CN107759197B - 一种陶瓷透水砖及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无机非金属材料领域，公开了一种陶瓷透水砖及其生产方法，所述透水砖包括骨料、结合剂及可燃性原料，可燃性原料燃烧过程中产生的热量自内向外加热砖坯，同时，窑炉自外向内加热砖坯，内外加热共同作用下，提高了砖坯内外部结构的均匀性，其性能更加均一；另外，热效率大幅提高。燃料燃烧后的残渣原位作为透水砖骨料得到充分利用，实现了燃料废渣的零排放，节约了透水砖的生产成本；此外，可燃性原料燃烧后体积缩小，残渣颗粒间形成了较大的孔径，同时残渣本身也具有一定孔隙，这种特殊的结构赋予透水砖强度高、透水好的性能。本发明的透水砖焙烧时采用梯度升温的方式使可燃性原料充分燃尽，同时还能避免砖坯过烧，保证了透水砖的品质。

Description

一种陶瓷透水砖及其生产方法
技术领域
本发明属于无机非金属材料(陶瓷)领域，具体涉及一种陶瓷透水砖及其生产方法。
背景技术
随着我国新型城镇化建设的不断推进和发展，城镇公共场所需要铺设覆盖大量的路面建筑材料。传统的路面建筑材料主要是石材、水泥、普通陶瓷广场砖等，这些材料的共同特征是不透水和不透气，且没有保水功能，雨水、雪水不能有效渗入地下，致使地下水减少，地面下沉，土壤含水量低，花草树木的生长受抑制等，破坏了生态环境。同时不透水路面还阻断了地上与地下之间的水气、热能交换，使城市局部温度升高，形成“热岛效应”。而透水砖是一种兼具有透水和保水功能的新型路面建筑材料，其推广使用无疑有助于解决上述生态环境问题，同时也有利于推动城镇化建设的进程和发展。
目前，市场上的陶瓷透水砖多是以破碎陶瓷和陶瓷废料为主要原料，经混合、成型、干燥、焙烧制备得到，其中：焙烧过程一般都是在窑炉内进行，燃料燃烧产生的热量通过窑炉壁传热使砖坯温度升高，这种加热方式对砖坯来说热量是自外向内传输的，由于砖坯尺寸大，因此传热时间长，烧成能耗高，致使陶瓷透水砖的生产成本一直居高不下。所以，为了减少陶瓷透水砖的能耗一般会采取降低烧成温度的做法。
为此，中国专利文献CN106892675A公开了一种环保陶瓷透水砖，其是由陶瓷砖废瓷片颗粒、高温无机粘结剂(低铝粘土和硼泥的混合物)、助溶剂(长石)及造孔剂组成，其制备方法为将所有物料混合后经过成型、干燥、焙烧即得所述陶瓷透水砖。由于加入了高温无机粘结剂和助溶剂以后，在800℃就开始形成液相，从而将烧结温度控制在1100-1200℃之间，降低了陶瓷砖的烧结温度，有效的节约了成本。但上述文献公开的技术中仍然采用传统的热量自外向内传输的加热方式进行加热，即砖坯表面与内部仍然存在热量传递的过程，砖坯内外部由于实际烧结时间的差异，造成砖体内外性能不均一，例如，当焙烧时间短时，其砖坯内部不易烧透容易出现黑心，而焙烧时间过长不仅增加能耗，砖坯外部还容易烧过。此外，透水砖的透水性能主要是由透水砖内部的孔隙结构带来的，而孔隙结构是由骨料间的空隙形成，上述透水砖在高温焙烧时，其低铝粘土、硼泥和长石复合物产生的液相会填充部分颗粒间隙，从而影响其透水性能。
发明内容
因此，本发明要解决的第一个技术问题在于克服现有的陶瓷透水砖内外部性能不均一的问题，从而提供一种性能均一的透水砖；本发明所要解决的第二个技术问题是克服现有的透水砖透水性能不高的问题，从而提供一种透水性高的透水砖；进一步的本发明还提供了上述透水砖的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种透水砖，包括骨料和结合剂，还包括可燃性原料。
