。

本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims

1.一种高性能蓄水材料，其特征在于制备该蓄水材料的原材料由以下重量含量的材料组分组成：黏土质原料以固含量计46.75~80%，生物质原料15.75~50%，高温液相促进剂0.5~3%，高温发泡剂0.5~1%，塑性增强剂0.2~0.25%；

所述高温发泡剂为分解温度在800~900℃的含碳酸盐矿物；

其制备方法步骤如下：将黏土质原料、生物质原料、高温液相促进剂、高温发泡剂、塑性增强剂按质量配比称量后，充分搅拌均匀，置于成球机成型为粒径2~5cm的圆形或椭圆形颗粒，随后烘干、烧结得到高性能蓄水材料；

所述烧结工艺条件为：于850~950℃烧结10~40min。

2.根据权利要求1所述的高性能蓄水材料，其特征在于所述黏土质原料为固含量中硅酸盐和铝酸盐总含量大于50wt%的河道淤泥、粘土、页岩中的一种以上经过干磨或湿磨后得到的粉末或浆体，粒度为40-400μm。

3.根据权利要求1所述的高性能蓄水材料，其特征在于所述生物质原料为烧失量≥50%的秸秆破碎至长度＜2cm得到。

4.根据权利要求1所述的高性能蓄水材料，其特征在于所述高温液相促进剂为钾长石、钠长石、碎玻璃粉末、粉煤灰中的一种或多种，粒径≤0.5mm。

5.根据权利要求1所述的高性能蓄水材料，其特征在于所述高温发泡剂为碳酸钙、碳酸钾、碳酸钠中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的高性能蓄水材料，其特征在于所述塑性增强剂为甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、纤维素醚中的一种或多种。

7.一种权利要求1-6任一所述的高性能蓄水材料的制备方法，其特征在于步骤如下：将黏土质原料、生物质原料、高温液相促进剂、高温发泡剂、塑性增强剂按质量配比称量后，充分搅拌均匀，置于成球机成型为粒径2~5cm的圆形或椭圆形颗粒，随后烘干、烧结得到高性能蓄水材料。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述烧结工艺条件为：于850~950℃烧结10~40min。