优选的是，所述可燃性原料为精煤、劣质煤、中煤或煤矸石中的一种或几种组合。
优选的是，所述结合剂为水玻璃与纸浆废液的混合物。
优选的是，所述水玻璃与纸浆废液的质量比为1：(0.5～3)。
优选的是，所述可燃性原料与所述骨料的质量比为(0.1～1.5)：1。
优选的是，所述骨料为陶瓷砖废瓷片、废混凝土、废石中的一种或几种；所述透水砖为陶瓷透水砖。
更优选的是，所述骨料的粒径为5～60目。
本发明还提供了上述透水砖的生产方法，包括如下步骤：
(1)将骨料过筛后与可燃性原料搅拌混合得到复合骨料；
(2)向步骤(1)所述复合骨料中加入结合剂，搅拌均匀，使结合剂包裹在所述复合骨料表层，陈腐12～18小时后，将混合物过筛，以除去包裹不上的多余细粉；
(3)对步骤(2)过筛后的混合物进行成型、干燥、焙烧，即得所述陶瓷透水砖。
优选的是，所述焙烧的温度为1000～1150℃，焙烧的时间为3～5h。
优选的是，所述焙烧的步骤还包括在900℃下保温1～3h。
优选的是，所述焙烧的具体过程为：首先以15℃/min将系统从室温升900℃，并在900℃下保温1～3h，然后将系统以4℃/min从900℃升至1000～1150℃。
优选的是，所述干燥的温度为110℃，干燥时间为1～2h，控制砖坯的含水率＜0.5％。
本发明的技术方案，具有如下优点：
1.本发明的透水砖包括骨料、结合剂及可燃性原料，当砖坯在窑炉内焙烧时，所述可燃性原料燃烧过程中产生大量的热量，该热量自内向外加热砖坯，与此同时，砖坯还得到窑炉自外向内传输的热量，在内外加热的共同作用下，一方面提高了砖坯内外部结构的均匀性，使其性能更加均一；另一方面，砖坯焙烧的温度由常规的1200℃以上降至1000～1150℃，降低了陶瓷透水砖的能耗，减少了透水砖的生产成本。可燃性原料燃烧后的残渣原位作为透水砖的骨料得到了充分地利用，实现了燃料废渣的零排放，更进一步节约了透水砖的生产成本；此外，可燃性原料燃烧后体积缩小，残渣颗粒间形成较大的孔隙结构，同时残渣本身也具有一定的较小的孔隙结构，这种特殊的结构赋予透水砖强度高、透水好的性能。
2.本发明的透水砖，所述结合剂采用水玻璃与纸浆废液的混合物，高温条件下，该结合剂呈玻璃相，在骨料的表面形成了共熔体，使得砖体中的骨料颗粒相互牢固粘结，赋予了透水砖体更高的强度，且该玻璃相仅在骨料颗粒表面形成，而不充满砖体骨料颗粒孔间的空隙，确保了砖体的气孔率，同时，在砖体内部空隙周壁形成的玻璃相又显著降低了水在砖体内渗入与渗出时的流动阻力，提高了透水砖的透水性。
3.本发明的透水砖，可燃性原料为精煤、劣质煤、中煤或煤矸石中的一种或几种组合，原料易得，且成本低。
4.本发明的透水砖，进一步限定了可燃性原料与骨料的含量比，并通过搅拌混合，让所述可燃性原料均匀地分散在骨料中，使坯体中的热量分布平衡，烧成条件完善。
5.本发明的透水砖，利用陶瓷砖废瓷片为原料，解决了大量废瓷堆积污染环境的问题，实现了资源的循环利用，具有经济、社会效益，还具有显著的环保效益；此外，废弃陶瓷颗粒作为砖体骨料，其是采用1150℃以上高温烧结而成，本身强度高，将其作为透水砖的骨料再次高温烧结时不熔融，烧成的透水砖强度高。
6.本发明的透水砖，选用粒径为5～60目的骨料作为透水砖的材料，如此“细颗粒化”的处理，使得人们在砖面上行走更舒适，同时，砖体颗粒保持的适度粗糙度又保障了防滑效果。
7.本发明的透水砖的生产方法，该方法的焙烧步骤还包括燃烧所述可燃性燃料的步骤，燃烧过程中产生大量的热量，该热量自内向外加热砖坯，与此同时，砖坯还得到窑炉自外向内传输的热量，在内外加热的共同作用下，砖坯焙烧的温度由常规的1200℃以上降至1000～1150℃，降低了陶瓷透水砖的能耗，减少了透水砖的生产成本。
8.本发明的透水砖的生产方法，还包括将原料混合物过筛的操作，其是将多余结合剂筛分，一方面可以回收再利用，降低生产成本，另一方面避免了烧结过程中融化流动、堵孔，影响透水砖的透水性。
9.本发明的透水砖的生产方法，焙烧的步骤中还包括在900℃保温1～3h的步骤，经一定时间的保温处理，砖体中的黏土矿物脱水、碳酸盐分解以及可燃性原料燃烧可以充分进行，而不会出现黑心和变形等缺陷。反之，若不进行900℃的中火保温就会使上述一系列反应推迟到高温阶段进行，而这个阶段结合剂已熔化，此时大量反应气体的逸出很容易使已软化的砖坯变形；此外，由于熔化的结合剂会覆盖在可燃性原料表面形成一层致密的阻挡层，致使可燃性原料因缺氧而燃烧不完全，形成黑心缺陷。
10.本发明的透水砖的生产方法，焙烧的温度为1000～1150℃，焙烧的时间为3～5h。相比较传统的陶瓷透水砖的生产方法，本发明的陶瓷透水砖砖坯焙烧的温度由常规的1200℃以上降至1000～1150℃，降低了陶瓷透水砖的能耗，减少了透水砖的生产成本；焙烧时间适中，因此不会出现急速升温后骤然降温而引起砖体表面冷缩而内部热胀、砖体表面和内部产生内应力进而使砖体产生发状裂纹甚至开裂而成废品的现象发生。
11.本发明的陶瓷透水砖的生产方法，焙烧的过程采用梯度升温的方式进行，一方面能够促使可燃性原料被充分燃尽，另一方面又避免了过烧现象的发生，保证了烧结产品的品质。
12.本发明的陶瓷透水砖的生产方法，干燥时控制温度为110℃，时间为1h，控制砖坯的含水率＜0.5％，避免了因砖坯含水量高时砖坯内水分在短时间内急剧气化积聚在砖坯内，当砖坯内水蒸气压力超过砖坯强度时，便发生炸裂，破坏坯体结构的现象发生，进一步提高了产品的合格率。
具体实施方式
下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
下述实施例中，纸浆废液购自广西武宣武广贸易有限公司；精煤购自上饶市神蒙煤炭有限公司，粒径为30-80目；劣质煤购自乐平矿务局涌山煤矿，粒径为5-30目；中煤购自上饶市神蒙煤炭有限公司，粒径为20-50目；煤矸石购自乐平矿务局涌山煤矿，粒径为5-20目。
实施例1
本实施例提供了一种陶瓷透水砖，其是以陶瓷砖废瓷片为主要原料，并引入可燃性原料，外加结合剂，按以下配方烧结而成：
配方(按质量百分比计)：
陶瓷砖废瓷片72％(其中，5～30目的占36％，30～60目的占36％)
精煤8％
水玻璃与纸浆废液的混合物20％(两者的质量比为1:1)。
生产上述陶瓷透水砖的方法依次按下列步骤进行：
(1)配料：陶瓷砖废瓷片按配方的颗粒级配比过筛，加入配方量的精煤，搅拌混合均匀。加入水玻璃与纸浆废液的混合物，充分搅拌。
(2)陈腐：将搅拌均匀的原料陈腐15h；
(3)成型：将步骤(2)中的原料放入模具中，用12MPa的压力对所述原料压制成型，形成透水砖砖坯，透水砖砖坯尺寸为100mm×200mm×60mm；
(4)干燥：将透水砖砖坯通过烘烤进行干燥处理，温度为110℃，干燥时间为1h，入窑的砖坯水分为0.48％；
(5)焙烧：将干燥的透水砖砖坯放入窑炉中烧制成透水砖。
其中，焙烧的具体过程为：首先以15℃/min将系统从室温升900℃，同时燃烧精煤，并在900℃下保温2h，然后将系统以4℃/min从900℃升至1050℃，整个焙烧的时间约为3.6h。控制冷却速度，使体系在约3.6h内冷却至室温。
实施例2
本实施例提供了一种陶瓷透水砖，其是以陶瓷砖废瓷片为主要原料，并引入可燃性原料，外加结合剂，按以下配方烧结而成：
配方(按质量百分比计)：
陶瓷砖废瓷片68％(其中，5～30目的占36％，60～120目的占32％)
劣质煤17％
水玻璃与纸浆废液的混合物15％(外加，两者的质量比为1:2)。
生产上述陶瓷透水砖的方法依次按下列步骤进行：
(1)配料：陶瓷砖废瓷片按配方的颗粒级配比过筛，加入配方量的精煤，搅拌混合均匀。加入水玻璃与纸浆废液的混合物，充分搅拌。
(2)陈腐：将搅拌均匀的原料陈腐12h；
(3)成型：将步骤(2)中的原料放入模具中，用12MPa的压力对所述原料压制成型，形成透水砖砖坯，透水砖砖坯尺寸为100mm×200mm×60mm；
(4)干燥：将透水砖砖坯通过烘烤进行干燥处理，温度为110℃，干燥时间为1.5h，入窑的砖坯水分为0.45％；
(5)焙烧：将干燥的透水砖砖坯放入窑炉中烧制成透水砖。
其中，焙烧的具体过程为：首先以15℃/min将系统从室温升900℃，同时燃烧劣质煤，并在900℃下保温3h，然后将系统以4℃/min从900℃升至1100℃，整个焙烧的时间约为4.8h。控制冷却速度，使体系在约4.8h内冷却至室温。
实施例3
本实施例提供了一种陶瓷透水砖，其是以陶瓷砖废瓷片为主要原料，并引入可燃性原料，外加结合剂，按以下配方烧结而成：
配方(按质量百分比计)：
陶瓷砖废瓷片34％(其中，5～30目的占20％，30～60目的占14％)
煤矸石51％
水玻璃与纸浆废液的混合物15％(外加，两者的质量比为1:3)。
生产陶瓷透水砖的方法依次按下列步骤进行：
(1)配料：陶瓷砖废瓷片按配方的颗粒级配比过筛，加入配方量的精煤，搅拌混合均匀。加入水玻璃与纸浆废液的混合物，充分搅拌。
(2)陈腐：将搅拌均匀的原料陈腐18h；
(3)成型：将步骤(2)中的原料放入模具中，用12MPa的压力对所述原料压制成型，形成透水砖砖坯，透水砖砖坯尺寸为100mm×200mm×60mm；
(4)干燥：将透水砖砖坯通过烘烤进行干燥处理，温度为110℃，干燥时间为2h，入窑的砖坯水分为0.39％；
(5)焙烧：将干燥的透水砖砖坯放入窑炉中烧制成透水砖。
其中，焙烧的具体过程为：首先以15℃/min将系统从室温升900℃，同时燃烧煤矸石，并在900℃下保温1h，然后将系统以4℃/min从900℃升至1150℃，整个焙烧的时间约为3h。控制冷却速度，使体系在约3h内冷却至室温。
实施例4
本实施例提供了一种陶瓷透水砖，其是以陶瓷砖废瓷片为主要原料，并引入可燃性原料，外加结合剂，按以下配方烧结而成：
配方(按质量百分比计)：
生产上述陶瓷透水砖的方法依次按下列步骤进行：
(1)配料：陶瓷砖废瓷片按配方的颗粒级配比过筛，加入配方量的精煤，搅拌混合均匀。加入水玻璃与纸浆废液的混合物，充分搅拌。
(2)陈腐：将搅拌均匀的原料陈腐14h；
(3)成型：将步骤(2)中的原料放入模具中，用12MPa的压力对所述原料压制成型，形成透水砖砖坯，透水砖砖坯尺寸为100mm×200mm×60mm；
(4)干燥：将透水砖砖坯通过烘烤进行干燥处理，温度为110℃，干燥时间为1h，入窑的砖坯水分为0.46％；
(5)焙烧：将干燥的透水砖砖坯放入窑炉中烧制成透水砖。
其中，焙烧的具体过程为：首先以15℃/min将系统从室温升900℃，同时燃烧中煤，并在900℃下保温1.5h，然后将系统从4℃/min从900℃升至1050℃，整个焙烧的时间约为3.1h。控制冷却速度，使体系在约3.1h内冷却至室温。
实施例5
本实施例提供了一种陶瓷透水砖，其是以废石为主要原料，并引入可燃性原料，外加结合剂，按以下配方烧结而成：
配方(按质量百分比计)：
花岗岩废料72％(其中，5～30目的占36％，30～60目的占36％)
精煤8％
水玻璃与纸浆废液的混合物20％(两者的质量比为1:1)。
生产上述陶瓷透水砖的方法同实施例1。
实施例6
本实施例提供了一种陶瓷透水砖，其是以废混凝土为主要原料，并引入可燃性原料，外加结合剂，按以下配方烧结而成：
配方(按质量百分比计)：
废混凝土72％(其中，5～30目的占36％，30～60目的占36％)
精煤8％
水玻璃与纸浆废液的混合物20％(两者的质量比为1:1)。
生产上述陶瓷透水砖的方法同实施例1。
对比例1
按照中国专利CN106892675A实施例1的方法生产的陶瓷透水砖。
对比例2
本对比例提供了一种陶瓷透水砖，其是以陶瓷砖废瓷片为主要原料，外加结合剂，按以下配方烧结而成：
配方(按质量百分比计)：
陶瓷砖废瓷片92％(其中，5～30目的占50％，30～60目的占50％)
水玻璃与纸浆废液的混合物18％(两者的质量比为1:1)。
生产陶瓷透水砖的方法依次按下列步骤进行：
(1)配料：陶瓷砖废瓷片按配方的颗粒级配比过筛，加入配方量的精煤，搅拌混合均匀。加入水玻璃与纸浆废液的混合物，充分搅拌。
(2)陈腐：将搅拌均匀的原料陈腐15h；
(3)成型：将步骤(2)中的原料放入模具中，用12MPa的压力对所述原料压制成型，形成透水砖砖坯，透水砖砖坯尺寸为100mm×200mm×60mm；
(4)干燥：将透水砖砖坯通过烘烤进行干燥处理，温度为110℃，干燥时间为1h，入窑的砖坯水分为0.48％；
(5)焙烧：将干燥的透水砖砖坯放入窑炉中烧制成透水砖。
其中，焙烧的具体过程为：首先以15℃/min将系统从室温升900℃，并在900℃下保温2h，然后将系统以4℃/min从900℃升至1050℃，整个焙烧的时间约为3.6h。控制冷却速度，使体系在约3.6h内冷却至室温。
对比例3
本对比例提供了一种陶瓷透水砖，其是以陶瓷砖废瓷片为主要原料，并引入可燃性原料，外加结合剂，按以下配方烧结而成：
配方(按质量百分比计)：
陶瓷砖废瓷片72％(其中，5～30目的占36％，30～60目的占36％)
精煤8％
20wt％羧甲淀粉钠溶液20％。
生产上述陶瓷透水砖的方法同实施例1。
对比例4
本对比例提供了一种陶瓷透水砖，其是以陶瓷砖废瓷片为主要原料，并引入可燃性原料，外加结合剂，按以下配方烧结而成：
配方(按质量百分比计)：
陶瓷砖废瓷片72％(其中，5～30目的占36％，30～60目的占36％)
精煤8％
膨润土20％。
陶瓷砖废瓷片按配方的颗粒级配比过筛，加入配方量的精煤，搅拌混合均匀。加入膨润土，充分搅拌后加入适量的水继续搅拌30min，其余操作同实施例1。
对比例5
本对比例提供了一种陶瓷透水砖，其配方同实施例1。
生产上述陶瓷透水砖的方法同实施例1，不同之处在于：本对比例中焙烧过程没有采用梯度升温的方式，即先以10.5℃/min将系统从室温升至900℃保温2h，后继续以10.5℃/min将系统升温至1050℃。整个焙烧的时间约为3.6h。控制冷却速度，使体系在约3.6h内冷却至室温。
对比例6
本对比例提供了一种陶瓷透水砖，其配方同实施例1。
生产上述陶瓷透水砖的方法同实施例1，不同之处在于：本对比例中焙烧过程没有在900℃下保温的过程，即：以15℃/min将系统从室温升900℃，同时燃烧精煤，然后将系统以4℃/min从900℃升至1050℃，整个焙烧的时间约为1.6h。控制冷却速度，使体系在约1.6h内冷却至室温。
对比例7
本对比例提供了一种陶瓷透水砖，其配方同实施例1。
生产上述陶瓷透水砖的方法同实施例1，不同之处在于：干燥步骤中入窑的砖坯水分为1.0％。
实验例1
观察、鉴定本发明实施例1-6及对比例1-6中的陶瓷透水砖的外观，同时按照GBT25993-2010《透水路面砖和透水路面板》的标准测定其抗折强度及透水系数，结果见下表1。
由上表1可以看出，本发明的实施例1-6的陶瓷透水砖的透水性能及抗折强度明显优于对比例1-7，且通过本发明的方法得到的陶瓷透水砖无裂纹、色差及黑心现象，其性能达到了GBT 25993-2010《透水路面砖和透水路面板》标准的各项要求。
实验例2
观察、鉴定本发明实施例1及对比例7中的陶瓷透水砖的外观，分别抽检10个批次。抽检结果显示，实施例1的陶瓷透水砖，1个有轻微裂纹，其余均无任何裂纹，合格率为90％，而对比例7的陶瓷透水砖，4个发生炸裂，2个有较小的裂纹，合格率为40％。
由上述抽检结果可得出，控制入窑砖坯的含水量＜0.5％能明显减少砖坯炸裂现象的发生。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种透水砖，包括骨料和结合剂，其特征在于，还包括可燃性原料；所述结合剂为水玻璃与纸浆废液的混合物；所述水玻璃与纸浆废液的质量比为1：(0.5～3)。
2.根据权利要求1所述的透水砖，其特征在于，所述可燃性原料为精煤、劣质煤、中煤或煤矸石中的一种或几种组合。
3.根据权利要求1或2所述的透水砖，其特征在于，所述可燃性原料与所述骨料的质量比为(0.1～1.5)：1。
4.根据权利要求1-3任一项所述的透水砖，其特征在于，所述骨料为陶瓷砖废瓷片、废混凝土、废石中的一种或几种；所述透水砖为陶瓷透水砖。
5.权利要求1-4任一项所述的透水砖的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将骨料过筛后与可燃性原料搅拌混合得到复合骨料；
(2)向步骤(1)所述复合骨料中加入结合剂，搅拌均匀，使结合剂包裹在所述复合骨料表层，陈腐12～18小时后，将混合物过筛，以除去包裹不上的多余细粉；
(3)对步骤(2)过筛后的混合物进行成型、干燥、焙烧，即得所述陶瓷透水砖。
6.根据权利要求5所述的透水砖的生产方法，其特征在于，所述焙烧的温度为1000～1150℃，焙烧的时间为3～5h。
7.根据权利要求5或6所述的透水砖的生产方法，其特征在于，所述焙烧的步骤还包括在900℃下保温1～3h。
8.根据权利要求5-7任一项所述的透水砖的生产方法，其特征在于，所述焙烧的具体过程为：首先以15℃/min将系统从室温升900℃，并在900℃下保温1～3h，然后将系统以4℃/min从900℃升至1000～1150℃。
9.根据权利要求5-8任一项所述的透水砖的生产方法，其特征在于，所述干燥的温度为110℃，干燥时间为1～2h，控制砖坯的含水率＜0.5％。
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